Roket

NASA'nın Titan IIIE Roketi ⓘ

Roket bir uzay aracı, hava aracı, araç, atkı veya bombadır. Bir roket motorundan itme gücü elde eder. Roket motoru egzozu tamamen roket içinde taşınan roket itici yakıtından oluşur. Roket motorları etki ve tepki ile çalışır ve sadece egzozlarını yüksek hızda ters yönde dışarı atarak roketleri ileri doğru iter ve bu nedenle uzay boşluğunda çalışabilir. Etimolojik kökeni İtalyancada rocchetto "bobin" olup silindirik şekil benzerliğinden ötürü modern anlamında sahiplenilen kelimenin kullanımı 20. yüzyıl başlarında savaş gemilerinin öz-itmeli ateşleme mermilerine dayanmaktadır. Türk Dil Kurumuna göre dilimize Fransızca roquette kelimesinden geçmiştir. ⓘ

Roket, mekanik anlamda bir jet motorunda olduğu gibi yanma işlemine bağlı olarak itki üreten ancak bunu yaparken çevreden mecburi bir hava girişine ihtiyaç duymayan motora verilen addır. Bir roket motoru kullanarak öz-itki üreten askerî ya da sivil amaçlı mermi, füze, uzay-hava araçlarının tamamına da roket denilebilir. ⓘ

Roket motorunun çalışma prensibi temel olarak Newton'un hareket yasaları etki-tepki kanununa (3. yasa) dayanır. Etki-tepki yasası şu cümle ile basitleştirilebilir: “Her etkiye karşılık eşit ve zıt bir tepki vardır.” Roket motorunda süregelen kimyasal reaksiyonların oluşturduğu sıcak gaz yığınları yanma odasında bir basınç oluşturur ve bu basınç kuvvetlerinin dengesizliğinden kaynaklanan tepki kuvveti çıkış lülesi yardımıyla yönlendirilerek uzay aracına ileri veya yukarı doğru bir devinim kazandırır. Bir roket motorunun egzozu tamamen kendisiyle beraber taşıdığı uzay aracı yakıtından oluşur. Bu sebeple oksijensiz ortamda çalışabilirler ve vakum uzayda kullanılabilirler. ⓘ

Askeri ve eğlence amaçlı roket tarihi, en az 13. yüzyıl Çin'ine kadar uzanır. Roketçilik, Dünya'nın Ay'ına ayak basmak da dahil olmak üzere Uzay Çağı için olanak sağlayan teknolojiydi. Roketler artık havai fişekler, silahlar, fırlatma koltuğu, yapay uydular için fırlatma aracı, insanlı uzay uçuş programı ve uzay araştırmaları için kullanılıyor. Kimyasal roketler, en yaygın yüksek güçlü roket türüdür ve tipik olarak yakıtın bir oksitleyici ile yakılmasıyla yüksek hızlı bir egzoz oluşturur. Hibrit yakıtlı roket, roket motorunda birbirinden farklı fazdaki farklı roket yakıtları kullanan bir rokettir. ⓘ

Gerçekte roketlerin vakum ortamlarda daha verimli çalıştığı bilinmektedir. Roketin asıl üretim amacı, atmosfer dışında da çalışabilmesinin istenmesi ve kısa süreli itme kuvvetinden yararlanarak yüksek hız elde edilmesidir. Yakıtı bittikten sonra kazandığı hız ile balistik kanunlarına göre roket, taşıdığı yükten ayrılarak veya ayrılmadan, amacına göre taşınan yükün yoluna devam etmesini sağlar. Ayrılma işleminden sonra dahi roketin geri kalan kademeleri öz-itki üretmeye devam ediyorsa bu tip roketlere çok katlı (kademeli) roketler denir. Çok katlı roketler kaçış hızına ulaşmak suretiyle yer çekimi kuvvetini yenerek Dünya yörüngesinden çıkabilir ve gezegenden sonsuz uzaya seyahat edebilir. ⓘ

Roketler, içindeki yakıtı yakabilecek yakıcıyı (oksijen vb. türleri), türüne göre sıvı veya katı durumda bulundurur. Roketler sıvı ve katı yakıtlı olarak ikiye ayrılır. ⓘ

Aslında roketler, uzay boşluğunda atmosferden daha verimli çalışır. Çok kademeli roketler, Dünya'dan kurtulma hızı elde etme yeteneğine sahiptir ve bu nedenle sınırsız maksimum irtifaya ulaşabilir. ⓘ

Hava soluyan motorlarla karşılaştırıldığında, roketler hafif ve güçlüdür ve büyük ivmeler üretebilir. Roketler uçuşlarını kontrol etmek için momentuma, kanat profili, reaksiyon kontrol sistemi, yalpalanmış itme kuvveti, momentum çarkı, itiş vektörlemesi, itici gaz akışına, dönüşe veya kütleçekimine güvenirler. ⓘ

Bir Soyuz-FG roketi "Gagarin'in Başlangıcı" (Site 1/5), Baykonur Kozmodromu'ndan fırlatıldı ⓘ

Tarihçe

Huolongjing'de tasvir edilen roket okları: "ateş oku", "ejderha biçimli ok çerçevesi" ve "tam bir ateş oku" ⓘ

Barutla çalışan ilk roketler 13. yüzyılda Song Hanedanlığı döneminde Ortaçağ Çin'inde geliştirilmiştir. Ayrıca bu dönemde erken bir MLRS formu da geliştirdiler. Moğollar Çin roket teknolojisini benimsemiş ve bu icat Moğol istilaları yoluyla Orta Doğu'ya ve 13. yüzyılın ortalarında Avrupa'ya yayılmıştır. Roketlerin Song donanması tarafından 1245 yılına tarihlenen bir askeri tatbikatta kullanıldığı kaydedilmiştir. İçten yanmalı roket tahrikinden 1264 yılına ait bir kaynakta bahsedilmekte ve bir tür havai fişek olan "yer sıçanı "nın İmparatoriçe Anne Gongsheng'i oğlu İmparator Lizong tarafından onuruna verilen bir ziyafette korkuttuğu kaydedilmektedir. Daha sonra roketler, 14. yüzyılın ortalarında Çinli topçu subayı Jiao Yu tarafından yazılan ve Ateş Etme Kılavuzu olarak da bilinen Huolongjing adlı askeri incelemeye dahil edilmiştir. Bu metinde bilinen ilk çok kademeli roket olan ve Çin donanması tarafından kullanıldığı düşünülen 'sudan çıkan ateş ejderhasından' (Huo long chu shui) bahsedilmektedir. ⓘ

Ortaçağ ve erken modern roketler askeri olarak kuşatmalarda yangın çıkarıcı silahlar olarak kullanılmıştır. Hasan al-Rammah 1270 ve 1280 yılları arasında 22'si roketler için olmak üzere 107 barut tarifi içeren al-furusiyyah wa al-manasib al-harbiyya (Askeri Binicilik ve Hünerli Savaş Aletleri Kitabı) adlı eserini yazmıştır. Avrupa'da Konrad Kyeser, 1405 civarında Bellifortis adlı askeri incelemesinde roketleri tanımlamıştır. ⓘ

"Roket" adı İtalyanca rocchetta'dan gelmektedir, "bobin" ya da "küçük iğ" anlamına gelmektedir ve şekil olarak çıkrıktaki ipliği tutmak için kullanılan bobin ya da makaraya benzerliği nedeniyle verilmiştir. Leonhard Fronsperger ve Conrad Haas İtalyanca terimi 16. yüzyılın ortalarında Almancaya uyarlamıştır; "roket" ise İngilizcede 17. yüzyılın başlarında ortaya çıkmıştır. Casimir Siemienowicz'in roket topçuluğu üzerine önemli bir erken modern çalışması olan Artis Magnae Artilleriae pars prima ilk olarak 1650 yılında Amsterdam'da basılmıştır. ⓘ

Mysorean roketleri ve roket topları Guntur Savaşı sırasında bir Doğu Hindistan Şirketi taburunu yenmek için kullanılmıştır. ⓘ

Mysorean roketleri, 18. yüzyılın sonlarında Haydar Ali'nin yönetimi altındaki Mysore Krallığı'nda (bugünkü Hindistan'ın bir parçası) geliştirilen ilk başarılı demir gövdeli roketlerdi. ⓘ

William Congreve Napolyon Savaşları sırasında Kopenhag bombardımanında (1807) ⓘ

Congreve roketi 1804 yılında Sir William Congreve tarafından tasarlanan ve geliştirilen bir İngiliz silahıydı. Bu roket doğrudan Mysorean roketlerine dayanıyordu, sıkıştırılmış barut kullanıyordu ve Napolyon Savaşlarında kullanıldı. Francis Scott Key'in 1814'te Fort McHenry'yi kuşatan bir İngiliz gemisinde esir tutulduğu sırada "roketlerin kırmızı parıltısı" hakkında yazarken bahsettiği Congreve roketleriydi. Mysorean ve İngiliz yenilikleri birlikte askeri roketlerin etkili menzilini 100 metreden 2,000 metreye çıkarmıştır. ⓘ

