Antik Çin’de simyagerler, sonsuz yaşamı araştırmak için güherçile/potasyum nitrat, kömür ve sülfürü karıştırdıktan sonra oluşan bileşimin dünya üzerinde yüzyıllardır, milyonlarca insanın ölümüne neden olduğunu ve olmaya devam edeceğini asla tahmin edemezlerdi.Oluşturulan bu bileşimin neden olduğu yıkım ve değişimin boyutları tahmin edilemez düzeylerde oldu.İnsanlar, canlarını tehlikeye atmadan düşmanını yok etmenin tadını, barutun icadıyla beraber çok daha iyi aldılar ve sürekli bunu geliştirmenin yollarını aradılar.
Çoğunlukla savunma sanayiinde kullanılan barut teknolojisi, günümüzde çok farklı mühimmatlarda kullanılıyor.Kullanılan silah ve mühimmatlar farklı olsa da ortak amaç, belli bir malzemeyi barutun oluşturacağı basınç gücüyle fırlatmakdır.Oluşturulan basıncın gücüyle yerinden fırlayan malzeme, düşmana zarar verecek ve etkisiz hale getirecektir.
Barutun, farklı amaçlar için üretilmiş mermiler içindeki konumlandırılması.
Barutun oluşturduğu basıncın verdiği fikir sayesinde tetiklenen araştırma ve geliştirme çalışmalarının zirvesi, sıvı yakıt ile çalışan roket teknolojisi oldu.Roket teknolojisindeki temel fikrin basitliğini, şu şekilde anlatabilirim: sıvı yakıtlı roket motorlarında, bir yakıt ve bir oksitleyici (örneğin, benzin veya sıvı oksijen) bir yanma odasına pompalanır.Pompalanan yakıt, yüksek basınçlı ve yüksek hızlı bir sıcak gaz akışı yaratmak için yanar.Bu gazlar, onları daha da hızlandıran bir nozuldan dışarı doğru akar (5.000 ila 10.000 mph çıkış hızları) ve sonra motoru terk ederler.Oluşturulan bu basınç ve itme kuvveti ile belli bir uzaklıktaki yere taşınmak istenen herhangi bir yük, çok yüksek hızlarda taşınarak fırlatan kişi ya da kurumun herhangi bir zarar görmemesine neden olur.Günümüzde roket teknolojisi; uzay ve askeri alanların vazgeçilmez bir teknolojisidir.
Roket teknolojisinin uzay alanında kullanımı
Fakat roket ile taşımanın büyük zorlukları bulunmakta.Kullanılan yakıtların devasa boyutlarda olması gerekliliği ve çok pahalı oluşu, böyle bir teknolojiyi geliştirmek ve kullanmak için finansal açıdan çok güçlü şekilde desteklenmesini gerekli kılıyor.Böyle finansal desteği de her kurum ve kuruluş sağlayamıyor.Diğer bir dezavantajı ise, roket motorunun görevini yerine getirdikten sonra çoğunlukla kullanılamaz hale gelmesi.Örneğin belli bir miktarda patlayıcıyı hedefine gönderen bir askeri roket, gönderdiği bölgede infilak eden patlayıcı ile beraber imha oluyor.Bu, roket motorunu dünyaya indirmeye çalışan, yeniden kullanıma elverişli hale getiren teknolojiler geliştirilse de uzay alanında da geçerli.Uzaya bir uydu ya da mekik gönderen roket motoru, ya uzayda kayboluyor, ya atmosfer tarafından yakılıyor ya da dünyada bir bölgeye düşüp kullanılamaz hale geliyor.
Elektromanyetik Fırlatıcının Doğuşu
Roket ve barut teknolojilerinin pahalılığı, mühimmata getirdiği ek yük insanları farklı ve daha etkili yöntemler aramaya zorlamıştır.Bunlardan en makul olanı, elektrik enerjisini kullanarak maddelerin fırlatılması fikridir.Bunlardan bilinen ilki, Benningfield’ın SIVA(veya YOKEDİCİ) isimli, elektrik enerjisini kullanan silahıdır.İlk kez 1844 yılında yayınlanan “Savaş meydanlarında devrim” isimli, reklam amaçlı basılan görselde görülmüştür.Görselde yayınlanan silahın akıbeti ile ilgili bir bilgi bulunmamaktadır.
