DE102015008255A1

DE102015008255A1 - Abwehrdrohne zum Abfangen einer Kleindrohne

Info

Publication number: DE102015008255A1
Application number: DE102015008255.8A
Authority: DE
Inventors: Norbert Stelte
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2035-06-27
Also published as: DE102015008255B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne, insbesondere eines ferngesteuerten Helikopters, umfassend: zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers (2), einen mit dem Motor verbundenen Rumpf (1), einen am Rumpf (1) vorgesehenen Effektor sowie eine Einrichtung zum Abwurf des Effektors (5) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne.
Es muss damit gerechnet werden, dass in Zukunft vermehrt Kleindrohnen für terroristische Angriffe eingesetzt werden. Die Abwehr solcher Kleindrohnen ist mit herkömmlichen Waffen schon auf Grund der geringen Größe der Kleindrohne problematisch. Insbesondere bei einem Abschießen einer Kleindrohne über bewohntem Gebiet ist mit Kollateralschäden zu rechnen. – Es besteht ein Bedarf, Kleindrohnen an einem Weiterflug zu hindern.
Nach dem Stand der Technik sind sogenannte Düppel bekannt. Düppel sind leitfähige Metallfäden. Sie werden von Flugzeugen abgeworfen, um ein Radar zu täuschen.
Die Aufgabe der vorgenannten Erfindung besteht darin, ein Mittel zum Abfangen einer Kleindrohne anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 16.
Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne, insbesondere eines ferngesteuerten Helikopters, vorgeschlagen, welcher
zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers,
einen mit dem Motor verbundenen Rumpf,
einen am Rumpf vorgesehenen Effektor sowie
eine Einrichtung zum Abwurf des Effektors umfasst.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine ”Drohne” ein unbemanntes Luftfahrzeug, welches entweder ferngesteuert wird oder eigenständig anhand von gespeicherten Positionen, z. B. GPS-Koordinaten (Global Positioning System), navigiert. Bei der Drohne kann es sich um ein unbemanntes Flugzeug oder einen unbemannten Helikopter handeln. Insbesondere kann die Drohne ein unbemannter Helikopter mit mehreren Rotoren, z. B. ein Quadrokopter, sein.
Unter dem Begriff ”Kleindrohne” wird eine Drohne mit einem Gewicht von höchstens 50 kg, vorzugsweise höchstens 20 kg, insbesondere höchstens 10 kg, verstanden.
Unter dem Begriff ”Abwehrdrohne” wird eine Drohne verstanden, welche ein Mittel zur Abwehr einer weiteren Drohne umfasst.
Unter dem Begriff ”Abfangen” wird verstanden, dass eine fliegende Kleindrohne an einem Weiterfliegen gehindert wird, indem sie insbesondere flugunfähig gemacht wird.
Ein ”Effektor” im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Fäden. Die Fäden können zweckmäßigerweise unterschiedliche Längen aufweisen. Die Fäden müssen hier keine Radar reflektierenden Eigenschaften aufweisen. Die Fäden sind von einer Hülle zumindest teilweise umgeben, welche die Fäden nach Art eines Pakets zusammenhält.
Mit der erfindungsgemäßen Abwehrdrohne ist es möglich, einen Effektor in die Nähe der Kleindrohne zu bringen. Die Hülle kann in einem Schacht im Rumpf der Abwehrdrohne oder außen am Rumpf befestigt sein. Die Einrichtung zum Abwurf des Effektors kann eine Klappe an einer Unterseite des Rumpfs sein. Eine Verriegelung der Klappe kann zum Abwurf des Effektors ausgelöst werden. Dazu kann z. B. eine mit einem Funksignal oder automatisch steuerbare Verriegelungseinrichtung vorgesehen sein.
Insbesondere kann die Vielzahl von Fäden den Weiterflug der Kleindrohne mechanisch behindern, indem ein Propeller der Kleindrohne umwickelt oder ein Düsentriebwerk der Kleindrohne verstopft wird. Die mechanische Wirkung besteht insbesondere darin, die Drehung des Propellers oder des Düsentriebwerks zu verlangsamen oder zu stoppen. Des Weiteren können auch andere bewegliche Elemente der Kleindrohne durch Umwicklung in ihrer Beweglichkeit beeinträchtigt werden. Zusätzlich erhöht die Umwicklung der Kleindrohne mittels der Fäden das Gewicht der Kleindrohne. Die Kleindrohne wird also durch die Fäden des Effektors zumindest teilweise flugunfähig gemacht.
