30/07/2020

Akıllı Polimerden Mandreller, Yapay Zekalı İnsansız Jetler ve Çin

2001 yılı Ocak ayında, Patrick J. Hood, David E. Havens ve Matthew C. Everhart isimli üç araştırmacı bir patent başvurusu yaptı. "Şekil hafızalı malzemelerin kompozit parça imalinde mandrel olarak kullanılması" ("Method of using a shape memory material as a mandrel for composite part manufacturing") başlıklı bu patent başvurusu 2008 yılı Eylül ayında kabul edildi.[1]

Üçü de, 1997 yılında kurulmuş ve havacılık ve uzay sanayiine yönelik ArGe projeleri yürüten Cornerstone Research Group (CRG) firmasına mensup bu araştırmacı, kompozit malzeme imalinde kullanılan çelik mandrel yerine, şekil hafızalı polimer malzemeden mamul, işlemden sonra üretilen parçaya zarar vermeden çekilebilen bir mandrel geliştirmişti.[2]

Bu patentte tarif edilen teknoloji, 20 yıl sonra ete kemiğe büründü.

 

Kompozit Malzemeler

Kompozit malzemeler, iki ya da daha fazla sayıda farklı niteliklerde malzemenin bir araya gelmesi ile meydana gelirler. Alaşım ve polimer karışımlardan farkları, malzemelerin makroskopik ölçekte birleşmesidir. Kompozit malzemelerin en önemli özelliklerinden biri, bileşenlerin en iyi özelliklerini malzemede yansıtmalarıdır. Bundan dolayı da özellikle yüksek mukavemet ve hafiflik gerektiren, başta havacılık - uzay sektörü olmak üzere çok çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılırlar.[3]

Çok farklı niteliklerde çeşitleri bulunan kompozit malzemelerin farklı üretim teknikleri vardır.[4] Bunlar arasında elle yatırma, elyaf sarma, vakum infüzyon gibi çeşitli teknikler sayılabilir. Malzeme teknolojilerindeki gelişmelerle birlikte mukavemet, ısıl dayanım, üretim ve işleme teknikleri bakımından çok ileri seviye kompozit malzemeler geliştirildi, bunun sonucu olarak da hava araçlarının gövdelerinde kompozit malzemelerin oranı giderek arttı. Gelinen noktada, söz gelimi Boeing 787 gibi gövdesinin %50’si ileri kompozit malzemeden mamul büyük boyutlu uçakların geliştirilmesi mümkün oldu.[5]

Havacılık sanayiine yönelik kompozit malzeme işlemesinde en yaygın kullanılan yöntemlerden olan el yatırma ve elyaf sarmada, reçine emdirilmiş malzeme (ya da malzemenin elyafı) mandrel etrafına sarılır. Genelde çelikten imal edilen bir boru niteliğindeki mandreller, hava alığı gibi daha karmaşık geometrilerin üretilmesi için birden fazla parçadan oluşur. Üç boyutta da kıvrımları olan bir parça olan hava alıklarının geleneksel yöntemlerle tek seferde üretilmesi bu nedenle zor ve zahmetlidir. Geometriden dolayı, kompozit malzemenin işlem sırasında kırışıklığının, pürüzünün oluşmaması; reçinenin tüm yüzey boyunca homojen dağılması büyük önem taşır.

 

Yeni Üretim Tekniği Araştırmaları

CRG firması araştırmacılarının 2008 yılında patenti almalarından sonra, akıllı malzemelerin kompozit malzeme imalinde kullanımına ilişkin araştırmaların hız kazandığı görülüyor. Nitekim kısa bir literatür taraması ile, bu alanda yayımlanmış makalelere ve tezlere ulaşmak mümkün.

Çok dikkat çekici bir şekilde, bu patente konu olan alanda en yoğun çalışmanın, ABD’den sonra Çin’de yapıldığı görülüyor.

