UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları

UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
Şekil 4’ de otomatik kan basıncı ölçüm sisteminin blok diyagramıverilmiştir.Mikroişlemci kontrollü veri kayıt
birimi, kompresör aracılığı ile kafı şişirmektedir. Kafın şişirilmesi ve sonrasında içindeki havanın boşaltılması
ile birlikte otomatik olarak basınç değerleri sayısal veriye dönüştürülerek veri kayıt birimine
iletilir.Günümüzde yeni tip kan basıncı ölçüm cihazları kablosuz bağlantı özellikleri dolayısıyla basit bir
arabirim üzerinden Uçak Domain yapısına kolayca adapte edilebilecek yapıdadırlar.
Şekil 4.Kan Basıncı Ölçüm Sistemi
Pals Oksimetre (SpO2)
Oksijen saturasyonu kandaki oksijene bağlanmış hemoglobinin toplam hemoglobineoranı olarak
tanımlanmaktadır. Bu ölçüm, hemoglobinin oksijene olan doygunluğunu (saturasyon) yüzde olarak gösteren
bir tekniktir. PalsOksimetri ölçümü yapan cihazlar, bir ışık kaynağıve fotodedektörden oluşmaktadır.Şekil 5’
de palsoksimetre ölçüm sistemin blok diyagramı görülmektedir. Burada iki tür hemoglobin arasındaki ayrımı
yapabilmek ve toplam hemoglobin değeri için biri kırmızı (yaklaşık 660 nm) diğeri infrared (yaklaşık 940 nm)
olmak üzere farklıdalga boyunda ışık yayan diod (led) ışık kaynaklar kullanılır. Sinyal işleme ve kontrol devresi
iki dalga boyunun soğrulma hesaplamasını yaparak hemoglobinin oksijene doygunluğu bulmaktadır. Ölçüm
değeri her kalp atımında yenilenmektedir (Moron ve ark. 2005).
Şekil 5. PalsOksimetreölçüm sistemi
Uçuş yüksekliğinin 15.000 feet üzeri çıktığı seyahatlerde kronik hastalar kadar sağlıklı yolcuların da hipoksiye
maruz kalma riski artmaktadır. Özellikle uzun mesafe uçuşları sırasında PalsOksimetre ile kronik hastaların
154
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
izlenmesi seyahat sırasında yaşanabilecek olası tıbbi problemlerin teşhisi ve tedavinin yönetimi açısından
önemli yarar sağlayacaktır. Günümüzde farklı firmalar tarafından üretilen cihazlar kablolu/kablosuz ağlara
bağlanabilecek yapıdadır (Şekil 6).
Şekil6. a)PalsOksimetre cihazı ve parmak probu b) Kablosuz PalsOksimetre cihazı
ECG-Nabız
Elektrokardiyogram (EKG) cihazı, kalp çalışması sırasında oluşan 1 mVseviyesinde elektriksel aktiviteyi
algılayıp monitörizeetmektedir (Şekil 7). Sinyallerin genlikleri, süreleri ve tekrarlama sıklıkları kalbin fizyolojik
durumu hakkındabilgi vermektedir. Kalpte oluşan elektriksel sinyal, EKG hasta kablosu ve elektrotlar
yardımıylaalgılanır ve sinyal işleme devreleri tarafından yükseltilerek ekrana ve kağıt üzerine aktarılmaktadır.
Şekil 7. Elektrokardiyogram (EKG) Ölçüm Sistemi
Kapnograf
Karbondioksit (CO2) kısmi basıncının, solunum sırasında havayolundan ölçülmesine kapnografi denir. İnvaziv
olmayan bu yöntem ve cihaz ile hastanın solunumu hakkında anlık bilgi elde edilebilir. Verilen solunum
havasının sonunda elde edilen maksimum değer End-Tidal CO2 (ETCO2) olarak isimlendirilir.