Bu fikir, Alman elektrik mühendisi Joachim Hänsler tarafından 2. Dünya Savaşı yıllarında yeniden çalışılmaya başlanmıştır.Güç kaynağı olarak pilleri kullanan Hänsler, silahı ile dakikada 12 atışın yapılmasını planlıyordu ama silahı, asla inşa edilemedi.Savaştan sonra bu fikrin detayları geniş kitlelere yayıldı ve daha ayrıntılı çalışmalar başlatıldı.Fakat o zamanlara göre böyle bir silahı çalıştırmak için gereken enerji, devasa boyutlardaydı.
Elektromanyetik Fırlatıcı Nedir, Nasıl Çalışır?
Elektromanyetik Fırlatıcı(Railgun); bir çift metal ray boyunca iletken bir armatürü hızlandıran, armatürün hızlanmasından oluşan çıkış gücü ile önüne koyulan cismi(mühimmat) fırlatma gücü oluşturan, tamamen elektrikli bir sistemdir.Armatür tarafından tahrik edilen merminin hızlanması, büyük bir akım sağlayan bir güç kaynağı ile elde edilir.Güç kaynağının bir ucu bir raya bağlanır ve diğer ucu diğer paralel raya bağlanır.Akım, pozitiften negatife doğru akarak iletken ray etrafında elektromanyetik bir alan oluşturulur.
Bu manyetik alan, armatürdeki akıma dik olduğu için, hem akım hem de manyetik alana dik olan “Lorentz Kuvveti” olarak bilinen bir kuvvet oluşur.Lorentz kuvveti, armatürü güç kaynağından raylara paralel olarak uzaklaştıran bir kuvvet oluşturur.Kuvvet, rayların akımını veya uzunluğunu artırarak çoğaltılabilir.Kuvvetin büyüklüğü, F = B x I x L denklemiyle belirlenir.Burada F, net kuvvet, i akım, L rayların uzunluğu ve B, manyetik alandır.
Aselsan Tufan
Dünyada Elektromanyetik Fırlatma Sistemi
Her ne kadar Amerika çok uzun yıllardır üzerinde çalışsa da, günümüzde Amerika ile birlikte Çin, Güney Kore, Rusya ve ülkemiz elektromanyetik silah çalışmalarına ağırlık vermiş durumda.Amerika tarafından yapılan prototip modellerde elde edilen itiş gücü ile çıkış hızı saatte 7000km’ye kadar çıkmış durumda.Bu da saniyede 2km’den daha yüksek bir hıza tekabül ediyor.Amerika’nın 2018 yılında, Zumwalt sınıfı muhriplere entegre edeceği de biliniyor.Çin’in ise yakın bir zamanda ortaya çıkan fotoğraflara göre Type 055 sınıfı muhriplerine, elektromanyetik fırlatma sistemini entegre ettiği öğrenildi.
Elektromanyetik top monte edilmiş Type 055 Muhrip
Ülkemizde Elektromanyetik Silah Çalışmaları
Ülkemiz roket teknolojisinde kaçan treni, elektromanyetik fırlatma sistemlerinde yakalamakta kararlı.Son 5-10 yıldır birden fazla firma ve kurumumuz bu konu üzerinde çalışmalar yapmakta.Bunlardan ilk duyurulanı, 2016 yılında duyurulan Tübitak SAGE’nin SAPAN sistemidir.Açıklanan bilgilere göre, 3.000 m/sn çıkış hızına ve 30km menzile sahip olan SAPAN’ın ilk testi 2014 yılında yapılıp, prototipi başarılı bir şekilde üretildi.
İkinci olarak IDEF2017’de, Aselsan tarafından kamuoyuna açıklanan TUFAN sistemidir.Aselsan, hazırladığı video sunumuyla TUFAN’ın M(Mobil), S(Sabit) ve D(Deniz) versiyonlarının olacağını açıklaşmıştı.IDEF2017’de, Aselsan’da çalışan mühendisler, TUFAN’ın çıkış hızını 3500 m/sn’ye çıkarmak için çalıştıklarını söylemişlerdi.