Örneğin 2014 yılında, Çin'in Harbin Teknoloji Enstitüsünden (HTE) bir grup araştırmacı, şekil hafızalı polimer malzeme ile akıllı mandrel üretimi konusunda İngiltere'de düzenlenen bir konferansta bir bildiri sunmuş.[6] Ertesi sene de tam da bu konuda bir başka Çin - İngiliz ortak araştırması, HTE ve Bristol Üniversitesi tarafından makale olarak yayımlanmış.[7] Zaten ufak bir tarama ile HTE’nin akıllı malzemeler ve şekil hafızalı polimerler konusunda son derece yoğun çalıştığı görülüyor. “Çin Savunma Bakanlığının yedi oğlundan biri” olan HTE’nin 2019 yılında ArGe için harcadığı paranın USD1 milyardan fazla olduğu iddia ediliyor.[8] CRG araştırmacılarının aldığı patentten sonra HTE’nin bu kabiliyet ve altyapıları, kompozit imalatına süreçlerine de yansıtılmaya başlamış.

Burada bir parantez açıp Brexit sonrası dönemde dış ticaretini ve bilim-teknoloji odaklı ikili ilişkilerini geliştirmeyi hedefleyen İngiltere'nin Çin'i öncelikli hedef ülkelerden biri olarak seçmiş olduğunu, bu kapsamda iki ülkenin ortak bilim, teknoloji ve inovasyon strateji belgesi hazırlayıp işbirliği platformları kurmuş olduğunu ancak son dönemde ABD'nin de baskısıyla 5G altyapısında Huawei'nin ülkeden yasaklanması ve en son Hong Kong - Çin krizinde izlediği politika, aldığı kararlardan dolayı İngiltere'nin Çin ile ilişkilerinin büyük ölçüde hasar almış olduğunu eklemek gerek.[9] [10] [11] [12] [13]

Konuya dönecek olursak, bu yıl Nisan ayında ABD Hava Kuvvetlerine bağlı Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı (Air Force Research Laboratory - AFRL), motor parçaları için kompozit malzeme işleme süreçlerini iyileştiren bir teknik geliştirildiğini duyurdu. Söz konusu teknik ile aynı 2008 patentinde tarif edildiği gibi, şekil hafızalı polimer malzemeden mamul mandrel ve yeni bir işleme tekniği kullanılarak kompozit malzemeden 11 feet (yaklaşık 3.35m) uzunluğunda bir hava alığı üretildiği; bu tekniğin klasik yöntemlere göre maliyet ve kolaylık bakımından avantajının analiz edildiği kaydedilmişti.

Bu araştırma projesi, AFRL önderliğinde, patent sahibi CRG ve A&P Technology ile Spintech LLC şirketlerinin bir arada yürüttüğü bir çalışma idi.

Geliştirilen teknik kabaca şu şekilde tarif edilmişti:[14]

Geleneksel hava alığı kanalı üretim sürecinde sentetik reçine emdirilmiş kompozit malzeme, çok parçalı ve çelikten mamül bir mandrel üzerine el ile uygulanmakta. Kompozit malzeme ile kaplanmış mandrel daha sonra ısıl işlem için otoklava alınıyor. Otoklavda ısı ve basınç altında kürlenen malzeme, kullanıma hazır hale geliyor.

Geliştirilen teknikte ise, şekil hafızalı polimer mandrel üzerine kuru (reçine emdirilmemiş) kompozit elyaf, otomatize edilmiş bir sistem ile sarılıyor. Sarılan fibere bir yandan da mandrel üzerinde çalışan, vakım destekli reçine transfer kalıplama (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding - VARTM) yöntemi ile reçine uygulanıyor.

