Elektromagnetik Fırlatıcı Bilimi ve Teknolojisi

1.Bölüm: Kısa Tarihçe

Serkan Aksoy⁽¹⁾, Hikmet SUBAŞI⁽²⁾

⁽¹⁾ Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Elektronik Mühendisliği Öğretim Üyesi, Gebze, Kocaeli.

⁽²⁾ Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Elektronik Mühendisliği 4. sınıf öğrencisi, Gebze, Kocaeli.

            Son yıllarda özellikle, Amerika Birleşik Devletlerinde (ABD), Elektromagnetik Fırlatıcı bilimi ve teknolojisi yeni bir ilerlemenin eşiğindedir. Bu ilerleme yüksek ve çok yüksek hızlı elektromagnetik fırlatıcılardaki yeni gelişmelere paralel olarak, gelişmiş elektromagnetik silah sistemleri için önemli bir adım olmuştur [1]. Elektromagnetik fırlatıcıların kullanıldığı elektromagnetik silah sistemleri olarak uçak gemilerinden uçakların kaldırılması (fırlatılması), güdümlü silah sistemlerine karşı koruma sağlanması, mermilerin olağanüstü menzillerde fırlatması, askeri araçlara uygulanabilen elektromagnetik zırh koruma sistemlerin geliştirilmesi, denizaltı ve gemilerden torpido fırlatılması, zırh delme yolu ile zırhlı sistemlerin bozguna uğratılması v.b. birçok uygulama alanına sahiptir (Şekil 1-2). Bu bağlamda Elektromagnetik Fırlatıcı teknolojileri geleneksel silah ve füze sistemlerine karşı esas tehlike ve önemli bir rakip olarak gösterilmektedir.

Şekil 1.a) Elektromagnetik fırlatıcı yerleştirilmiş askeri savaş aracı,     

1.b) Elektromagnetik fırlatıcı kullanılan uçak fırlatma sistemi.

Bu çalışma elektromagnetik fırlatıcı sistemleri aşağıdaki gibi üç ana bölümde incelenecektir. Bu bölümler:

- Kısa tarihçe,

- Elektromagnetik fırlatıcı yapıları ve çeşitleri,

 - GYTE’de elektromagnetik fırlatıcı çalışmaları.

 Kısa Tarihçe

Elektromagnetik fırlatıcılar ile ilgili çalışmalar 1980’lerin öncesinden beri ABD’de ciddi olarak takip edilmekte idi. İlk çalışma bir kaç gramdan daha ağır kütlelerin yüksek hızlarla fırlatılabileceğini göstermek için yapılmıştır [2]. ABD’nin daha önceki başarısız denemelerine karşılık [3]-[4], bu ilk başarılı çalışma ABD’nin elektromagnetik fırlatıcılar konusunda ulusal programının oluşmasına yol açmıştır. ABD Ordusu ve İleri Savunma Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA)  tarafından gerçeklenen ilk başarılı fizibilite gösterilimi ardından, ABD’nin çalışmaları manyetik olarak kaldırılan trenleri içeren magnetik tahrik, elektromagnetik mancınıklar (katapult) kullanılarak uçakların fırlatılması, metallerin uzaya fırlatılması, küçük mermilerin aşırı yüksek hızlarda fırlatılması, füzyon reaktörleri için yakıt elde etmek amacı ile eritilerek elde edilen ufak topların hızlandırılması v.b. birçok konuda yaygınlaşmıştır.

Bu dönemde öncelikle ABD’nin bilim ve teknolojide uyguladığı yeni politikalar gereği, bir ilk adım olarak ABD Stratejik Savunma Girişimi Organizasyonu (SDIO)  nükleer güç kaynakları ile beslenen çok yüksek hızlı (15 km/s fırlatma hızını aşabilen) elektromagnetik fırlatma teknolojileri üzerinde ki araştırmalara odaklanmış olmakla beraber, ABD‘nin uzaya silah yerleştirmeme kararı ile birlikte, çok yüksek hızlı elektromagnetik fırlatıcılarla ilgili çalışmalar yavaşlatılmıştır.

