27 Eylül 2017 Çarşamba

Hava ve Füze Savunması: Basit Bir Simülasyon

Hava savunması oldukça karmaşık ve teknik boyutu derin bir kavram. Bunun nedeni hem hava savunmasına konu tehditlerin (seyir füzeleri, uçaklar, balistik füzeler vb) hem de bunları algılayacak ve önleyecek sistemlerin farklı niteliklere sahip olması. Kamuoyu bu olgu ile yakın zamanda epey hemhal olmuş durumda.

Bu konuya farklı bir açıdan bakış getirebilmek için oldukça basit bir deney yaptım. Bilgisayar ortamında bir simülasyon ile yaptığım bu deney, hava savunmasına dair çok temel bazı kaideleri bir kez daha hatırlattı.

Bu deneyde, bir seyir füzesi saldırısını simüle ettim. Bu füzeyi erken tespit edebilmek için en uygun hava savunma erken ihbar radar ağını kurmaya çalıştım.

Senaryonun ve çıktılarının ayrıntılarına girmeden önce seyir füzelerine kısaca değinmekte fayda var.


Seyir füzesi (“cruise missile”) basitçe, hedefine doğru düz uçuş yaparak giden güdümlü bir mühimmat olarak tanımlanabilir. Çoğu seyir füzesi uçuşunun büyük kısmında alçak irtifada, sabit hızda uçar ve gerekli rota düzeltme manevralarını otomatik pilotu ile kendisi gerçekleştirir. Seyir füzelerinin uçuş irtifası, arazi özelliklerine bağlıdır. Deniz yüzeyi ya da engebesi az olan bir arazi üzerinde irtifa, füzenin tipine göre 100 metrenin altına inebilir. Ancak dağlık, çok engebeli bir arazi üzerinde bu değer daha da artacaktır. Füzenin uçuş hattı boyunca uzanan araziyi takip etmesi için devamlı tırmanma ve dalma manevrası yapması gerekir. Bu nedenle arazi engebesi arttıkça, füzenin yerden irtifası da artar; daha yumuşak bir rota izlemeye başlar. Füzelerin konumlarını ve hedeflerini hassas bir şekilde tespit edebilmeleri için kullandıkları farklı güdüm ve seyrüsefer sistem ve teknolojileri bulunmaktadır.

Modern anlamda ilk seyir füzesi, Almanya tarafından İkinci Dünya Savaşı’nın sonlarına doğru İngiltere’ye karşı kullanılmış olan V-1’dir. “Uçan bomba” olarak da adlandırılan V-1’lerin başarısı, görece düşük hızları nedeniyle sınırlı olmuştur. Ancak savaştan sonra hızla gelişen elektronik teknolojileri ile birlikte bu sınıftaki silahlarda önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Nitekim özellikle hassas konum tespit, seyrüsefer ve güdüm – kontrol sistemlerinin geliştirilmeleri ile birlikte 1980’lerden itibaren uzun menzilli havadan, denizden ve denizaltından atılan seyir füzeleri, ABD ve Sovyetler Birliği’nin ana stratejik silah sistemleri arasına girmiştir.

Modern harp sahasında seyir füzelerinin gücü ve etkinliği dünya kamuoyunun gündemine ilk kez 1991 Körfez Savaşı sırasında gelmiştir. Kuveyt’i işgal eden Irak ordusuna karşı ABD tarafından ateşlenen Tomahawk seyir füzelerinin isabet yeteneği ve tahrip edici gücü, bu tür silahların dost birlikleri riske atmadan uzak mesafelerden stratejik ölçekte saldırı yapabilme imkanı verdiğini göstermiştir. Nitekim takip eden yıllar boyunca ABD’nin neredeyse tüm askeri operasyon ve nokta taarruzlarının ana unsuru Tomahawk füzeleri olmuştur. Günümüzde de ABD, Rusya, Çin, Fransa, Hindistan başta olmak üzere çok sayıda ülkede farklı platformlardan (uçak, denizaltı, su üstü gemi, kara bataryası) ateşlenen seyir füzesi geliştirme projeleri yürütülmektedir. Elektronik, bilgisayar ve motor teknolojilerindeki gelişmelere paralel olarak 2,000 – 3,000km’yi aşan menzile sahip, sesten birkaç kat hızlı uçan (hipersonik) seyir füzeleri sahneye çıkmaktadır.

