Railgun Silahları ve Yüksek Sıcaklık Süperiletkenleri

Tuğhan Utku
6 Haz
5 dakikada okunur

Railgun: Nedir?

Railgunlar ya da Türkçesiyle Elektromanyetik toplar (EMT) kimyasal güç yerine elektromanyetizmayı kullanan silahlardır. EMT’ler aslında çok basit bir prensibe dayanır, öyle ki evde bile yapılabilir. Öncelikle, iki paralel iletken ray ve mermiden oluşan düzenek kurulur. Güç kaynağından gelen elektrik ile cihazda bir akım oluşur. Karşılıklı paralel armatürlerde oluşan akım zıt yönlüdür. Her lise öğrencisinin hatırlayacağı basit sağ el kuralı prensibine göre bu iki tel aynı yönde manyetik alan oluşturmak zorundadır. Aynı yöndeki bu manyetik alanlar yine manyetik kuvvet için sağ el kuralına göre mermiyi ateşleyecek yönde bir manyetik kuvvet oluşturur. İşte bu kuvvet mermiyi düşmanın üzerine ateşler. Bu güce sahip bir silahın ordulara sağlayacağı büyük avantajlar ve bu avantajların bedeli olan bazı dezavantajları da olması kaçınılmazdır.

Ne için kullanılır?

Gemi savunma ve taarruz sistemleri
Balistik füzeleri engelleme
Uçak Gemilerinde, uçakların kalkış için fırlatmasına yardımcı olma
Ve daha bir çok alanda kullanılabilirler.

Avantajlar:

geleneksel silahlara göre daha az parça içerir, bakım kolaylığı vardır.
Çok yüksek atış hızlarına ulaşır. Mermi patlayıcı kullanmadan bile büyük hasar verebilir.
Patlayıcı ya hiç kullanılmaz ya da az miktarda kullanılır, bu yüzden güvenlidir.
Menzili oldukça yüksektir.

Dezavantajlar:

Çok yüksek enerji tüketir.
Yüksek akımlardan ötürü ısınma veya hasar durumları ortaya çıkabilir.
Enerji depolama vb. sebeplerden maliyet yüksektir.

Tarihçesi

Railgunlar ile ilgili ilk çalışmalar I. Dünya Savaşı esnasında Fransızlar tarafından başlatıldı. Ancak hiç bitmeyeceği zannedilen savaş 1918’de Amerikalıların da katılması ve Almanların kaynak eksikliği vb. nedenlerle bitince proje rafa kaldırıldı. Ancak icadın fikir babası mucit André Louis Octave Fauchon-Villeplée Amerika’dan 1922’de bir patent almayı başardı.

1944 yılında savaşta yenilginin yaklaştığını bilen Almanlar ise üretilebilir ilk tasarımı yaptılar. Bu Alman makinesi teorik olarak 0.5 kg patlayıcı içeren mermiyi saatte 7200km hızla atabilecek şekilde tasarlanmıştı. Ancak savaşın sonunun yaklaşmasıyla kaynakların direnişe ayrılması ve projenin devasa maliyeti nedeniyle fikir uygulamaya geçemedi. Savaş sonrası planları ele geçiren müttefikler de bu fikrin çok maliyetli olduğuna kanaat getirdiler ve konuya pek ilgi göstermediler.

Ancak zaman geçtikçe özellikle ABD’nin konuyla ilgili tutumu değişti. Soğuk savaşın sonuna doğru uzun soluklu araştırmalara başlayan ABD ciddi anlamda ilk başarılı railgun testini 2008 yılında gerçekleştirdi. Bundan sonra ise ayrıca Amerikan-İngiliz hükümetlerinin ortaklığıyla yürütülen proje neticesinde BAE Systems 2010 yılında 18.4 megajul enerji ile çalışan 3.2kg mermi ateşleyen bir railgunı başarıyla test etti. Ancak ilginç bir şekilde Amerikan ordusu 2021 yazında railgunlar ile ilgili tüm geliştirme çalışmalarını durdurdu.

