İnsansız bir kara aracı neden sessiz gelir?

Gece, sınır hattına yakın bir sırt. Altı tekerlekli bir araç yaklaşıyor ama motor sesi yok. Dizel motoru birkaç kilometre geride kapanmış, araç artık yalnızca bataryasıyla ilerliyor. Duyulan tek ses lastiklerin çakıl üzerindeki hışırtısı. Termal kamerada da sıcak bir egzoz izi görünmüyor. İçinde kimse yok.

Bu sahne bilim kurgu değil. Hibrit tahrikli insansız kara araçlarının (İKA) en büyük avantajlarından biri tam olarak bu: elektrik motoru sessizdir ve az ısı yayar. Bu araçların güç elektroniği ise ticari elektronikten çok farklı kurallarla tasarlanır.

Dört aile

Savunma robotiği askerî ve güvenlik amaçlı insansız sistemlerin hepsini kapsar. İnsansız kara araçları paletli ya da tekerlekli olur, uzaktan kumandayla ya da yarı otonom çalışır; keşif yapar, yük taşır, yaralı tahliye eder. Patlayıcı imha (EOD) robotları küçük paletli araçların üstüne takılmış bir manipülatör kol ve kameralardan oluşur. Keşif robotları bazen bir pencereden içeri atılabilecek kadar küçüktür. Bunlara insansız deniz araçları ve dronlar eklenir (Dronlar: uçan robotun güç elektroniği).

Aralarındaki ölçek farkı büyük. Bir EOD robotunun motorları birkaç yüz watt çeker. Orta sınıf bir İKA’nın tahriki ise onlarca, büyük araçlarda yüzlerce kilovata çıkar.

Jeneratör, batarya ve bir DC bara

Hibrit bir İKA’nın kalbinde ortak bir DC bara vardır. İçten yanmalı motor bir jeneratörü çevirir, jeneratörün çıkışı doğrultulup baraya verilir. Batarya aynı baraya bağlıdır: tepe güç gerektiğinde jeneratöre yardım eder, sessiz modda ise tek başına aracı taşır. Baradan her teker ya da her palet için ayrı bir evirici beslenir ve bu eviriciler yüksek torklu sabit mıknatıslı motorları sürer. Gerilim küçük araçlarda 48 volttan büyük araçlarda 800 volta kadar çıkar. Büyük güçlerde silisyum karbür MOSFET ya da IGBT eviriciler kullanılır, çoğu zaman sıvı soğutmayla.

Rakamlar bu mimarinin ölçeğini gösteriyor. HİDROAN’ın 6×6 hibrit aracı AZMAN, kamuya açık bilgilere göre 129 kWh’lik bir bataryayla 240 kW’lık bir tahrik gücüne sahip. Tam güçte giderken bu batarya 129 / 240 ≈ 0,54 saat, yani yaklaşık 32 dakika dayanır. Sessiz mod bu yüzden sınırsız değil, taktik bir seçenektir. Araç düşük hızda, kısa mesafede, gerektiği anda bataryaya geçer; geri kalan zamanda jeneratör hem aracı yürütür hem bataryayı doldurur.

28 voltun kâbusu

Aracın tahrik barasının yanında bir de görev yüklerini besleyen ikinci bir sistem vardır: kamera, telsiz, sensörler, silah istasyonu. Askerî kara araçlarında bu sistem geleneksel olarak 28 volttur ve kalitesi MIL-STD-1275 standardıyla tanımlanır.

Bu standart, bir tasarımcının karşılaşabileceği en kötü günü yazıya döker. 28 voltluk barada 50 milisaniye süren 100 voltluk gerilim sıçramaları (surge) ve ±250 voltluk kısa sivri darbeler tanımlıdır. Bunlar gerçek olaylardan gelir: bir alternatör yükü bir anda kaybettiğinde, büyük bir motor devreden çıktığında ya da biri aküyü ters bağladığında araç barası bu şekilde sıçrar.

Ticari kartla askerî kartın farkı

Bir İKA’nın motor sürücüsü, devre şeması olarak bir depo robotununkine çok benzer. Fark kartın yaşayacağı ortamda ve geçmesi gereken testlerdedir.

MIL-STD-810 çevre testlerini tanımlar: tipik olarak eksi 40 ile artı 70 derece arası sıcaklık, şok, titreşim, nem, toz, kum, tuz sisi, yağmur. MIL-STD-461 elektromanyetik uyumluluğu tanımlar ve ticari standartlardan çok daha sıkıdır. Bir aracın üstünde telsizler, radarlar ve karıştırıcılar çalışır; kartın hem bunları bozmaması hem de bunlardan etkilenmemesi gerekir. Kablolar ve kutular ekranlanır, konnektörler filtrelidir.