155
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
Şekil 8Kapnografi Ölçüm Sistemi (Kaynak: Çınar, 2011)
Ölçümler kızılötesi (infrared-IR) spektrometre tekniği kullanılarak yapılmaktadır. Bu teknikte, kızılötesi ışık
solunum gaz örneğinin içinden geçirilir ve fotodedektörle kaydedilir (Şekil 8). CO 2μm dalga boyundaki ışığı
absorbe ettiği için bu dalga boyunda fotodedektör tarafından kaydedilen miktar, gaz örneğindeki CO2
yoğunluğu ile ters orantılı olur. Böylece CO2 ölçüm işlemi gerçekleştirilmektedir (Çınar. 2011).Bu cihaz ile
yapılacak ölçümlerle uçuş esnasında hiperventilasyon, akciğer hipertansiyonu ve akciğer ödemi gibi
rahatsızlıklara hızlı ve doğru müdaheleiçin önemli bilgiler elde edilebilecektir.
Koagulametre
Koagulometre kanın pıhtılaşma süresini ölçmek için kullanılan cihazdır (Şekil 9). Yüksek irtifada kanın
pıhtılaşma eğilimi arttığı için koagulometre ile kanın pıhtılaşma süresinin ölçülmesi Hemofili gibi pıhtılaşma
hastalıkları olan yolcuların durumu ve akut gelişen pıhtılaşma problemleri hakkında bilgi verecektir.Bu tür
cihazlar pıhtılaşma zamanını çok kısa sürede ölçmektedir. Son yıllarda yeni mikrosensör teknolojisinin tıbbi
cihazlarda kullanımı ile birlikte koagulametre cihazları ile yapılan pıhtılaşma testleri basit ve hızlı şekilde
ölçülebilmektedir. Bu tip sensörlerin kullanıldığı taşınabilir koagulameter cihazlarda hastadan alınan kan
örneğine tromboplastin adı verilen reaktif ile reaksiyona girmesinin ardından pıhtılaşmanın tamamlanmasına
kadar geçen süre hesaplanmaktadır. Yeni nesil taşınabilir koagulametreler kablosuz ağ bağlantısına
sahiptirler.
Şekil 9.TaşınabilirKoagulometre Cihazları
Kardiak Analizörü
Kalp krizinin veya koroner sorunların tanısı elektrokardiyogram (EKG) analizi veya kandaki kardiyak
değişkenlerin değerlendirilmesi ile yapılabilmektedir. Kandaki kardiyak değişkenlerinin düzeyleri kalp kas
demetlerindeki hasar ile ilgiyi bilgi içermektedir.Ölçülen kardiyak değişkenlerden Miyoglobin ve Troponin
düzeyleri kalp krizi risklerini ve kalp kas dokularındaki hasarlar için önemli göstergedir. Miyoglobin, oksijenin
156
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
kaslarda kalmasını ve işlevlerini yapmasını sağlar. Kalp krizi gibi kas hasarlarında büyük miktarda miyoglobin
kana karıştığı için bu değer hızla yükselmektedir. Tıbbi cihaz üretici firmaları tarafındapoint of carecihaz
grubunda üretilen kardiyak analizörleri 8-12 dakika aralığında sonuç vermektedir(Şekil 10).
Şekil 10. Kardiyak analizörleri.
Yapılan bir araştırmada uçuşta AED (AutomaticExternalDefibrillator) kullanım oranının %1.3 olarak
bildirilmiştir (Peterson ve ark. 2013). Bu kapsamda uçuş esnasında kalp krizi geçirmiş ve AED kullanılan
yolcuların kalp kaslarındaki hasar kardiyak analizörü ile kısa sürede belirlenip teletıp sistemi ile kuleye bilgi
verilmesi,uçak acil iniş (diversion) durumunda havaalanı ve sonrasında yapılacak tedavinin doğru ve hızlı
olması açısından oldukça önemlidir.
