Su Altı Akustiği

Su altı akustiği, sesin su altında üretilmesini, yayılmasını, algılanmasını ve değerlendirilmesini inceleyen bilim ve teknoloji alanıdır. Elektromanyetik dalgaların deniz suyunda hızla zayıflaması nedeniyle uzun mesafeli su altı algılamasında çoğunlukla akustik yöntemlerden yararlanılır. Optik yöntemler ise görüş mesafesinin ve suyun fiziksel özelliklerinin elverişli olduğu belirli uygulamalarda kullanılabilir. Su altı akustiği; deniz tabanının görüntülenmesi, su altı araçlarının seyri ve haberleşmesi, bilimsel araştırmalar, çevresel gözlem ve su altındaki nesnelerin tespit edilmesi gibi farklı uygulama alanlarını kapsar.

Su altında sesin kullanılmasıyla ilgili ilk kayıtlar Antik Çağ’a kadar uzanmakla birlikte, alanın deneysel temelleri 19. yüzyılda atılmıştır. Jean-Daniel Colladon ve Charles-François Sturm, 1826 yılında Cenevre Gölü’nde gerçekleştirdikleri deneyle sesin sudaki hızını ölçmeye yönelik ilk kayıtlı çalışmalardan birini yürütmüştür.^【1】Bu dönemde yapılan deneyler, sesin su ortamındaki davranışının ölçülebilir fiziksel özelliklere dayandığını göstermiştir.

20. yüzyılın başlarında deniz kazalarının önlenmesi ve denizaltıların tespit edilmesi ihtiyacı, su altı dinleme ve yankı temelli algılama sistemlerinin geliştirilmesini hızlandırmıştır. Birinci Dünya Savaşı sırasında hidrofonlar, pasif dinleme amacıyla kullanılmış; ses dalgalarının gönderilmesi ve hedeflerden dönen yankıların değerlendirilmesine dayanan aktif sistemler ise sonraki yıllarda geliştirilmiştir. İkinci Dünya Savaşı döneminde aktif ve pasif sonar sistemleri, denizaltı savunma harbinin temel araçları arasında yer almıştır.^【2】

Savaş sonrasında su altı akustiği, askerî kullanımın ötesinde su altı haberleşmesi, hedef tespiti, deniz kaynaklarının incelenmesi ve çevresel ölçüm gibi alanlarda gelişmiştir. Günümüzde geleneksel su altı akustiği yöntemleri ile makine öğrenmesi yöntemlerinin birlikte kullanılmasına yönelik çalışmalar yürütülmektedir.^【3】

^{DÜFAS’ın deniz platformundaki çekili sonar bileşeni} (AA)

Ses, maddi bir ortamda basınç değişimleri biçiminde yayılan mekanik bir dalgadır. Su altındaki bir ses kaynağının oluşturduğu basınç değişimleri, su içerisinde ilerleyerek akustik enerjiyi kaynaktan çevreye taşır. Ses dalgaları frekans, dalga boyu, genlik ve yayılma hızı gibi fiziksel büyüklüklerle tanımlanır. Frekans, birim zamanda gerçekleşen titreşim sayısını; genlik ise dalganın oluşturduğu basınç değişiminin büyüklüğünü ifade eder.

Sesin deniz suyundaki hızı sabit değildir. Sıcaklık, tuzluluk ve basınç değişimleri ses hızını etkiler. Sıcaklık ve tuzluluktaki artışlar genel olarak ses hızını artırırken derinlikle yükselen basınç da ses hızının değişmesine neden olur. Bu değişkenlerin derinliğe göre farklılaşması, ses dalgalarının izlediği yolların düz bir çizgiden sapmasına ve kırılmasına yol açabilir. Deniz suyundaki ses hızının sıcaklık, tuzluluk ve derinlik değişkenlerine bağlı olarak hesaplanması amacıyla deneysel denklemler de geliştirilmiştir.

Ses dalgaları deniz yüzeyi, deniz tabanı, canlılar ve su içindeki diğer maddelerle karşılaştığında yansıma ve saçılmaya uğrayabilir. Ortam özelliklerinin değişmesi kırılmaya, suyun ve içindeki maddelerin akustik enerjiyi dönüştürmesi ise soğurulmaya neden olur. Geometrik yayılma ve soğurulma sonucunda ses düzeyi, mesafe arttıkça azalır. Yüzeyden, tabandan ve diğer nesnelerden saçılan seslerin alıcıya ulaşması yankılanma oluşturarak hedef işaretlerinin ayırt edilmesini zorlaştırabilir. Denizlerdeki ortam gürültüsü; rüzgâr, dalga hareketleri, deniz trafiği, biyolojik etkinlikler ve jeolojik olaylar gibi farklı doğal ve insan kaynaklı bileşenlerden oluşabilir.

