Dünya yüzeyinden yükselip atmosferin dışına çıkan bir roketi izlemek, pek çok kişi için büyüleyici bir manzara. Ancak birçok kişinin aklında aynı soru var: “Uzayda, itilecek bir hava ya da zemin yokken roketler nasıl ilerleyebiliyor?”

Bu sorunun cevabı, klasik fizik kurallarına, özellikle de Newton’un hareket yasalarına dayanıyor. Roketlerin uzaydaki hareketini anlamak için önce Newton’un üçüncü hareket yasasını hatırlamak gerekir: Her etkiye karşı, eşit ve zıt yönde bir tepki vardır.

Bu yasaya göre, bir roketin motorundan dışarı doğru büyük bir kuvvetle atılan gazlar, ters yönde bir tepki doğurur. Bu tepki, roketi ileri doğru hareket ettirir. Burada roketin hareketini sağlayan şey, egzoz gazlarının uzaya doğru fırlatılmasıdır; yani roket, kendi kütlesinin bir kısmını yüksek hızda geriye doğru savurarak ileriye doğru yol alır.

Momentumun korunumu: Kütle ve hız dengesi

Fiziğin bir başka temel ilkesi de momentumun korunumudur. Momentum, bir cismin kütlesi ile hızının çarpımıdır ve kapalı sistemlerde sabit kalır. Roketler uzayda yakıtlarını yaktıkça kütle kaybeder, ancak motorlardan çıkan yüksek hızlı gazlar bu kaybı dengeleyen yeni bir momentum yaratır.

Bu sayede, roketin toplam hareket miktarı (momentumu), egzoz gazlarının geriye doğru ivmelenmesiyle dengelenir ve roket ileriye doğru ivmelenir.

Yeryüzünde jet motorları ve pervaneler, havayı kullanarak itme kuvveti üretir. Ancak uzayda hava yoktur, dolayısıyla bu tür motorlar çalışamaz. Burası tam anlamıyla bir vakum ortamıdır.

Bu durum, roket motorlarının neden kendi yakıtlarını taşıdığına dair önemli bir açıklama sunar. Roketler, çalışmak için çevresel bir ortama ihtiyaç duymazlar. Tüm yakıt ve oksitleyici malzeme sistemin içindedir. Bu da onları uzay boşluğunda bağımsız hareket edebilen araçlar haline getirir.

NASA’nın açıklaması

NASA, roket hareketini açıklarken günlük hayatta karşılaşılabilecek örneklerden yararlanıyor. Örneğin, kaykay üzerinde duran bir kişinin elindeki bowling topunu ileri doğru fırlattığını düşünün. Top ileri giderken, kişi de geri doğru hareket eder. Bu örnek, roketin nasıl çalıştığını anlaşılır kılmak için sıkça kullanılır.

Roketin egzoz gazlarını yüksek hızda geriye fırlatması da benzer şekilde, aracın ters yöne, yani ileriye hareket etmesine neden olur.

Yeni nesil itki yöntemleri

Her ne kadar geleneksel roketler etkili olsa da, çok fazla yakıt tüketmeleri ve yüksek maliyetli olmaları bu teknolojilerin sınırlayıcı yönleri arasında yer alıyor. Bu nedenle bilim insanları daha ekonomik ve sürdürülebilir çözümler üzerinde çalışıyor.

Güneş yelkenleri, ışık parçacıklarının (fotonların) basıncını kullanarak hareket etmeyi hedefliyor. Teorik olarak oldukça verimli olan bu yöntem, henüz geniş çaplı kullanımda değil. Bir diğer alternatif ise relativistik elektron ışınları, yani parçacık hızlandırma yoluyla itki üretme fikri. Bu tür teknolojiler, gelecekte yıldızlar arası yolculukların temelini oluşturabilir.