4.2 İletişim Teknolojileri
Wi-Fi, Bluetooth, Kızılötesi (infra-red) ve USB gibi farklı özelliklere sahip teknolojiler hemen her alanda
yaygın olarak kullanılmaktadır. Gömülü sistemlerin kablosuz ağlarla birlikte kullanımına yönelik yeni
teknolojilerin geliştirilmesi teletıp alanında uygulamaların hızla yaygınlaşmasını sağlamıştır. Bu gelişmelerin
diğer önemli bir sonucu ise uzaktan sağlık izleme sistemlerinin geliştirilmesidir (Binkley. 2003). Bluetooth ve
Wi-Fi teknolojileri uçak navigasyon sistemlerinde kullanılmaya başlamıştır.
Kablosuz Ağlar (Wi-Fi, Wireless - Fidelity)
Kablosuz ağ standartları uluslararası bir kuruluş olan IEEE tarafından 802.X adlı standartlar serisi altında yer
almakta ve 1997 yılında 802.11 başlığında yayınlanmıştır (Geier. 2001). Bu standart seti kablosuz yerel
ağların (WLAN – Wireless LocalAreaNetwork) bina içi (indoor) veya bina dışı (outdoor) kullanıcı ve cihazlarla
birlikte kullanımı için geliştirilmiştir. IEEE 802.11 standardı lisans gerektirmeyen frekans aralığında (2.4 – 5
GHz) çalışmaktadırlar. 2002 yılında, 802.11b uyumlu cihaz üreticileri tarafından oluşturulan çalışma grubu
tarafından bu standart Wi-Fi (Wireless Fidelity) olarak adlandırılmıştır. Wi-Fi teknolojisi 2,4 GHz’ lik
spektrumda 11 -54 Mbpshızında yaklaşık30 (bina içi) - 100 m (bina dışı) çapında bir menzildeki uyumlu
cihazlar için geliştirilmiştir. Tablo -1’ de IEEE 802.11 standart seti altında geliştirilen farklı alt standart setleri
verilmiştir.
Tablo-1: IEEE 802.11x standartları
Standart
802.11a (2000)
802.11b
802.11g
802.11n
Frekans
(GHz)
5
2.4
2.4
2.4 ve 5
Maksimum
Veri İletim Hızı (Mbps)
54
11
54
600
(Kaynak: Strom D. 2015)
157
Kanal Genişliği
(MHz)
20
20
20
20 ve 40
Kanal
Sayısı
1
1
1
4
Mesafe
(Feet)
75
100
150
150
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
Bluetooth
Mobil ve/veya sabit cihazları birbirlerine bağlamak için kullanılan kısa mesafeli kablosuz iletişim standardıdır.
Bu teknoloji; özellikle ses ve veri iletimindeki hız ve kolaylığı, Ad Hoc (Yapısız) kablosuz ağlarla kolay bağlantı
yapabilmesi, düşük güç tüketimi ve farklı uygulamalara açık arabirim standardı gibi önemli avantajlara
sahiptir (Özcan. 2010). Bluetooth teknoloji 2.4 GHz’ lik lisans gerektirmeyen ISM (Industrial, Scientific,
Medical – Endüstriyel, Bilimsel, Tıbbi) frekans bandında çalışmakta, güvenilir ve daha etkili bir iletişim için
frekans atlama tekniği (FrequencyHopping Spread Spectrum, FHSS, Frekans Atlamalı Geniş Spektrum)
kullanılmaktadır. Tablo-2’ de Bluetooth teknolojisinin özellikleri verilmiştir.
Tablo-2: Bluetooth iletişim standartları
Özellikler
Frekans
Güç Tüketimi
İletim Mesafesi
Veri İletim Hızı
Desteklenen Cihaz Sayısı
Bluetooth
2.4 GHz
10 – 100 mW
10 – 100 m
3 Mbps
8 Aktif – 255 Pasif
(Kaynak: Strom D. 2015)
Uçak Domain Yapısı ve Fonksiyonları
Domain, bir grup içindeki benzer özelliklere sahip cihazların ve fonksiyonların soyutlanması olarak İfade
edilmektedir. Kablosuz ağ cihazlarının uçak ağ yapısına entegrasyonu uçak ağ güvenlik politikaları açısından
kritik derecede önemlidir. Uçak Domain modeli: Uçak Kontrol Domain, Havayolu Bilgi Hizmet Domain, Yolcu
Bilgi - Eğlence HizmetDomain ve Yolcu Cihaz Domain olmak üzere dört alt domain yapısından oluşmaktadır
(Şekil 11). Uçak kontrol domain, Uçuş ve Gömülü Kontrol Sistemleri ve Kabin Merkez olmak üzere en yüksek
kritik düzeyli iki alt domaine ayrılmıştır. Havayolu Bilgi Hizmet Domain ise Uçuş Yönetim, Kabin ve Yolcu
Destek olmak üzere iki alt domainden oluşmaktadır (Hintze. 2011). Uçak Kontrol domain yapısı uçağın
güvenli bir uçuş gerçekleştirmesi için ihtiyaç duyulan önemli fonksiyonları sağlayan sistemler ve ağ
yapısından oluşmaktadır.
