DE19605337C2 - Verfahren zur Veränderung der Infrarot-Signatur eines Flugzeuges - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der räumlichen und zeitlichen Infrarot-Signatur eines Flugzeuges.

Im Verteidigungsfall sind Flugzeuge in wachsendem Mass durch Lenkflugkörper mit Infrarot-Zielsuchköpfen bedroht. Zur Verringerung dieser Bedrohung sind Schutzmassnahmen erforderlich, die üblicherweise darin bestehen, dass vom bedrohten Flugzeug aus Infrarot-Täuschkörper, sogenannte Flares, ausgeworfen werden.

So beschreibt die DE-PS-43 27 976 eine Flaremasse zur Scheinzielerzeugung mit einer spektralen Scheinzielanpassung, die dem Umlenken eines strahlungsempfindlichen Zielsuchflugkörpers von einem zu schützenden Objekt auf ein mittels Flaremasse pyrotechnisch bereitgestelltes Scheinziel dient. Die Abbrandtemperatur und somit die Strahlstärke des Scheinziels wird mit Hilfe eines inerten, einer pyrotechnischen Brandmasse zum Bilden einer Flaremasse hinzugefügten, der Wärmeleitung dienenden Zusatzes eingestellt. Das Maximum der sich aus allen Bestandteilen der Flaremasse ergebenden spektralen Strahldichte des Scheinziels ist bezüglich des Maximums der spektralen Strahldichte der pyrotechnischen Brandmasse zu längeren Wellenlängen im Infrarot-Bereich hin verschoben, wobei gleichzeitig die Abbrandgeschwindigkeit verlangsamt wird. Mit dieser Flaremasse soll erreicht werden, dass das Erzeugen von Scheinzielen ermöglicht wird, welche entsprechend der zu simulierenden Zielsignatur der zu schützenden Objekte, z. B. Flugzeuge, im mittelwelligen Infrarot-Bereich hohe und im kurzwelligen Infrarot-Bereich geringe Strahlstärken aufweisen.

Nachteilig bei diesen bekannten Schutzmassnahmen ist jedoch ganz generell, dass die neuen Generationen von Infrarot­ geführten Lenkflugkörpern eingebaute Flare- Schutzschaltungen aufweisen, die z. B. eine schnelle Intensitätsänderung sowie vom Flugzeug abweichende spektrale Verteilungen detektieren, wobei noch erschwerend hinzukommt, dass in der Umgebung von zivil genutzten Flughäfen keine Infrarot-Täuschkörper ausgeworfen werden können.

Um diesen Nachteil zu beheben, wurde bereits vorgeschlagen, gerichtete IR-Gegenmassnahmen anzuwenden, mit denen die Zielsuchköpfe der bedrohenden Lenkflugkörper mit einer amplitudenmodulierten Infrarot-Zusatzstrahlung derart gestört werden, dass keine ausreichenden Regelsignale zur Verfolgung des Flugzeugs mehr ableitbar sind. Diese gerichteten Gegenmassnahmen basieren im wesentlichen auf den Einsatz von Lampen, wie es in dem Diskussionsbeitrag von W. J. Baukus et al. mit dem Titel "The Application of Directable Infrared Countermeasures to Transport Aircraft - Requirements and Implementation", erschienen in Proceedings of Meeting on "Transport Aircrafty Survivability", 18.10.1993, St. Louis, Missouri, USA, beschrieben ist. Die darin erwähnten Lampen weisen jedoch noch den Nachteil auf, dass sie im Spektralbereich des mittleren Infrarot von 3 bis 5 µm, in dem die modernen Zielsuchköpfe spektral besonders empfindlich sind, eine im Vergleich zur Infrarot- Signatur des Flugzeugs zu geringe Strahlungsdichte aufweisen. Dieser Nachteil macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn der Zielsuchkopf eines bedrohenden Lenkflugkörpers bei bestimmten Anflugrichtungen die heissen Triebwerksteile und/oder den heissen Abgasstrahl gut erfassen kann.