Parça seçimi de farklıdır. Kartlar nem ve toza karşı ince bir koruyucu vernikle (konformal kaplama) kaplanır, büyük parçaların altına titreşime karşı dolgu konur, dairesel ve kilitli MIL-DTL-38999 konnektörler kullanılır. Parçalar değerleri düşürülerek (derating) çalıştırılır: örneğin bir kondansatör, etiketindeki gerilimin yalnızca yüzde 50 ile 60’ında kullanılır. Bir de zaman boyutu var: askerî bir ürün on yıllarca üretilir ve desteklenir, bu yüzden bir parçanın üretimi durduğunda yerine ne geçeceği baştan planlanır. Son olarak yerlilik: bazı yabancı parçalar ihracat kısıtlamaları (ITAR) yüzünden kullanılamaz, yerli tasarım oranı da başlı başına bir hedeftir.

Türkiye’de kim yapıyor

Türkiye bu alanda kalabalık ve aktif bir sektöre sahip. ASELSAN uzun yıllardır bomba imha robotları gibi uzaktan komutalı sistemler üretiyor ve orta sınıf İKA projesinde Katmerciler’in platformuyla çalışıyor. HAVELSAN’ın orta sınıf aracı BARKAN 2023’te envantere girdi. Best Grup FEDAİ serisini, HİDROAN AZMAN’ı, Tekatron kara ve havada hareket edebilen GRIFFIN’i, Sarsılmaz bünyesindeki LA2 Dynamics SARBOT’u geliştiriyor. Otokar, FNSS, BMC, ROKETSAN, TÜBİTAK SAGE, STM ve çok sayıda alt yüklenici KOBİ de bu ekosistemin parçası.

Türkiye’de robotikte donanım mühendisi ilanlarının en yoğun olduğu yer de burası. Güç elektroniği tasarımı, motor sürücüsü ve servo, EMC ve donanım testi en çok aranan başlıklar.

Sahada ne bozulur

Savunma aracının arıza listesi, ortamın bir özeti gibidir. Titreşim ve şok konnektörleri gevşetir, büyük parçaların lehimlerini çatlatır. Contalar ve kablo rakorları su ve tozu içeri alır. Aşırı sıcakta sürücüler kendini korumaya alıp gücü düşürür. Uzun kablolar ve yüksek akımlar elektromanyetik gürültü üretir ve haberleşmeyi keser. Soğukta batarya hem kapasite hem güç kaybeder.

Baştaki aracı değerli kılan yalnızca sessizliği değil; o sessizliği eksi 40 derecede, kumun ve titreşimin içinde de koruyabilmesi. Askerî güç elektroniği, aynı devreyi en kötü güne göre yeniden düşünmektir.

---

Kendini sına

Önce kendi cevabını yaz, sonra aç.

1. Hibrit bir İKA’da enerjinin jeneratörden tekere kadar izlediği yolu yaz. Hangi dönüştürücülerden geçer?

Cevap

İçten yanmalı motor jeneratörü çevirir (mekanik → AC). Doğrultucu jeneratör çıkışını DC’ye çevirip ortak baraya verir. Batarya, iki yönlü bir DC-DC dönüştürücü üzerinden ya da doğrudan aynı baraya bağlıdır. Bara, her teker ya da palet için bir eviriciyi besler (DC → üç faz AC), evirici motoru sürer. Ayrıca bir DC-DC dönüştürücü görev yükleri için 28 V üretir.

2. Bir İKA’nın bataryası 129 kWh, kullanılabilir oranı yüzde 80. Sessiz modda ortalama 40 kW çekiyorsa kaç saat gidebilir?

Çözüm

• Kullanılabilir enerji: 129 × 0,8 = 103,2 kWh
• Süre: 103,2 / 40 = 2,58 saat (yaklaşık 2 saat 35 dakika)

Tam güçte yarım saati bulmayan batarya, yavaş ve dikkatli bir sessiz ilerlemede birkaç saat dayanabilir.

3. 28 V barada 100 V, 50 ms süren ve 0,5 Ω kaynak empedanslı bir gerilim sıçraması var. Giriş koruması barayı 36 V’ta tutuyor. Koruma elemanından geçen akım, güç ve toplam enerji ne olur?

Çözüm

• Akım: (100 − 36) / 0,5 = 128 A
• Güç: 36 × 128 = 4608 W
• Enerji: 4608 × 0,05 = 230,4 J

Kenetleme gerilimini 40’tan 36 V’a indirmek elemandaki gücü pek değiştirmedi (4800’den 4608 W’a), ama akımı artırdı. Bu enerji küçük bir TVS’nin değil, büyük bir kenetleme devresinin işi.