Development of a propulsion technology using lunar resources
Ay kaynaklarını kullanarak bir roket motoru teknolojisinin geliştirilmesi
- Tez No: 941899
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Bu tez, sürdürülebilir uzay keşfi için ay kaynaklarını kullanarak hibrit roket itki teknolojisinin geliştirilmesini incelemektedir. Çalışma, Dünya'dan sağlanan yakıtlara bağımlılığı en aza indirmek amacıyla, Ay toprağında bulunan magnezyum (Mg) ve aluminyumun (Al) yerinde kaynak kullanımı (ISRU) potansiyelini ele almaktadır. Termokimyasal analiz yoluyla, Ay'da bol miktarda bulunan Mg ve Al, enerjik özellikleri nedeniyle birincil yakıt olarak değerlendirilmiştir. Araştırma, sodyum silikat bağlayıcı ile metal tozlarının birleştirilmesiyle üretilen sağlam bir yakıtın, uygun yanma özelliklerine sahip hibrit roket motorlarının tasarımını, üretimini ve test edilmesini kapsamaktadır. Çeşitli yakıt bileşimleri üzerinde gerçekleştirilen deneysel testlerle yanma özellikleri optimize edilmiştir ve Ay koşullarında yüksek performans sağlanmıştır. Metal bazlı hibrit motorun oksijen-yakıt (O/F) oranı ile özgül itme (Isp) arasındaki ilişkiye odaklanılmış ve Mg-Al karışımlarıyla önemli sonuçlar elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar, \%75 magnezyum ve \%20 alüminyum içeren optimum yakıt bileşiminin vakumda yaklaşık 350 saniyelik bir Isp ile yanma verimliliğini sürdürebileceğini göstermektedir. Ayrıca, metal oksit oluşumunun yanma odası stabilitesi üzerindeki etkileri ele alınmış ve yüksek sıcaklık operasyonlarıyla ilgili riskleri azaltmak için termal yönetim ve yakıt yapısının düzenlenmesi gibi çözümler sunulmuştur. Bu araştırmanın sonuçları, ISRU alanına önemli katkılar sağlamakta ve NASA'nın Artemis programı ve diğer uluslararası ay keşif girişimleri bağlamında gelecekteki Ay görevleri için büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma, metal bazlı hibrit roketlerin uzun vadeli Ay keşfi ve kolonizasyonu için uygulanabilir bir çözüm olarak konumlandırılmasını sağlayan ölçeklenebilir ve sürdürülebilir bir itki sistemi sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This dissertation explores the development of a hybrid rocket propulsion technology utilizing lunar resources, specifically magnesium (Mg) and aluminum (Al), for sustainable space exploration. The study addresses the challenges of in-situ resource utilization (ISRU) to minimize dependency on Earth-supplied fuels, focusing on the potential of metals found in lunar soil. Through thermochemical analysis, Mg and Al are evaluated as primary fuels due to their energetic properties and abundance on the Moon. The research involves the design, production, and testing of hybrid rocket engines using metal powders combined with sodium silicate as a binder, creating a robust fuel with favorable combustion properties. Experimental tests were conducted on various fuel compositions to optimize the combustion characteristics and ensure high performance under lunar conditions. A specific focus is placed on the relationship between oxygen-to-fuel (O/F) ratio and the specific impulse (Isp) of the metal-based hybrid engine, achieving significant results with Mg-Al mixtures. The experimental results demonstrate that the optimal fuel composition, consisting of 75\% magnesium and 20\% aluminum, can sustain combustion efficiency with an Isp close to 350 seconds in a vacuum. Additionally, the study addresses the challenges posed by metal oxide formation and its impact on combustion chamber stability. Solutions, including thermal management and fuel structuring, are presented to mitigate the risks associated with high-temperature operations. The results of this research contribute to the broader field of ISRU and have significant implications for future lunar missions, particularly in the context of NASA's Artemis program and other international lunar exploration initiatives. This work presents a scalable and sustainable propulsion system, positioning metal-based hybrid rockets as a viable solution for long-term lunar exploration and colonization.
Benzer Tezler
- A novel system design for lunar orbital transfer vehicle with hybrid propulsion technology
Hibrit itki teknolojisine sahip ay yörünge transfer aracı için yeni bir sistem tasarımı
MEHMET CAN ÜNLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Development of novel green monopropellant thrusters
Yenilikçi tek bileşenli itki motorlarının geliştirilmesi
UĞUR KOKAL
Doktora
İngilizce
2025
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOL
DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF KARABEYOĞLU
- Simülatör uygulaması amaçlı gemi sevk sistemi parametrik tasarımı
Parametric design of a marine propulsion system for simulator application
NAZ GÖRENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL ÇİÇEK
- Darbeli detonasyon motoru (DDM) ile farklı konfigürasyonlarda detonasyon dalgası oluşturma
Creating detonation wave in different configurations with pulsed detonation engine (PDE)
ALİ CEM BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT ÇAKAN
PROF. DR. ONUR TUNÇER
- Multi-objective optimization to increase the performance of a toroidal propeller
Toroidal bir pervanenin performansının artırılması için çok amaçlı optimizasyon
ÖMER ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI