Gemisavar Füzelerde Uçus İrtifası
Günümüz savaşlarında herhangi bir askeri üsse veya bir askeri gemiye karşı gelebilecek en büyük tehditlerin başında hava gelmekte. Bu bir savaş uçağının attığı serbest düşümlü bomba, seyir füzesi veya bir gemisavar füze olabilir. Biz konumuz olan gemisavar füzelerin hedefleri olan yüzey gemilerini ele alalım. Günümüzün modern su üstü platformlarının havadan gelecek tehditlere karşı savunma sistemlerinin gören gözlerini radarlar ve çeşitli optik sistemler oluşturmakta. Yakın menzillerde radar, IR veya elektro optik sistemler kullanılarak yapılan yakın hava savunmanın dışında etkili bir savunma yapabilmek için gelen tehtidin uzun menzillerden tespit ve teşhis edilip savunma harbinin katmalı bir şekilde icra edilmesi, bir platformun beka kabiliyeti üzerinde kritik öneme sahiptir. Tabi bunun sağlanabilmesi için gemilerin uzun menzilli hava arama radarlarının gelen tehditleri uzun menzillerden tespit etmesi gerekmektedir.
Modern Gemisavar füzeler bu uzun menzilli radarlar tarafından tespit edilmemek için seyrüseferlerini olabildiğince “radar görüş hattı”nın (line of sight) altında gerçekleştirmek isterler.
Radar görüş hattı dünyanın yuvarlak yapısından dolayı ufuk hattına kadardır. Gemisavar füzelerde seyrüseferlerini yaparken ufuk hattına kadar tespit edilmemek için çok alçak irtifalardan seyir ederler. İşte bu yönteme “sea skimming” yani deniz kayağı yöntemi denir. Günümüzde sea skimming yöntemini kullanan herhangi bir gemisavar füze, hedefe yaklaşık 50 kilometre kala ufukta görünür. Günümüzün high subsonic (yüksek hızlı ses altı) gemisavar füzeleri ise ufukta belirmesinin ardından hedef platformun sadece 2,5 dakikalık bir zaman diliminde cevap vermesine izin vermekte.
Sea skimming bir gemsavar füzenin deniz yüzeyine olabildiğince yakın seyir etmesine denilir. Kanisterinden ayrılan bir gemisavar füze booster itkisi ile ilk aşamada 100 ila 400 metre irtifaya kadar tırmanır, bu irtifada booster ayrılır ve füze kendi motoru ile uçmaya başlar ve sonrasında kademeli olarak sea skimming irtifasına iner. Sea skimming irtifası askeri kaynaklarda 50 metrenin altı olarak geçmektedir. Genellikle sea skimming yapan bir füzenin irtifası 5-10 metre civarındadır. Fakat günümüzde durmadan gelişen teknoloji ile bu irtifa terminal aşamada 1-2 metrenin altına kadar düşmüştür. Bu seyrüsefer yöntemine ise “süper sea skimming” denilmekte.
Sea skimming yönteminin bir diğer avantajı ise suya çok yakın seyrüsefer gerçekleştiren füzenin hedefin radarının su ile oluşturduğu radar dağınıklığı etkisi ile tespitinin zorlaşmasıdır.