Mit diesen bekannten Vorrichtungen ist es jedoch nicht möglich, die neueste Generation von Lenkflugkörpern, die über Zielsuchköpfe mit abbildenden Eigenschaften verfügen, zu täuschen bzw. abzulenken, da diese Zielsuchköpfe die räumliche Struktur der zu verfolgenden Ziele, d. h. der zu bekämpfenden Flugzeuge, in den betreffenden Spektralgebieten auflösen können. Hinzu kommt noch, dass die Winkelauflösung der Zielsuchköpfe immer besser wird, wobei heutige, allerdings erst im Labormassstab entwickelte Zielsuchköpfe, eine Winkelauflösung bis zu etwa 0,5 mrad erreichen, so dass diese Zielsuchköpfe in der Lage sind, im Vergleich zu bisherigen Zielsuchköpfen Grossflugzeuge schon in grösseren Entfernungen, beispielsweise 3 bis 4 km, näherungsweise räumlich aufzulösen und durch einen Vergleich mit vorab eingegebenen Mustern zu identifizieren. Diese Fähigkeit erleichtert es dem Zielsuchkopf, Abwehrmassnahmen des Flugzeugs zu erkennen, so dass zum einen ausgestossene Schein- und Täuschkörper, auch wenn diese spektral gut an die Flugzeug-Signatur angepasst sind, vom eigentlichen Ziel unterschieden werden können; zum anderen werden punktähnliche Störquellen, wie z. B. die oben erwähnten gerichteten Infrarot-Gegenmassnahmen, bei Näherkommen des Lenkflugkörpers an das Flugzeug wirkungslos, da der Zielsuchkopf das Infrarot-Bild des Flugzeugs räumlich zumindest grob auflösen kann.

In der DE 42 38 038 wird ein Verfahren vorgestellt, wie durch räumlich versetztes Ausbringen von Wirkmassen, die IR-Strahlung aussenden, ein dreidimensionaler Infrarot- Scheinzielkörper erzeugt wird, der die räumliche und spektrale Signatur des zu schützenden Objekts in der Sichtlinie Lenkflugkörper-Objekt simuliert. Dieses Verfahren wird beispielhaft zum Schutz von Schiffen gegen Lenkflugkörper mit abbildenden IR-Zielsuchköpfen beschrieben. Im Falle von sich wesentlich schneller bewegenden Objekten, wie Flugzeugen, hat jedoch das beschriebene Verfahren gravierende Nachteile, da das Scheinziel nach zerlegen der Wirkmassen im wesentlichen in der Umgebungsluft räumlich feststeht, während sich das Flugzeug rasch fortbewegt. Nachdem neuere Lenkflugkörper die kinematischen Kenngrössen des Ziels speichern und schon nach Zeiten von nur etwa 0,05 bis 0,2 Sekunden - abhängig von Flugzeuggrösse, -geschwindigkeit und Lenkflugkörperdaten - das einmal ausgebrachte (dreidimensionale) Scheinziel aus der Sichtlinie zwischen Flugzeug und Lenkflugkörper herausgewandert ist, ergeben sich bei der Anwendung des in DE 42 38 038 beschriebenen Verfahrens auf Flugzeuge praktisch kaum überwindbare Probleme.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, wirksame Massnahmen zum Selbstschutz bei Bedrohung durch Lenkflugkörper mit abbildendem Infrarot-Zielsuchkopf für Flugzeuge und insbesondere Grossflugzeuge zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 vorgeschlagenen Merkmalen; eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch beschrieben.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es besonders wirksam und vorteilhaft ist, die räumliche Infrarot- Signatur eines Flugzeugs nicht nur in einem engen räumlichen Bereich am Rumpf, sondern über typische Flugzeugdimensionen, d. h. unter Einschluss der Flügel, durch eingebaute Infrarot-Strahlköpfe künstlich zu verändern, insbesondere zu überhöhen und dadurch ein räumlich verändertes Infrarot-Bild des Flugzeugs im Zielsuchkopf vorzutäuschen. Mit einer Überhöhung der Infrarot-Abstrahlung an ausgewählten Stellen des Flugzeugs sowie mit einer zeitlichen als auch räumlichen Veränderung dieser Überhöhung kann die Signalverarbeitungslogik des Zielsuchkopfes irritiert werden, so dass die Logik nicht mehr entscheiden kann, ob ein Scheinziel, d. h. ein Täuschkörper oder ein Fluggerät, erfasst wird.

Dieser Irritationsvorgang kann durch einen mit der räumlichen und zeitlichen Signaturänderung abgestimmten Ausstoss von angetriebenen Infrarot-Täuschkörpern, die sich in dieselbe Richtung wie das Flugzeug bewegen und deren räumlicher Abstand auf typische Flugzeugdimensionen abgestimmt ist, noch begünstigt werden. Dabei wird die Infrarot-Signatur der Täuschkörper an die bewusst überhöhte Signatur des Flugzeugs angepasst. Wird dann noch zusätzlich kurz vor bzw. mit dem Flare-Ausstoss die Eigensignatur des Flugzeugs verringert, z. B. durch Reduktion der Triebwerksleistung oder durch eine sonstige Manipulation, so wird im Zielsuchkopf der Eindruck erweckt, dass das angepeilte Ziel sich in Richtung der angetriebenen Infrarot-Täuschkörper fortbewegt. Dadurch wird es dem Flugzeug, das zu diesem Zeitpunkt eine erheblich geringere Infrarot-Signatur als die Täuschkörper aufweist, erleichtert, vom Zielsuchkopf unbemerkt, aus der ursprünglichen Flugrichtung abzudrehen.

