Uçuş yükü (hava ve uzay aracı)

Uçuş yükü (görev yükü ya da taşıma yükü), bir hava taşıtının ya da bir fırlatma aracının taşıma sığasıdır ve genellikle ağırlık olarak ölçülür. Uçuşun ya da görevin türüne göre, aracın uçuş yükü şunları içerebilir: kargo, yolcu, uçuş mürettebatı, cephane, bilimsel araç gereç veya deneyler, ya da diğer donanımlar. İsteğe bağlı olarak taşındığında, ek yakıt da ayrıca uçuş yükünün bir parçası sayılır. Ticari bağlamda (örn., bir havayolu ya da havayolu kargo şirketi için), taşıma yükü sadece gelir getirici/üretici kargodan ya da ücret ödeyen yolculardan oluşabilir.
Bir roket için, görev-yükü yapay uydu, uzay sondası, ya da insan, hayvan veya kargo taşıyan bir uzay aracı olabilir. Balistik bir füze içinse, uçuşu yükü bir ya da daha fazla savaş başlığı veya ilgili sistemler olabilir; bu sistemlerin tamamının ağırlığına fırlatma ağırlığı denmektedir.
Uçuş yükünün, hava taşıtının ya da uzay aracının kalkış ağırlığına olan kesri "uçuş yükü kesri" olarak bilinir. Uçuş yükünün ve yakıtın ağırlıkları birlikte ele alındığında, "faydalı yük kesri" (İng: useful load fraction) olarak ifade edilir. Uzay aracı için, "kütle kesri" (İng: mass fraction) genellikle kullanılır, bu kesir görev-yükünün kalan her şeye oranını ifade eder, buna roket yapısı da dahildir.
Uçuş yükü ile erim (menzil) arasındaki ilişki
Uçuş yükü ile erim arasında bir çeşit "değiş-tokuş" dengesi bulunmaktadır. bir uçuş yükü - erim çizelgesi bu denge değişimini örnekler.
Grafikteki yatay çizgi en yüksek yük miktarını göstermektedir. Bu çizgi, yapısal olarak, hava aracının azami yakıtsız ağırlık sınırlıdır. En yüksek görev yükü miktarı, azami yakıtsız ağırlık ile işletimsel boş ağırlık (OEW - Operational Empty Weight) arasındaki farktır. Grafikte çizgi boyunca soldan-sağa, erim arttıkça, sabit en yüksek görev yükü görülmektedir. Daha fazla erim için daha fazla yakıt eklenmelidir.
Grafikteki dikey çizgi, hava aracının en yüksek görev yükü miktarı ile gerekli yakıt miktarından oluşan bileşik ağırlığının azami kalkış ağırlığına (MTOW) ulaştığı erimi temsil etmektedir. Eğer o noktada erim daha da artılırsa, yeteri kadar görev yükü feda edilerek yakıt eklenmelidir.
Azami kalkış ağırlığı, motorların azami net gücü ve kanatların kalkış/sürtünme oranı değerleri ile sınırlıdır. Grafikte erim/en-fazla-yük noktasından sonraki çapraz çizgi ise, azami kalkış ağırlığı ile kalkış yapılırken görev yükünü azaltmanın, yakıtı (ve erimi) nasıl artırdığını göstermektedir.
Çizgi üzerindeki ikinci kırılma ise en fazla yakıt sığasına ulaşıldığı noktayı göstermektedir. Bu noktadan daha öteye uçuş yapıldığında görev yükü, erimde daha da az bir artış için, daha da azaltılmalıdır. Mutlak erim o halde bir hava aracının mümkün olan en fazla yakıt ile görev yükü taşımadan ulaşabileceği mesafedir.
Örnekler
Görev yükü sığa örnekleri:
Antonov An-225 Mriya: 250 bin kg
Saturn V:
Alçak Dünya Yörüngesi'ne : 118 bin kg
Ay yörüngesine: 47 bin kg
Uzay Mekiği:
Alçak Dünya Yörüngesi'ne: 24 bin 400 kg (53 bin 700 lb)
Yer sabit aktarma yörüngesi'ne: 3810 kg (8390 lb)
Trident (füze): 2800 kg
Automated Transfer Vehicle
Görev yükü: 7667 kg
Yapısal sığa
Hava araçlarında, kanat tanklarındaki yakıtın ağırlığı, kanatların eğilme momentine uçağın gövdesindeki ağırlık kadar önemli ölçüde etki etmemektedir. Bu yüzden uçağa, kanatlarının taşıyabileceği en yüksek miktarda görev yükü konulsa bile, uçak hala önemli ölçüde yakıt taşıyabilir.
Görev-yükü kısıtlamaları
Fırlatma ve taşıma sistemleri sadece taşınabilecek görev-yükleri açısından değil aynı zaman görev-yükü üzerinde (örn. fırlatma sırasında) oluşan baskı ve diğer etkenler açısından da birbirinden farklıdırlar. Görev-yükü hedefine taşınmakla kalmayıp, Dünya'nın yüzeyindeki bir yere ya da belirli bir yörüngeye, sağlam olarak varmalıdır. Bunun sağlanabilmesi için, savaş başlığı ya da uydu gibi görev-yükleri, varış noktasına giderken yolculuk sırasında çeşitli "hırpalanma" türlerine belirli oranlarda dayanabilecek şekilde tasarlanırlar. Roketlerde taşınan pek çok görev-yükü, görev-yükünü atmosferde yüksek hızda yol alınmasından kaynaklanan devingen basınca karşı korumak ve fırlatma aracının aerodinamiğini genel olarak iyileştirmek amacıyla görev-yükü kaplamasının içerisine oturtulur. Uçakla taşınan pek çok görev-yükü benzer nedenlerle uçak gövdesi içerisinde taşınır. Aşırı büyük kargolar, Super Guppy gibi, olağan dışı boyutlara sahip bir uçak gövdesini gerektirebilir.
Fırlatma sistemi üzerine konulan çeşitli kısıtlamalar, kabaca görev yüküne fiziksel zarar verenler, elektronik aksamını ya da kimyasal bileşimini/yapısını bozanlar olarak sınıflandırılabilir. Fiziksel zararlara örnek olarak havanın aracı aşırı sarması ya da titreştirmesi sebebiyle oluşan, kısa zaman ölçeğinde aşırı hızlanmalar, roket itkisi ya da yerçekimi nedeniyle oluşan, uzun zaman ölçeğinde aşırı hızlanmalar, ve roket motorlarının çok çabuk bir biçimde yüksek hıza geçirilmesi ya da durdurulması nedeniyle ivmelenmenin büyüklüğünde ya da yönünde oluşan ani değişimler gösterilebilir. Elektrikal, kimyasal ya da biyolojik görev yükleri, (sıcak ya da soğuk) aşırı sıcaklıklar, sıcaklık ya da basınçtaki ani değişimler, iyonlaşmaya sebebiyet veren, hızla hareket eden hava akımıyla temas ve kozmik ışınlar, Van Allen kuşağı ya da Güneş rüzgarı yüzünden maruz kalınan radyasyon sebebiyle zarar görebilir.