Zweckmäßigerweise ist der Effektor am Heck des Rumpfs und/oder an einer Unterseite des Rumpfs angebracht. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Fäden mit einer erheblich geringeren Wahrscheinlichkeit in die beweglichen Teile der Abwehrdrohne geraten und so zu einer Flugunfähigkeit der Abwehrdrohne führen.
Zweckmäßigerweise umfasst der Effektor Fäden, welche aus einem zum Blockieren der beweglichen Teile der Kleindrohne geeigneten Material hergestellt sind. Damit wird sichergestellt, dass die Fäden bei der Umwicklung der Kleindrohne, insbesondere der beweglichen Teile der Kleindrohne, nicht reißen.
In einer weiteren Ausführung sind die Fäden aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Durch leitfähige Fäden kann der Empfang von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Signalen für die Positionsbestimmung über ein GNSS (Global Navigation Satellite System) oder von Funksignalen gestört werden. Damit wird die Navigation der Kleindrohne gestört, da sie entweder ihre Position nicht mehr bestimmen und/oder ein Funksignal von einem Steuergerät für die Kleindrohne nicht mehr empfangen kann.
Zweckmäßigerweise sind die Fäden aus einem Kunststoff, einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Verbundmaterial hergestellt. Als Kunststoffe sind z. B. Kohlefasern oder Aramid besonders gut geeignet. Insbesondere nichtleitende Fasern können bei Bedarf mit einer Metallbedampfung versehen werden, so dass sie gleichzeitig leicht, zugfest und leitfähig sind.
Die Länge der Fäden liegt zweckmäßigerweise zwischen 1 cm und mehreren hundert Metern, insbesondere zwischen 10 cm und 10 m.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Effektor eine die Fäden umgreifende Hülle, ein in der Hülle aufgenommenes Ausstoßmittel und ein Aktivierungsmittel. Damit kann der Effektor zunächst aus der Drohne fallengelassen, die Fäden können jedoch erst zu einem späteren Zeitpunkt freigesetzt werden. Durch das Ausstoßmittel können die Fäden nach Art einer Wolke in der Luft verteilt werden.
Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Ausstoßmittel eine pyrotechnische Ladung. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ausstoßmittel ein mechanisches Spannmittel. Die Fäden können dadurch z. B. mittels einer Feder ausgestoßen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Aktivierungsmittel eine Reißleine. Mittels der Reißleine kann das Ausstoßmittel in einem vorbestimmten Abstand von der Abwehrdrohne aktiviert werden.
Der Effektor kann in einer weiteren Ausgestaltung auch eine Vielzahl von Fadenpaketen umfassen. Durch ein geeignetes Ausstoßmittel können die Fadenpakete zeitversetzt freigesetzt werden. Dazu kann das Ausstoßmittel eine aufgerollte Folie umfassen, in welche die Fadenpakete eingebracht sind. Zum Ausstoßen der Fadenpakete wird die Folie automatisch abgewickelt, so dass die Fadenpakete nacheinander freigesetzt werden. Dadurch werden Fadenpakete an verschiedenen Stellen im Luftraum platziert und die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens zwischen Fäden und Kleindrohne erhöht.
