Füzelerin çalışmalarının esası Newton prensibidir. Her etki kendisine eşit aksi bir tepki hasıl eder esasından istifade edilerek füzeler yapılmıştır. Füze durumunda yanma odasından çıkan gazların itkisi etkiyi, füzenin hareketi de tepkiyi meydana getirmektedir. Füzenin hareketini anlamak için en basit yol, içi basınçlı gazla dolu kapalı bir şişe gözönüne alınabilir. Şişenin içinde her yöne eşit basınç etkiyecek ve karşılıklı yüzlere etkiyen basınç birbiri ile dengelenecektir. Eğer şişenin kapağı ani olarak açılırsa, bu yönde şişeye etkiyen basınç kaybolacak, böylece karşı yüze etkiyen basınç dengelenmeyecek ve şişeye bu yönde bir itki uygulanacak, hareket meydana gelecektir. Eğer füzeler basınçlı hava ile hareket etseydi, itki çok az sürerdi. Günümüzdeki füzelerde yandığında çok miktarda basınçlı gaz çıkaran yakıtlar kullanılmaktadır. Bunlar yanma odasında yanar ve çıkan gazlar önce daralan ve sonra genişleyen çıkış ağzından dışarı çıkar. Böylece, çıkan gazın hızı ses hızının 5-10 katına yaklaşabilir.
Tarihi
Füzelerin veya başka bir ifadeyle roketlerin tarihi, oldukça eskidir. Tarihte ilk füzeyi Çinlilerin 1200 yılları civarında yaptığı bilinmektedir. Çinliler, barutu kullanarak havai fişeğe benzeyen küçük füzeler yapmışlardı. Bu fişekler aynen günümüzün modern füzeleri gibi gerilerinden alev fışkırtarak uçuyorlar ve Çinlilerin bayram gecelerini süslüyorlardı. Bu buluş, Araplara daha sonra da Avrupalılara geçmiştir. Türkler de, günümüzün füzelerinin atası sayılan bu ilkel roketlerin yapımında önemli rol oynadılar. Mesela, Lagari Hasan Çelebi’nin, bir top mermisi gibi yerden fırlayan ve arkasından alev saçan bir füzenin üstünde, yüzlerce metre uçarak denize iniş yaptığı ve başta padişah olmak üzere on binlerce İstanbullunun hayranlıkla seyrettiği Evliya Çelebi’nin Seyahatnamesi’nde anlatılmaktadır. Belki de bu tecrübe o zamana kadar gerçekleştirilen ilk insanlı füze uçuş denemesiydi. Bu bakımdan Lagari Hasan Çelebi’nin çağına göre büyük bir kahramanlık sayılan bu teşebbüsüyle, günümüz füzelerini inşa eden Von Braunların öncüsü sayılması gerekir.Birinci Dünya Savaşı
Füzeler genellikle haberleşme maksadıyla veya bulunan yerin uzağına halat ve ankraj atmak için kulanıldı. Bu suretle mesela savaş mevzilerinin tel hatlarında gedik açmak mümkün olabilmekteydi. Kullanılan barut füzeleri elle yapılmakta olup kullanılışı emniyetli değildi. Sıkıştırılmış olan barut düşürülmekle veya ani sıcaklık değişikliğiyle patlayabilmekteydi. Daha sonra seri üretime geçildiğinde, füze değişik parçalar halinde imal edilmiş ve sonra birleştirilmesi kalmıştır. Bu tür gelişme, 1936-1937’de İngiltere ve Almanya’da ve 1940’ta ABD’de görülmüştür. İngiliz füzelerinde % 50 nitrogliserin, % 41 nitroselüloz ve % 9 dietildipenil; Amerikan füzelerinde ise % 60 nitroselüloz, % 40 nitrogliserin ve az miktarda dipenilamin kullanılmıştır.İkinci Dünya Savaşı
