Güneş enerjisiyle desteklenen İnsansız Hava Aracı tasarım ve üretimi

Abstract

İnsanlar eski dönemlerden beri gökyüzünde uçabilmek için birçok farklı deneme yapmıştır. Bunlardan birçoğu akamete uğramış, ilk başarılı uçuşlar günümüzden yaklaşık 2 asır kadar önce gerçekleşmiştir. O zamandan bugüne geliştirilen teknolojiler ile ses hızını aşan uçaklar üretmek mümkün olmuştur. Üretilen hava araçları kimi zaman sivil amaçlı kimi zaman askeri faaliyetlerde kullanılmaktadır. Güvenlik ve savunma görevleri icra edilirken pilotlar için farklı risklerin var olması, insansız hava araçlarının geliştirilmesine kapı aralamıştır. Önceleri ufak gözetleme görevlerini yerine getirilebilen İHA'lar günümüzde savaş uçaklarının görev yüklerini önemli ölçüde azaltabilecek stratejik araçlar haline gelmiştir. Birçok ülke kendi kaynaklarıyla veya dışardan insansız hava araçları temin edip, güvenlik personellerini tehlikeli ortamlardan uzak tutarak, planlanan görevlerin gerçekleştirilmesi için çabalamaktadır. Böylece insanın içinde olduğu uçuşlardan daha farklı konseptlerdeki savaş senaryolarını ortaya koymak mümkün olmaktadır. Ayrıca günümüz İHA'ları düşman hava savunma sistemlerine sahte hedef olarak saldırıp veya doğrudan kamikaze hücumlar ile onları etkisiz hale getirme kabiliyetlerine sahiptir. Böylece savaş alanında hava üstünlüğü kurmak mümkün olmakta, hava üstünlüğünü kuran taraf kara ve deniz birimleri üzerinde de baskı oluşturabilmektedir. Genel olarak bu yönleriyle değerlendirildiğinde günümüz silahlı insansız hava araçları oyun bozucu özellikleriyle çatışma alanlarında boy göstermektedir. Sivil amaçlı kullanıma bakıldığında özellikle doğa afetleri sonrasında yaşanan arama kurtarma çalışmalarında havadan görüntü almak kritik öneme sahip olduğundan, İHA'lar bu ihtiyacı karşılamaktadır. Karadan ulaşılamayan noktalara havadan gıda ve tıbbı malzeme ikmali yapılmasını mümkün kılarak yine afet bölgeleri veya acil durumlarda insan hayatlarının kurtarılmasına yardımcı olmaktadırlar. Bunun yanında orman yangınları gibi müdahale etmenin veya erken uyarının önem arz ettiği durumlarda İHA'lardan alınan yeryüzü görüntüleri afetle mücadele için büyük önem taşımaktadır. Bunların haricinde haritalama sektöründe, özel bilimsel araştırmalarda, büyük yapı veya tarım projelerinin havadan takibinde de farklı boyutlardaki insansız hava araçları kullanılmaktadır. Orta ve büyük ölçekli insansız hava araçları taşıdıkları faydalı yükler ve görev menzilleri sebebiyle enerji yoğunluğu yüksek yakıtlara ihtitaç duyarlar. Bu sebeple birçoğu karbon temelli yakıtları tüketen güç gruplarına sahiptir. Haliyle uçuş sırasında belli miktarlarda karbon emisyonu ortaya çıkmaktadır. Dünyadaki karbon salınımını azaltmak için politikaların izlendiği günümüzde hava araçlarından çıkan emisyonları en aza indirmek de belirli bir hedef haline getirilebilir. Öte yandan sadece araştırma amaçlı olarak da insansız hava araçlarında hidrojen ve elektrik gibi alternatif enerjilerin kullanılabilmesi için çalışmalar yürütülmektedir. Elektriğin doğrudan enerji kaynağı olarak kullanılmasıysa bataryaların gelişimine bağlıdır. Ticari