Zweckmäßigerweise umfasst das Aktivierungsmittel einen Abstandssensor, mit dem bei Erreichen eines vorgegebenen Abstands zur Kleindrohne ein Aktivierungssignal erzeugt wird. Der Abstandssensor ist dazu geeignet, den Abstand zwischen Effektor und der Kleindrohne zu bestimmen und das Ausstoßmittel zu aktivieren. Ein solcher Abstandssensor kann ein Mittel zur Abstandsbestimmung über Laser und/oder elektromagnetische Wellen und/oder Ultraschall umfassen. Das Aktivierungsmittel umfasst zweckmäßigerweise Auswerteelektronik. Zweckmäßigerweise wird ein Abstand zur Kleindrohne so klein gewählt, dass die Kleindrohne nicht mehr ausweichen kann. Vorzugsweise beträgt der vorgegebene Abstandswert höchstens 50 m, insbesondere höchstens 20 m, bevorzugt höchstens 10 m. Das Aktivierungsmittel kann zusätzlich zum Abstandssensor ein Mittel zur Mustererkennung umfassen. Dieses Mittel ist dazu ausgelegt, die Kleindrohne von anderen Flugobjekten zu unterscheiden. Dazu umfasst das Mittel zur Mustererkennung eine Datenbank mit Mustern verschiedener Flugobjekte und einen Vergleichsalgorithmus.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Aktivierungsmittel eine Zeitsteuerung, mit der nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer das Aktivierungssignal erzeugt wird. Die Zeitsteuerung ist typischerweise als elektronische Schaltung ausgelegt. Mithilfe der Zeitsteuerung kann z. B. in Abhängigkeit von der Entfernung der Ausstoßeinrichtung von der Kleindrohne die Zeit bis zur Aktivierung des Ausstoßmittels vorgegeben werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Aktivierungsmittel einen Empfänger zum Empfang von Funksignalen oder optischen Signalen, welcher bei Empfang eines vorgegebenen Befehlssignals das Aktivierungssignal gibt. Das vorgegebene Befehlssignal kann damit ein Funksignal oder ein optisches Signal sein. Das Befehlssignal kann kodiert sein.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Abwehrdrohne ist der Propeller ein Rotor. Die Abwehrdrohne ist in diesem Fall ein Helikopter.
Zweckmäßigerweise ist am Rumpf eine Kamera angebracht. Diese Kamera ist dazu geeignet, Bilder der Umgebung aufzunehmen und diese ggf. an eine Basisstation der Abwehrdrohne zu übermitteln.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Rumpf ein weiterer Empfänger zum Empfang von Funksignalen aufgenommen. Mittels des weiteren Empfängers können z. B. Funksignale zur Steuerung der Abwehrdrohne empfangen werden. Diese kann auch zur Aktivierung der Einrichtung zum Abwurf des Effektors genutzt werden.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Erkennungseinrichtung zur Erkennung der fliegenden Kleindrohne und zum automatischen Steuern in Richtung der Kleindrohne vorgesehen. Mittels der Erkennungseinrichtung und der automatischen Steuerung ist es möglich, dass die Abwehrdrohne autonom die Verfolgung der Kleindrohne aufnimmt und sich so positioniert, dass die Fäden in den Ansaugstrom der Kleindrohne fallen.
Besonders zweckmäßig ist eine Kreuzung der Flugbahnen der Abwehrdrohne und der Kleindrohne in einem spitzen Winkel < 30°, um ein ausreichend großes Zeitfenster zum Abwurf des Effektors zu ermöglichen. Der Abwurf erfolgt zweckmäßigerweise unmittelbar vor der Kreuzung der Flugbahnen. Wenn die Abwehrdrohne den Effektor abwirft, kann gleichzeitig oder mit nur geringer Zeitversetzung das Ausstoßmittel durch das Aktivierungsmittel aktiviert werden. Damit werden die Fäden des Effektors freigesetzt und durch das Ausstoßmittel so verteilt, dass die Fäden in den Ansaugstrom des Propellers der Kleindrohne gelangen. Bei einem Propeller der Kleindrohne mit starrem Flügel sollten die Fäden zweckmäßigerweise auf der gleichen Höhe freigesetzt werden wie sich der Propeller befindet. Bei einer Kleindrohne mit einem Propeller mit drehbaren Flügeln wird zweckmäßigerweise eine Position oberhalb des Propellers gewählt.