Bu avantajlarının yanında sea skimming yönteminin dezavantajları da vardır. Bunların başında ileri deniz durumlarında (fırtınalı, kötü hava koşulları) deniz yüzeyindeki büyük haydut dalgaların füze üzerine etkisi ve olası yazılımsal hatalardan ötürü füzenin denize çakılıp, kaybedilmesi gelir. Bazende meteorolojik şartlar hem füzenin hedef tespit ve teşhisini hemde hedefin tehdit tespit ve teşhisini olumsuz yönde etkileyebilir. Peki bu ileri deniz durumlarında füzeler kullanılamaz demek mi? Hayır. Doğal oluşumlar her ne kadar tahmin edilemez olsa da genel olarak bu femonemlerle çeşitli yazılımsal- donanımsal sistemler yardımı ile baş edilebilir. Modern bir gemisavar füze atılmadan önce füze üzerindeki arayüzden MIL-STD-1760 ve MIL-STD-1553 vb. protokoller kullanılarak deniz durumlarına göre veya kara taaruzunda kullanılacaksa güzergahı üzerindeki en yüksek nokta ile arasında en az 5 metre olacak şekilde bir seyrüsefer irtifası belirlenir. Aynı şekilde yine deniz durumlarına göre terminal sea skimming irtifasında da değişikliğe gidilebilir (ki bahsettiğim 1 metre altı veya civarı iddali irtifalar terminal yaklaşma sırasında tercih edilir). Füze tüm bu irtifa bilgilerini seyrüsefer sırasında bir önceki yazıda bahsettiğim altimetre donanımları ile match ederek uçuşunu gerçekleştirir. Füze ile kurulan bağlantı protokolü ile füzenin çarpa şekli de belirlenir. Karaya atıldıysa veya noktasal savunma sistemlerini daha da zor duruma sokmak adına füze aniden yükselip hedef üzerine intihar dalışına geçebilir (pop-up saldırı modu) veya terminal sea skimming irtifasından direk hedefe çarpabilir veya terminal irtifada yüksek G kuvvetli çok keskin manevralarla (yine noktasal savunma sistemlerini atlatmak amaçlı) hedefe yaklaşabilir. Bu saydığın tüm ayar opsiyonları veri bağı özelliği olan tüm füzelerde at-güncelle metodu çerçevesinde uçuş sırasında da değiştirilebilir. Tüm bunların yanında yukarıda bahsettiğim aniden çıkıveren büyük haydut dalgalar hala tehlikelidir. Ve tabi şu sonuca varabiliriz ki sea skimming ve özellikle süper sea skimming’in efektifliği sakin denizlerde kendilerini çok daha iyi belli eder.
Bu yöntem Dünya üzerindeki savaş ve çatışmalarda da etkinliğini ispatlamıştır. Falkland Savaşı’nda MM39 Exocet tarafından vurulan HMS Sheffiled, üzerine gelen füzeyi radarı ile tespit edememiştir. Ancak gemideki gözcüler isabetten kısa bir süre önce füzeyi görmüş fakat bu durumun hiçbir etkisi olmamıştır. Sea skimming ile gelen MM39 gemiye su hattının biraz üzerinden isabet kaydetmiştir.
İran-Irak savaşı sırasında gerçekleşen USS Stark olayında da aynı şekilde Irak’a air Mirage F1’in ateşlediği 2 MM39 Exocet Stark’ın radar ve ESM (electronic Warfare Support Measures) sistemleri tarafından tespit edilememiştir. Ve noktasal savunma sistemi Phalanx’ın da kapalı olması olayı nihai sonucuna ulaştırmıştır.
Hızlarına Göre Gemisavar Füzeler
Gemisavar füze sistemlerinin efektifliğinin en büyük kaynaklarından biri de sahip oldukları yüksek hızlarıdır. Bu füzelerin, sahip oldukları yüksek hızlar sayesinde tespit/teşhis ve önleme gibi konular güçleşmektedir.
Gemisavar füzeler hızlarına göre üç ana başlığa ayrılır. Bunlar:
- Subsonic
- Supersonic
- Hipersonic
Füzelerdir.
-Subsonic Füzeler: Subsonic veya subsonik kelimesi “ses altı” anlamına gelir. Subsonic veya ses altı füze kavramı, ses hızının altındaki hızlarda seyir kabiliyeti olan füzeler için kullanılır. Günümüzdeki birçok modern gemisavar füze “high subsonic” diye tabir edilen yani yüksek hızlı ses altı füzelerdir. Hızları 0.80 ila 1 mach arasında olan füzeler high subsonic katagorisinde yer alır.
-Supersonic Füzeler: Supersonic veya süpersonik kelimesi “ses üstü” anlamına gelir. Supersonic füze kavramı da ses hızı veya ses hızının üstünde seyir eden füzeler için kullanılır. Günümüzde supersonic füze tanımı 1 ila 5 mach arasında hızlara sahip olan füzeler için kullanılır. Dünya üzerindeki supersonic gemisavar füzeler denildiği zaman akla; Rus-Sovyet P500 Bazalt, P700 Granit,P800 Oniks,P1000, Kh-22, Moskit füzeleri; Vietnam’ın Hisung Feng III füzesi ve Rus-Hint ortak üretimi Brasmos gemisavar füzeleri gelmekte.
