Askeri Önemi Oldukça Fazla Olan Hipersonik Füzeye Dair Bilinmesi Gerekenler
askeri önemi oldukça büyük olan bir füzedir hipersonik füze. teorik olarak hipersonik alt limit olarak kabul edilen 5 ve üzeri mach sayılarında hareket edebilen her füzeye bu isim verilebilir.
bu bağlamda ikiye ayıracak olursak,
a) balistik füzeler
b) hipersonik seyir füzeleri
olarak sınıflandırılabilir.
a) balistik füzeler
yörüngelerinin büyük kısmını atmosfer dışında (100 km üzeri irtifada) ve itki sisteminden ayrılmış bir harp başlığı olarak tamamlarlar. çünkü balistik füzelerin kahir ekseriyetinde roket motoru vardır. itki sisteminin olmaması ise askeri bir handikaptır. çünkü balistik rota hemen hemen lisede gördüğünüz eğik atışa benzer, sadece irtifa hayli yüksek olduğundan dolayı yer çekimi ivmesini sabit değil konuma göre değişken bir parametre olarak almanız gerekir, tabii maksimum irtifa çok yüksek değilse gerekmeyebilir de.
bu öngörülebilirlik, düşman füze savunma sistemi için bir avantajdır. bunun önüne geçmek içinse, füze hem hedefini gizlemek hem de imha edilme ihtimalini azaltmak için zikzaklar çizerek ilerlemeye çalışır, bunu ise ya flap tarzı geometriler ya da tıpkı uçaklardaki empenaj sistemine benzeyen kanatlar kullanırlar.
fakat balistik füzeler için buradaki handikap balistik rota dışına çıkarılan füzenin daha çok sürtünme ve şok nedenli kayıplara maruz kalması sonucu yavaşlamasıdır. çünkü üzerinde bir itki sistemi artık kalmamıştır ve rotasındaki değişikliklerle düşman füze savunma sistemini şaşırtmayı denese de, yavaşlayan hızı da işini zorlaştıracaktır.
tabii, bu durum kıtalar arası balistik füzeler için pek geçerli sayılmaz. öte yandan çıktığı aşırı yüksek mach sayıları nedeniyle de bu füzelerde isabetli atış elde etmek genelde pek kolay değildir. zaten birçoğu da nükleer harp başlığı taşır ve askeri bir taktikten ziyade kitle imha silahı olarak kullanılmaya teşnedir. en yüksek hıza çıkan kıtalar arası balistik füzelerde dahi rota öngörülebilir olduğundan dolayı, düşman füze savunma sistemi tarafından imha edilebilme oranı yüksektir. fakat aynı anda ateşlenen 100 nükleer başlıklı füzenin sadece birini bile imha edememeniz veya oldukça düşük irtifada imha etmeniz durumunda düştüğü yerde 50 sene ot bitmeyeceğinden dolayı bunu başarı olarak tanımlamak pek de mümkün olmayabilir.
b) hipersonik seyir füzeleri
bu füzeler ise gerek kitle imha gerekse askeri taktik amaçlı kullanılabilen füzelerdir. yani kullanacağınız harp başlığına göre değişir. bu füzelerin en büyük avantajı roket motoruna ihtiyaç duymamalarıdır. havadaki oksijeni yakan motoru sayesinde itki sağlarlar. bu yüzden roket motoruna sahip füzeler gibi atmosfer dışına çıkamazlar, fakat roket motoru olmadığı için çok daha hafiftirler ve bu daha çok faydalı yük anlamına gelir.
hipersonik seyir füzelerinin en büyük avantajı ise manevra kabiliyetidir. sürekli itki sağlayan motoru sayesinde istediği kadar manevra yapabilir ve bir hız kaybına uğramazlar ki bu da düşman füze savunma sistemini yanıltabilmek için daha çok şansının olması anlamına gelir. motor olarak ya ramjet ya da scramjet kullanırlar. tam da bu nedenle kontrolü ve geliştirmesi oldukça zor olan sistemlerdir.
daha önce de defalarca dediğim gibi, hava soluyan motorların hepsinin temel itki/enerji üretme prensibi aynıdır. bir gazı soğukken sıkıştırmak için harcanan enerji, sıcakken sıkıştırmak için gereken enerjiden daha düşüktür. bu nedenle soğukken sıkıştırdıkları gazı ısıtıp daha sonra yakıp, bu gazdan enerji/itki elde edebiliriz. uçak motorlarından araba motorlarına, termik çevrim santrallerine kadar bütün motorlar bu basit prensip üzerine çalışırlar.