Seyir füzelerinin öne çıkan başlıca nitelikleri şu şekilde özetlenebilir:

1. Barındırdıkları hassas güdüm ve seyrüsefer sistemleri ile yüksek hassasiyet ile hedefi bulup imha edebilirler. Bu sistemlerin geliştirilmeleri ve üretilmeleri zahmetli ve pahalı olsa da, söz konusu füzelerin kullanıldıkları stratejik altyapı, üstyapı ve tesis gibi hedeflere verecekleri zarar karşısında bu maliyet genelde kabul edilebilir sınırların bir hayli altında yer almaktadır.

2. Özellikle uzun menzilli seyir füzeler ile, stratejik önem taşıyan, dolayısıyla güçlü bir şekilde korunan hedefleri, dost birlik ve platformları riske atmadan imha etmek mümkün olmaktadır. Günümüzde, özellikle Batı toplumlarında askeri operasyonlarda gerçekleşen can kayıplarına karşı oluşan yüksek hassasiyet göz önüne alındığında, bu önemli bir artı puandır.

3. Seyir füzelerinin yüksek isabet hassasiyeti ve taşıdıkları yüksek performanslı harp başlıkları, onları aynı zamanda psikolojik bir silah haline de getirmektedir. Farklı istikamet ve irtifalardan gelen çok sayıda seyir füzesinin düşman hava savunma sistemleri tarafından tamamen bertaraf edilmesi çok güçtür. Bu da, seyir füzelerinin caydırıcılık etkisini artıran bir unsurdur.

4. Hassas güdümlü, uzun menzilli seyir füzeleri, geliştirilme ve üretilmeleri için gereken ileri teknoloji nedeniyle, üretici ülke için aynı zamanda önemli bir eşik niteliği taşımaktadır. Bir seyir füzesi için hedef tespit edebilecek algılayıcı sistemleri ve bu hedefleri çok uzun mesafelerden yüksek isabet yüzdesi ile vurabilecek bir füzeyi üretebilmek, gelişmiş bir sanayi ve teknoloji kapasitesi gerektirir.

Dolayısıyla bu yönleri itibariyle seyir füzeleri, sadece bir silah sistemi olarak değil, aynı zamanda siyasi, psikolojik ve teknolojik bir unsur olarak değerlendirilmelidir.


Senaryonun Modellenmesi

Bu senaryoda, bir seyir füzesinin mümkün olan en erken şekilde tespit edilebilmesi için en uygun çözümün ne olduğunu uygulamalı olarak göstermeye çalıştım.

Senaryoyu modellerken, AGI firmasının ürünü olan STK (Systems Tool Kit) programının 11.2.1 versiyonunu, deneme lisansı ile kullandım. STK, karmaşık geometrik ve fiziksel modeller kullanarak platform ve sensör modellemesi yapabilen bir yazılım. Havacılık ve uzay sanayiinde görev ve senaryo simülasyonu ve analizinde yoğun olarak kullanılıyor.

Senaryoda, STK yazılımının eğitim dosyaları içinde bulunan ve jenerik bir araziyi kullandım. Afganistan’da geçen hayali bir senaryo için üretilmiş bu arazi verisi, radarların kapsama alanını hesaplarken gerekli olan engebeyi sağlayacak. Bu arazi, kabaca 277km x  177km büyüklüğünde.

Her ne kadar yazılım platform geometrileri ve kullanılan sensörlerin karmaşık ve yüksek detaylı modellenmesine olanak sağlasa da, ben oldukça basit bir seviyede çalıştım. Bir radarın tüm çalışma parametreleri (frekans, bant genişliği, anten dönüş hızı vb) modellenmesi mümkün. Ancak ben basitlik adına tüm hesaplamaları geometrik seviyede tuttum. Başka bir deyişle bu senaryoda bir radarın kapsama alanı, bir noktadan dışa doğru 360 derece çıkan doğruların herhangi bir engel ile (arazi engebesi) kesilip kesilmediğinin hesaplanmasından ibaret.