-Hypersonic Füzeler: Hypersonic veya hipersonik kelimesi “ sesten 5 kat hızlı” anlamına geliyor diyebiliriz. Yani Mach 5 ve üstü hızlarda seyredebilen her araç için hypersonic kavramı kullanılır. Özellikle son zamanlarda scramjet motor teknolojisinde meydana gelen teknolojik gelişmelerle Hypersonic füzelerde de bir sıçrama meydana geldi. Dünya da ABD, Rusya, Hindistan, Çin gibi ülkeler kendi hypersonic füze çalışmalarını yürütüyor. Bu ülkeler arasında en çok mesafeyi kat eden Rusya oldu. Rus 3M22 Zircon gemisavar/kara saldırı Hypersonic seyir füzesi 2012’den beridir süren geliştirme sürecinin sonuna gelmiş durumda. 2019 yılının ortalarında Rus Devler Başkanı Vlademir Putin Zircon’un yıl sonuna kadar operasyonel olacağını kamuoyuyla paylaşmıştı. Bu tam olarak gerçekleşmese de füze Ocak 2020’de Rus Donanması’nın Admiral Gorshkov fırkateyninden ateşlendi. Füze bu deneme atışında 500 km uzaklıktaki bir kara hedefini başarıyla imha etti. Rus kaynakları füzenin hızının mach 8-9 yani saatte 10.000-11.000 kilometre gibi muazzam hızlara çıkabildiğini söylüyor. Ayrıca füze çok özel ve hafif karbon, karbon lifi içerikli kompozit malzemeler barındırıyor. Bu malzemeler füzeye hava sürtünmesi kaynaklı çok yüksek sıcaklıklara dayanımın yanında radar görünmezliği de sağlıyor. Rus kaynaklar bu füzenin tam bir ateş topu gibi hedefine ilerleyeceğini ve radarda görülemeyeceğini öne sürüyor. Kaynaklara göre füze sadece ufukta bir ateş topu gibi görülebilecek. Radar izi son derece düşük füze sistemleri zaten dünyada var fakat Zircon gibi Hypersonic füzeler, hem sahip olduğu kompozit malzemelerle hem muazzam hızlarıyla hemde aşırı sıcak yüzeylerinin radar dalgaları üzerindeki olumsuz etkileri sebebiyle günümüz radar teknolojilerini baya bi zorlayacak gibi.
Rusya’da durum böyleyken saydığım diğer ülkelerde boş durmuyor tabi. Dünya’da hypersonic sistemler gün geçtikçe gelişmeye devam ediyor. ABD tarafında da Zircon’a kozmetik olarak oldukça benzer bir Amerikanlar’ın tabiri ile deneysel bir insansız uçak olan ( ABD tarafı bu tip platformlara “Hipersonik Kayma Aracı” demeyi tercih etmekte) Beoing X-51 Waverider’ın da test ve geliştirme süreci devam ediyor. Platform, Amerikan stratejik bombardıman uçağı B-52 Stratofortress’tan başarılı şekilde başlatıldı. Ayrıca Rus-Hint ortak yapımı Brahmos II hypersonic gemisavar füzesi de geliştirilmeye devam etmekte.
Gemisavar Füzelerde İtki Sistemleri
Herkesin bildiği üzere füze dediğimiz uçar platformlar çok yüksek hızlarla hedeflerine yönelmeleri ile bilinirler. Peki nedir bu muazzam hızların kaynakları?
Tarihten günümüze gemisavar füzeler çeşitli itki sistemleri kullandılar-kullanıyorlar. Bu itki sistemleri ilk başlarda roket motoru tabanlı idi. Gelişen teknoloji ile roket motorları yerlerini jet itki sistemlerine bıraktı. Günümüzdeki neredeyse tüm modern gemisavar füzeler jet itki kullanmakla beraber her geçen günde bu jet itki sistemlerinde gelişme kaydediliyor. Gelin hep beraber bu itki sistemleri ve gelişmelere göz atalım:
-Katı Yakıtlı Roket Motoru (solid-propelland rocket)
Basitçe katı yakıtlı bir roket motoru, bir gövde, bir nozul, itici yakıt-oksitleyici karışımı, ve ateşleyiciden oluşur. Katı yakıtlı motorlarda yakıt- oksitleyici karışımı katı fazda bulunur. Katı yakıtlı motorlar uzay araçları ve uyduların fırlatılmasında , güdümsüz roket ve güdümlü füze teknolojilerinde sıkça tercih edilmiştir. Gemisavar füzelerdeki kullanımı günümüzde bazı hafif gemisavarlar dışında bitmiştir. Yerini sıvı yakıtlı jet itki sistemlerine bırakmaktadır.