bataryalar yakın zamanlara kadar 100-250 Ws enerjiyi 1 kg'da depolayabiliyordu. Günümüzde ise bu değer 400 Ws'lere kadar çıkmıştır. Böylece insansız hava araçlarının planlanan görevlerini daha uzun süreyle icra edebilmelerine imkan sağlanmaktadır. Bataryalara daha çok elektrik enerjisi depolayarak uçuş süresini artırabilmenin yanında uçuş için gerekli enerjiyi pv güneş hücrelerinden sağlamak da mümkündür. Pv güneş hücrelerinin tarihte ilk görünümü 20. yüzyılın ortalarına uzanmaktadır. Bu zamandan sonra geçen yaklaşık 20 yılda, tarihler 1974'ü gösterirken pv güneş hücreleriyle desteklenen bir model uçak ABD'de ilk uçuşunu yapmıştır. Sonrasında dünyanın farklı bölgelerindeki kurum ve kuruluşlar mikrodan makroya çok sayıda çalışmaya imza atmışlardır. Elde edilen bu birikimler ile günümüzde güneş enerjisiyle çalışan insansız hava araçları ve insanlı planör uçakları üretkmek mümkün olmuştur. Böylelikle fosil yakıtlara alternatif olan elektrik enerjisiyle uzun süreli uçuşları yapmak mümkün olmaktadır. Ülkemizde üretilen İHA sistemlerine baktığımızda birçoğu fosil yakıtları kullanmaktadır. Elektrik enerjisini kullanan ufak platformlar ise uçuş sürelerinin azlığı sebebiyle uzun süreli gözetleme görevlerini icra edememektedirler. Çoğunlukla sınır karakollarında kullanılan bu elektrikli mini İHA'lar ancak bir güvenlik problemi olduğu takdirde uçurulabilmekte ve kısıtlı süre gözetleme yaparak batarya değişim ihtiyacı duymaktadır. Bu yüzden karakol birlikleri bu batarya değişimleri sırasında görüntü ihtiyacı duyarlarsa daha büyük ölçekli SİHA veya İHA'lar devreye girmektedir. Bu durumda hem gözetleme için harcanan maliyet daha fazla olmakta hemde büyük ölçekli İHA'lar sadece kendilerinin yapabileceği daha stratejik görevleri yerine getirememektedirler. Bu tez çalışması kapsamında güneş enerjisiyle çalışan mini İHA tasarlanıp üretilmesi hedeflenmektedir. İlk etapta güneşli günlerde uçuş için gerekli elektrik enerjisini üzerindeki pv hücrelerden karşılayarak bataryalarından sağlanacak enerjiden daha fazlasıyla uçuşu gerçekleştirip havada kalma süresinin artırılması planlanmaktadır. Böylelikle uzun süreli gözetleme veya takip görevi için icra edilen uçuşları mini elektrikli İHA'lar ile yapmak da mümkün olacaktır. Bahsi geçen konsepteki ticari veya ar-ge İHA projeleri dünyanın birçok bölgesinde çalışılmaktadır. Ülkemiz İHA alanında dünya çapında firmalara ev sahipliği yapmasına rağmen güneş enerjili uçuşlarla ilgili somut çalışmaları görmek pek mümkün olmamıştır. Bundan dolayı aynı zamanda bu çalışmayla Türkiye'deki havacılık ve enerji ar-ge ekosisteminin dikkatinin güneş enerjisiyle uçuş konusuna çekilmesi ve Türkçe literatüre katkı sağlanması amaçlanmaktadır. Çünkü dünya ölçeğindeki birçok projede güneş enerjisiyle uçuş ile günlerce aylarca uçabilecek araçların tasarlanması için çalışmalar yürütülmektedir. Dahası bu çalışmalar neticesinde sanki-uydu araçların üretilmesi ve bunlarla yakın uzaya ulaşılması hedeflenmektedir. Günümüz uydu fırlatma maliyetleri düşünüldüğünde bu araçlar kullanılarak uyduları tamamlayıcı mahiyette bazı görevlerin icra edilebilmesi faydalı olacaktır.