Tehdit olarak, Rus yapımı havadan ateşlenen bir seyir füzesi olan H-55'i (NATO kodu AS-15 "Kent") kullandım (Kh-55). Seyir füzeleri hedefe varırken bir uçak gibi düz uçuş yaparlar. Füzenin ortalama uçuş hızını 950km/saat olarak aldım. Karmaşık aerodinamik modellemelerle uğraşmadım. Yalnızca rota noktaları (waypoint), hız, irtifa değerlerini girdiğim nesnenin uçuşunu ve rotasını yazılım hesapladı.


H-55, 100 – 110m civarında bir irtifaya kadar inebiliyor. Ancak seyir füzeleri, bu kadar alçak irtifaları ancak deniz ya da çok az engebeli arazi üzerinde koruyabilir. Senaryodaki arazi son derece sarp. Bu nedenle bir seyir füzesinin yerden bu kadar alçak bir irtifada uçuş yapabilmesi mümkün değil. Bu nedenle senaryoda füzenin uçuş irtifasını ortalama 700m olarak belirledim. Böylelikle füze olabildiğince alçaktan ve yumuşak bir şekilde araziyi takip edebiliyor. Arazinin kuzeydoğusundan giriş yapan füzeye, yaklaşık olarak bir vadi boyunca uçacak şekilde bir rota belirledim. Hedef ise senaryo bölgesinin güneybatı ucunda.

Füzenin başlangıç konumu ile hedef arasındaki mesafe kuş uçuşu yaklaşık 300km. Füze, izlediği rota boyunca yaptığı manevralar nedeniyle toplam yaklaşık 440km kat ediyor. Toplam uçuş süresi yaklaşık 20 dakika (19:59 dakika).

Senaryoda ilk olarak tek bir erken ihbar radarı (Radar 1) yerleştirdim. Radarı, senaryo sahasını yatay olarak ikiye bölen hattın güney kesiminde, orta bölgeye yakın en yüksek tepenin üstüne yerleştirdim. Radarın antenini 360 derece kaplama sağlayan, sabit tipte modelledim. Daha gerçekçi olması için anten dönüş hızı ve taranan sektörün de tanımlanması mümkün.

Hesaplama yaptırınca, radar ufku ve arazi engebesinden dolayı radarın kapsama alanında ciddi açıklar olduğu hemen görülüyor. Nitekim bu durum, radarın hedefi tespit ve takip performansına da yansıdı:


Bu rapora göre Radar 1, uçuşu boyunca hedefi toplam 16 kez “görüyor”. Yani başka bir deyişe Radar 1 adlı nokta ile Kh-55 adlı nokta arasında 16 kez temas sağlanıyor. İlk temas (ilk tespit), yaklaşık 153km mesafede gerçekleşiyor, ancak yaklaşık 1 saniye gibi çok kısa bir süre sürüyor. İkinci temas 13 saniye sonra, bu sefer 6 saniyeye yakın bir süre korunabiliyor. Arazi engebesi nedeniyle temas süreleri oldukça istikrarsız: 135 saniyelik bir temastan ancak 7 dakika sonra 8 saniyelik bir takip yapılabiliyor.

Çok kötü bir performans sayılmayabilir, ancak Hedef çevresindeki hava savunma sistemlerine yeterli erken ihbarı sağlamaya yeter mi, şüpheli. Zira takip sık sık kesiliyor ve füzenin doğrultusunu / muhtemel hedefini kestirmeye yetecek netlikte takip ancak sonlara doğru mümkün oluyor. Bu durum, aşağıdaki şekilde daha net görülüyor (Füzenin rotası boyunca koyu ile çizilmiş kısımlar, radar tarafından takip edildiğini gösteriyor).