Bir başka ve en son duyurulan sistem de YETEKNOLOJI A.S’in ŞAHİ209 isimli sistemi.Savunma Sanayii Müsteşarımız, twitter hesabından 23 Mayıs günü paylaştığı twit ile yerli Elektromanyetik Fırlatma Sistemi ŞAHİ209’nin saha testlerine hazırlandığını duyurdu.ŞAHİ209 elektromanyetik topunun ilk geliştirilen sistem olmadığı gibi son sistem de olmayacağı kesin.Sisteme koyulan isim, sisteme atfedilen önemi anlamak açısından önemli.Basına yansıyan bilgiye göre ŞAHİ209 sistemiyle 1 megajul kapasiteye ulaşılıp, sistemle farklı mühimmatlarla 880-2 bin 60 metre hızlarda atışlar gerçekleştirilmiş.
ŞAHİ209 Elektromanyetik Silah
Elektromanyetik fırlatma sistemleri barut ve roket teknolojisinin kullanıldığı her alanda kullanılabileceği için hava savunmadan gemideki burun topuna, havandan tank namlularına kadar çok geniş bir alanda kullanılma potansiyeli bulunmakta.Bu yüzden ülkemizde birden fazla firmanın çalışması önem arz ediyor.
Elektromanyetik Fırlatma Sistemlerindeki zorluklar
Elektromanyetik fırlatma sistemleri ile çalışmanın da ciddi zorlukları vardır.Mühimmatı hızlandırmak için gereken gücü üretmek en büyük problemlerden biridir.Sistem, gücü depolayıp, sistem çalıştığı anda raylara aktaracak büyük kapasitörlere ihtiyaç duyar.Nükleer güç ile çalışan savaş gemileri, bu açıdan şanslıdır.Raylara aktarılan güç ne kadar büyükse, çıkış gücü de artacağından, fırlatılan mühimmat daha ileriye ulaştırılabilir.
Bir elektrik akımı bir iletkenden geçtiğinde, raylarda direnç oluşur.Akım, rayın moleküllerini hareketlendirir ve onları ısıtır.Elektromanyetik fırlatıcılarda bu etki, yoğun ısı ile sonuçlanır.Oluşan bu yoğun ısı sonucu rayların yüzeyinde erimeler meydana gelebilir.Soğutma sistemleri bu sistemlerde kritik rol oynar.
Sürtünmeden kaynaklı ortaya çıkan yoğun ısı
Elektromanyetik fırlatma sisteminin iki rayındaki akım zıt yönlerde çalışır.Bu, rayları birbirinden ayırmaya çalışan, akımla orantılı itici bir güç yaratır.Akımlar çok büyük olduğu için, iki ray arasındaki itme kuvveti de büyüktür.Bu durum, Elektromanyetik fırlatma sistemlerinde aşınma ve yıpranma yaratarak, birkaç kullanımdan sonra kırılmaya sebep olabilir.
Elektromanyetik fırlatma sistemlerinin enerjiden faydalanma oranı yani verimleri, şuanki teknoloji ile %20-30 arasinda.Bu oran artırıldığı takdirde çok daha yüksek çıkış hızları alınacaktır.Verimin artırılması için yoğun çalışmaların yapıldığı biliniyor.
Değerlendirme
Enerji depolama sistemlerindeki gelişmelere paralel olarak elektromanyetik fırlatma teknolojisi çok da uzak olmayan bir gelecekte, barut ve roket teknolojisinin tahtını ele geçirecek, buna kesin gözüyle bakılıyor.Roket teknolojisinden çok daha ucuz olan bu teknoloji ile, uzaya erişim çok daha kolay ve daha az maliyetli olacak.Hava savunma sistemi ve uzaya uydu fırlatma alanında çalışmalar yapan ülkemiz, belki de şimdiden bunları elektromanyetik fırlatma teknolojisi ile yapmayı düşünmelidir.
Cemal Acar (Twitter: @Acemal71)