Frekans seçimi, algılama menzili ve çözünürlük arasında bir denge oluşturur. Düşük frekanslı sesler genellikle daha az soğurulduğu için uzun mesafeli uygulamalarda kullanılabilir. Yüksek frekanslar ise daha kısa dalga boyları sayesinde daha ayrıntılı çözünürlük sağlayabilmekle birlikte su içinde daha hızlı zayıflar. Sonar sistemlerinin çalışma frekansı, görev mesafesi, ölçüm derinliği ve gerekli çözünürlük dikkate alınarak belirlenir.

Sonar, su altı akustiğinin bilimsel ilkelerinden yararlanarak çevre ve hedefler hakkında bilgi sağlayan başlıca teknolojilerden biridir. Terim, İngilizce “Sound Navigation and Ranging” ifadesinin kısaltmasıdır. Sonar sistemleri; hedef tespiti, su altı araçlarının seyri, deniz kaynaklarının araştırılması ve çevresel haritalama gibi alanlarda kullanılır. Bu sistemlerden elde edilen akustik veriler, hedeflerin tespiti, sınıflandırılması ve konumlandırılması amacıyla sinyal işleme yöntemleriyle değerlendirilir. Sonarlar, aktif ve pasif olmak üzere iki temel çalışma biçimine ayrılır. Aktif sonar, suya akustik sinyal göndererek hedeften dönen yankıları değerlendirirken pasif sonar herhangi bir sinyal yaymadan hedeflerden yayılan sesleri dinler. Sonar sistemleri bu özellikleriyle bilimsel araştırmalarda, denizcilik uygulamalarında ve su altı güvenliği faaliyetlerinde kullanılmaktadır.

Sonar sistemlerinde akustik enerjinin üretilmesi ve algılanması için transdüserlerden yararlanılır. Hidrofonlar su altındaki sesleri algılayan alıcılardır. Birden fazla hidrofonun belirli konumlarda bir araya getirilmesiyle oluşturulan hidrofon dizinleri, sesin geliş zamanındaki farklılıklardan yararlanılarak sesin geldiği yönün belirlenmesine ve belirli yönlerden gelen seslere odaklanılmasına imkân sağlar.

Su altı akustiği, deniz tabanının derinliğinin ve yapısının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılır. Tek ışınlı ve çok ışınlı iskandillerle su derinliği ölçülebilir; yandan taramalı ve taban altı sonar sistemleriyle deniz tabanındaki yapılar ve tabanın altındaki jeolojik katmanlar incelenebilir. Bu yöntemler batimetrik haritalama, jeolojik araştırma, deniz inşaatları ve su altı arkeolojisi gibi alanlarda kullanılmaktadır.^【4】Yandan taramalı sonar verileri, geniş deniz tabanı alanlarının görüntülenmesine ve tabandaki doğal ya da insan yapımı nesnelerin akustik görüntüler üzerinden incelenmesine imkân sağlamaktadır.

Akustik sistemler oşinografik ve biyolojik araştırmalarda da kullanılmaktadır. Akıntıların ölçülmesi, balık sürülerinin konumunun ve yoğunluğunun belirlenmesi, deniz canlılarının çıkardığı seslerin incelenmesi ve insan kaynaklı su altı gürültüsünün izlenmesi bu uygulamalar arasındadır. Pasif akustik gözlem, çevreye yeni bir sinyal göndermeden doğal ve insan kaynaklı seslerin uzun süreli olarak kaydedilmesine olanak sağlar. Sabit hidrofonlardan oluşan pasif akustik gözlem sistemleri, deniz memelilerinin varlığının, dağılımının ve mevsimsel hareketlerinin uzun süreli olarak izlenmesinde kullanılabilmektedir.

Okyanus akustik tomografisinde, belirli noktalar arasında yayılan seslerin seyahat sürelerinden yararlanılarak geniş deniz alanlarındaki sıcaklık yapısı ve fiziksel değişimler hakkında bilgi edinilebilmektedir.