Bu savaşta pekçok farklı füzenin gelişmesi kaydedildi. Amerikan, Antitank (AT) füzeleri bunlardan biri olup, Mart 1943’te ilk defa Tunus’ta kullanılmıştır. İlk önce 200 m olan menzili daha sonra 700 metreye kadar çıkarılmıştır. Bu arada Munroe etkisi keşfedilmiştir. Buna göre, patlayıcının içi boşaltılırsa, araba farının ışığı bir noktaya odakladığı gibi, patlama kuvveti odaklanmakta ve betonda veya zırhta beklenmedik derinlikte delikler açmaktaydı. Füzelerin türleri geliştirilerek uçaklardan atılanları da elde edilmiştir. İkinci Dünya Savaşında 10 cm çaplı füzeler uçaklara karşı İngilizler tarafından kullanılmış ve daha sonra çapları 12,5 santimetreye çıkarılmıştır. İlk Alman füzeleri sis bombası olarak 1941’de kullanılmıştır. Bu füzeler, 100 cm boyunda, 15 cm çapında ve 35 kg ağırlığındaydı. Menzilleri ise 6000 metreye varmaktaydı. Saniyede bir atış yapabilmekteydi ve altı atıştan sonra da tekrar doldurmak gerekliydi. Füzelerin % 63’ü nitroselüloz, % 35’i dietilenglükol dinitral, % 0,5 karbonat, % 2 grafit ve mumdur.Savaş sonrası gelişme
En önemli gelişme yakıt ağırlığında olmuştur. 100-200 kilogramlık yakıt hayal kabul edilirken, 10 yıl sonra bir tonu aşılması alışılagelen bir durum kabul edilmiştir. Bu ağırlıktaki yakıt, 2,5 saniyede kullanılmaktaydı. Savaş sırasında kullanılan ’kısıtlanmamış’ yanmanın yerini ’kısıtlanmış yanma’ almıştır. Yakıt metal bir tübün içine yerleştirilmiş ve bırakılan bir delikle içten dışa doğru yanması sağlanmıştı. Böylece yanmamış kısım hem metal cidarı kuvvetlendirmekte ve hem de yalıtımı sağlamaktaydı. Gaz basıncı da en son yanma anında en büyük olmaktaydı. Katı yakacakların sürekli kullanıma hazır olmaları tercih sebebi oldu. Özellikle askeri amaçlar için katı yakıt ağırlık bakımından sıvı yakıta göre on katı pahalı olmasına karşılık tercih edilir. ABD’nin en büyük katı yakıtlı su altından atılan Polaris-3 füzeleri, 10 m boyunda, 15 ton civarında olup, 4 kilometrelik menzile sahipti. Minuteman ise 20 m boyunda, 30 ton civarında 10 km menzilindedir. Poseidon ise daha yeni bir füze olup, 5 kilometrelik menzile sahiptir. ABD’nin en büyük katı yakıt füzesi, Titan III-C uzay iticisidir. 3 m çapında 30 m boyunda olup, 500 tonluk bir itici güce sahiptir. Sıvı yakıtlı füzeler: İlk önce teorik olarak büyük füzeler için sıvı yakıta ihtiyaç olduğu belirlenmiştir.Rus öğretmen Konstantin E.Tsiolkovsky (1857-1935)nin bu teorik çalışmasını Amerikan Robert Hutchings Goddard (1882-1945)ın deneysel çalışmaları takib etmiştir. 1923’teki Alman matematikçisi Hermann Oberth (1894- ); teorik çalışmaları yanında, 1929’da Rudolf Nebel (1897- ), Klaus Riedel (1910-1944) isimli mühendisler ve Wernher von Braun (1912-1977) isimli öğrenci ile sıvı yakıt kullanan füze motoru üzerinde çalışmalara başladı. 1932’de Almanya, füzenin askeri faydasını görerek, üzerinde araştırmalar yapmaya başladı. Wernher von Braun’un idaresinde kurulan laboratuvarda A-1, A-2 ve A-3 isimli füzeler geliştirildi. 8 m boyunda 75 cm çapında olan son füze, 800 kg civarında ve 1,5 tonluk bir itme gücüne sahipti. Önce A-5 füzesi ve daha sonra geciken A-4 füzesi denendi. Üçüncü denemesi başarılı oldu. Ancak Adolf Hitler, bu füzelerin İngiltere’ye erişemeyeceğini düşünerek gelişmeyi desteklemeye yanaşmamıştı. Bu zamana kadar gizli kalan füze teknolojisi, İsveç kıyılarına vuran bir füze ile İngiltere’ye geçti. Londra’ya ilk füze, 8 Eylül 1944’te Hollanda’dan atıldı. V-2 adıyla bilinen bu füzenin 300 kilometrelik bir menzili vardı. Devamında 1300 füze Almanlar tarafından ateşlendi. 1115’i İngiltere’ye erişerek 2724 kişinin ölümüne sebeb oldu. Harpten sonra 80 civarındaki A-4 füzesi ve Almanların füze işiyle uğraşan kurumunda çalışanlar, general Dornberger ve Dr. Von Braun da dahil olmak üzere ABD’ye getirildi.
