Stealth Teknolojisi ve Radar Absorblayıcı Malzemeler

Amerika Hava Kuvvetlerine (USAF) ait U-2 casus uçağının Rusya üzerindeki keşif uçuşu sırasında Moskova’nın 1.500 km doğusunda bulunan ‘’Sverdlovsk oblastı’’ yakınlarında, karadan ateşlenen S-75 Dvina (NATO Adı: SA-2 Guideline) yüksek irtifa hava savunma sistemi tarafından düşürülmesi sonucu ‘Stealth Projesi’ Amerika’da başlatılmıştır.

Stealth teknolojisi; özel amaçlı radar emici malzemeler kullanılarak RF radyasyonunu/dalga yansımasını minimize etmeyi sağlayarak hava unsurlarının ya da diğer araçların radar izlerini büyük miktarda azaltan bir teknolojidir. Aşağıdaki görselde görüldüğü üzere F-22 Raptor ve F-35 Lightning II jetleri sahip oldukları ileri seviye ”Stealth Teknolojisi” ile S-400 SAM (Surface-to-Air Missile) hava savunma sistemi (Rusya) karşısında angaje edildikleri mesafeyi büyük miktarda azaltmışlardır.

Hava savunma radarının çalışma prensibi; temelde elektromanyetik dalgaların hedef unsura gönderilmesi/yöneltilmesi ve yansıyan dalgaların hava savunma sisteminde (radar) toplanılması/değerlendirilmesi üzerinedir. Radar antenleri radyo frekansları gönderir ve frekanslar herhangi bir unsurla karşılaştığında geri yansır. Sonrasında radar antenleri bu yansıma ve varış sürelerini hesaplayarak hava yada diğer unsurların ne kadar uzakta olduğu hakkında bilgi verir. Uçakların metal gövdesi radar sinyallerini çok iyi seviyede yansıtır. Bu durum uçakların hava radarlarına kolaylıkla yakalanmasına/yüksek izde görünüme (Yüksek *RCS değeri) neden olur. Ancak bu dalgaları geri yansıtmak yerine farklı açılarda farklı konumlara yansıtması, absorblaması ya da karıştırması (jamming) durumunda radar izi (radar signature) minimize edilir. Örneğin bir karşılaştırma yapacak olursak F-117 küçük bir kuş, F-35 golf topu, F-22 ise misket büyüklüğündeki bir karşılıkta *RCS değerine sahiptir.

*RCS (Radar Cross Section) Türkçe karşılığı ‘radar kesit alanı’ bir cismin veya platformun radardaki görünürlük miktarı veya elektromanyetik dalgalar olan radar sinyallerini yansıtma miktarı olarak tanımlanabilir.

Radar absorblayıcı malzemele (RAM) tasarımında manyetik ve elektrik alanlarının (yayılım yoluyla) ısıya dönüşmesi ilkesi göz önünde bulundurulur.

Radar izlerinin minimize edilmesi radikal dizayn özellikleri ve bazı metalik olmayan malzemelerin/nano malzemelerin kullanımı ile mümkün olmaktadır. Örneğin uçak kanopilerinde kullanılan birkaç nanometre büyüklüğündeki altın veya indiyum kalay oksit içerikli kaplamalar ile gelen elektromanyetik dalgalar farklı açılara yansıtılmaktadır.

Yüksek iletkenlik ve düşük enerji kapasitesi gösteren malzemeler (örn: metaller) yüksek dielektik (enerji depolama kapasitesi) kayıp yaşarlar. Bu durumda malzeme içerisinde elektromanyetik dalganın penetrasyon derinliği minimal seviyede olup malzeme yansıtıcı gibi davranır. (Yüksek yansıma, gelen elektromanyetik dalganın zayıflaması %0)

Düşük dielektik kayıp yaşanılan malzemelerde, elektromanyetik dalganın penetrasyon derinliği yüksektir. Sonuç olarak malzeme tarafından yüksek enerji absorblanır ayrıca bu malzemeler gelen elektromanyetik dalgaya karşı saydam özellik gösterir. Bu durumda emici malzeme gelen elektromanyetik enerjinin büyük çoğunluğunu absorblar.24

Yukarıdaki görselden görüldüğü üzere radar absorblayıcı malzeme; dış katman, dielektik katman ve metal kalkan olmak üzere üç ana kısımdan meydana gelmiştir. Dielektik katman (yalıtkan katman); cam elyaftan yapılmış olup, cam elyaf içerisinde emici dolgu malzemesi olarak karbonize elyaf barındırır. Malzemenin enerji depolayabilme kapasitesi dış katmandan (yapısal katman) metal kalkana doğru artış gösterir. Dielektik katman en az iki dizi yapısal tek katman cam elyaf ve farklı içerikte emici dolgu malzemesi barındırır. Ayrıca petekli malzemeler (honeycomb) uçak kontrol yüzeylerinde enerji sönümleyici özellikleri dolayısıyla sıklıkla kullanılan bir malzemedir.

Radar absorbsiyon malzemelerinin emici özelikleri, yapısında barındırdığı ferromanyetik malzemelerden gelmektedir. Karbon, polipirol-polimer kompozitler ve polianilin RAM olarak kullanılan bazı bileşiklerdir.

Malzemelere düşük görünürlük sağlama amaçlı uygulamalar;

  • Karbon, metal, cam elyaftan yapılmış iletken fiberler
  • Kaplama yapılmış iletken malzemeler (renkli kum görünümünde)
  • İletken boya veya mürekkep içeren spreyler
  • Boyanmış veya emici mürekkep/boya nüfuz ettirilmiş küçük hücreler içeren köpükler
  • İnce tanecikli ferromanyetik veya ferritik partikül içeren manyetik radar absorblayıcı malzemeler

İyi bir radar absorblayıcı malzeme aşağıdaki özellikleri taşımalıdır:

  • Geniş bir frekans aralığında yüksek absorbsiyon özelliği göstermek
  • İnce ve hafif olmak
  • Basit kaplama katman yapısı (Acil durumlarda hızlı aksiyon almada öneme sahip)

KAYNAKÇA

  • RF Stealth and counter-RF Stealth Technologies: Implications of counter-RF Stealth Solutions for Turkish Air Force, Cadirci S., March 2009
  • Mechanical  Aspects in Stealth Technology: Review, Jha B.K, Aswale M.S, April 2016
  • Stealth Technology: The Fight Against Radar, Kumar S., Mishra S., Gupta S., December 2014
  • A Nanotechnology Aircraft With Stealth Technology, Kumar I.
  • Defect-Detection Technologies for Low-Observability Aircraft Skin Coatings, Siegel M., Riviere C.N, May 2017
  • Review of Radar Absorbing Materials, Saville P., January 2005
  • Research Progress on Nanostructured Radar Absorbing Materials, Wang Y., Li T.,, Hu Z., Gu Y., March 7, 2011
  • Boya Özelliklerinin Radar Absorbsiyon Kapasitesine Etkisi, Aktaş G., Aktaş A.R., Gürü M., 09.10.2015
  • Radar Absorbing Materials Used for Target Camouflage, Nikolaescu I., January 26, 2006