Şekil 11. Uçak domain referans modeli
158
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
Günümüzde uçak elektronik sistemlerin çoğu domain içindeki IPağlarla etkileşebilmektedir. Uçak Kontrol
Sistem Domain içinde Kokpit ekranı, Uçuşkontrolü, Elektrik sistemi ve Kabin Yönetim sistemleri yer
almaktadır (ARINC. 2004).
5. Uçak İçi Sistemlere Entegre edilebilecek TELETIP Uygulamaları
Lufthansa uçaklarında kıtalararası uçuşlar için uydu telefonu ile Frankfurt’taki alarma merkezi ile telefon
bağlantısı kullanılmaktadır. Böylece alarm merkezindeki doktor, kabin görevlileri yardımıyla yolcuya
yapılacak ilk yardımı yönlendirebilmektedir(Weinlich ve ark. 2009).Urwin ve arkadaşları (2008), uçuş
sırasında meydana gelen tıbbi sorunların analizine yönelik yaptıkları çalışmada havayolları arasında ortak bir
veritabanının kurulmasını ve standart bir medikal kit oluşturulmasını önermişlerdir.
Uçak içi teletıp uygulamalarının kullanımına ise Etihad, Emirates, Virgin Atlantic gibihavayolu şirketlerinde
rastlanılmaktadır. Bu şirketler, uzun mesafe uçuşlarında, Tempus IC (Remote Diagnostic Technologies) adı
verilen uçak içi sağlık destek sisteminikullanmaya başlamışlardır. Bu teletıp teknolojisi ile,çıkabilecek acil
durumlara müdahele etmek amacıyla yolcuların şeker, tansiyon ve nabız gibi ölçümü yapılarak elde edilen
verilerin sağlık merkezine iletilmesi sağlanmaktadır.
Yerdeki sağlık merkezindeki doktor ile görsel haberleşmeyi ve yolcunun sağlık durumu ile ilgili olarak ölçülen
değerlerin iletilmesiamacıyla tasarlanan uçuş telemetri konsepti Şekil 12’ de görülmektedir. Uçuş esnasında
yolcuda bir hastalık şüphesi olduğunda, kronik hastalık nüksettiğinde ya da acil tedavi gerektiğinde hasta
bilgileri medikal bilgi sistemi üzerinden alınabilmektedir. Bu çalışmada, uçak ile yerdeki doktor arasında
ölçülen fizyolojik sinyalleri paylaşılabilmekte ve kontrol kulesi ölçüm değerlerini iletişim sistemi üzerinden
uçuş rotasına uygun olarak yerdeki sağlık merkezine ulaştırmaktadır. Hastanın durumuna göre doktor gerek
gördüğünde kabin görevlileri ile video konferans görüşmesi yapabilmekte ve hastaya (yolcuya) nasıl bir
tedavi yolu izleneceğini söyleyebilmektedir (Ijioui ve ark. 2003).