Katı yakıtlı motorlarda yakıt- oksitleyici karışımı ateşleyici tarafından ateşlendikten sonra nozul kısmına kadar silindirik bir yanma odası içerisinde ilerler ve nozul kısmında ağzı daralan bir hazne ile karşılaşır. Bu sıvı-gaz itki yükü bernoulli prensibine göre sıkışarak hız kazancı elde eder ve bu itki yükü momentumu artmış olarak nozuldan atılır. Bu atılan yük ile etki tepki prensibi ile roket hareket eder.
Katı yakıtlı motorlar’ın en büyük dezavantajlarından biri ise ateşlendikten sonra durdurulamamaları ve itki güçlerinin kontrol edilememesidir. Günümüzde katı yakıtlı motorlar gemisavar füzeler için “Booster” yanı kuvvetlendirici görevi için kullanılırlar. Gemisavar füzelerin satıhtan veya denizaltından ateşlenen versiyonlarında booster birimi bulunur ve görevi, füzelere ilk aşamada 100-200 metre arası bir irtifa kazandırmak ve füze kütlesini kısa sürede ivmelendirmektir.
Booster füze gerekli irtifa ( Harpoon için 400 metre) ve hıza ulaştıktan sonra platformdan ayrılır (tıpkı uzaya fırlatılan araçların ikincil roketlerinin ayrılması gibi) ve füzenin turbojet motoru ateşlenir. Böylece füze artık yoluna booster olmadan turbojet itkisi ile devam eder.
Ayrıca ülkemiz şirketlerinden Roketsan’ın Umtas tanksavar füzesi üzerinden geliştirdiği Temren hafif gemisavar füzesi de yine Roketsan tarafından geliştirilen az dumanlı, duyarsız katı yakıtlı roket motoru kullanacaktır.
-Sıvı Yakıtlı Roket Motoru
Sıvı yakıtlı roket motoru, sıvı yakıt ve oksitleyici kullanır. Temel itki mantığı aynı olmasına karşın katı yakıtlı motorlara göre en büyük avantajları, kontrol edilebilir itkiye sahip olmalarıdır. Sıvı yakıtlı motorlarda yanma odası kontrol edilebilir ve hatta yanma sonlandırılıp, yeniden başlatılabilir. Sıvı formdaki yakıt ve oksitleyici yüksek yoğunluğa sahip olduğu için tank hacimleri de görece küçüktür. Aynı zamanda katı yakıtlı motorlar gibi gövde = motor karakteristiğine ihtiyaç duymazlar.
Bir sıvı yakıtlı motor sistemi, yakıt ve oksitleyici tankları, yakıt ve oksitleyici pompaları, yanma odası ve nozuldan meydana gelir. Ve katı yakıtlı motorlardaki fizik kurallarının aynısı sıvı yakıtlar için de geçerlidir.
Sıvı yakıtlı roket motorları başta Styx olmak üzere P-500, Kh-22 gibi Rus/Sovyet sistemlerinde tercih edilmiştir.
-Hibrit Yakıtlı Roket Motoru
Hibrit roket motorlarının genel karakteristiği katı yakıtlı motorlara benzemekle birlikte bu motorlarda sıvı oksitleyici – katı yakıt konfigürasyonu kullanılır. Gemisavar füzelerde kullanımına henüz rastlanmamıştır fakat ufakta olsa değinmek istedim.