Erken ihbar kabiliyetini geliştirmek için senaryoya ikinci bir radar ekledim (Radar 2). Bu radarı, ilk radarın karşısına, yine yüksek bir tepenin üstüne koydum. İki radarın birlikte oluşturduğu “ağın” toplam tespit ve takibi bir nebze daha iyi:


Radar 2’nin tek başına füzeyi takip performansı çok parlak değil:


 Radarların bu durumunu en net açıklayan grafikler ise aşağıda:





Bu grafiklerde, radarların çevresindeki arazi profili görülüyor. Takip sayı ve süresini artırmak için her iki radarı da el ile sayısız farklı konuma yerleştirerek simülasyonu tekrar tekrar koşturdum. Denemelerimde çok daha iyi sonuçlar elde etmedim, hatta bazılarında radarlardan en az biri füzeyi hiçbir zaman görmüyordu!

Seyir füzesinin erkenden tespit edilmesi ve uzun süre takip edilebilmesi için radarın konumlandığı yüksekliği artırmanın şart olduğu görülüyor. Bu durumda,

- Radarlar, çok yüksek direklere monte edilebilir,
- Aerostat benzeri balonlara radarlar takılarak yüksekten tarama sağlanabilir,
- Havadan erken ihbar ve kontrol (HEİK) uçakları denkleme dahil edilebilir.

Ben senaryoda üçüncüsünü seçerek bir HEİK uçağı modelledim.


Senaryoda dahil ettiğim HEİK, sabit 855km/saat süratte ve deniz seviyesinden 10,000m irtifada düz uçuş yapıyor. Uçağın radarının tespit menzilini 250km olarak belirledim. Basitlik adına anten dönüş hızı ve sektör taraması yapmadım; yani uçağın radarı, uçak merkezli 250km yarıçaplı bir daireyi taramakta. Uçak, senaryo sahasının sağ kısmında, geniş bir yay çizecek şekilde, 24 dakikalık bir uçuş gerçekleştiriyor.

HEİK’in bu basit hava savunma erken ihbar ağına dahil olmasının yarattığı sonuç çok çarpıcı:


Füze, uçuşunun tamamına yakın bir kısmında kesintisiz olarak takip edilebiliyor. HEİK, neredeyse radarının azami menzilinden tespit ettiği füzeyi tüm rotası boyunca takip ediyor.

Peki seyir füzesi yerden 700m değil de söz gelimi 3,000m irtifada uçuyor olsaydı sonuç ne olurdu?

Bu durumda yalnızca Radar 1 tek başına bile füzeyi uçuşunun büyük kısmında takip edebiliyor:



Ama ne yazık ki seyir füzeleri bu kadar merhametli değiller.

Bu basit simülasyonda radarların gerçekçi modellemesi, füzenin radar kesit alanı, füzenin ve HEİK uçağının aerodinamik modellemesi, arazi ve atmosfer koşullarının radarların performanslarına etkisi yer almıyor. Yani bu simülasyon aslında tamamiyle geometrik bir hesaplamalar bütünü. Ancak bu haliyle bile hava savunma ve erken ihbar konularına dair bazı önemli çıkarımlar yapmamızı sağlıyor:


Sonuçlar

1. Hava savunmasına yönelik erken ihbar ve ikaz radarlarının konumlarının seçilmesi son derece karmaşık bir problemdir. Yerleşim sırasında muhtemel tehditlerin yönü, çevredeki doğal (ağaç örtüsü, arazi engebesi vb) ve yapay (binalar, rüzgar türbinleri, enerji nakil hatları vb) engeller ile atmosfer koşulları hesaba katılmalıdır.

2. Erken ihbar ve ikaz kabiliyetini geliştirmek için birden fazla algılayıcı bir arada, uyum içinde ve birbirini tamamlayıcı şekilde bir ağ ortamında çalışmalıdır.

3. Hava savuma erken ihbar ağına hava konuşlu algılayıcıların eklenmesi, erken tespit ve takip açısından büyük önem taşımaktadır.