^{TÜBİTAK MAM Sualtı Akustik Laboratuvarı'ndaki test altyapısı} (AA)

Su altı araçlarının seyri, konumlandırılması ve haberleşmesi de akustik yöntemlerden yararlanılan alanlardır. Radyo frekanslı elektromanyetik dalgaların deniz suyunda hızla zayıflaması nedeniyle, özellikle uzun mesafeli kablosuz su altı haberleşmesinde akustik bağlantılar kullanılmaktadır. Bununla birlikte sınırlı bant genişliği, çok yollu yayılım, ortam gürültüsü ve gecikme, su altı akustik haberleşmesinin başlıca teknik güçlükleri arasındadır.^【5】

Güvenlik uygulamalarında sonarlar; denizaltıların, torpidoların, mayınların, dalgıçların ve diğer su altı nesnelerinin tespit ve takibinde kullanılmaktadır. Akustik yöntemlerden ayrıca kayıp araçların aranması, batıkların belirlenmesi, limanların gözetlenmesi ve su altındaki boru hatları ile kabloların incelenmesi gibi görevlerde yararlanılmaktadır.

Türkiye’de su altı akustiği alanındaki çalışmalar; bilimsel araştırma, ölçüm ve kalibrasyon faaliyetlerinin yanı sıra deniz platformlarına yönelik sonar sistemlerinin geliştirilmesini kapsamaktadır. Mavi Vatan kapsamında deniz yüzeyinin yanı sıra su altı ortamlarının güvenliği de akustik algılama sistemlerine duyulan ihtiyacı artırmaktadır. Türkiye’de millî sonar teknolojilerine yönelik çalışmalar, özellikle MİLGEM programı ve TÜBİTAK MAM Sualtı Akustik Laboratuvarı'nın oluşturulmasıyla birlikte kurumsal ve teknik bir altyapı kazanmıştır.

Su altı akustiğinin güvenlik açısından kritik olmasının yanı sıra bu teknolojinin sürdürülebilir biçimde işletilmesi, yenilenmesi ve görevlere uyarlanması gerekir. Savunma sistemlerinin kullanım dönemindeki işletim lojistiği; bakım, onarım, malzeme ikmali ve sistemin iyileştirilmesine yönelik faaliyetleri kapsar. Kritik parçaların tedarik edilememesi, sistemlerin bakım, onarım ve modernizasyon süreçlerini etkileyebilir. Uluslararası anlaşmalar ve politik gelişmeler de parçaların tedarik edilebilirliği ve sistemlerin sürdürülebilirliği üzerinde etkili olabilir.^【6】Sistemin dış donanımının yerli olması tek başına yeterli değildir. Sonarın algıladığı akustik veriler yazılımlar tarafından işlenir; tespit, sınıflandırma ve konumlandırma kabiliyetlerinin gerçekleştirilebilmesi için sinyal işleme algoritmalarından yararlanılır. Yazılım üzerinde değişiklik yapılabilmesi, sistemin farklı deniz koşullarına ve görev ihtiyaçlarına uyarlanması açısından önemlidir.

Akustik verilerin ülke içinde işlenmesi ve değerlendirilmesi teknolojik bağımsızlığın bir parçasıdır. Millîleştirme, yabancı ülke veya yabancı menşeli kuruluşlara fikrî ve sınai mülkiyet hakları bakımından bağımlılığın bulunmadığı ürün ve teknolojilerin geliştirilmesini ifade eder. Bu yaklaşım, millî güç unsurlarının bağımsız biçimde kullanılmasına katkıda bulunur. Bu bakımdan su altı akustik sistemlerinin geliştirilmesi ve yaşam döngüsü boyunca ülke içinde desteklenebilmesi, Mavi Vatan’ın güvenliğine yönelik teknik kabiliyetlerin sürdürülebilirliğiyle ilişkilidir.

MİLGEM kapsamında başlatılan “Millî Sonar Deniz Birimleri Üretim ve Entegrasyonu” projesi, millî sonar çalışmalarının deniz platformlarıyla bütünleştirilmesine ortam sağlamıştır. Projenin bir iş paketi olarak oluşturulan TÜBİTAK MAM Sualtı Akustik Laboratuvarı'nda sonar bileşenlerinin geliştirilmesi, test edilmesi ve doğrulanması için teknik altyapı kurulmuştur. SAL bünyesinde Türkiye’nin ilk millî sonar dizini geliştirilmiş ve kabul testleri tamamlanmıştır. Geliştirilen sonar dizini Temmuz 2009’da Heybeliada Korveti’ne entegre edilmiş, millî sonar transdüseri TBT-01 ise Türk Deniz Kuvvetleri envanterinde kullanılmıştır. Laboratuvarın test ve kalibrasyon altyapısı, sonar bileşenlerinin performansının ülke içinde ölçülmesine ve doğrulanmasına imkân sağlamıştır. Böylece Türkiye, millî sonar bileşenlerini geliştirme, test etme ve bir deniz platformuna entegre etme kabiliyeti kazanmıştır.