-Turbojet İtki Sistemleri
Geldik modern gemisavar füzelerin vazgeçilmezi turbojet itki sistemlerine. Turbojet motorlar günümüzde birçok hava aracında çeşitli konfigürasyonlarla (Turboşaft,Turboprop,Turbofan) doğrudan veya dolaylı olarak tercih edilen itki sistemleridir. Özellikle savaş jetlerinde direkt tercih edilen modern, güçlü, komplike sistemlerdir. Temel bir turbojet motorda ortak bir orta şaft üzerine yerleştirilmiş bir dizi komprasör ve türbine ek olarak yanma odası ve nozul bulunur. Turbojet motorın temel çalışma prensibi havayı emmek, sıkıştırıp ısıtarak yüksek basınç ile nozuldan atarak yüksek bir itki elde etmek üzerinedir. Bu motorlarda sıcak ve soğuk olmak üzere iki bölüm bulunur ve bu bölümlerde parçaların metalurjileri ve fiziksel özellikleri oldukça büyük farklılıklar gösterirler.
Motorun hava girişinden yanma odasına kadar olan kısma soğuk bölüm adı verilir. Soğuk bölümde girişten hemen sonra görevi havayı emmek olan komprasörler yer alır. Bu komprassörlerden sonra daha küçük ve sık pallere sahip bir dizi sıkıştırma komprasörü yer alır ve bunlar emilen havayı motorun daralan yapısı ile birlikte yanma odasına kadar sıkıştırırlar. Bundan sonra ise havasının çok yüksek ısılara çıktığı yanma odası ve sonrası yani sıcak bölüm başlar. Sıcak bölümün ilk birimi yanma odasındaki jetlerden püskürtülen yakıt yakılarak sıkıştırılan hava çok yüksek sıcaklıklara ulaştırılarak iyice basınçlandırılır. Daha sonra bu hava nozulun hemen öncesinde yer alan çıkış türbinlerine gönderilir. Bu türbinlerin pal geometrisi girişteki kompresörlerin tam tersi yönündedir. Bunun nedeni ise bu yüksek basınçlı sıcak hava atılırken aynı zamanda motorun ana şaftının hareketinin devamının sağlanmasıdır. Zaten bu türbinlerin yegane görevi de budur. Genellikle dış bir kaynaktan sağlanan basınçlı hava veya elektrikli starter ile start alan motor düşük devirde emdiği havayı yüksek basınç ve sıcaklıkta atarken bu türbinler sayesinde kendi emiş gücünü de çok daha etkili biçimde sağlamış olur. Tabi Yanma odasında yakılan yakıt miktarının değişimi(kontrol-gaz sistemi) ile birlikte itki be ona bağlı kompresyonda artar ve motorun çıkış gücü bu bu parametreler ile belirlenir.
Günümüzün birçok modern subsonic gemisavar füzeleri turbojet itki kullınırlar. Katı yakırlı boosterlar tarafından ivmelendirilen ve irtifa kazanan füze turbojet motorunu çalıştırır ve uçuş sırasındaki hız ve kaldırma kuvvetinin kaynağı turbojet motor olur. Turbojet motorların avantajları uzun menzile imkan vermesi, güvenilirlik ve yüksek ve kontrol edilebilir itkidir. Dezavantajı komplike bir sistem olması ve içerdiği mekanik parçalarının fiziksel ve metalurjik olarak sınırları olmasıdır.
Harpoon, Exocet, NSM, LRSAM, Otomat gibi birçok modern gemisavar turbojet motorlu itki kullanmaktadır. NATO genelinde kabul gören turbojet yakıtı ise JP-9’dur.