Roket itme dinamiğinin ilk matematiksel incelemesi William Moore'a (1813) aittir. Congreve 1814 yılında çoklu roket fırlatma aparatlarının kullanımını tartıştığı bir kitap yayınlamıştır. 1815'te Alexander Dmitrievich Zasyadko, roketlerin salvolar halinde (bir seferde 6 roket) ateşlenmesine olanak tanıyan roket fırlatma platformları ve silah yerleştirme cihazları inşa etti. William Hale 1844 yılında roket toplarının isabet oranını büyük ölçüde arttırmıştır. Edward Mounier Boxer 1865 yılında Congreve roketini daha da geliştirmiştir. ⓘ

William Leitch ilk olarak 1861'de insanlı uzay uçuşunu mümkün kılmak için roket kullanma konseptini önerdi. Leitch'in roketle uzay uçuşu tanımı ilk olarak 1861'de yazdığı "Uzayda Bir Yolculuk" adlı makalesinde yer almış ve bu makale daha sonra God's Glory in the Heavens (1862) adlı kitabında yayınlanmıştır. Konstantin Tsiolkovsky de daha sonra (1903'te) bu fikri tasarladı ve sonraki uzay uçuşu gelişiminin temelini oluşturan bir teori bütününü kapsamlı bir şekilde geliştirdi. ⓘ

Archibald Low "...1917'de Experimental Works elektrikle yönlendirilen bir roket tasarladı... Roket deneyleri Yarbay Brock'un yardımıyla kendi patentlerim altında yürütüldü" demiştir. "Roketlerdeki Gelişmeler" patenti Temmuz 1918'de alınmış ancak güvenlik nedeniyle Şubat 1923'e kadar yayınlanmamıştır. Ateşleme ve Güdüm kontrolleri kablolu ya da kablosuz olabilirdi. İtici ve yönlendirici roket akıntısı burun kısmındaki saptırıcı kaportadan çıkıyordu. ⓘ

Robert Goddard sıvı oksijen-benzin roketi ile (1926) ⓘ

1920'de Clark Üniversitesi'nden Profesör Robert Goddard, A Method of Reaching Extreme Altitudes (Aşırı Yüksekliklere Ulaşma Yöntemi) adlı kitabında roket teknolojisinde yapılması önerilen iyileştirmeleri yayınladı. 1923 yılında Hermann Oberth (1894-1989) Die Rakete zu den Planetenräumen ("Gezegensel Uzaya Roket") adlı kitabını yayınladı. Modern roketler 1926 yılında Goddard'ın yüksek basınçlı bir yanma odasına süpersonik (de Laval) bir nozul takmasıyla ortaya çıkmıştır. Bu nozullar yanma odasından gelen sıcak gazı daha soğuk, hipersonik, yüksek oranda yönlendirilmiş bir gaz jetine dönüştürerek itme gücünü iki katından fazla arttırmış ve motor verimliliğini %2'den %64'e yükseltmiştir. Barut yerine sıvı itici gazlar kullanması roketlerin ağırlığını büyük ölçüde azaltmış ve etkinliğini arttırmıştır. ⓘ

Bir Sovyet Katyuşa roketatar bataryası Stalingrad Muharebesi sırasında Alman kuvvetlerine ateş ederken, 6 Ekim 1942 ⓘ

1921 yılında Sovyet araştırma ve geliştirme laboratuvarı Gaz Dinamiği Laboratuvarı katı yakıtlı roketler geliştirmeye başlamış ve bunun sonucunda 1928 yılında yaklaşık 1.300 metre uçan ilk roket fırlatılmıştır. Bu roketler 1931 yılında uçakların [jet destekli kalkış]] için roketlerin dünyadaki ilk başarılı kullanımı için kullanıldı ve İkinci Dünya Savaşı sırasında kullanılan Katyuşa roketatarının prototipleri oldu. ⓘ

Test Standı VII'den fırlatılan V-2 roketi, 1943 yazı ⓘ

1943 yılında Almanya'da V-2 roketinin üretimine başlandı. Peenemünde Ordu Araştırma Merkezi tarafından tasarlanmış ve Wernher von Braun teknik direktör olarak görev yapmıştır. V-2, 20 Haziran 1944'te MW 18014'ün dikey olarak fırlatılmasıyla Kármán hattını geçerek uzaya giden ilk yapay nesne oldu. Alman güdümlü füze programına paralel olarak, roketler yatay kalkışa (RATO), dikey kalkışa (Bachem Ba 349 "Natter") yardımcı olmak ya da onlara güç sağlamak için (Me 163, bkz. Almanya'nın İkinci Dünya Savaşı güdümlü füzeleri listesi) uçaklarda da kullanıldı. Müttefiklerin roket programları daha az teknolojikti ve çoğunlukla topçu rolündeki Sovyet Katyuşa roketi ve Amerikan anti tank bazuka mermisi gibi güdümsüz füzelere dayanıyordu. Bunlar katı kimyasal itici gazlar kullanıyordu. ⓘ

Amerikalılar 1945 yılında aralarında Wernher von Braun'un da bulunduğu çok sayıda Alman roket bilimcisini yakalamış ve Paperclip Operasyonu kapsamında ABD'ye getirmiştir. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra bilim adamları roketleri, atmosferin sıcaklık ve basıncının radyo telemetrisi, kozmik ışınların tespiti ve diğer teknikler yoluyla yüksek irtifa koşullarını incelemek için kullandılar; ses duvarını aşan ilk mürettebatlı araç olan Bell X-1'i de unutmayın (1947). Bağımsız olarak, Sovyetler Birliği'nin uzay programı araştırmaları baş tasarımcı Sergei Korolev'in (1907-1966) liderliğinde devam etti. ⓘ

Soğuk Savaş sırasında roketler, modern kıtalararası balistik füzelerin (ICBM'ler) geliştirilmesiyle askeri açıdan son derece önemli hale gelmiştir. 1960'larda özellikle Sovyetler Birliği'nde (Vostok, Soyuz, Proton) ve Amerika Birleşik Devletleri'nde (örneğin X-15) roket teknolojisi hızla gelişti. Roketler uzay araştırmaları için kullanılmaya başlandı. Amerikan mürettebatlı programları (Project Mercury, Project Gemini ve daha sonra Apollo programı) 1969'da Saturn V roketiyle fırlatılan ekipman kullanılarak Ay'a ilk mürettebatlı inişle sonuçlandı. ⓘ

Türler

Araç konfigürasyonları ⓘ

Apollo 15 Saturn V roketinin fırlatılışı: T - 30 sn ile T + 40 sn arası ⓘ

Roket araçları genellikle dikey olarak havalanan arketipik uzun ince "roket" şeklinde inşa edilir, ancak aslında aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok farklı roket türü vardır:

• balon roketler, su roketleri, skyrockets gibi küçük modeller veya bir hobi mağazasından satın alınabilecek küçük katı roketler
• Füzeler
• Apollo programı için kullanılan devasa Saturn V gibi uzay roketleri
• roket arabalar
• roket bisiklet
• roketle çalışan hava taşıtları (geleneksel hava taşıtlarının roket destekli kalkışı - RATO dahil)
• roket kızakları
• roket trenleri
• roket torpi̇dolari
• roket motorlu jet paketleri
• fırlatma koltukları ve fırlatma kaçış sistemleri gibi hızlı kaçış sistemleri
• uzay sondaları ⓘ

Tasarım

Bir roket tasarımı kara barutla doldurulmuş bir karton tüp kadar basit olabilir, ancak verimli, doğru bir roket veya füze yapmak bir dizi zor sorunun üstesinden gelmeyi gerektirir. Başlıca zorluklar arasında yanma odasının soğutulması, yakıtın pompalanması (sıvı yakıt olması durumunda) ve hareket yönünün kontrol edilmesi ve düzeltilmesi yer alır. ⓘ

Bileşenler

Roketler itici gaz, itici gazın konulacağı yer (itici tankı gibi) ve roket motor nozulu'ndan oluşur. Ayrıca bir veya daha çok roket motoru’na, yön dengeleme aygıt(ları) (kanatçıklar, vernier motorları veya itiş vektörlemesi için motor dengeleme halkaları, cayraskoplar gibi) ve bu bileşenleri bir arada tutmak için (genellikle monokok bir yapıları vardır. Yüksek hızda atmosferik kullanım için tasarlanan roketlerde ayrıca, genellikle yükü taşıyan burun konisi gibi aerodinamik bir kaporta da vardır. Bu bileşenlerin yanı sıra roketlerin, kanatlar (roket uçaklarda), paraşütler, tekerlekler (roket arabalarda) hatta bir anlamda bir kişi (roket kemeri) gibi herhangi bir sayıda başka bileşenleri de olabilir. ⓘ

Araçlarda genellikle uydu navigasyonu ve atalet navigasyon sistemlerini kullanan navigasyon sistemleri ve güdüm sistem’leride olabilir. ⓘ