2023 yılında ise Japon donanması tarihte ilk kez denizdeki bir savaş gemisinden railgunlar vasıtasıyla mermi ateşledi ve denizde ilk başarılı railgun testini yapmış oldu. Japon yetkililer pasifikte Rusların, Çinlilerin ve Kuzey Korelilerin son yıllardaki hipersonik füze kalite ve sayılarını artırmalarının kendilerini tehdit ettiğini ve railgunların bunlara karşı caydırıcı unsur da olacağını belirtti.

Ayrıca Çin de konuyla ilgili çalışmalarda bulunmakta ve ABD’nin aksine bu konuda silah geliştirmeye devam ediyor.

Türkiye Ne Yapıyor?

Ülkemiz 2008 yılında konuyla ilgili çalışmalarına başladı. Üretilen modellerden ŞAHİ 209 Blok 1, 1 megajul enerji ile 300 gramlık mühimmatı 10-12km menzile kadar ulaştırabildi.

Sonraki model ŞAHİ 209 Blok 2 ise enerji depolama kapasitesini 10 megajule kadar çıkarttı.

ASELSAN, 2014 yılında EMT’lerin yapımıyla ilgili çalışmalarına başladı. 2016 Yılında TUFAN isimli EMT (railgun) sistem seviyesi testlerini başarıyla geçti ve 2017 yılında IDEF’te sergilendi. TUFAN ses hızının 6 katına ulaşan atış hızıyla müthiş bir başarı gösterdi.

ASELSAN 2019 yılında elektromanyetik fırlatma laboratuvarı kurdu.

2021 yılında TÜBİTAK SAGE tarafından geliştirilen SAPAN projesi tamamlandı. SAPAN 1,3 megajul enerji ile saniyede 2070 metre hızla atış yapabiliyor. Yani ülkemiz bu konuyla ilgili ciddi bir gelişme kaydetmiş durumda ve konuyla ilgili çalışmalar da hala devam ediyor.

Süperiletkenler ile Railgunların ilişkisi ve Yüksek Sıcaklık Süper İletkenleri:

Süperiletkenler ise EMT’lerde kullanılması planlanan çok önemli malzemeler. Süperiletkenlerin belirli bir sıcaklık değerinden sonra direncinin yok olduğunu biliyoruz. Eğer EMT’lerdeki raylar süperiletkenlerden yapılabilseydi silahın gücü inanılmaz boyutlarda olurdu. Düşük direnç silahın az ısınması ve az enerji tüketimi demektir.

Ayrıca mermiye etki eden Lorentz kuvveti ise (NOT: L indüktans, I akımdır) ve V = I.R olduğuna göre teoride çok az dirençle aynı hatta bazen daha az güç kullanmamıza rağmen lorentz kuvvetini arttırabiliriz. Ancak şu an direkt süperiletken özellikli akım rayları yapabilecek durumda değiliz, çünkü süperiletkenlik çok düşük sıcaklıklarda ve çok yüksek basınçlarda ortaya çıkabilir. (Örneğin, -50°C ve 800.000 atm gibi koşulları bir silahın içinde sağlamak neredeyse imkansızdır.) Ki sıcaklık ve basınç isteri, problemin yalnızca görünen kısmıdır, süperiletkenlerin efektif kullanımının önünde irili ufaklı birçok problem mevcut. Dolayısıyla, rayları süperiletkenlerden yapmanın tek yolu düşük basınçta, makul sıcaklıkta süperiletkenlik gösteren, maliyeti de kabul edilebilir bir seviyede olan maddelere sahip olmamız. Proje astronomik maaliyetlere sebep olacağından zor gelebilir ancak elde edilebilecek devasa güç bile konunun önemini gözler önüne seriyor.

Fakat süperiletkenlik denen bu olguyu sadece ana rayları yapmak için değil, devreyi desteklemek için de kullanabiliriz ki buna yönelik girişimler mevcut. Bunun güzel örneğini Çinli bilim insanlarının SAREML adlı elektromanyetik fırlatma sistemine yaptığı geliştirme tasarımında görüyoruz.