Millîleştirme sürecinde oluşturulan altyapı, farklı su altı görevlerine yönelik sonar sistemlerinin geliştirilmesine zemin hazırlamıştır. Türkiye’de geliştirilen sistemlerin tamamını kapsamayan aşağıdaki örnekler; karinaya monteli denizaltı savunma harbi, uzun menzilli algılama, dalgıç tespiti ve mayın tespiti olmak üzere dört farklı görev alanını temsil etmektedir.

FERSAH, ASELSAN tarafından Barbaros sınıfı fırkateynlerin yarı ömür modernizasyonu kapsamında geliştirilen karinaya monteli bir denizaltı savunma harbi sonarıdır. Sistemin fabrika kabul testlerinin 2021 itibarıyla tamamlandığı açıklanmıştır.^【7】FERSAH, geçici kabulü tamamlanan TCG Oruçreis’in modernizasyonunda kullanılan millî su altı sistemleri arasında yer almıştır.^【8】Sistem, su üstü platformlarının su altı hedeflerini tespit ve takip etmesine yönelik millî bir sonar çözümü sunmaktadır.

Düşük Frekans Aktif Sonar Sistemi (DÜFAS), ASELSAN tarafından Savunma Sanayii Başkanlığı koordinasyonunda ve Deniz Kuvvetleri Komutanlığının ihtiyaçları doğrultusunda geliştirilmiştir. Sistem, su üstü gemilerinin arkasından çekilebilen, derinliği değiştirilebilir, düşük frekanslı aktif ve pasif sonar bileşenlerine sahiptir. DÜFAS, Mart 2024’te Türkiye’nin ilk millî ufuk ötesi denizaltı savunma harbi sonarı olarak kamuoyuna tanıtılmıştır. Derinliği değiştirilebilen yapısı ve düşük frekansta çalışması, düşük akustik iz taşıyan su altı hedeflerinin uzun mesafelerden tespit ve takip edilmesine imkân sağlamaktadır.

ARAS-2023, ARMELSAN Savunma Teknolojileri Sanayi ve Dış Ticaret AŞ tarafından geliştirilen Türkiye’nin ilk millî taşınabilir dalgıç tespit sonarıdır. Aktif sonar olarak çalışan sistem, açık veya kapalı devre solunum sistemi kullanan dalgıçların konumunu otomatik olarak tespit ve takip edebilmekte, ayrıca hedef sınıflandırması yapabilmektedir. Sistem, TCG Anadolu projesi kapsamında gerçekleştirilen deniz testlerinin ardından 2022 yılında Türk Silahlı Kuvvetleri envanterine girmiştir. MİLGEM 6–12 gemilerine yönelik üretim faaliyetleri ise 2023 yılında başlatılmıştır. ARAS-2023; deniz platformlarının, limanların ve kritik tesislerin su altından gelebilecek dalgıç tehditlerine karşı korunmasında kullanılmaktadır.

NUSRAT-1915, ARMELSAN tarafından geliştirilen Türkiye’nin ilk yerli ve millî mayın avlama sonarıdır. Aktif sonar olarak çalışan sistem, deniz tabanındaki dip mayınları ile su içinde demirlenmiş mayınları tespit ve sınıflandırmak amacıyla geliştirilmiştir. TCG Anadolu Teknolojik Kazanım Yükümlülüğü Projeleri kapsamında sistemin laboratuvar testleri 2024 yılında tamamlanmış ve ardından deniz testlerine geçilmiştir. Deniz testlerinin başarıyla tamamlandığı ve sistemin platform entegrasyonu aşamasına geçtiği Mayıs 2026’da açıklanmıştır.^【9】NUSRAT-1915, Türkiye’de mayınların tespit ve sınıflandırılmasına yönelik geliştirilen millî sonar sistemlerinden biridir.

Bu dört sistem, farklı su altı güvenliği ihtiyaçlarına yönelik geliştirilmiştir. FERSAH karinaya monteli denizaltı savunma harbi görevlerinde, DÜFAS değişken derinlikte ve uzun menzilli algılamada, ARAS-2023 dalgıçların tespit ve takibinde, NUSRAT-1915 ise mayınların tespit ve sınıflandırılmasında kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Sistemlerin gelişim aşamaları aynı değildir. FERSAH ve ARAS-2023 belirli deniz platformlarına entegre edilmiş; DÜFAS geliştirme ve test faaliyetleriyle kamuoyuna tanıtılmış, NUSRAT-1915 ise deniz testlerinin ardından platform entegrasyonu aşamasına geçmiştir. Türkiye’deki millî sonar çalışmaları, TBT-01 gibi sonar bileşenlerinin geliştirilmesinden farklı görev alanlarına yönelik bütünleşik sistemlerin geliştirilmesine doğru genişlemiştir.Bu süreç; sonar bileşenlerinin tasarımı, üretimi, test edilmesi ve deniz platformlarına entegrasyonu alanlarında ülke içinde teknik kabiliyet oluşturulmasına katkı sağlamıştır.