Motorlar

Viking 5C roket motoru ⓘ

Roket motorları jet itiş prensibini kullanır. Roketlere güç veren roket motorlarının çok çeşitli türleri vardır; kapsamlı bir liste Roket motoru ana maddesinde bulunabilir. Günümüzdeki roketlerin çoğu sıcak bir egzoz gazı yayan kimyasal güçle çalışan roketlerdir (genellikle içten yanmalı motorlar, ancak bazıları ayrışan bir tek yakıt kullanır). Bir roket motoru gaz itici gazlar, katı itici gazlar, sıvı itici gazlar ya da hem katı hem de sıvı karışımları kullanabilir. Bazı roketler, buhar roketleri, güneş termal roketleri, nükleer termal roket motorları veya su roketi veya soğuk gaz iticileri gibi basit basınçlı roketler gibi itici yakıt(lar)ın kimyasal reaksiyonundan başka bir kaynaktan sağlanan ısı veya basıncı kullanır. Yanıcı itici gazlar ile yanma odasında yakıt ve oksitleyici arasında bir kimyasal reaksiyon başlatılır ve ortaya çıkan sıcak gazlar roketin arkaya bakan ucundaki bir roket motoru nozülünden (veya nozüllerinden) dışarı doğru hızlanır. Bu gazların motor boyunca ivmelenmesi, yanma odasına ve nozüle kuvvet ("itme") uygulayarak aracı iter (Newton'un Üçüncü Yasasına göre). Bu aslında yanma odası duvarındaki kuvvetin (basınç çarpı alan) nozul açıklığı tarafından dengelenmemesi nedeniyle gerçekleşir; başka hiçbir yönde durum böyle değildir. Nozulun şekli de egzoz gazını roketin ekseni boyunca yönlendirerek kuvvet üretir. ⓘ

İtici Yakıt

Gaz Çekirdekli ampul ⓘ

Roket itici yakıtı, itme kuvveti üretmek için bir roket motorundan sıvı jet şeklinde fırlatılan itici kütle olarak kullanılmadan önce, genellikle bir tür itici yakıt tankı veya muhafazası içinde depolanan kütledir. Kimyasal roketlerde itici gazlar genellikle sıvı hidrojen ya da gazyağı gibi bir yakıttır ve büyük hacimlerde çok sıcak gaz üretmek için sıvı oksijen ya da nitrik asit gibi bir oksitleyici ile yakılır. Oksitleyici ya ayrı tutulur ve yanma odasında karıştırılır ya da katı roketlerde olduğu gibi önceden karıştırılmış olarak gelir. ⓘ

Bazen itici gaz yakılmaz ama yine de kimyasal bir reaksiyona girer ve hidrazin, nitröz oksit veya hidrojen peroksit gibi katalitik olarak sıcak gaza ayrıştırılabilen bir 'monopropellant' olabilir. ⓘ

Alternatif olarak, buhar roketi, güneş termal roketi veya nükleer termal roketlerde olduğu gibi dışarıdan ısıtılabilen inert bir itici yakıt kullanılabilir. ⓘ

Yüksek performansın daha az gerekli olduğu durum kontrol iticileri gibi daha küçük, düşük performanslı roketler için itici gaz olarak basınçlı bir sıvı kullanılır ve bu sıvı bir itici nozul aracılığıyla uzay aracından dışarı çıkar. ⓘ

Sarkaç roket yanılgısı

Sarkaç roket yanılgısının gösterimi. Motor ister aracın altına (soluna) ister üstüne (sağına) monte edilmiş olsun, itme vektörü (T) aracın dönmesine yol açacak şekilde aracın duruşundan bağımsız olarak dikey olarak (altta) işaret etmek yerine, araca sabitlenmiş bir eksen boyunca (üstte) işaret eder. ⓘ

Robert H. Goddard tarafından inşa edilen ilk sıvı yakıtlı roket, modern roketlerden önemli ölçüde farklıydı. Goddard'ın roketin uçuş sırasında bir sarkaç gibi motordan "sarkarak" dengeyi sağlayacağı inancına dayanarak roket motoru roketin tepesinde, yakıt tankı ise altında yer alıyordu. Ancak roketin rotasından saparak fırlatma alanından 184 feet (56 m) uzağa düşmesi, roketin roket motorunun tabanda olduğu bir roketten daha dengeli olmadığını göstermiştir. ⓘ

Kullanım Alanları

Kendi itici yakıtını taşıyan roketler veya diğer benzer reaksiyon cihazları, uzayda olduğu gibi, bir aracın itici güç olarak kullanabileceği başka bir madde (kara, su veya hava) veya kuvvet (yerçekimi, manyetizma, ışık) olmadığında kullanılmalıdır. Bu durumlarda, kullanılacak tüm itici gazın taşınması gerekmektedir. ⓘ

Ancak, diğer durumlarda da kullanışlıdırlar: ⓘ

Askeri

Denizden fırlatılan bir Trident II füzesi. ⓘ

Bazı askeri silahlar savaş başlıklarını hedeflerine itmek için roket kullanmaktadır. Bir roket ve yükü birlikte, silah bir güdüm sistemine sahipse (tüm füzeler roket motoru kullanmaz, bazıları jetler gibi başka motorlar kullanır) genellikle füze olarak veya güdümsüzse roket olarak adlandırılır. Anti-tank ve uçaksavar füzeleri roket motorlarını kullanarak birkaç mil menzildeki hedefleri yüksek hızda vururken, kıtalararası balistik füzeler binlerce milden birden fazla nükleer savaş başlığı göndermek için kullanılabilir ve anti-balistik füzeler bunları durdurmaya çalışır. Roketler, düşman hedeflerini gözetlemek için fırlatılan Ping-Pong roketi gibi keşif amaçlı olarak da test edilmiştir, ancak keşif roketleri orduda hiçbir zaman yaygın olarak kullanılmamıştır. ⓘ

Bilim ve araştırma

Bir Bumper sondaj roketi ⓘ

Sondaj roketleri genellikle Dünya yüzeyinden 50 kilometre (31 mil) ila 1.500 kilometre (930 mil) yükseklikte ölçüm yapan aletleri taşımak için kullanılır. Dünya'nın uzaydan ilk görüntüleri 1946 yılında bir V-2 roketinden elde edilmiştir (uçuş #13). ⓘ

Roket motorları ayrıca roket kızaklarını bir ray boyunca son derece yüksek hızda itmek için de kullanılır. Bu konudaki dünya rekoru Mach 8.5'tir. ⓘ

:Şablon:OV STS-134 videosu ⓘ

Uzay uçuşu

Daha büyük roketler normalde ateşlemeden birkaç saniye sonrasına kadar sabit destek sağlayan bir fırlatma rampasından fırlatılır. Yüksek egzoz hızları nedeniyle - 2,500 ila 4,500 m/s (9,000 ila 16,200 km/s; 5,600 ila 10,100 mph)- roketler özellikle yaklaşık 7,800 m/s (28,000 km/s; 17,000 mph) yörünge hızı gibi çok yüksek hızların gerekli olduğu durumlarda kullanışlıdır. Yörüngeye gönderilen uzay araçları, birçok ticari amaç için kullanılan yapay uydular haline gelir. Gerçekten de roketler uzay araçlarını yörüngeye ve ötesine fırlatmanın tek yolu olmaya devam etmektedir. Ayrıca yörünge değiştirdiklerinde ya da iniş için yörüngeden çıktıklarında uzay araçlarını hızla hızlandırmak için de kullanılırlar. Ayrıca, bir roket inişten hemen önce sert bir paraşüt inişini yumuşatmak için de kullanılabilir (bkz. retrorocket). ⓘ

Apollo 15 Saturn V başlatılması ⓘ

Kurtarma

Apollo LES rampası mürettebat modülü ile iptal testi. ⓘ

Roketler, gemidekileri kurtarmak için bir Breeches şamandırasının kullanılabilmesi amacıyla karaya oturmuş bir gemiye halat itmek için kullanılmıştır. Roketler ayrıca acil durum işaret fişeklerini fırlatmak için de kullanılır. ⓘ

Başta Saturn V ve Soyuz olmak üzere bazı mürettebatlı roketlerde fırlatma kaçış sistemleri bulunmaktadır. Bu küçük, genellikle katı bir rokettir ve mürettebatlı kapsülü bir anda ana araçtan güvenli bir yere doğru çekebilir. Bu tür sistemler hem testlerde hem de uçuş sırasında birçok kez çalıştırılmış ve her seferinde doğru şekilde çalıştırılmıştır. ⓘ

Sovyet ay roketi N1'in 3L, 5L ve 7L araçlarının dört başarısız fırlatılışından üçünde Güvenlik Güvence Sisteminin (Sovyet terminolojisi) L3 kapsülünü başarılı bir şekilde çekip çıkardığı durum buydu. Her üç durumda da kapsül, mürettebatsız olmasına rağmen yok olmaktan kurtarılmıştır. Sadece yukarıda bahsi geçen üç N1 roketi işlevsel Güvenlik Güvence Sistemlerine sahipti. Öne çıkan araç olan 6L'nin kukla üst aşamaları vardı ve bu nedenle N1 güçlendiricisine başarısız bir fırlatmadan çıkış için %100 başarı oranı veren bir kaçış sistemi yoktu. ⓘ

