Elektromanyetik fırlatıcı sistemlerinin irdelenmesi ve simülasyonu

Elektromanyetik fırlatma sistemlerinin, Uzay taşımacılığında, kimyasal itkili sistemlerden daha uygun bir alternatif olacağı tartışılmıştır. Elektromanyetik fırlatma sistemindeki uçuş kütlesi, manyetik fırlatıcı içindeki uçuş hattı boyunca depolanmış elektrik enerjiyle yörünge hızına ulaştırılır. Kimyasal yakıt kullanan fırlatma sistemleri yörünge hızına ulaşmak için faydalı yüke ilave olarak yakıt ve yakıt sistemlerini de yörüngeye taşımak durumundadır. Faydalı yüke eşlik eden bu yakıt sistemleri ilave maliyet ve zaman gerektirir. Bu nedenler elektromanyetik fırlatma sistemlerini, kimyasal itki sistemlerinden daha avantajlı ve masraf etkin yapmaktadır. Literatür taramasında elektromanyetik fırlatma sisteminin teknolojik gelişim tarihi derlendi. Taşınacak kütle, ivme, hız, fırlatıcı uzunluğu ve elektromanyetik fırlatma sisteminin çeşidi teknolojik gelişimin ana konuları oldu. Tek kademeli ve çok kademeli olmak üzere mini ölçekli iki elektromanyetik fırlatma sistemi tasarlandı, üretildi ve başarılı deneyler yapıldı. Dört kademeli fırlatıcı test aparatında, şehir şebekesinden alınan elektrik, bir dönüştürücüyle 24V gerilime ve doğru akım köprü devresiyle doğru akıma çevrilerek beslenmektedir. Çok kademeli elektromanyetik fırlatıcı yapısında enerji depolamak amacıyla kapasitörler bulunmaktadır. Kapasitörler bu enerjiyi anahtarlı bir indüktör üzerinden uçuş kütlesi üzerine aktarmaktadır. Eş zamanlı enerji, uçuş kütlesine sargı kapasitör devresinden aktarılan kısa süreli gerilim oluşturucusuyla kazandırılmaktadır. Enerji depolayıcı kapasitans, ikili sayaç, transistör ve indüktör kullanmak suretiyle, uçuş kütlesi, elektromanyetik sargılar içinden elde edilen itki kuvvetiyle sargılara değmeksizin hareket etmeye başlar. Sargılı fırlatıcının nasıl çalıştığının nitel açıklanması türetilen cebirsel ifadelerle sunulmuştur. İnduksiyon, manyetik alan, indüktif akım şiddeti, kapasitans hesaplamaları, sargı çapı, sargı genişliği, sarım yüksekliği, sisteme verilen gerilim, tek kademeli sarım verimi gibi tasarım parametrelerini kullanarak yapılmaktadır. Sisteme verilen gerilim miktarı, fırlatıcı çıkış hızı hesaplamasında önemli rol oynar. Daha sonra itki kuvveti, ivme, fırlatıcı uzunluğu ve sarım adedi hesaplanmaktadır. Bu tez performans davranış tahminleri için yararlı göstergeler sağlar ve elektromanyetik fırlatılan sistem parametrelerinin karşılıklı bağımlılıklarını gösterir. Dünya ve Ay fırlatma sistemleri için performans parametrelerinin karşılıklı bağımlılık ve değişimlerinin araştırılması amacıyla çeşitli çok kademeli elektromanyetik fırlatma sistem simulasyonları yapılmıştır. Uzay araçlarının Uzay?a bulundukları yüksekliğin yörünge hızıyla fırlatılması ve oksijen, yakıt gibi hammaddelerin istenilen varış noktalarına taşınması planlanmaktadır. Dünya?dan 80 km?de çember yörünge hızına elektromanyetik fırlatma ve kimyasal yakıtla ulaşım hesaplamaları ve maliyet karşılaştırmaları yapılmıştır. Elektromanyetik fırlatma sisteminin enerji harcamasının ve Uzay?da yörünge değişiminde kullanılan konvansiyonel sıvı yakıt tüketim miktarının maliyet-kazanç ön değerlendirmeleri de sunulmaktadır.