4. Çok alçaktan uçan seyir füzeleri ve uçaklar, hava savunması için büyük tehdittir. Arazi engebesi, yoğun kentsel yerleşim, doğal ve yapay engeller nedeniyle özellikle karasal radarlar tarafından erken tespitleri zordur.

5. Hava savunma sistemlerine tehdidi önleme için yeterli reaksiyon süresini kazandırmak için, çok sayıda farklı kara ve hava konuşlu algılayıcı sistemin bir arada, eşgüdümlü şekilde çalışması gerekmektedir. Bu sistemlerin topladıkları verilerin birleştirilmesi ile erken ihbar ve ikaz yeteneği kazanılır. İster hava savunma sisteminin kendi radarı olsun ister erken ihbar radarı olsun, tek başına (stand-alone) çalışan radarların özellikle seyir füzeleri ve alçaktan uçan uçak, İHA gibi hedefleri erken tespit etme ve önleme şansları son derece düşüktür.

8 yorum:

Adsız dedi ki...

Her zamanki gibi zevkle okunan ve zihin açan güzel bir makale olmuş, emeğinize sağlık. Yazıda S-400 hava savunma sistemine göndermeler yapıldığını hissettim, ileriki yıllarda S-400'lerin komuta kontrol ve radar sistemlerinin tadil edilip TSK'nın mevcut altyapısına uygun hale getirilebilmesi mümkün müdür? S-400 sisteminin bileşeni olan füze ve fırlatıcılar, yerel olarak geliştirilen bir sistem ile uyumlu olarak işleyip hedefe fırlatılabilir mi? Maliyetler ve kazanılan kabiliyetin sonucunda böyle bir tadilat yapmaya değer mi?

Unknown dedi ki...

Elinize saglik.Hergecen gun daha da bilgileniyoruz. Cok guzel izah edilmis. Benim bir sorum olacak vaktiniz olursa.
Alinacak hehangi bir sistemin (S-400,300 / patriot vs..) gereckten ornegin 3 sene yatip 4. sene gelen bir tehdide karsi calisip calismayacagi ve hedefi vurup vuramayacagi nereden biliniyor. Ya da birakin 3 seneyi daha yeni iken s400 lerin gercekten ise yarayip yaramadigi nasil bilinebiliyor. Test atislari yapip sonra satmak cok maliyetli ve imkansiz sonucta.2.5 milyar dolari similasyona bakip basarilidir diye kabul edip mi aliyoruz

Adsız dedi ki...

Helal olsun Arda. Işte bu yüzden sen diğer savunma uzmanı geçinenlerden farklısın.

Unknown dedi ki...

Emeginize saglik.Bu calismanizi ulkemiz den bir bolgeye de uyarlarsaniz daha faydali olabilir .

cemal kalıntaş dedi ki...

Arda Bey çok açıklayıcı ve aydınlatıcı güzel bir yazı.Hava savunma sisteminin tüm uzsurlarıyla nasıl çalıştıgını ve her bir bileşenin ne işe yaradıgını çok daha iyikavradım yazınızla. Emeginize saglık

Adsız dedi ki...

Arda bey bu kadar zorlamanıza gerek yok :)her sistem birbiri ile konuşur gerekli ara katman yazılımları ile,bunu Nato yetkilileride itiraf etti s-400 ile heik ta konuşur bizim olan tüm radar sistemleride arkadan dolanmaya gerek yoktu :)Şunu cevaplayın yeter çinin 4 yıl uğraşıpta aldığı ,hindistanın sırada bekledi rusların ellerinde bulundurdukları en gelişmiş hava savunma sistemini Bizim gibi yanarlı dönerli politika izleyen bir ülkeye hayır demeden vermesinin sebebi nedir.Blogun adı gibi.

Adsız dedi ki...

Güzel bir çalışma olmuş. Ayrıca radar RCS hesabı ve dünyanın yuvarlak yapısının gölgelemeside eklenebilir. Radar yer seçimlerinde ayrıca arıza da olabilecek kaplama zaafiyetleri de değerlendirilir.

Elcevap dedi ki...

İHA ile heik olurmu ? Global havk tarzı bir İHA ile ?