Mürettebatlı bir kapsülün başarılı bir kaçışı, Salyut 10 uzay istasyonuna giden Soyuz T-7'nin rampada patlamasıyla gerçekleşmiştir. ⓘ

Katı roket tahrikli fırlatma koltukları, uçuş kontrolü kaybedildiğinde mürettebatı araçtan güvenli bir şekilde uzaklaştırmak için birçok askeri uçakta kullanılmaktadır. ⓘ

Hobi, spor ve eğlence

Model roket, düşük irtifalara (örneğin, 30 g (1,1 oz) model için 100-500 m (330-1.640 ft)) ulaşmak ve çeşitli yollarla kurtarılmak üzere tasarlanmış küçük bir rokettir. ⓘ

Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Roketçilik Birliği (nar) Güvenlik Koduna göre model roketler kağıt, ahşap, plastik ve diğer hafif malzemelerden yapılır. Kod ayrıca motor kullanımı, fırlatma sahası seçimi, fırlatma yöntemleri, fırlatıcı yerleşimi, kurtarma sistemi tasarımı ve konuşlandırılması ve daha fazlası için yönergeler sağlar. 1960'ların başından beri Model Roket Güvenlik Kurallarının bir kopyası çoğu model roket kiti ve motoruyla birlikte verilmektedir. Son derece yanıcı maddeler ve yüksek hızlarda hareket eden sivri uçlu nesnelerle olan doğal ilişkisine rağmen, model roketçiliğin tarihsel olarak çok güvenli bir hobi olduğu kanıtlanmış ve sonunda bilim insanı ve mühendis olan çocuklar için önemli bir ilham kaynağı olarak kabul edilmiştir. ⓘ

Hobi sahipleri çok çeşitli model roketler inşa etmekte ve uçurmaktadır. Birçok şirket model roket kitleri ve parçaları üretmektedir, ancak doğasında var olan basitlik nedeniyle bazı hobicilerin neredeyse her şeyden roket yaptıkları bilinmektedir. Roketler bazı tüketici ve profesyonel havai fişek türlerinde de kullanılmaktadır. Su roketi, reaksiyon kütlesi olarak su kullanan bir model roket türüdür. Basınç kabı (roketin motoru) genellikle kullanılmış bir plastik meşrubat şişesidir. Su, basınçlı bir gaz, tipik olarak sıkıştırılmış hava tarafından dışarı itilir. Newton'un üçüncü hareket yasasının bir örneğidir. ⓘ

Amatör roketçiliğin ölçeği, kişinin kendi arka bahçesinde fırlatılan küçük bir roketten uzaya ulaşan bir rokete kadar değişebilir. Amatör roketçilik toplam motor itkisine göre üç kategoriye ayrılır: düşük güç, orta güç ve yüksek güç. ⓘ

Hidrojen peroksit roketleri jetpack'lere güç sağlamak için kullanılır ve arabalara güç sağlamak için kullanılmıştır ve bir roket arabası tüm zamanların (resmi olmasa da) drag yarışı rekorunu elinde tutar. ⓘ

Corpulent Stump Birleşik Krallık'ta Aerotech motoruyla fırlatılan en güçlü ticari olmayan rokettir. ⓘ

Uçuş

Uzay Mekiği Endeavour'un STS-134 ile fırlatılışının videosu ⓘ

Yörüngesel uzay uçuşları veya gezegenler arası uzaya fırlatmalar genellikle yerdeki sabit bir konumdan yapılır, ancak bir uçak veya gemiden de mümkün olabilir. ⓘ

Roket fırlatma teknolojileri, sadece aracın kendisini değil, aynı zamanda ateşleme kontrol sistemlerini, görev kontrol merkezini, fırlatma rampasını, yer istasyonlarını ve başarılı bir fırlatma veya kurtarma veya her ikisi için gerekli izleme istasyonlarını da içeren bir aracı başarılı bir şekilde fırlatmak için gereken tüm sistemleri içerir. Bunlar genellikle toplu olarak "yer segmenti" olarak adlandırılır. ⓘ

Yörüngesel fırlatma araçları genellikle dikey olarak havalanır ve daha sonra genellikle bir yerçekimi dönüş yörüngesini izleyerek kademeli olarak eğilmeye başlar. ⓘ

Araç atmosferin büyük bölümünün üzerine çıktıktan sonra roket jetine açı vererek onu büyük ölçüde yatay ancak bir miktar da aşağıya doğru yönlendirir, bu da aracın yatay hızını artırırken irtifa kazanmasına ve ardından irtifayı korumasına olanak tanır. Hız arttıkça, araç yörünge hızına ulaşıp motor durana kadar giderek daha yatay hale gelecektir. ⓘ

Mevcut tüm araçlar yörüngeye giderken aşamalıdır, yani donanımı fırlatır. Aşama yapmadan yörüngeye ulaşabilecek araçlar önerilmiş olsa da, hiçbiri inşa edilmemiştir ve yalnızca roketlerle çalıştırılsa bile, böyle bir aracın katlanarak artan yakıt gereksinimi, faydalı yükünü çok küçük veya yok hale getirecektir. Mevcut ve geçmişteki fırlatma araçlarının çoğu fırlatılan donanımlarını, tipik olarak okyanusa çakılmalarına izin vererek "harcamaktadır", ancak bazıları paraşütle ya da itici inişle fırlatılan donanımı kurtarmış ve yeniden kullanmıştır. ⓘ

Sri Lanka kara kütlesinden kaçınarak kutupsal eğimlere fırlatılan bir PSLV'nin doglegged uçuş yolu. ⓘ

Bir uzay aracını yörüngeye fırlatırken "dogleg", roketin uçuş yolunun "düz" bir yoldan sapmasına neden olan yükseliş aşaması sırasında güdümlü, motorlu bir dönüştür. İstenen yörünge eğimine ulaşmak için istenen fırlatma azimutu, yer izini kara üzerinden (veya nüfuslu bir alan üzerinden, örneğin Rusya genellikle kara üzerinden fırlatır, ancak nüfuslu olmayan alanlar üzerinden) götürecekse veya roket fırlatma alanının enlemine ulaşmayan bir yörünge düzlemine ulaşmaya çalışıyorsa, bir sapma gereklidir. Doglegs, fazladan yakıt gerektirmesi, daha ağır yüke neden olması ve araç performansını düşürmesi nedeniyle istenmeyen bir durumdur. ⓘ

Gürültü

Çalışanlar ve medya mensupları Fırlatma Pisti 39A'daki Ses Bastırma Su Sistemi testine tanıklık ediyor. ⓘ

Roket egzozu önemli miktarda akustik enerji üretir. Süpersonik egzoz ortamdaki hava ile çarpıştığında şok dalgaları oluşur. Bu şok dalgalarından kaynaklanan ses yoğunluğu roketin boyutuna ve egzoz hızına bağlıdır. Büyük, yüksek performanslı roketlerin ses şiddeti yakın mesafeden ölümcül olabilir. ⓘ

Uzay Mekiği, tabanının etrafında 180 dB gürültü üretiyordu. Bununla mücadele etmek için NASA, fırlatma rampasına dakikada 900.000 galona (57 m³/s) kadar su akıtabilen bir ses bastırma sistemi geliştirmiştir. Su, gürültü seviyesini 180 dB'den 142 dB'ye düşürmektedir (tasarım gereksinimi 145 dB'dir). Ses bastırma sistemi olmasaydı, akustik dalgalar fırlatma rampasından rokete doğru yansıyarak hassas yükü ve mürettebatı titreştirirdi. Bu akustik dalgalar rokete zarar verecek veya onu tahrip edecek kadar şiddetli olabilir. ⓘ

Gürültü genellikle bir roket yere yakın olduğunda en yoğundur, çünkü motorlardan gelen gürültü jetten uzağa yayılır ve yerden yansır. Bu gürültü, çatılı alev hendekleri, jetin etrafına su enjeksiyonu ve jetin bir açıyla saptırılmasıyla bir miktar azaltılabilir. ⓘ

Mürettebatlı roketlerde yolcuların ses yoğunluğunu azaltmak için çeşitli yöntemler kullanılır ve tipik olarak astronotların roket motorlarından uzağa yerleştirilmesi önemli ölçüde yardımcı olur. Yolcular ve mürettebat için, bir araç süpersonik hale geldiğinde, ses dalgaları artık araca ayak uyduramadığından ses kesilir. ⓘ

Fizik

Operasyon

Konik nozullu bir balon. Bu durumda, nozülün kendisi balonu itmez ancak balon tarafından çekilir. Yakınsak/ıraksak bir nozul daha iyi olurdu. ⓘ