Daha sonra 1985’lerde DARPA, ABD Denizcilik İşletmeleri ve ABD Ordusunun gelişmiş zırhlı savaş araçlarını yenilgiye uğratabilecek kapasiteye sahip arazi savaş araçları için elektromagnetik fırlatıcı teknolojilerini değerlendirmeye yönelmesiyle [5], ABD Savunma Bilimi Biriminin (DSB) desteği ile ABD’nin araştırmaları tekrar elektromagnetik fırlatıcılar konusuna yönelmiştir. Fakat bu yönelmede hâlihazırda kullanılabilen teknolojiler SDIO‘nun belirlediği ihtiyaçları karşılamaktan uzak kalmıştır. Çünkü zırhlı araçları tahrip etmek amacı ile fırlatılacak mermilerin tüm uçuşları atmosferin yoğun olduğu yerlerde gerçekleşecek olması nedeni ile fırlatma hızları, 3 km/s ve aşağısına limitlenmiş durumda kalmıştır. Bu ise elektromagnetik fırlatıcıların ağır savaş araçlarının önündeki zırhlarını delme (tahrip etme) kabiliyetini zorlaştıran bir etkendir. Bu nedenle sonraki elektromagnetik fırlatıcı sistemlerinde yüksek verim amaçlı, raylı silahlardan fırlatmalar için plazma armatürleri yerine katı armatürler seçilmiştir. Potansiyel güç kaynakları olarak da kapasitörler ve darbeli alternatörler kullanılmıştır.

ABD Ordusu ve DARPA bu tür çalışmaları geliştirmek için öncelikle birleşik bir Araştırma-Geliştirme (AR-GE) ortaklığına girmişler, fakat DARPA önderliğindeki bazı değişiklikler nedeni ile iki veya üç sene sonra, bu konudaki uzun dönem araştırma programlarından vazgeçilmiştir.

Bu aşamada ABD Ordusu tek başına ve büyük ölçüde azalan parasal kaynaklar ile elektromagnetik fırlatıcı çalışmalarını devam ettirmiştir. Fakat araştırmaların yönünü, tartışmalı ve cesurca alınan kararlarla büyük (ve popüler) fırlatıcıların inşası yerine, mühendislik ve teknolojik uygulamalarına devam etmeden önce; teori geliştirme, bilgisayar destekli simülasyonlar, temel deneysel araştırmalar, yeni türde fırlatıcı/armatür tasarımları, gerekli kritik teknik yapıları geliştirmek v.b. konulara yönlendirmiştir. Daha sonra bu tür çalışmaların devamını sağlamak amacı ile 1990’da ABD Ordusu ilk kez federal olarak finanse edilen İleri Teknoloji Enstitüsü (IAT) adı ile üniversite tabanlı bir araştırma ve geliştirme merkezini Austin’deki Texas Üniversitesinde kurmuştur [6]. IAT’nin görevi fırlatıcı teknolojileri ile ilgili olarak teorik, bilgisayar destekli ve deneysel araştırmaları yaparak veritabanları oluşturmak ve bilgi birikimi sağlamaktır. Günümüzde elektromagnetik fırlatıcı araştırmaları IAT önderliğinde birçok ABD üniversitesi ile işbirliği içerisinde devam etmektedir.

Kaynakça

[1] H.D. Fair, “Electromagnetic Launch Science and Technology in the United States Enters a New Era”, IEEE Transaction on Magnetics,Vol. 41, No. 1, pp. 158–164, 2005.

[2] H.  D. Fair, “Indroduction”, IEEE Transaction on Magnetics, Vol. 22, No. 1, pp. 1379, 1986. 

[3] H.  D. Fair, “Hypervelocity then and now”, Int. J. Impact Eng., vol. 15, pp. 1–2, 1987.

[4] I. R. McNab, “Early electric gun research”, IEEE Transaction on Magnetics, Vol. 35, No. 1, pp. 250–262, 1999.

[5]  H.  D. Fair, “Hypervelocity hyperkinetic energy weapons”, Mil. Technol.  Vol XIV, pp. 39–55, 1990.

[6] www.iat.utexas.edu

Bu çalışma elektromagnetik fırlatıcı sistemleri konusunda saygın bir bilim adamı olan Harry D. Fair’in izni ile kaynaklar bölümünde [1] numara ile gösterilen çalışması temel  alınarak hazırlanmıştır.