Bu tekniğin önemli bir avantajı, birden çok parçadan oluşan, büyük, ağır ve maliyetli çelik mandrel yerine, tek parça ve şekil değiştebilen, kürleme sonunda üretilmiş parçadan (küçültülerek) kolayca çıkarılabilen bir mandrel kullanılması. Tek seferde karmaşık geometriye sahip bir parçanın hızlıca üretilmesi ile de üretim maliyetinde tasarruf sağlanması mümkün olabiliyor.

AFRL ve CRG'nin öncülüğünde yürütülen bu proje, AFRL'nin açıklamasına göre Low Cost Attritable Aircraft Technology (LCAAT) adlı bir programın bir bileşeni.

 

Low Cost Attritable Aircraft Technology (LCAAT)

LCAAT kapsamında düşük maliyetli, yüksek süratli ve ileri seviye yapay zeka kabiliyetleri ile donatılmış insansız hava araçlarının (İHA) geliştirilmesi planlanıyor. Bu İHA'lar, insanlı savaş uçakları ile birlikte, eşgüdümlü olarak görev yapacaklar.

Program kapsamında yürütülen projelerden biri de, Kratos firması tarafından geliştirilen XQ-58A Valkyrie. İlk uçuşunu 5 Mart 2019 tarihinde gerçekleştiren XQ-58A, deneysel bir uçak. LCAAT programında hedeflenen hedeflerin deneneceği bir platform.[15]

LCAAT programının özünde, düşük maliyete yönelik üretim teknik ve teknolojilerinin geliştirilmesi bulunuyor. ABD Hava Kuvvetleri bu hedefi, “taktik uçakların artan maliyet eğilimlerini kırmak” olarak tarif ediyor.[16] Bunlardan, kısa süre önce duyurulan bir tanesi özellikle ilgi çekici. Kompozit malzeme işlenmesi için geliştirilen yeni bir teknik ile üretim maliyet ve süresinin düşürülmesi hedeflenmiş. Bu doğrultuda çeşitli geliştirme projeleri finanse ediliyor.

LCAAT kısaltmasındaki "attritable" kelimesinin, askeri terminolojideki karşılığını tam olarak ifade edebilecek bir Türkçe kelime yok. "Harcanabilir" en uygun karşılık gibi görünüyor ancak İngilizce'deki "expendable" kelimesi ile arasındaki farkı ayırt etmeye yeterli değil. "Attritable" kelimesi, tekrar kullanılabilir ancak nihayetinde harcanabilir bir platformu ifade ediyor. Bu kavrama en güzel örnek, hedef dron olabilir. Hava savunma sistemleri ya da havadan havaya füzeler için hedef görevinde kullanılan İHA'lar genellikle belli bir uçuş ömrüne sahip olacak şekilde tasarlanırlar. Test ve eğitim maksatlı olarak kulanılan hedef dronlar çoğunlukla ömürlerinin sonuna geldiklerinde gerçek atış ile vurularak düşürülürler. O zamana kadar radar, arayıcı başlık, hedef tespit / takip sistemi gibi sistemlerin kalibrasyonu, performans testi gibi test faaliyetlerinde ya da hava savunma sistemlerinin atışsız eğitimlerinde kullanılırlar. Dolayısıyla hedef dronlar "attritable" sistemlerdir.

Attritable” İHA’lara yönelik AFRL ve DARPA tarafından yürütülmekte olan projelerin başlıcaları şunlar:[17]

1. Low Cost Attritable Strike Demonstrator (LCASD): Birim maliyeti USD3 milyondan az olan, uzun menzil ve yüksek yük taşıma kabiliyerine sahip İHA. LCAAT programı bünyesinde yürütülüyor. XQ-58A Valkyrie, bu projenin ürünü.