Roket motorunda itici gazın yanmasının etkisi, yakıtta depolanmış kimyasal enerjiyi kullanarak ortaya çıkan gazların iç enerjisini arttırmaktır. İç enerji arttıkça basınç artar ve bu enerjiyi yönlendirilmiş kinetik enerjiye dönüştürmek için bir nozul kullanılır. Bu, bu gazların salındığı ortama karşı itme kuvveti üretir. Egzozun ideal hareket yönü itme kuvvetine neden olacak yöndedir. Yanma odasının üst ucunda sıcak, enerjik gaz akışkanı ileri doğru hareket edemez ve bu nedenle roket motorunun yanma odasının üst kısmına doğru yukarı doğru itilir. Yanma gazları yanma odasının çıkışına yaklaştıkça hızları artar. Roket motoru nozülünün yakınsak kısmının yanma gazlarının yüksek basınçlı akışkanı üzerindeki etkisi, gazların yüksek hıza çıkmasına neden olmaktır. Gazların hızı ne kadar yüksekse, yanma odasının o kısmına etki eden gazın basıncı da o kadar düşük olur (Bernoulli prensibi veya enerjinin korunumu). Düzgün tasarlanmış bir motorda akış, nozulun boğazında Mach 1'e ulaşacaktır. Bu noktada akışın hızı artar. Nozul boğazının ötesinde, motorun çan şeklindeki genişleme kısmı, genişleyen gazların roket motorunun bu kısmına doğru itilmesine izin verir. Böylece, nozulun çan kısmı ek itme gücü sağlar. Basitçe ifade etmek gerekirse, Newton'un üçüncü yasasına göre her etki için eşit ve zıt bir tepki vardır ve bunun sonucunda çıkan gazlar roket üzerinde bir kuvvet tepkisi yaratarak roketin hızlanmasına neden olur. ⓘ

Roket itiş gücü, hem yanma odasına hem de nozüle etki eden basınçlardan kaynaklanır ⓘ

Kapalı bir bölmede basınçlar her yönde eşittir ve ivme oluşmaz. Haznenin alt kısmında bir açıklık sağlanırsa, basınç artık eksik bölüme etki etmez. Bu açıklık egzozun kaçmasına izin verir. Kalan basınçlar açıklığın karşısındaki tarafta bir itme kuvveti oluşturur ve roketi iten de bu basınçlardır. ⓘ

Nozulun şekli önemlidir. Daralan bir nozülden çıkan hava ile itilen bir balon düşünün. Böyle bir durumda hava basıncı ve viskoz sürtünmenin birleşimi, nozülün balonu itmeyeceği, ancak balon tarafından çekileceği şekildedir. Yakınsak/ıraksak bir nozul kullanmak daha fazla kuvvet sağlar çünkü egzoz da dışarı doğru genişlerken ona baskı yapar ve toplam kuvveti kabaca iki katına çıkarır. İtici gaz hazneye sürekli olarak eklenirse, bu basınçlar itici gaz kaldığı sürece korunabilir. Sıvı yakıtlı motorlar söz konusu olduğunda, itici gazı yanma odasına taşıyan pompaların yanma odasından daha büyük bir basıncı (tipik olarak 100 atmosfer mertebesinde) muhafaza etmesi gerektiğini unutmayın. ⓘ

Bir yan etki olarak, roket üzerindeki bu basınçlar egzoz üzerinde de ters yönde etki eder ve bu egzozu çok yüksek hızlara çıkarır (Newton'un Üçüncü Yasasına göre). Momentumun korunumu ilkesinden hareketle, bir roketin egzozunun hızı, belirli bir itici yakıt miktarı için ne kadar momentum artışı yaratıldığını belirler. Buna roketin özgül itkisi denir. Uçuş halindeki bir roket, itici yakıt ve egzoz, herhangi bir dış pertürbasyon olmaksızın, kapalı bir sistem olarak düşünülebileceğinden, toplam momentum her zaman sabittir. Bu nedenle, egzozun bir yöndeki net hızı ne kadar yüksek olursa, roketin ters yönde ulaşabileceği hız da o kadar yüksek olur. Roket gövdesinin kütlesi tipik olarak nihai toplam egzoz kütlesinden çok daha düşük olduğu için bu özellikle doğrudur. ⓘ

Uçuş halindeki bir roket üzerindeki kuvvetler

Uçuş halindeki bir roket üzerindeki kuvvetler ⓘ

Bir roket üzerindeki kuvvetlerin genel olarak incelenmesi balistik alanının bir parçasıdır. Uzay araçları astrodinamik alt alanında daha ayrıntılı olarak incelenmektedir. ⓘ

Uçan roketler öncelikle aşağıdakilerden etkilenir:

• Motor(lar)dan gelen itme gücü
• Gök cisimlerinin yerçekimi
• Atmosferde hareket ediyorsa sürükleme
• Kaldırma; roketle çalışan uçaklar dışında genellikle nispeten küçük etki ⓘ

Buna ek olarak, roketin bir gök cisminin merkezi etrafındaki yolu nedeniyle atalet ve merkezkaç sözde kuvveti önemli olabilir; doğru yönde ve irtifada yeterince yüksek hızlara ulaşıldığında kararlı bir yörünge veya kaçış hızı elde edilir. ⓘ

Bu kuvvetler, dengeleyici bir kuyruk (empennage) mevcutken, kasıtlı kontrol çabaları gösterilmediği sürece, doğal olarak aracın yerçekimi dönüşü olarak adlandırılan kabaca parabolik bir yörünge izlemesine neden olacaktır ve bu yörünge genellikle en azından fırlatmanın ilk bölümünde kullanılır. (Roket motoru buruna monte edilmiş olsa bile bu doğrudur.) Böylece araçlar düşük hatta sıfır hücum açısını koruyabilir, bu da fırlatma aracı üzerindeki enine gerilimi en aza indirerek daha zayıf ve dolayısıyla daha hafif bir fırlatma aracına izin verir. ⓘ

Sürüklenme

Sürükleme, roketin içinde hareket ettiği havaya göre hareket yönüne ters bir kuvvettir. Bu, aracın hızını yavaşlatır ve yapısal yükler oluşturur. Hızlı hareket eden roketler için yavaşlama kuvvetleri sürükleme denklemi kullanılarak hesaplanır. ⓘ

Aerodinamik bir burun konisi ve yüksek balistik katsayılı bir şekil ("klasik" roket şekli - uzun ve ince) kullanılarak ve roketin hücum açısı mümkün olduğunca düşük tutularak sürüklenme en aza indirilebilir. ⓘ

Bir fırlatma sırasında, aracın hızı arttıkça ve atmosfer inceldikçe, maksimum Q olarak adlandırılan maksimum aerodinamik sürüklenme noktası vardır. Bu, roketin bu kuvvetler altında bükülmekten kaçınması gerektiğinden, aracın minimum aerodinamik gücünü belirler. ⓘ

Net itme gücü

Bir roket jetinin şekli dış hava basıncına bağlı olarak değişir. Yukarıdan aşağıya doğru:

• Az genişletilmiş
• İdeal olarak genişletilmiş
• Aşırı genişletilmiş
• Büyük ölçüde aşırı genişlemiş ⓘ

Tipik bir roket motoru her saniye kendi kütlesinin önemli bir kısmını itici gaz olarak taşıyabilir ve itici gaz nozuldan saniyede birkaç kilometre hızla ayrılır. Bu, bir roket motorunun ve genellikle tüm aracın itme/ağırlık oranının çok yüksek, aşırı durumlarda 100'ün üzerinde olabileceği anlamına gelir. Bu oran, daha iyi motorların bazılarında 5'i aşabilen diğer jet tahrik motorlarıyla karşılaştırılabilir. ⓘ

Bir roketin net itiş gücünün şu şekilde olduğu gösterilebilir:

$F_{n}={\dot {m}}\;v_{e}$ ⓘ

nerede:

${\dot {m}}=\,$itici gaz akışı (kg/s veya lb/s)

$v_{e}=\,$etkin egzoz hızı (m/s veya ft/s) ⓘ

Etkin egzoz hızı $v_{e}$ egzozun aracı terk etme hızıdır ve uzay boşluğunda etkin egzoz hızı genellikle itme ekseni boyunca gerçek ortalama egzoz hızına eşittir. Bununla birlikte, etkin egzoz hızı çeşitli kayıplara izin verir ve özellikle bir atmosfer içinde çalıştırıldığında azalır. ⓘ

Bir roket motorundan geçen itici yakıt akış hızı, itiş gücünü ve dolayısıyla aracın hava hızını kontrol etmenin bir yolunu sağlamak için genellikle bir uçuş boyunca kasıtlı olarak değiştirilir. Bu, örneğin, aerodinamik kayıpların en aza indirilmesini sağlar ve itici yükündeki azalma nedeniyle g-kuvvetlerindeki artışı sınırlayabilir. ⓘ