Güncel çalışmalar kapsamında sonar sistemlerinin farklı gemilere, helikopterlere ve insansız deniz araçlarına uyarlanmasına yönelik faaliyetler yürütülmektedir. ARAS-2023 ve ORKUN-2053’ün insansız deniz araçları için geliştirilen otonom sürümleri bu çalışmalar arasında yer almaktadır. Bunun yanı sıra, farklı platformlardaki sonarların birlikte kullanılmasını amaçlayan multistatik sonar projeleri de yürütülmektedir. Böylece çalışmalar, tekil sonar sistemlerinin geliştirilmesinin yanında farklı sensör ve platformların birlikte çalışabileceği yapılara doğru genişlemektedir.

Söz konusu projeler aynı geliştirme aşamasında değildir. ARMELSAN tarafından açıklanan bilgilere göre sistemlerden bazıları üretim, bazıları fabrika kabul, bazıları ise deniz testi aşamasındadır. Güncel sistem ve projelerden bazıları şunlardır:

• Multistatik Sonar Süiti: Aynı gemide veya farklı suüstü gemilerinde bulunan frekans uyumlu sonarların birlikte çalıştırılması hedeflenmektedir. Protokol, 2021 yılında SSB, ASELSAN ve ARMELSAN arasında imzalanmıştır.
• MELİS-2071: Yeni nesil karinaya monteli denizaltı savunma harbi sonarına ait alt bileşenler, Barbaros sınıfı fırkateynler ve MİLGEM gemileri için geliştirilmektedir. MİLGEM 6–8 gemilerine yönelik fabrika kabul testleri 2024’te tamamlanmıştır.
• ORKUN-2053: Helikopterden suya indirilebilen ilk millî daldırma sonarı olarak 2021’de tanıtılmıştır. Laboratuvar testleri 2024’te tamamlanmış, deniz testleri ise devam etmektedir.
• Otonom ARAS-2023: ARAS-2023’ün insansız deniz araçlarında çalışabilecek otonom sürümünün fabrika kabul testleri 2024’te tamamlanmış, ardından deniz testlerine geçilmiştir.
• Otonom ORKUN-2053: ORKUN-2053’ün insansız deniz araçlarına uyarlanan otonom sürümünün fabrika kabul testleri tamamlanmış, deniz testleri ise devam etmektedir.

Projeler, sonar sistemlerinin gemilere, helikopterlere ve insansız deniz araçlarına uyarlanmasına yönelik olarak sürdürülmektedir. Millîleştirme süreci yalnızca cihaz üretimiyle sınırlı kalmamış; platform çeşitliliği ve bütünleşik çalışma kabiliyeti yönünde ilerlemiştir. Farklı platformlardaki sonar sistemlerinin birbirinden bağımsız çalışması yerine multistatik bir yapı içerisinde kullanılması da güncel çalışmalar arasında yer almaktadır. Multistatik yapıda, aynı gemide veya farklı suüstü gemilerinde bulunan frekans bandı uyumlu sonarların birlikte çalıştırılmasıyla daha geniş bir alandaki su altı tehditlerinin tespit edilmesi amaçlanmaktadır.^【10】Farklı sonar ve platformlardan elde edilen verilerin birlikte değerlendirilmesi, hedeflere ilişkin bilgilerin birleştirilmesine ve ortak bir su altı durum resminin oluşturulmasına katkı sağlayabilir. Bu gelişmeler, Mavi Vatan kapsamındaki su altı algılama faaliyetlerinde millî sensörlerin yanı sıra insanlı ve insansız platformların birlikte kullanılabileceği bütünleşik yapılara yönelik teknik bir eğilimi ortaya koymaktadır.

Türkiye’de su altı akustiği alanında yürütülen çalışmalar, Mavi Vatan’ın yalnızca yüzeydeki platformlarla değil, deniz tabanı ve su altı ortamındaki unsurların millî teknolojilerle algılanması yoluyla da gözetilmesine yönelik teknik kabiliyetlerin gelişimini göstermektedir.