Şekil 12. Kabiniçi sistemler için telemetri konsepti(Kaynak: Ijioui ve ark. 2003)
6. Öneriler ve Değerlendirmeler
Uçak içi sistemlere entegre edilebilecek fizyolojik sensörleri incelediğimiz çalışmamızın sonucunda, kısa
mesafeli uçuşlar için kan basıncı, SpO2, EKG-Nabız sensörlerinin, uzun mesafeli uçuşlar için ise bu sensörlere
ek olarak Kapnograf, Kardiyak Analizörü ve Koagulametre gibi fizyolojik sensörlerinstandart medikal bir kit
olarak uçak içi sisteme dahil edilmesi gerekliliğini saptadık. Etihad gibi bazı havayolu firmalarının Tempus IC
sistemi ile EKG, SpO2 gibi sensörleri uzun mesafe uçuşlarında kullanmaları önemli bir gelişmedir. Ancak bizim
159
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
tespitimize göre, uzun mesafe uçuşları için koagulometre cihazı ile kan pıhtılaşma süresinin ölçülmesi ve
uçuşta yaşanacak kalp krizi öncesi ve sonrasında kardiyak analizörü ile kalp hasarının belirlenmesi yolcu
sağlığı açısından hayati önem taşımaktadır ve TempusIC ve benzeri sistemlerde kardiyak analizörü ve
koagulometre ölçümleri bir standart olarak dahil edilmelidir.
Ülkemizde ulusal havayolu şirketlerimizde uçakiçiteletıp destek sistemleri uygulamalarına rastlanılmamıştır.
Ancak ülkemizde son yıllarda havacılık sektörüne yönelik özellikle yerli bölgesel yolcu uçağı tasarımı ve
üretimine yönelik AR-GE ve ÜR-GE faaliyetlerinin hız kazanması uçak içi kontrol sistemlerinin tasarımı ve
geliştirilmesine katkı sağlayacak ileri düzey gömülü elektronik sistem altyapısının önemini bir kat daha
artırmıştır. TÜBİTAK tarafından “Öncelikli Alanlar Araştırma Teknoloji Geliştirme ve Yenilik Projeleri
Destekleme Programı” altında Sağlık başlığında Elektronik Sağlık Teknolojilere yönelik çalışmalar kapsamında
fizyolojik sensör geliştirme ve bunların farklı alanlara yönelik uygulamaları için önemli destekler
sağlamaktadır. Bu kapsamda uçak içi Teletıp uygulamalarına yönelik AR-GE ve ÜR-GE çalışmaları ülkemizin
havacılık sektörü ile ilgili bilimsel ve endüstriyel altyapısının gelişmesini destekleyecektir. Bu bağlamda,
çalışmada bahsedilen sensör teknolojileri ile elde edilen fizyolojik sinyallerin ilgili sağlık birimlerine iletilmesi
ve tekrar uçak içi kabin sistemine gönderilmesi ve kabin görevlilerinin yolcuya ilk müdahalesi için bir arayüz
geliştirilmesi (teletıp) üreteceğimiz bölgesel uçağımızda bir standart olarak yer almalıdır.
KAYNAKÇA:
Ahmet U., Nihat Ö., (2004), ‘’Yolculuk ve PulmonerTromboemboli’’, Tüberkülöz ve Toraks, 52(1), 98-102.
Alexandria VA., (2003), ‘’MedicalGuidelinesforAirline Travel’’, Aviation, Space, andEnvironmentalMedicine,
74: Number 5.
AerospaceMedicalAssociation ASCCAS (2008), “Cabin cruising altitudes for regular transport aircraft”,
Aviation Space and Environmental Medicine, 79(4), pp 433-9.
ARINC Specification 664 P5, 2004, “Aircraft Data Network – Network Domain Characteristics and
Interconnection”, Network Infrastructure and Security Workgroup.
Binkley P.F., “ PredictingThePotential of WearableTechnology “, Engineering in MedicineandBiology, IEEE
Sayı: 22 No: 3, 2003.
Çınar O., (2011), ‘’Acil Serviste Kapnografi Kullanımı’’, Türkiye Acil Tıp Dergisi, 11(2): 80-89.
Ferrer-Roca, R Diaz de Leon, F J de Latorre, M Sua´rez-Delgado, L DiPersiaand M Cordo (2002),
“Aviationmedicine: challengesfortelemedicine”, Journal of TelemedicineandTelecare, Vol. 8, pp1–4.