yolcu ve savaş uçaklarında sıkıştırma işini motorun kompresörü yapar, fakat kompresörü çalıştırmak için de bir türbin gerekir. gel gelelim turbo motorlar ses hızının 3 katından sonra itki üretemez hale gelirler çünkü şok dalgası nedenli kayıplar giderek artmıştır.
işte ramjet motorlar bu aralıkta çalışır. daha önce şok dalgalarını sınıflandırırken güçsüz eğik şok dalgasından bahsetmiştim. her ne kadar bütün şok dalgaları entropi artışına neden olsa da, eğik şok dalgalarında bu kayıplar görece daha azdır.
işte ramjetler kompresör yerine bu şok dalgalarını kullanarak gazı sıkıştırdığımız motorlardır. mach sayısı 3 civarında itki üretmeye başlayan ramjetler, gazı sıkıştırmak için bu çok sayıda ardışık zayıf eğik şok dalgasına ihtiyaçlar duyarlar. gazı sıkıştırmak için kompresör yerine bu şok dalgaları kullanıldığından dolayı kompresörü sürecek bir türbine de ihtiyaç duyulmaz. ramjetin scramjet'ten en büyük farkı motor girişindeki ardışık şok dalgalarından sonra yanma odasına girmeden önce gazın ses altı yani subsonic rejime geçmiş olmasıdır. böylece yanma ses altı rejimde başlar ve sonlanır. itki lülesine giriş ses altı rejimde olduğundan dolayı da, de laval tipi lüle kullanılır.
ramjet motorlu bir füze farklı şekilde atılabilir. bu motoru çalışacağı irtifa ve hıza çıkaran ayrı bir roket motoru ile yerden atabilirsiniz veya maksimum seyir hızı 2.5 veya üzeri olan bir savaş uçağından da atabilirsiniz. ramjet motorun çalışabileceği mach sayısı aralığı 2.5 ile 5 arası değişir yaklaşık olarak. 2.5 altındaki şok dalgaları yeteri kadar sıkıştırma yapmaya yetmez, motor bir itki üretecektir ama bu aerodinamik sürtünmeyi yenmeye yetmeyeceğinden hızını giderek kaybeder ve sonunda motor durur.
5-6 üzerindeki mach sayılarında ise problem ardışık şok dalgaları sonucunda yanma odası giriş sıcaklığının uçup giderek ortada yakarak entalpi artışı sağlatabilecek bir hava bırakmamış olmasıdır. bu problemin üstesinden gelmek içinse çözüm scramjet'tir, namı diğer supersonic combustion ramjet. eğer yanma odası giriş çıkışında havayı ses üstü hızlarda tutabilirsek, hava sıcaklığı düşük olacağından dolayı yanma işlemi için hala bir şans var demektir.
scramjet motorlar, eğer yakıt olarak hidrokarbon kullanılacaksa mach sayısı olarak 5-10 arasında çalışabilirler. tabii ki bir uçak motoru kadar spesifik itki sağlamazlar fakat kullanım alanını düşünecek olursak zaten bu da bir ister değildir. ramjet motorlara nazaran çok daha yüksek irtifa ve hızda çalıştıklarından dolayı motoru kontrol etmek kolay değildir.
ortalama bir scramjet irtifa olarak 30 ile 50 km arasında seyir eder. bunun nedeni bu irtifada havanın yoğunluğunun atmosfer seviyesindeki yoğunluğun yaklaşık 500'de biri olmasıdır. böylece giren az miktarda hava olacaktır fakat hızın saniyede yaklaşık 3-4 km olduğunu düşünürseniz, aslında debi 5-6 kg/s olarak hayli yüksektir.
aynı hızı deniz seviyesinde yakalasanız motora saniyede 3 ton hava girer ki bunu yakmaya kalkarsanız dayanacak malzeme olmadığından dolayı motorun yanma odası havaya uçar. bu nedenle scramjet motoru olan füzeler dalışa başladıktan sonra motorları ya atılmalı ya da kapatılmalıdır.