Toplam itki

İmpuls, karşıt kuvvetlerin (yerçekimi ve aerodinamik sürükleme) yokluğunda, nesnenin momentumunu (kütle ve hızın integrali) değiştiren, zaman içinde bir nesneye etki eden bir kuvvet olarak tanımlanır. Bu nedenle, kalkış itkisi, kütle veya "güç" yerine bir roketin en iyi performans sınıfı (faydalı yük kütlesi ve son hız kapasitesi) göstergesidir. İtici yakıtını yakan bir roketin (kademenin) toplam itkisidir:

$I=\int Fdt$ ⓘ

Sabit itme olduğunda, bu basitçe:

$I=Ft\;$ ⓘ

Çok aşamalı bir roketin toplam itkisi, her bir aşamanın itkilerinin toplamıdır. ⓘ

Özgül itki

Çeşitli roketlerin vakumdaki + Isp ⓘ
Roket	İtici gazlar	Isp, vakum (s)
Uzay Mekiği sıvı motorlar	LOX/LH2	453
Uzay Mekiği katı motorlar	APCP	268
Uzay Mekiği OMS	NTO/MMH	313
Satürn V 1. aşama	LOX/RP-1	304

İtme denkleminden de görülebileceği gibi, egzozun etkin hızı, saniyede yakılan belirli bir yakıt miktarından üretilen itme miktarını kontrol eder. ⓘ

Eşdeğer bir ölçü, dışarı atılan itici yakıtın ağırlık birimi başına net itki, özgül İtki olarak adlandırılır, $I_{sp}$ve bu bir roketin performansını tanımlayan en önemli rakamlardan biridir. Etkin egzoz hızı ile ilişkili olacak şekilde tanımlanır:

$v_{e}=I_{sp}\cdot g_{0}$ ⓘ

nerede:

$I_{sp}$ saniye birimine sahiptir

$g_{0}$ Dünya'nın yüzeyindeki ivmedir ⓘ

Dolayısıyla, özgül itki ne kadar büyük olursa, motorun net itme gücü ve performansı da o kadar büyük olur. $I_{sp}$ motor test edilirken yapılan ölçümlerle belirlenir. Pratikte roketlerin etkin egzoz hızları değişkenlik göstermekle birlikte son derece yüksek olabilir, ~4500 m/s, deniz seviyesinde havadaki ses hızının yaklaşık 15 katı. ⓘ

Delta-v (roket denklemi)

Dünya ve Mars arasında Güneş Sistemi etrafındaki yaklaşık Delta-v'lerin haritası ⓘ

Bir roketin delta-v kapasitesi, bir roketin herhangi bir dış müdahale olmaksızın (hava sürüklemesi, yerçekimi veya diğer kuvvetler olmaksızın) ulaşabileceği teorik toplam hız değişimidir. ⓘ

Ne zaman $v_{e}$ sabit ise, bir roket aracının sağlayabileceği delta-v Tsiolkovsky roket denkleminden hesaplanabilir:

$\Delta v\ =v_{e}\ln {\frac {m_{0}}{m_{1}}}$ ⓘ

nerede:

$m_{0}$ kg (veya lb) cinsinden itici yakıt dahil başlangıçtaki toplam kütle

$m_{1}$ kg (veya lb) cinsinden nihai toplam kütledir

$v_{e}$ m/s (veya ft/s) cinsinden etkin egzoz hızıdır

$\Delta v\$ m/s (veya ft/s) cinsinden delta-v'dir ⓘ

Dünya'dan fırlatıldığında, faydalı yük taşıyan tek bir roket için pratik delta-vs birkaç km/s olabilir. Bazı teorik tasarımlar 9 km/s'nin üzerinde delta-v'ye sahip roketlere sahiptir. ⓘ

Gerekli delta-v belirli bir manevra için de hesaplanabilir; örneğin Dünya yüzeyinden alçak Dünya yörüngesine fırlatmak için delta-v yaklaşık 9,7 km/s'dir ve bu da aracı yaklaşık 200 km yükseklikte yaklaşık 7,8 km/s'lik bir yanal hız ile bırakır. Bu manevrada hava sürtünmesi, yerçekimi sürtünmesi ve irtifa kazanma nedeniyle yaklaşık 1,9 km/s kaybedilir. ⓘ

Oran ${\frac {m_{0}}{m_{1}}}$ bazen kütle oranı olarak adlandırılır. ⓘ

Kütle oranları

Tsiolkovsky roket denklemi, kütle oranı ile egzoz hızının katları cinsinden son hız arasında bir ilişki verir ⓘ

Bir fırlatma aracının kütlesinin neredeyse tamamı itici yakıttan oluşur. Kütle oranı, herhangi bir 'yanma' için, roketin ilk kütlesi ile son kütlesi arasındaki orandır. Diğer her şey eşit olduğunda, yüksek bir kütle oranı iyi bir performans için arzu edilir, çünkü roketin hafif olduğunu ve dolayısıyla daha iyi performans gösterdiğini gösterir, esasen spor arabalarda düşük ağırlığın arzu edilmesiyle aynı nedenlerden dolayı. ⓘ

Bir grup olarak roketler, her tür motor arasında en yüksek itme/ağırlık oranına sahiptir; bu da araçların yüksek kütle oranlarına ulaşmasına yardımcı olarak uçuşların performansını artırır. Oran ne kadar yüksek olursa, taşınması gereken motor kütlesi de o kadar az olur. Bu da daha fazla itici yakıtın taşınmasına olanak tanıyarak delta-v değerini muazzam ölçüde artırır. Alternatif olarak, kurtarma senaryoları veya yarışlar gibi bazı roketler nispeten az itici yakıt ve faydalı yük taşır ve bu nedenle sadece hafif bir yapıya ihtiyaç duyar ve bunun yerine yüksek ivmeler elde eder. Örneğin, Soyuz kaçış sistemi 20 g üretebilir. ⓘ

Ulaşılabilir kütle oranları büyük ölçüde itici yakıt türü, aracın kullandığı motorun tasarımı, yapısal güvenlik marjları ve yapım teknikleri gibi birçok faktöre bağlıdır. ⓘ

En yüksek kütle oranları genellikle sıvı roketlerle elde edilir ve bu tipler genellikle yüksek delta-v gerektiren bir durum olan yörüngesel fırlatma araçları için kullanılır. Sıvı itici gazlar genellikle suya benzer yoğunluklara sahiptir (sıvı hidrojen ve sıvı metanın dikkate değer istisnaları dışında) ve bu tipler hafif, düşük basınçlı tanklar kullanabilir ve itici gazı yanma odasına zorlamak için tipik olarak yüksek performanslı turbopomplar çalıştırabilir. ⓘ

Bazı önemli kütle oranları aşağıdaki tabloda yer almaktadır (bazı uçaklar karşılaştırma amacıyla dahil edilmiştir):

Araç	Kalkış kütlesi	Nihai kütle	Kütle oranı	Kütle fraksiyonu ⓘ
Ariane 5 (araç + faydalı yük)	746.000 kg (~1.645.000 lb)	2.700 kg + 16.000 kg (~6.000 lb + ~35.300 lb)	39.9	0.975
Titan 23G ilk aşama	117.020 kg (258.000 lb)	4.760 kg (10.500 lb)	24.6	0.959
Satürn V	3.038.500 kg (~6.700.000 lb)	13.300 kg + 118.000 kg (~29.320 lb + ~260.150 lb)	23.1	0.957
Uzay Mekiği (araç + faydalı yük)	2.040.000 kg (~4.500.000 lb)	104.000 kg + 28.800 kg (~230.000 lb + ~63.500 lb)	15.4	0.935
Satürn 1B (sadece sahne)	448,648 kg (989,100 lb)	41.594 kg (91.700 lb)	10.7	0.907
Virgin Atlantic GlobalFlyer	10.024,39 kg (22.100 lb)	1.678,3 kg (3.700 lb)	6.0	0.83
V-2	13.000 kg (~28.660 lb) (12,8 ton)		3.85	0.74
X-15	15.420 kg (34.000 lb)	6.620 kg (14.600 lb)	2.3	0.57
Concorde	~181.000 kg (400.000 lb)		2	0.5
Boeing 747	~363.000 kg (800.000 lb)		2	0.5

Evreleme

Uzay aracı kademelendirmesi, kütleyi azaltmak için roketin gereksiz parçalarının atılmasını içerir. ⓘ

Apollo 6 ara kademe halkasını düşürürken ⓘ

Şimdiye kadar, yörüngeye ulaşmak için gerekli hıza (delta-v) tek bir roket tarafından ulaşılamamıştır çünkü itici yakıt, tankaj, yapı, güdüm, valfler ve motorlar ve benzerleri, makul faydalı yükler taşıyarak bu delta-v'ye ulaşmak için taşıdığı itici yakıt için çok büyük olan kalkış kütlesinin belirli bir minimum yüzdesini alır. Yörüngeye tek aşamalı roketler şimdiye kadar başarılamadığından, yörünge roketleri her zaman birden fazla aşamaya sahiptir. ⓘ