Vorteilhafterweise ist jeder Flügel des Flugzeuges mit mindestens einem Infrarot-Strahlkopf versehen, deren mittlerer Abstand dem kleinsten Abstand zweier Triebwerke entspricht. Die von den Infrarot-Strahlköpfen ausgesandten Infrarot-Strahlen weisen vorteilhafterweise eine Wellenlänge zwischen 3,5-4,7 µm und zwischen 1,9 und 2,6 µm auf; den einzelnen Infrarot-Strahlköpfen können entweder jeweils ein diodengepumpter Festkörperlaser zugeordnet sein, oder aber die Infrarot-Strahlköpfe sind über ein Netzwerk von optischen Fasern mit einer gemeinsamen Infrarot-Quelle verbunden.

Bei der Realisierung dieses Konzeptes ist die Anbringung von mehreren Infrarot-Strahlköpfen, d. h. Abstrahlquellen am Flugzeug erforderlich, die je nach Bedrohungsrichtung relativ zur Flugrichtung aktiviert werden können, um ein räumlich verändertes Infrarot-Bild des Flugzeugs zu bewirken. Eine Möglichkeit besteht darin, jeden Abstrahlpunkt mit einer eigenen schaltbaren Laserquelle, insbesondere einem diodengepumpten Festkörperlaser in Kombination mit einem optischen parametrischen Oszillator zu versehen; da jedoch mindestens acht Abstrahlquellen am Flugzeug installiert werden müssen, aber nur eine geringere Zahl je nach Bedrohungsrichtung aktiviert werden muss, wäre die Installation von mindestens acht Lasern kosten- und volumenintensiv.

Eine kostengünstigere Lösung ist hingegen die Installation von wenigen Laserquellen, etwa zwei bis vier Laserquellen mit Verteilung der Infrarot-Laserstrahlung über ein Lichtwellenleiternetz auf die unterschiedlichen Abstrahlpunkte. Bei dieser Lösung besteht ein kleiner Engpass darin, dass die heute schon in Flugzeugen benutzten optischen Glasfaserkabeln im Wellenlängenbereich der auszusendenden Infrarot-Strahlung, d. h. im Bereich zwischen etwa 3,5 und 4,7 µm entsprechend den heute bekannten abbildenden Infrarot-Suchköpfen, nicht transparent und somit ungeeignet sind. Aus diesem Grund ist ein eigenes für die verwendete Infrarot-Strahlung transparentes Wellenleiternetz aus optischen Fasern erforderlich, die breitbandig im Infraroten bei Wellenlängen kürzer als 5 µm, mindestens jedoch im Spektralbereich von 1,5 bis 4,5 µm, nutzbar sind. Hierfür eignen sich insbesondere Fasern aus kristallinem Al₂O₃ oder aber Fasern aus Fluoridglas, die im mittleren Infrarot- Bereich ein akzeptables Transmissionsvermögen bis etwa 4,5 µm aufweisen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Veränderung der Infrarot-Signatur eines Flugzeuges unter Verwendung

• 1. einer Vielzahl von räumlich verteilten Infrarot- Strahlköpfen, deren Abstrahlrichtungen durch einen Flug­ körperwarner ausrichtbar sind und deren mittlerer Abstand dem kleinsten Abstand zweier Triebwerke entspricht und
• 2. ausstossbaren, angetriebenen Infrarot-Täuschkörpern, deren Infrarot-Abstrahlungsfähigkeit mindestens so gross ist wie die flugzeugeigene Infrarot-Abstrahlung,

wobei

• 1. in einem ersten Schritt die Infrarot-Signatur des Flug­ zeuges durch Aktivierung der Infrarot-Strahlungsköpfe er­ höht wird und
• 2. in einem zweiten Schritt diese Signaturerhöhung rück­ gängig gemacht wird und gleichzeitig die angetriebene In­ frarot-Täuschkörper in Flugrichtung ausgestossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Veränderung der Infrarot-Signatur des Flugzeuges durch eine Modifikation der Triebwerksparame­ ter erreicht wird.