2. Skyborg: Havadan erken ihbar ve kontrol (AWACS) ve tanker uçak gibi yüksek öneme sahip platformları koruyabilecek İHA'lara yönelik ileri seviye yapay zeka kabiliyeti geliştirme projesi. Skyborg, LCAAT ve LCASD programlarını da bünyesine alacak bir şemsiye projeye dönüştürüldü.[18]

3. Low Cost Attritable Aircraft Platform Sharing (LCAAPS): İHA'lara yönelik düşük maliyetli aviyonik, elektrik sistemi ve yapısal elemanların geliştirilmesi projesi. Hedef, farklı görev ve ihtiyaçlara göre kolay ve hızlı şekilde uyarlanabilir esnek bir mimariye uygun bileşenlerin üretilmesi.

4. Golden Horde: Hedeflere otonom şekilde eşgüdümlü taarruzlar gerçekleştirebilecek şekilde birbirleri ile haberleşebilen mühimmat geliştirilmesi projesi.[19]

5. Gremlins: Nakliye uçağından atılabilen ve uçağa geri dönebilen harcanabilir İHA'ların geliştirilmesi projesi.

6. Air Combat Evolution (ACE): Hava muharebesi taktik ve tekniklerine yönelik yapay zeka geliştirilmesi projesi.

7. Collaborative Operations in Denied Environments (CODE): GPS ya da muhabere olmadan düşman tehdidi altındaki hava sahasında otonom görev yapabilecek, hareketli kara ve deniz hedeflerini kendi başına tespit edip bunlara eşgüdümlü taarruzlar düzenleyebilecek İHA yapay zekası geliştirilmesi projesi.

(Dikkatli okuyucu yukarıdaki proje tanımlarının büyük ölçüde Çin’i ve Asya Pasifik harekât ortamını işaret ediyor olduğunu farketmiştir).

Taarruz, elektronik harp, keşif vb görevlerde insanlı muharip uçaklarla birlikte ön saflarda uçacak bir İHA'nın düşük maliyetli ve harcanabilir nitelikte olması neden istenmiş olabilir?

En başta gelen etkenlerden biri, insanlı ya da insansız askeri hava araçlarının geliştirme, olgunlaşma, üretim ve hizmete girme süreçlerinin giderek uzaması. Bir hava aracı projesinin ihtiyaçlarının tanımlanmasından hizmete girmesine kadar geçecek süre içinde hem teknolojide büyük atılımlar gerçekleşebiliyor hem de rakip ülkelerin imkân ve kabiliyetleri orantısız şekilde gelişebiliyor. Bunun üstüne, özellikle son onyıllarda etkisi iyice öne çıkan, öngörülemezlik, asimetrik savaş, devlet dışı silahlı aktörlerin etkinliklerinin artmasını da eklemek gerek. Bu da, ileri teknolojilerin, olgunlaşmasını beklemeden, eldeki (ya da elde edilmek üzere olunan) teknolojilerle çözüm üretmeyi gerekli kılabilir.

Bir diğer husus, Çin, Rusya gibi ABD'nin hasımlarının hava savunma ve muharip uçak kabiliyetlerinin hızla gelişmesi olabilir. Hava savunmasını elektronik ve siber harp imkân ve taktikleri ile harmanlayarak kullanan bu iki ülke, A2/AD (Anti Access Area Denial) stratejisi dahilinde çok geniş bir coğrafyada hava ve deniz unsurları için "ölüm bölgeleri" kurdu, kurmaya devam ediyor. Gelecekteki muhtemel bir çatışmada çok yoğun elektronik harp ve hava savunma sistemi tehdidi altında kalacak olan, bunlarla boğuşurken bir yandan da PL-15 ya da R-37 gibi çok uzun menzilli havadan havaya füzelerden sakınmak zorunda kalacak olan uçakların, özellikle insansız olanlarının sayılarının çok kabiliyetlerinin geniş olması gerekiyor.

Öte yandan Rus ve Çin doktrininde hava savunma sistemleri ve av önleme uçaklarının öncelikli hedeflerinin, havadan erken ihbar, elektronik harp ve tanker uçaklar olduğunu; hava – kara – deniz ve uzay muharebesi için yaşamsal önemi hazir bu uçakların ne pahasına olursa olsun korunması için sayıca fazla, ani gelişen durum ve değişen ortam şartlarına uyum sağlayabilir, ağır elektronik ve siber harp ortamında göreve kendi başına devam edebilen “fedailer” gerekiyor.