Örneğin, Satürn V'in üst kademelerin ağırlığını taşıyan ilk kademesi yaklaşık 10'luk bir kütle oranına ve 263 saniyelik bir özgül itkiye ulaşabilmiştir. Bu da yaklaşık 5,9 km/s'lik bir delta-v verirken, tüm kayıplar hesaba katıldığında yörüngeye ulaşmak için yaklaşık 9,4 km/s'lik bir delta-v gerekmektedir. ⓘ

Bu sorun genellikle roketin fırlatma sırasında fazla ağırlığı (genellikle boş tank ve ilgili motorlar) atmasıyla çözülür. Aşamalandırma ya roketlerin bir önceki aşama düştükten sonra yandığı seri ya da roketlerin birlikte yandığı ve daha sonra yandıklarında ayrıldıkları paralel aşamalandırmadır. ⓘ

Kademelendirme ile ulaşılabilecek azami hızlar teorik olarak sadece ışık hızı ile sınırlıdır. Bununla birlikte, taşınabilecek faydalı yük, ihtiyaç duyulan her bir ilave aşama ile geometrik olarak azalırken, her bir aşama için ilave delta-v basitçe eklenebilir. ⓘ

İvme ve itme-ağırlık oranı

Newton'un ikinci yasasına göre, ivme, $a$bir aracın kütlesi basitçe şöyledir:

$a={\frac {F_{n}}{m}}$

burada m aracın anlık kütlesidir ve $F_{n}$ rokete etki eden net kuvvettir (çoğunlukla itme kuvveti, ancak hava sürüklemesi ve diğer kuvvetler de rol oynayabilir). ⓘ

Kalan itici yakıt azaldıkça, roket araçları daha hafif hale gelir ve itici yakıt tükenene kadar ivmeleri artma eğilimindedir. Bu, hız değişiminin çoğunun araç çok daha hafifken yanmanın sonuna doğru meydana geldiği anlamına gelir. Ancak, gerektiğinde bunu dengelemek veya değiştirmek için itiş gücü azaltılabilir. Hızlanmadaki süreksizlikler aşamalar tükendiğinde de meydana gelir ve genellikle her yeni aşama ateşlendiğinde daha düşük bir hızlanmayla başlar. ⓘ

Tepe ivmeleri, genellikle yakıt yükü, tank ve ilgili yapıların azaltılmasıyla elde edilen daha düşük kütleli bir araç tasarlanarak artırılabilir, ancak bunun menzili, delta-v'yi ve yanma süresini azalttığı açıktır. Yine de, roketlerin kullanıldığı bazı uygulamalar için, kısa bir süre için uygulanan yüksek bir tepe ivmesi oldukça arzu edilen bir durumdur. ⓘ

Aracın minimum kütlesi, minimum yakıt ve onu taşıyacak yapıya sahip bir roket motorundan oluşur. Bu durumda roket motorunun itme/ağırlık oranı tasarlanabilecek maksimum ivmeyi sınırlar. Roket motorlarının genellikle gerçekten mükemmel itme/ağırlık oranlarına sahip olduğu ortaya çıkmıştır (NK-33 motoru için 137; bazı katı roketler 1000'in üzerindedir) ve neredeyse tüm gerçekten yüksek g araçları roket kullanmaktadır veya kullanmıştır. ⓘ

Roketlerin doğal olarak sahip oldukları yüksek ivmeler, roket araçlarının genellikle dikey kalkış yapabildikleri ve bazı durumlarda motorların uygun yönlendirmesi ve kontrolü ile dikey iniş yapabildikleri anlamına gelmektedir. Bu işlemlerin yapılabilmesi için bir aracın motorlarının yerel yerçekimi ivmesinden daha fazlasını sağlaması gerekir. ⓘ

Enerji

Enerji verimliliği

Uzay Mekiği Atlantis fırlatma aşamasında ⓘ

Tipik bir roket itici yakıtının enerji yoğunluğu genellikle geleneksel hidrokarbon yakıtların üçte biri civarındadır; kütlenin büyük kısmı (genellikle nispeten ucuz) oksitleyicidir. Bununla birlikte, kalkışta roketin yakıtında ve oksitleyicisinde araç içinde depolanmış büyük miktarda enerji vardır. Elbette itici yakıtın enerjisinin mümkün olduğunca büyük bir kısmının roket gövdesinde kinetik ya da potansiyel enerji olarak kalması arzu edilir. ⓘ

Yakıttan gelen enerji hava sürüklemesi ve yerçekimi sürüklemesinde kaybolur ve roketin irtifa ve hız kazanması için kullanılır. Ancak, kaybedilen enerjinin büyük bir kısmı egzozda son bulur. ⓘ

Bir kimyasal tahrik cihazında, motor verimliliği basitçe egzoz gazlarının kinetik gücü ile kimyasal reaksiyondan elde edilen gücün oranıdır:

$\eta _{c}={\frac {{\frac {1}{2}}{\dot {m}}v_{e}^{2}}{\eta _{combustion}P_{chem}}}$ ⓘ

Motor içinde %100 verimlilik (motor verimliliği $\eta _{c}=100\%$) yanma ürünlerinin tüm ısı enerjisinin jetin kinetik enerjisine dönüştürülmesi anlamına gelecektir. Bu mümkün değildir, ancak roketlerde kullanılabilen neredeyse adyabatik yüksek genleşme oranlı nozullar şaşırtıcı bir şekilde buna yaklaşmaktadır: nozul gazı genleştirdiğinde, gaz soğutulur ve hızlandırılır ve %70'e varan bir enerji verimliliği elde edilebilir. Geri kalan kısmın çoğu egzozdaki geri kazanılmayan ısı enerjisidir. Yüksek verimlilik, roket yanmasının çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilebilmesinin ve gazın nihayetinde çok daha düşük sıcaklıklarda serbest bırakılmasının ve böylece iyi bir Carnot verimliliği sağlamasının bir sonucudur. ⓘ

Ancak, motor verimliliği hikayenin tamamı değildir. Diğer jet tabanlı motorlarla ortak olarak, ancak özellikle yüksek ve tipik olarak sabit egzoz hızları nedeniyle roketlerde, roket araçları motor verimliliğine bakılmaksızın düşük hızlarda son derece verimsizdir. Sorun, düşük hızlarda egzozun büyük miktarda kinetik enerjiyi arkaya doğru taşımasıdır. Bu olguya itici verimlilik ($\eta _{p}$). ⓘ

Bununla birlikte, hız arttıkça egzozun hızı düşer ve aracın genel enerji verimliliği artarak, araç tam olarak egzozun yayıldığı hızda seyrederken motor verimliliğinin %100'ü civarında bir zirveye ulaşır. Bu durumda egzoz ideal olarak hareket halindeki aracın arkasındaki boşlukta durur, sıfır enerji alır ve enerjinin korunumundan dolayı tüm enerji araçta kalır. Daha yüksek hızlarda egzoz aracın arkasından ileriye doğru hareket ettiği için verimlilik tekrar düşer. ⓘ

Anlık itici güç verimliliği (mavi) ve dururken hızlanan bir roket için toplam verimliliğin (kırmızı) motor verimliliğinin yüzdesi olarak grafiği

Bu ilkelerden hareketle, itici güç verimliliğinin şu şekilde olduğu gösterilebilir $\eta _{p}$ hızla hareket eden bir roket için $u$ egzoz hızı ile $c$ öyle:

$\eta _{p}={\frac {2{\frac {u}{c}}}{1+({\frac {u}{c}})^{2}}}$ ⓘ

Ve genel (anlık) enerji verimliliği $\eta$ öyle:

$\eta =\eta _{p}\eta _{c}$ ⓘ

Örneğin, denklemden, bir $\eta _{c}$ 0.7'ye göre, Mach 10 egzoz hızıyla Mach 0.85'te (çoğu uçağın seyrettiği hız) uçan bir roketin tahmini toplam enerji verimliliği %5.9 olurken, geleneksel, modern, hava soluyan bir jet motoru %35'e yakın bir verimliliğe ulaşmaktadır. Dolayısıyla bir roket yaklaşık 6 kat daha fazla enerjiye ihtiyaç duyacaktır; ve roket itici yakıtının özgül enerjisinin geleneksel hava yakıtının yaklaşık üçte biri olduğu göz önüne alındığında, aynı yolculuk için kabaca 18 kat daha fazla itici yakıt kütlesinin taşınması gerekecektir. Roketlerin genel havacılıkta nadiren kullanılmasının nedeni de budur. ⓘ

Enerji nihai olarak yakıttan geldiğinden, bu hususlar roketlerin esas olarak ICBM'ler veya yörüngeye fırlatma gibi çok yüksek hız gerektiren durumlarda faydalı olduğu anlamına gelmektedir. Örneğin, NASA'nın Uzay Mekiği motorlarını yaklaşık 8,5 dakika boyunca çalıştırarak 1.000 ton katı itici yakıt (%16 alüminyum içeren) ve ilave 2.000.000 litre sıvı itici yakıt (106.261 kg sıvı hidrojen yakıtı) tüketerek 100.000 kg'lık aracı (25.000 kg'lık faydalı yük dahil) 111 km yüksekliğe ve 30.000 km/saat yörünge hızına çıkarmıştır. Bu irtifa ve hızda araç yaklaşık 3 TJ kinetik enerjiye ve kabaca 200 GJ potansiyel enerjiye sahipti. Başlangıçtaki 20 TJ'lik enerji göz önüne alındığında, Uzay Mekiği yörünge aracını fırlatırken yaklaşık %16 enerji verimliliğine sahipti. ⓘ