Ekip daha az akımla hem rayları aşınmaktan koruyan, hem de güç tüketimini azaltan bir tasarım yapmış. Simülasyon sonuçlarına göre tasarım mermi hızını %62 arttırıyor, sistem verimini yaklaşık 3 katına çıkarıyor. Peki bu gibi avantajlar sunan ve dev bir potansiyel taşıyan süperiletken teknolojisinde ne aşamadayız?

HTS’LERDE (High Tempreture Superconductors, Yüksek Sıcaklık Süperiletkenleri) NE AŞAMADAYIZ?

8 Nisan 1911 tarihinde Onnes yaptığı deneyde o tarihi gözlemi yaptı, direnç 4,2 kelvinde birden yok oluyordu. Bunun sebebi süperiletkenlikten başka bir şey değildi. Zamanla maddenin bu halinin manyetik alanı dışladığı vb. pek çok durum açıklığa kavuştu.

1986 yılına kadar ise fizikçiler BCS isimli süperiletkenlik teorisinin doğruluğuna ve bu yüzden hiçbir maddenin 30 kelvinden yüksek bir sıcaklıkta süperiletkenlik gösteremeyeceğine inanıyorlardı. Fakat Alman fizikçi Bednorz ve İsviçreli fizikçi Alex Müller dünyayı şok eden bir çalışmayla 35 kelvin sıcaklıkta süperiletkenliği sağladılar ve 1987 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandılar. Bu keşiften hemen sonra ise süperiletkenlik adına çılgın bir ilerleme yaşandı. Yıl 2015 olduğunda artık 203 kelvin ve aşağısında süperiletkenlik gösteren maddeler ortaya çıkmıştı.

2019 yılında ise Chicago Üniversitesi ve Max Planck Kimya Enstitüsü işbirliği ile -23 derece (250 kelvin) sıcaklıkta süperiletkenlik elde edildi. Ancak burada çok ciddi bir sorun var, çünkü bu durum çok yüksek basınçta elde ediliyor. (1.500.000 atm civarı) Materyal araştırmacıların belirttiğine göre boyutça epey küçük olduğundan da süperiletkenliğin 4.karakteristik özelliği olan Meissner etkisini gösteremiyor; fakat boyut ile ilgili sebepten ötürü yine de süperiletken olarak tanımlanıyor.

Soon zamanlarda yapılan farklı çalışmalar da mevcut. Örneğin 2023’te LK-99 isimli bir madde gündeme bomba gibi düştü. Maddeyi üreten Güney Koreli araştırmacılar LK-99’un hem oda sıcaklığında hem de normal atmosferik basınçta süperiletkenlik gösterdiğini öne sürdüler. Ancak daha sonra bu maddenin süperiletkenlik göstermediği kanıtlandı.

Sonuç olarak günümüzde elimizde oda sıcaklığında süperiletkenlik gösteren bir madde olduğuna dair kanıtlanmış bilimsel bir keşif yok ve konuyla ilgili hala bir karmaşa hakim. Ancak insanoğlu önümüzdeki 40-50 yıl içerisinde bu konuda da büyük bir ilerleme kaydedecekmiş gibi görünüyor. Önemli olan 20 derecede olmasa da makul bir basınç altında ve yine soğutma işlemi için astronomik enerjiler gerektirmeyen bir sıcaklıkta çalışabilecek, kullanılabilir bir süperiletken üretmek. Çünkü süperiletkenlerin inanılmaz gücü ve verimi sadece savunma sanayisinde değil her alanda biz insanlara çağ atlatabilir. Kuantum bilgisayarlarından, nükleer reaktörlere, hızlı trenlere, süperiletken kablolara vb. daha çok pek alanda inanılmaz avantajlar sunacak olan bu teknolojinin medeniyeti bambaşka bir seviyeye taşıma potansiyeline sahip olduğu gün geçtikçe daha çok anlaşılıyor.

Kaynakça:

Railgun Silahları ve Yüksek Sıcaklık Süperiletkenleri

Son Yazılar

Comments