Bu kabiliyete erişebilmek için de tahteravallinin bir ucundaki ileri teknoloji ile diğer ucundaki düşük maliyeti ortada buluşturabilmek lazım.

Yeni nesil savaşa ve bir sonraki savaş alanına hazırlık yalnızca “en iyinin de iyisi” silahlar peşinde koşmakla olmuyor, görüldüğü gibi…



[2] Cornerstone Research Group web sayfası: http://www.crgrp.com/

[6] H.Y. Du ve diğerleri, "Design and manufacturing smart mandrels using shape memory polymer", ICCM2014, Cambridge, İngiltere, 28-30.07.2014, https://www.sci-en-tech.com/ICCM2014/PDFs/369-1238-1-PB.pdf

[7] Haiyang Du ve diğerleri, "Shape memory polymer S-shaped mandrel for composite air duct manufacturing", Composite Structures, 133, 2015, s. 930-938, http://smart.hit.edu.cn/_upload/article/files/f6/c4/3e432cab4a3292991522e9641ba2/cf068b3c-e01b-4caf-b07f-6d81298ead52.pdf

[10] "Joint UK-China strategy for science, technology and innovation cooperation sets new horizons for closer international collaborations", 06.12.2017, https://www.gov.uk/government/news/joint-uk-china-strategy-for-science-technology-and-innovation-cooperation-sets-new-horizons-for-closer-international-collaborations

[11] "China-UK Science, Technology and Innovation Cooperation: the Next 40 Years", China-UK Innovation Forum, https://www.innochinauk.com/

[12] Hasan Esen, "İngiltere Hong Konglulara İngiliz vatandaşlığı yolunu açtı", Anadolu Ajansı, 01.07.2020, https://www.aa.com.tr/tr/dunya/ingiltere-hong-konglulara-ingiliz-vatandasligi-yolunu-acti-/1896263

[13] "İngiltere, Huawei'yi 5G altyapısından çıkarıyor", BBC, 15.07.2020, https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-53419444

[14] "AFRL, associates improve processes for fabricating aircraft engine inlet ducts", AFRL, 04.04.2020, https://www.15wing.af.mil/News/Article-Display/Article/2134952/afrl-associates-improve-processes-for-fabricating-aircraft-engine-inlet-ducts/

[16] "AFRL XQ-58A Completes Second Successful Flight", U.S. Air Force News, 17.06.2019, https://www.af.mil/News/Article-Display/Article/1877980/afrl-xq-58a-uav-completes-second-successful-flight/

[17] Mark Gunzinger, Carl Rehberg ve Lukas Autenried, "Five Priorities for the Air Force's Future Combat Air Force", Center for Strategic and Budgetary Assessments, 2020, https://csbaonline.org/uploads/documents/Five_Priorities_For_The_Air_Forces_Future_Combat_Air_Force_Web.pdf

[18] Harry Lee, "Skyborg: the US Air Force’s future AI fleet", Airforce-technology, 28.08.2019, https://www.airforce-technology.com/features/skyborg-the-us-air-forces-future-ai-fleet/

[19] Projenin ayrıntıları için bkz: "Akıllı Füzeler Daha da Akıllanıyor: Gray Wolf ve Golden Horde Projeleri": https://www.siyahgribeyaz.com/2020/04/akll-fuzeler-daha-da-akllanyor-gray.html

1 yorum:

Anonim dedi ki...

Kompozitin karşılığı karmadır. Karma malzeme dediğimiz zaman malzemenin niteliği Türkçe düşünce yapısı ile doğrudan anlaşılabiliyor. Bir şeylerin karıştığı birbirine karıldığı belli oluyor demek istiyorum.