Zweckmäßigerweise umfasst die Erkennungseinrichtung eine Zielerfassungseinrichtung, so dass aus den Daten der Erkennungseinrichtung, welche die Kleindrohne vorzugsweise kontinuierlich erfasst, eine Geschwindigkeit und eine Flugbahn der Kleindrohne ermittelt werden kann. Aus diesen Daten kann eine erste Wirkposition für die Abwehrdrohne ermittelt werden, zu der die Abwehrdrohne mittels der automatischen Steuerung gesteuert wird. Durch kontinuierliche Erfassung der Kleindrohne ist es möglich, Abweichungen von der berechneten Flugbahn der Kleindrohne zu erkennen und daraus eine verbesserte Wirkposition zu ermitteln. Damit wird sichergestellt, dass die Abwehrdrohne eine Wirkposition gegenüber der Kleindrohne erreicht. Zweckmäßigerweise umfasst die Erkennungseinrichtung auch ein Mittel zur Mustererkennung, welches so ausgelegt ist, dass das Zielobjekt durch Vergleich mit typischen Mustern von Flugobjekten identifiziert werden kann.
Zweckmäßigerweise umfasst die Erkennungseinrichtung eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung. Bei der Kamera handelt es sich zweckmäßigerweise um eine schwenkbare Kamera. Mittels der Bildauswertungseinrichtung kann die Erkennungseinrichtung bestimmen, ob und wo sich die Kleindrohne im Bildausschnitt befindet. Entsprechende Daten können für die Zielerfassung und autonome Steuerung in eine Wirkposition genutzt werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Erkennungseinrichtung eine IR-Erfassungseinrichtung und eine thermografische Auswertungseinrichtung. Die IR-Erfassungseinrichtung enthält einen IR-Detektor zur Detektion von Infrarotstrahlung. Mittels der IR-Erfassungseinrichtung und der thermografischen Auswertungseinrichtung können Bilddaten erzeugt und ausgewertet werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Erkennungseinrichtung ein Mikrofon und eine Geräuschauswertungseinrichtung. Dadurch ist es möglich, die Kleindrohne durch die von ihr erzeugten Geräusche zu erkennen und durch die Geräuschauswertungseinrichtung zu orten. Die Abwehrdrohne kann im Weiteren auch einen Sensor zur Erfassung des Abstands über Radar und/oder Ultraschall umfassen.
Vorteilhafterweise kann durch den Einsatz des Effektors die Kleindrohne bereits in großer Entfernung zum Ziel abfangen oder zum Absturz gebracht werden. Das Verfahren ist leise und unauffällig, so dass es sich auch zum Einsatz über bewohntem Gebiet oder bei Veranstaltungen eignet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Abwehrdrohne mit einem Rumpf 1 und auf davon abstehenden Stützen angebrachten Propellern 2, insbesondere vier Rotoren. Die Abwehrdrohne umfasst weiterhin eine mit dem Rumpf 1 verbundene Landevorrichtung 3. Am Rumpf 1 der Abwehrdrohne ist zumindest eine Erkennungseinrichtung 4 angebracht. Die Erkennungseinrichtung 4 kann eine Kamera, eine IR-Erfassungseinrichtung, ein Mikrofon und/oder weitere Sensoren umfassen. Zweckmäßigerweise umfasst die Abwehrdrohne auch einen weiteren Empfänger zum Empfang von Funksignalen. Des Weiteren ist am Rumpf 1 der Abwehrdrohne eine Einrichtung zum Abwurf des Effektors 5 angebracht.
Die Einrichtung zum Abwurf des Effektors 5 ist hier an einer den Rotoren abgewandten Unterseite des Rumpfs 1 angebracht. Sie umfasst hier einen Behälter mit einer Klappe auf der Unterseite, welche sich über ein Steuersignal öffnen lässt. Der Effektor umfasst vorzugsweise Kunststofffäden mit einer Metallbedampfung, wobei die Kunststofffäden unterschiedliche Längen aufweisen. Die Fäden sind vorzugsweise von einer Hülle umgeben, in welcher eine pyrotechnische Ladung als Ausstoßmittel sowie ein über Funk aktivierbares Aktivierungsmittel aufgenommen sind.