-Ramjet İtki Sistemleri
Ramjet motor harektli hiçbir parçası bulunmayan, turbojetten çok daha yüksek hızlara çıkılmasına imkan sağlayan bir jet motoru türüdür. Ramjet motor içince herhangi bir komprasör, türbin vb. gibi hareketli parça bulunmaz, sadece girişte sıkıştırmayı sağlayan bir iç parça ve yakıt enjeksiyon jetleri bulunur. Bunlar dışında ramjet motor daralan sonra tekrar genişleyen bir borudan ibarettir. Hatta bu yapısından ona dolayı “soba borusu” da denir. Turbojet motordan bahsederken basınçlandırılıp ısıtılarak itki gücünü sağlayacak olan havanın soğuk bölümde bulunan komprasörler tarafından emildiğini söylemiştim. Peki Ramjet motorda bu işlem nasıl gerçekleşiyor?.. Gerçekleşmiyor. Yani daha doğrusu motorun kendisinin bunu yapma yeteneği yok. Peki hava nasıl emiliyor? Cevap basit, zaten yüksek hızlara ulaşmış bir platformun çevresindeki yüksek akış hızına sahip hava alınıp sıkıştırılıp, yakılarak itki elde ediliyor. Yani burdan şu sonucu çıkartabiliriz ki ramjet motorlar herhangi bir hava platformunu yerden kaldıracak veya ivmelendirecek itki kuvvetini tek başlarına oluşturamazlar. Ancak platform belirli bir hıza ulaştıktan sonra devreye girebilirler. Bu hız da mach üstü diye tabir edilen ses hızının üzerindeki hızlardır. Ramjet motora sahip bir füze ya başka bir uçar platform (savaş jeti vb.) ses üstü hızlarda uçarken ateşlenebilir veya yine bir booster tarafından ses üstü hıza çıkarıldıktan sonra devreye girebilir. Bu özelliği ile anlıyoruz ki ramjet yüksek hızlarda kullanılan bir itki sistemidir. Bu hızlarda 1-5 mach arası hızlardır, ramjet 5 mach’a kadar kullanılabilir (bazı kaynaklar 8 mach demekte). Yani ramjetler süpersonic füzelerin ana itki sistemlerini oluştururlar.
Temel çalışma prensibinden biraz bahsedecek olursak. Ses üstü hıza çıkmış bir füze ramjet motorunu ateşlediğinde girişten zaten halihazırda giriş yapan ses üstü hızlardaki hava içeri alınır ve sıkıştırılıp yanma odasında ısıtılarak egzozdan (nozul) dışarı atılır ve böylece ses üstü çok yüksek hızlar ve çok yüksek itkiler elde edilir. ( Yukarıdaki görselde 1 mach üstü ve altında çalışan bölgeler görülebilmekte).
Günümüzde top mermilerine bile uygulanabilen ramjet teknolojisi, gamisavar füzeler arasında Brahmos, P-1000, Moskit gibi yine Rus hipersonic gemisavar füzelerinde kullanılıyor.
–Scramjet İtki Sistemleri
Adından da anlaşılacağı gibi scramjet bir ramjet türevidir. Ramjetten farklı olarak scramjet supersonic bir yanma odasına sahiptir. Scramjetlerde aynı yollarla alınan hava sıkıştırılıp yakıt ile yakılarak çok daha yüksek hızlarda nozuldan dışarı atılır. Scramjet’in çalışabilmesi için giren havanın hızının 5 mach civarı olması gerekir. Scramjet tasarımında en kritik noktalardan biri de havanın supersonic hızlarda motorun içinden akarken yüksek sürtünme ve az yanma sorununu ortadan kaldırmaktır. Tasarımı sayesinde motora giren hava ramjete göre daha az hız kaybeder ve sürtünme az olur, ayrıca bu sayede daha az ısınan havanın yakılması daha verimli olur. Bu tasarımın en büyük dezavantajları ise sürtünmeye neden olan herhangi bir yapısal kusuru kabul etmemesi ve yanma için çok az zaman olmasıdır.
Scramjet motor iki tane huninin arka arkaya birleştirilmiş hali gibi bir şekle sahiptir. Motorun en dar noktası sıkışmanın en yüksek olduğu orta noktadır. Burada yüksek basınçlı hava yakıtla beraber yakılarak çok daha yüksek bir hızda nozuldan atılır ve bu şekilde itki oluşur.
Scramjeti çalışacağı çok yüksek hızlara ulaştırmak ise yine başlı başına bir problemdir. Nasa’nın geliştirdiği hipersonic kayma aracı X 43-A ilk önce bir uçakla 40.000 feet’e çıkarılmış daha sonra ona bağlı bir füze ateşlenerek 95.000 feet’e yükselmiş ve burada ateşlenen scramjet sayesinde platform 9.8 mach hıza ulaşmıştır.
Scramjetin gemisavar dünyasında şimdilik kullandığı/kullanılacağı platformlar ise bahsettiğim hipersonic canavarlar Rus Zircon ve Rus-Hint Brahmos II’dir.
Yazar: Eshab YALÇIN