yanma ile ilgili konular scramjet'in kontrolünü zorlaştıran temel etkenlerdir. motor genelde araç hücum kenarının baya arkasına konumlandırılır. buradaki amaç hücum kenarından yansıyan şok dalgasını da kullanarak önceden bir miktar daha sıkıştırma sağlamaktır. yanma odasına girmeden önce havanın basıncının yeteri kadar yükseldiğinden emin olmak gerekir. çünkü motor boyunca akış ses üstü hızlarda devam ettiğinden dolayı, ki bu yaklaşık saniyede 1 km demek, yanma işlemi için süre kısıtılıdır. bu kısıtlı sürede yanma işlemini gerçekleştirmek içinse tek seçenek basıncın yüksek olmasıdır.
yakıt olarak hidrokarbon yerine, hidrojen kullanılması da bir çözümdür. hidrojen oldukça basit bir geometriye sahip olduğundan dolayı reaksiyon için ihtiyaç duyduğu süre kısadır. bu nedenle hidrojen yakıtla çalışan scramjetler daha yüksek hızlara çıkabilirler.
aksi takdirde çıkış lülesinden sonra sonuçlanan yanma işlemi itkiye bir katkı sağlamaz. öte yandan şok dalgaları nedeniyle akışa ait sıcaklık da giderek yükselmektedir. bunun iki olumsuz yanı olur. birincisi akışkanların ses hızı kelvin cinsinden sıcaklıklarının kareköküyle doğru orantılı olarak değişir.
siz bu havayı yakarak sıcaklığını yükselttiğinizde ses hızı da yükselir dolayısıyla mach sayısı akış hızı aynı kalsa dahi düşer. eğer 1'in altına düşerse de motor itki üretemez ve durur. bu durma nedeniyle bir anda yanma odasında sıcaklık ve basınç ciddi olarak yükselir ve motoru patlatır. bu duruma thermal choking denir, türkçesiyle ısıl boğulma. bu durumun önüne geçmek için yanma odası boyunca kesit alanı giderek genişleyen tasarımlar da denenebilir.
ikinci olumsuz tarafı ise, yükselen sıcaklığın yaratacağı kimyasal değişimler nedeniyle havanın yakılamayacak hale gelmesidir. bu durum bugün dizel motorlardaki verimi sınırlayan en büyük problemlerden de biridir. yanma öncesi sıcaklığı eğer 1700 dereceye kadar artırırsanız sonunda yakıt püskürttüğünüzde yanmayacak kadar kimyasal denge dağılımı bozulmuş bir gazla karşılaşırsınız. düşen yanma verimi yeteri kadar ısı enerjisini akışa kazandıramazsa üretilebilecek itki miktarı da düşecektir.
gel gelelim, çalışmak için ramjet'ten de daha yüksek mach sayısına ve irtifaya çıkma ihtiyacı olan bu füzeyi iki şekilde fırlatabilirsiniz. ya o irtifa ve koşullara çıkacak bir roket motoru gerekir, ya da balistik bir füzeye entegre edip gereken irtifada gereken hıza çıkacak şekilde atmosfere yeniden sokmak gerekir.
özet
tüm bu zorluklarına rağmen, hipersonik seyir füzelerini balistik füzelerden avantajlı yapan ise hem bir itki sistemi olması hem de manevra kabiliyetiyle konumunu karmaşıklaştırarak düşman balistik hava savunma sisteminden kaçmayı başarabilmesidir. bu o kadar ciddi bir avantajdır ki, balistik füzelerin belki de yarısı kadar bile hızlı gidememelerine rağmen bu manevra kabiliyetiyle kazandığı rotasının öngörülemezliği nedeniyle kolay kolay imha edilemez, çünkü hem saniyede 4 km kadar bir hıza çıkabilirler, hem de seri manevralar yapabilirler. düşman radarında yakalayabilirsiniz ama gönderilen füzenin kontrol ve manevra kabiliyetine bağlı olarak yalnızca çarparak durdurabilirsiniz. eğer ilk seferde ıskalarsanız 1000 km mesafeyi 4 dakikada alabilecek bir füzeye karşı ikinci bir şansınız olmayabilir.
günümüzde farklı projelerde ramjet motora sahip füzeler farklı ülkelerin envanterine girmeye başlamıştır fakat başlatılan programlar duyurulmasına rağmen scramjet tipi motora sahip bir füze üretilebildiyse de reklamı henüz yapılmamıştır, yapıldıysa da paylaşılmamış olabilir.
Balistik Füzelere Karşı Savunma Yapmak Neden Oldukça Zordur?