Die Abwehr der Kleindrohne kann wie folgt ablaufen:
Die Kleindrohne fliegt in ein überwachtes Gebiet. Ein Pilot startet die Abwehrdrohne und steuert sie in Richtung der Kleindrohne. Über die Erkennungseinrichtungen und einen Sender erhält der Pilot Rückmeldung über den Abstand und die Position der Abwehrdrohne in Bezug auf die Kleindrohne. Der Pilot steuert die Abwehrdrohne so, dass sie die Flugbahn der Kleindrohne möglichst in einem spitzen Winkel von 0° bis 30° schneidet und löst über ein kodiertes Funksignal in einem geringen Abstand zur Kleindrohne die Einrichtung zur Freigabe des Effektors aus. Alternativ kann die Steuerung autonom über eine Zielerfassung erfolgen, sobald die Erkennungseinrichtung die Kleindrohne erfasst hat. Dann wird zweckmäßigerweise von einem Abstandssensor beim Unterschreiten eines vorgegebenen Abstands die Einrichtung zum Abwurf ausgelöst. Der Effektor wird aus dem Behältnis 5 abgeworfen. Der Effektor ist zweckmäßigerweise durch eine Reißleine mit dem Behältnis 5 verbunden, so dass ein Ausstoßmittel in einem vorgegebenen Abstand zur Abwehrdrohne aktiviert wird und die Fäden freisetzt. Die Fäden fallen zweckmäßigerweise in den Ansaugstrom des Propellers der Kleindrohne. Die Fäden des Effektors umwickeln insbesondere den Propeller der Kleindrohne, so dass die Rotation des Propellers der Kleindrohne behindert, insbesondere blockiert, wird. Die Kleindrohne wird flugunfähig und stürzt ab.
Indem der Effektor mittels der Abwehrdrohne zur Kleindrohne verbracht wird, können die Fäden mit hoher Zielgenauigkeit in den Ansaugstrom der Kleindrohne gebracht werden. Insbesondere ist es möglich, auch auf Richtungsänderungen der Kleindrohne zu reagieren. Zweckmäßigerweise wird die fliegende Kleindrohne über einem Bereich unschädlich gemacht, in dem die Wahrscheinlichkeit für Kollateralschäden gering ist.
Bezugszeichenliste

1: Rumpf
2: Propeller
3: Landevorrichtung
4: Erkennungseinrichtung
5: Einrichtung zum Abwurf eines Effektors

Claims

Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne, insbesondere eines ferngesteuerten Helikopters, umfassend: zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers (2), einen mit dem Motor verbundenen Rumpf (1), einen am Rumpf (1) vorgesehenen Effektor sowie eine Einrichtung zum Abwurf des Effektors (5) umfasst.
Abwehrdrohne nach Anspruch 1, wobei der Effektor am Heck des Rumpfs (1) und/oder an einer Unterseite des Rumpfs (1) angebracht ist.
Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Effektor Fäden umfasst, welche aus einem zum Blockieren der beweglichen Teile der Kleindrohne geeigneten Material hergestellt sind.
Abwehrdrohne nach Anspruch 3, wobei die Fäden aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind.
Abwehrdrohne nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Fäden aus einem Kunststoff, einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Verbundmaterial hergestellt sind.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Effektor eine die Fäden umgreifende Hülle sowie ein in der Hülle aufgenommenes Ausstoßmittel und ein Aktivierungsmittel umfasst.
Abwehrdrohne nach Anspruch 6, wobei das Ausstoßmittel ein mechanisches Spannmittel oder eine pyrotechnische Ladung umfasst.
Abwehrdrohne nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei das Aktivierungsmittel eine Reißleine umfasst.
Abwehrdrohne nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Aktivierungsmittel einen Empfänger zum Empfang von Funksignalen oder optischen Signalen umfasst, welcher bei Empfang eines vorgegebenen Befehlssignals das Aktivierungssignal gibt.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Propeller (2) ein Rotor ist.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei am Rumpf (1) eine Kamera angebracht ist.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Rumpf (1) ein Empfänger zum Empfang von Funksignalen aufgenommen ist.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Erkennungseinrichtung (4) zur Erkennung der fliegenden Kleindrohne und zum automatischen Steuern in Richtung der Kleindrohne vorgesehen ist.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung (4) eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung umfasst.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung (4) eine IR-Erfassungseinrichtung und eine thermografische Auswertungseinrichtung umfasst.
Abwehrdrohne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung (4) eine Mikrofon und eine Geräuschauswertungseinrichtung umfasst.