Füze teknolojisi geliştirilerek menzili uzatılmaya çalışıldı. 1956 yılında 400 km’lik yüksekliğe erişen füzeler yapılmıştı. Bu arada iki devreli füzeler yapıldı. Küçük olan ikinci ateşleme kısmı büyük olan kısmın bitiminden sonra devreye girmekteydi. 1957’de ABD hava kuvvetleri, 1650 kilometreye erişen X-17 füzesini geliştirdi. Daha sonra dört devreli ve X- 17’nin üç katı yüksekliğine erişen füzeler yapıldı. Amerikan uzay füzeleri: Bunlardan küçüğü 24 m boyunda, 18 ton ağırlığında ve 450 tonluk itme gücüne sahip Scout füzeleridir. Bunu Thor-Agena D ve Delta füzesi takib eder. Delta 30 m boyunda 80 tona varan itici güce sahiptir. Titan füzeleri bir seri olup, bunlardan Titan III-C iki çok büyük katı yakıt deposuna sahiptir. Her biri 500 tonluk itici güç verebilecek kapasitededir. Saturn seride daha kuvvetli itici güce sahiptir. Mesela Saturn I 60 m yüksekliğinde, 500 tonluk bir ayrılma itici kuvvete sahip füzedir. Özellikle Von Braun’un inşa ettiği Uz füzeleri Ay’a gitmek için kullanılan Saturn füzelerinin temelini meydana getirmiştir. Nitekim Almanya’yı batıdan ve doğudan işgal eden Amerikalılar ve Ruslar, Almanları füze endüstrilerinde çalıştırarak bugünkü dev uzay sanayiini meydana getirmişlerdir. Zamanımızda gerek klasik, gerekse nükleer patlayıcı başlıklar taşıyan füzeler, büyük gelişmeler göstermesine rağmen, füze denildiğinde akla daha çok uzaya gönderilenleri gelmektedir.
Gerçekten de 20. yüzyılın son çeyreğinde harp başlığı taşıyan füzeler, dehşetli bir uçuş ve tahrip gücüne erişmişlerdir. Amerikalıların orta menzilli nükleler başlık taşıyan ve hedefini bünyesindeki bilgisayar sayesinde, pilotsuz bir uçak gibi bulan ’akıllı füze’ Cruiseleri ve Pershingleri ve Rusların SS-20 füzeleri bunlardandır. Akıllı füzeler diğerleri gibi hareketli bir noktanın takib ettiği yolda gitmemektedir. Jet motoruyla donatılan füzeler, havadan, denizden veya karadan kara hedeflerine doğru fırlatılmaktadır. İçinde bir pilot varmış gibi, çeşitli yükseklikler alarak çeşitli istikametlere doğru uçarak, radarlardan kaçabilmekte, böylece uzaktaki hedefini rahatlıkla vurabilmektedir. Bu hareketinden dolayı hangi hedefe gönderildiği anlaşılamamaktadır. Çok gelişmiş bir bilgisayar donanımına sahiptir. Tercon ismi verilen elektronik tertibatı ile uçuş sırasında üzerinden geçtiği arazinin topografyasını bilgisayardaki kayıtla karşılaştırmakta gerekirse gerekli rota düzeltmelerini yaparak hedefini arayıp bulmaktadır. Ayrıca, fırlatıldığı andan itibaren uçuş yoluna rastlayan tabii engelleri içine yerleştirilen sistemle görmekte, gerekli hesapları yaptıktan sonra, yönünü ayarlayabilmektedir. On kilometrelik sahayı görerek gerekli yöne dönebilmektedir. Uçaktan atıldıktan sonra yere paralel olarak çeşitli yüksekliklerden uçabildiğinden, radarlar tarafından tesbit edilememektedir. Önlerine çıkan manilerin üzerinden aşarak veya dolanarak hedefe ulaşmaları mümkün olduğundan tam isabet sağlanmaktadır. Buna karşılık insanoğlunu Ay’a götürmekte kullanılan Saturn roketleri, gerek motorlarının müthiş gücü ve gerekse büyüklükleriyle ne İkinci Dünya Savaşındaki V-2 roketleriyle, ne de Cruise füzeleriyle kıyaslanabilir. Apollo-11 uzay aracını taşıyan Satürn-5 roketi, 35 katlı bina yüksekliğinde olup, motorlarının gücü New York gibi bir şehrin enerji ihtiyacını karşılıyabilecek şekildedir.