Figueredo MVM.,Dias JS., (2004), ‘’Mobile Telemedicine Systemfor Home Care and Patient Monitoring’’,
26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, 3387-3390.
Graf, J.,Stüben U., Pump, S. (2012), “In-flight medical emergencies”, DtschArzteblInt, 109 (37), pp 591-602.
Groning R.,Remmerbach S., Jansen A., (2007), ‘’Telemedicine: Insulin Pump controlled via the Global
Systemfor Mobile communications (GSM)’’, International Journal of Pharmaceutics, 339: 61-65.
Hintze, H.,Tolksdorf, A., God R., (2011), CabinCoreSystem – A NextGeneration Platform
ForCombinedElectricalPowerand Data Servıces, Workshop on Aircraft systemTechnology.
Ijioui, R.,Book, M., Gruhn, V., (2003), “Concept of a SystemProvidingGround-BasedMedicalSupportforInFlight Emergencies”, 7th ATRS World Conference, Toulouse, France.
Lehmann R, Suess C, Leus M (2009), “Incidence, clinicalcharacteristics, andlong-termprognosis of travelassociatedpulmonaryembolism”, EurHeart J, 30, pp 233–41.
160
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
Moghaddmjoo S., (2010), ‘’Prevention of Myocardial Infarctıons, using Non-ınvasive Biophotonics
Measurement of Biomarker Cardiac Troponin I’’ Master of Applied Sciences.
Moron M.,Casilari E., Luque R., Gazquez JA., (2005), ‘’A Wireless Monitoring System for Pulse-oksimetry
Sensors’’, Proceedings of the 2005 Systems Communications, 0-7695-2422-2/05$20 00.
Mortazavi A, Eisenberg MJ, Langleben D, Ernst P, Schiff RL., (2003) “Altitude-related hypoxia: risk
assessment and management for passengers on commerical aircraft.” Aviat Space EnvironMed, 74(9), pp
922-7.
Muhm JM, Rock PB, McMullin D. L.,Jones, S. P., Lu, I.L., Eilers, K. D., Space, D. R. andMcMullen, A., (2007),
“Effect of aircraft-cabinaltitude on passengerdiscomfort ”, N Engl J Med, 357, pp 18–27.
Navarro E. A. V., Mas JR., Navajas JF., Alcega CP., (2005), ‘’Enhanced 3G-Based n-HealthSystem’’IEEE
EUROCON, 1332-1335.
Özcan S., “ Bluetooth ile EKG Verilerinin İletimi ”, Başkent Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans
Tezi, 2010.
Peter B.,Simon J. (2007), ‘’Effect of Altitude on theHeart and the Lungs’’, ContemporaryReviews in
CardiovascularMedicine, 116: 2191-2202.
Peterson D., Martin C., Guyette F., (2013), ‘’Outcomes of Medical Emergencies on Commercial
AirlineFlights’’, The New England Journal of Medicine, 368: 2075-83.
Strom D., http://www.eetkorea.com/ART_8800440735_839577_NT_56c2a73c.HTM (Erişim Tarihi: Eylül
2015)
TheInternational Air Transport Association (IATA), PressRelease No.: 50,
http://www.iata.org/pressroom/pr/pages/2012-12-06-01.aspx [Erişim Tarihi: 16.06.2015].
Urwin A.,Ferguson J., McDonald R. (2008), ’’A five-year review of ground-to-air emergency medical advice’’,
Journal of Telemedicine andTelecare, 14: pp 157-159
Watson HG, Baglin TP, (2011), “Guidelines on travel-relatedvenousthrombosis”, Br J Haematol, 152, pp 31–
4.
Weinlich M.,Nieuwkamp N., Stueben U., (2009), ’’ Telemedica lassistance for in-flight emergencies on
intercontinental commercial aircraft’’, Journal of TelemedicineandTelecare, 15:pp 409-413.
Wirth, D.,Rumberger,E., (2009), ”Fundamentals of aviationphysiology.” In: Curdt-Christiansen C, Draeger J,
Kriebel J: “Principles and practice of aviation medicine”, World Scientific Publishing, pp 71–149.