Bu nedenle, hız ve jet egzoz hızı arasında daha iyi bir eşleşme olan jet motorları (turbofanlar gibi - daha kötü olmalarına rağmen $\eta _{c}$)- ses altı ve ses üstü atmosferik kullanım için baskınken, roketler en iyi hipersonik hızlarda çalışır. Öte yandan roketler, düşük hızdaki verimsizliklerinin son derece yüksek itme güçleri ve dolayısıyla yüksek ivmeleriyle ağır bastığı birçok kısa menzilli nispeten düşük hızlı askeri uygulamada hizmet vermektedir. ⓘ

Oberth etkisi

Roketlerin ince bir özelliği enerji ile ilgilidir. Bir roket kademesi, belirli bir yükü taşırken, belirli bir delta-v verme kapasitesine sahiptir. Bu delta-v, hızın ilk hızdan bağımsız olarak belirli bir miktarda arttığı (veya azaldığı) anlamına gelir. Bununla birlikte, kinetik enerji hıza bağlı bir kare yasası olduğundan, bu roketin yanmadan önce ne kadar hızlı hareket ederse o kadar fazla yörünge enerjisi kazanacağı ya da kaybedeceği anlamına gelir. ⓘ

Bu gerçek gezegenler arası yolculukta kullanılır. Bunun anlamı, delta-v roket yüksek hızlarda, Dünya'ya ya da diğer gezegen yüzeylerine yakın seyrederken uygulandığında, diğer gezegenlere ulaşmak için gereken delta-v miktarının kaçış hızına ulaşmak için gerekenden çok daha az olabileceğidir; oysa roket irtifada yavaşlayana kadar beklemek istenen yörüngeye ulaşmak için gereken çabayı katlar. ⓘ

Emniyet, güvenilirlik ve kazalar

Uzay Mekiği Challenger, sıcak gazların SRB'lerden kaçarak Mekik yığınının parçalanmasına neden olmasından T+73 saniye sonra parçalandı ⓘ

Tüm fiziksel sistemlerde olduğu gibi roketlerin güvenilirliği de mühendislik tasarımı ve yapım kalitesine bağlıdır. ⓘ

Roket itici gazlarındaki muazzam kimyasal enerji nedeniyle (ağırlık olarak patlayıcılardan daha yüksek, ancak benzinden daha düşük enerji), kazaların sonuçları ciddi olabilir. Çoğu uzay görevinde bazı sorunlar yaşanır. 1986 yılında, Uzay Mekiği Challenger felaketinin ardından, Rogers Komisyonunda görev yapmış olan Amerikalı fizikçi Richard Feynman, Mekiğin fırlatılmasında güvensiz bir durumun ortaya çıkma olasılığının kabaca %1 olduğunu tahmin etmiştir; daha yakın zamanlarda yörüngesel uzay uçuşlarında kişi başına düşen tarihsel riskin %2 ya da %4 civarında olduğu hesaplanmıştır. ⓘ

Mayıs 2003'te astronot ofisi, gelecekteki NASA mürettebatlı görevler için mürettebat güvenliğini artırma ihtiyacı ve fizibilitesi konusundaki tutumunu açıkça ortaya koymuş ve "Uzay Mekiği'ne kıyasla yükselme sırasında insan hayatı riskinde büyüklük sırasına göre bir azalmanın hem mevcut teknolojiyle başarılabileceği hem de NASA'nın roket güvenilirliğini sürekli olarak artırmaya odaklanmasıyla tutarlı olduğu konusunda fikir birliğine vardıklarını" belirtmiştir. ⓘ

Maliyetler ve ekonomi

Roketlerin maliyetleri kabaca itici yakıt maliyetleri, roketin 'kuru kütlesini' elde etme ve/veya üretme maliyetleri ve gerekli destek ekipmanı ve tesislerinin maliyetleri olarak ayrılabilir. ⓘ

Bir roketin kalkış kütlesinin çoğu normalde itici yakıttır. Ancak itici yakıt nadiren kilogram başına benzinden birkaç kat daha pahalıdır (2009 itibariyle benzin yaklaşık 1 $/kg [0.45 $/lb] veya daha azdı) ve en ucuz roketler hariç hepsi için önemli miktarlara ihtiyaç duyulmasına rağmen, itici yakıt maliyetlerinin tamamen ihmal edilebilir olmasa da genellikle nispeten küçük olduğu ortaya çıkmaktadır. Sıvı oksijenin kilogram başına 0,15 $ (0,068 $/lb) ve sıvı hidrojenin 2,20 $/kg (1,00 $/lb) olduğu 2009 yılında Uzay Mekiği'nin her fırlatma için yaklaşık 1,4 milyon $ sıvı itici yakıt masrafı vardı ve bu masraf diğer masraflardan 450 milyon $'a mal oluyordu (kullandığı itici yakıt kütlesinin %40'ı harici yakıt tankındaki sıvılar, %60'ı SRB'lerdeki katılardı). ⓘ

Bir roketin itici olmayan, kuru kütlesi genellikle toplam kütlenin sadece %5-20'si arasında olsa da, yine de bu maliyet baskındır. Yörünge fırlatma araçlarında kullanılan performansa sahip donanım için, öncelikle mühendislik, imalat ve testlerden kaynaklanan, kuru ağırlığın kilogramı başına 2000-10.000 $+ masraflar yaygındır; hammaddeler toplam masrafın tipik olarak yaklaşık %2'sini oluşturur. Yeniden kullanılabilir olanlar (mekik motorları) hariç çoğu roket için motorların birkaç dakikadan fazla çalışması gerekmez, bu da tasarımı basitleştirir. ⓘ

Yörüngeye ulaşan roketler için aşırı performans gereksinimleri, ağırlık nedeniyle izin verilen sınırlı güvenlik faktörlerine rağmen güvenilirliği sağlamak için yoğun kalite kontrolü de dahil olmak üzere yüksek maliyetle ilişkilidir. Tek tek işlenmediği takdirde az sayıda üretilen bileşenler, Ar-Ge ve tesis maliyetlerinin seri üretimde daha yaya üretimde görülen ölçüde amorti edilmesini önleyebilir. Sıvı yakıtlı roketler arasında karmaşıklık, ne kadar donanımın hafif olması gerektiğinden etkilenebilir, örneğin basınçla beslenen motorlar pompayla beslenen motorlardan iki kat daha az parça sayısına sahip olabilir, ancak daha büyük tank basıncına ihtiyaç duyarak daha fazla ağırlığa yol açar, sonuç olarak çoğunlukla sadece küçük manevra iticilerinde kullanılır. ⓘ

Yörünge fırlatma araçları için önceki faktörleri değiştirmek üzere önerilen yöntemler arasında basit roketlerin büyük miktarlarda ya da büyük ölçekte seri üretimi ya da ön masraflarını birçok faydalı yüke yayarak amorti etmek üzere çok sık uçması amaçlanan yeniden kullanılabilir roketlerin geliştirilmesi ya da yörüngeye giden hızın bir kısmı (ya da tamamı, ancak çoğu yöntemde bir miktar roket kullanımı söz konusudur) için roket olmayan bir uzay fırlatma sistemi inşa ederek roket performans gereksinimlerinin azaltılması yer almaktadır. ⓘ

Destek ekipmanı, menzil maliyetleri ve fırlatma rampalarının maliyetleri genellikle roketin boyutuyla birlikte artar, ancak fırlatma hızıyla daha az değişir ve bu nedenle yaklaşık olarak sabit bir maliyet olarak kabul edilebilir. ⓘ

Yörüngeye fırlatma dışındaki uygulamalarda (askeri roketler ve roket destekli kalkış gibi) kullanılan, genellikle karşılaştırılabilir performansa ihtiyaç duymayan ve bazen seri olarak üretilen roketler genellikle nispeten ucuzdur. ⓘ

2010'larda ortaya çıkan özel rekabet

2010'ların başından bu yana, uzay uçuşu hizmetleri almak için yeni özel seçenekler ortaya çıkmış ve mevcut pazara önemli bir fiyat baskısı getirmiştir. ⓘ

Roketler

Osmanlı 'Roket'i

IV. Murat zamanında yaşayan ünlü Türk mühendisi Lagari Hasan Çelebi tarafından yapılmıştır. Lagari Hasan Çelebi, 1633 yılında; IV. Murat'ın kızı Kaya Sultan'ın doğduğu gece, Sarayburnu'nda düzenlenen şenliklerde ilk uçuş denemesini neticelendirdi. Bu netice ilk insanlı roketin icadı ve ilk roketli uçuş denemesi olarak kabul görmektedir. ⓘ