Füzelerin çalışma prensibi
Füzelerin çalışma prensibi, en basit şekliyle, balon deneyiyle açıklanabilir. Şişirip, elimizle ağzını tuttuğumuz bir balonu, serbest bırakırsak, hava şiddetle ağzından çıkarak balonu ileriye iter. Füzelerin çalışma şekli böyledir. Bu çalışma şekli, füze motoru incelenirse daha basit yapıda sayılabilir. İki deposu vardır: Birincisi yakıt, ikincisi oksitleyici madde içindir. Yakıt, oksitleyici madde yardımıyla yanma odasında yanarak gaz haline gelir ve huni biçimindeki egzozdan dışarı fışkırarak, füzeyi ileri iter. Özellikle uzaya gönderilen füzelerde bulunan oksitleyici maddenin önemli bir fonksiyonu vardır: Uzayın oksijensiz ortamında motoru ateşlemek. Uzayda atmosferin, yani havanın bulunmaması füzenin hareketi yönünden önemli bir fayda da sağlar. Yani havanın yokluğu bir kayıp değil, aksine kazanç olmaktadır. Çünkü füze hareket ederken havanın direnci gibi bir güçlükle karşılaşmamaktadır.Yukarıda da açıklandığı gibi füzeler katı yakıtlı ve sıvı yakıtlı füzeler olmak üzere başlıca ikiye ayrılır. Sıvı yakıtla çalışan motorlarda yakıt olarak genellikle rafine edilmiş petrol (kerosen), oksitleyici olarak da sıvı oksijen kullanılmaktadır. Kerosen kullanılmayıp, sıvı hidrojen kullanılabilir. Yalnız sıvı hidrojenin verimli olmasına karşılık, yanıcı özelliği tehlikeli olmaktadır. Sıvı yakıtla çalışan füze motorlarının yapısı yukarıda izah edildiği gibidir. Buna karşılık katı yakıtla çalışan füzelerin içi, içi çıkarılmış bir kurşun kaleme benzer. Bu füzelerde vasıtanın bütün gövdesi, hem yakıt deposu, hem de yanma odası görevini görmektedir. Katı yakıtlar, aslında küçük tanecikler halinde sıvı yakıttan başka bir şey değildir. Katı yakıtların enerjisi sıvı yakıta göre düşüktür. Ancak füzenin içinde yıllarca saklanabilmekte ve derhal harekete geçirilebilmektedir. Yakın zamanlarda nükleer güçle çalışan füzeler de yapılmıştır.
Özellikle, uzayda çok uzaklara gönderilen insansız keşif araçları bu çeşit füzelerle donatılmıştır. Günümüzde uzay mekiği gibi kompleks (karmaşık) bir uzay gemisi yapılmasına rağmen, yerçekiminin dev gücünün yenilmesi, yine füzelere ihtiyaç göstermekte ve füze teknolojisi zaman geçtikçe gelişmektedir. Diğer Ülkelerde Füzeler Sovyetler Birliği: 1935’te ilk Sovyet füzesi ateşlendi. Menzili 10 km civarındaydı. İkinci Dünya Savaşının ardından Ruslar iki tane V-2 Alman füzesini bütün planlarıyla beraber ellerine geçirdiler. Geliştirme yavaş da olsa sürekli devam etti. İlk olarak V-2’lerin 400 kopyasını imal etiler. 1965’te ise en az beş tür değişik uçaklara karşı kullanılan füze, altı tür değişik deniz kuvvetlerinde kullanılan füze ve pekçok türden menzilleri 150 kilometreye varan taktik füzelerine sahipti. Bunlardan en az üçü kıtalar arası kullanılabilecek türdeydi. İlk Sovyet uydusu Sputnik I muhtemelen bir T- 2 füzesi ile yörüngeye oturtulmuştur. T-2’ler 30 m boyunda, 50 ton ağırlığında ve 100 ton itici güce sahip iki kademeli sıvı yakıt füzeleriydi. Daha sonra bir üçüncü kademe ilave edilmiş ve T-3 ve T-3 B modelleri üretilmiştir.
Arjantin: ABD füzelerini kullanırken, kendileri de iki kademeli 3 m boyunda 30 kg ağırlığında 5 kg bilimsel aleti 30 km yüksekliğe taşıyan füzeler de geliştirmişlerdir.
Kanada: Kanada’da katı yakıtlı bir seri füze geliştirilmiştir. Bir ve iki kademeli olan bu füzelerin boyları 3-12 m arasında değişmekte ve 35-150 kg arasında faydalı yük taşımaktadırlar. Eriştikleri yükseklik ise, 200-1000 km arasındadır.
Mısır: Birkaç tane taktik füzesi geliştirmişlerdir. Menzillerinin 1000 kilometreye vardığı tahmin edilmektedir. En son modelin bir uyduyu yörüngeye yerleştirebilecek kapasitede olduğu zannedilmektedir. Fransa: V-2 füzelerinin küçük bir modelleri geliştirilmiştir. 8 m yüksekliğinde ve bir tonluk havalanma ağırlığına sahiptir. Faydalı yükü ise 50 kg civarındadır. Daha sonra ileri füzeler de geliştirilmiştir. Diamant olarak isimlendirilen modeli, sıvı yakıt kullanmaktadır. Üç kademeli olan bu model, 28 tonluk havalanma itici kuvvetine sahiptir. İngiltere: Uçaklara karşı kullanmak üzere pekçok küçük füze geliştirmişlerdir. Bunlardan en büyüğü 25 m boyunda ve 3 m çapındadır. Avrupa ülkeleri, kurdukları Avrupa Füze Geliştirme Organizasyonu (ELDO)nda beraber çalışmalar yürütmektedirler.