161
UHAT-2015 / III. Ulusal Havacılık Teknolojisi ve Uygulamaları Kongresi
23-24 Ekim 2015 Konak – İZMİR
Hava Platformu Kızılötesi İmzasını Azaltma Maksatlı Nanofotonik Yapı Tasarımı
Nanophotonic Structure Design To Reduce Infrared Signature Of Airborne
Platform
1
2
3
Abdurrahman Özdemir , Ahmet Özer , Şafak Saraydemir , Hasan Koçer
4
ÖZET:
Elektromanyetik spektrumu kontrol edebilmek, günümüz savaşlarında kritik avantajlar sağladığı için bu
konuda çalışan bilim insanlarının öncelikli çalışmaları arasında yer almaktadır. Bu çalışmanın amacı; EM
spektrumun kızılötesi bandında, hava araçlarının kızılötesi imzasının kontrol edilebilmesi için nanofotonik
yapı tasarlanmasıdır. Tasarladığımız nanofotonik yapı 200 nm kalınlığında Altın (Au) içerisine 100 nm
kalınlığında ve 500 nm genişliğinde Ge2Sb1Te4 (GST) malzemesi gömülerek oluşturulmuş ve 2 µm
periyodundadır. Nanofotonik yapıyı tasarlamak için kullandığımız GST malzemesi akıllı malzeme olarak
sınıflandırılan faz değişimli malzemedir. Nanofotonik yapının simülasyonunu FDTD yöntemini temel alan
ticari ‘Lumerical FDTD Solutions’ programı ile gerçekleştirdik. Simülasyon sonucunda elektrik alan
polarizasyonuna bağlı olarak iki farklı rezonans dalga boyu (λ 01=2443 nm ve λ02=2414 nm) elde ettik. Bu
kapsamda nanofotonik yapının paralel polarizasyondaki rezonans dalga boyu olan λ 02’deki emicilik değeri
hesaba katarak Planck ışımasını hesapladık ve kara cisim (blackbody) ışıması ile karşılaştırarak örnek bir hava
platformu modelledik. Bu modele göre GST kristal fazda iken nanofotonik yapının ortama yaydığı ışıma, kara
cisim ışımasının % 95’ine tekabül etmektedir. Kızılötesi görüntüleme yapıldığında çok iyi görünürlük
anlamına gelmektedir. Ancak GST kristal faza geçirilirse ortama yayılan ışıma, kara cisim ışımasının % 0,5’ine
düşecektir. İlgili dalga boyundaki görünürlük neredeyse sıfır olmaktadır. Kızılötesi algılayıcılarda çok iyi
görünen platform faz değişimi ile görünmez olacaktır.
Anahtar Kelime:Kızılötesi İmza Azaltma, Kızılötesi Kamuflaj, Nanofotonik Yapı, Emicilik, Yayıcılık, Faz
Değiştiren Malzeme, Ge2Sb1Te4.
ABSTRACT:
As the electromagnetic spectrum provides critical advantages for modern-day wars, it has become a priority
work among the scientific studies. The purpose of this study is to design nanophotonic structures to control
the infrared signature of the airborne vehicles. Our designed nanophotonic structure is 200 nm-thick gold,
composed by the layering of a 100 nm-thick and 500 nm-wide GST layer which has a 2 µm period. The GST
material that we used to design this nanophotonic structure is a phase-changed material, which is classified
as a smart material. We performed simulations of nanophotonic structures with commercial software called
Yük.Müh., Kara Harp Okulu, [email protected]
Yük.Müh., Kara Harp Okulu, [email protected]
3
Dr., Kara Harp Okulu, [email protected]
4
Dr., Kara Harp Okulu, [email protected]
5
MSc.Eng., Turkish Military Academy [email protected]
6
MSc.Eng., Turkish Military Academy, [email protected]
7
Ph.D., Turkish Military Academy, [email protected]
8
Ph.D., Turkish Military Academy, [email protected]
1
2
162