DE19914095A1 - Pyrotechnischer Nebelsatz zur Erzeugung eines im sichtbaren, infraroten und im Millimeterwellen-Bereich undurchdringlichen Aerosols - Google Patents
Pyrotechnischer Nebelsatz zur Erzeugung eines im sichtbaren, infraroten und im Millimeterwellen-Bereich undurchdringlichen AerosolsInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Nebelsatz zur Erzeugung eines im sichtbaren, infraroten und im Millimeterwellen-Bereich undurchdringlichen Aerosols für Tarn- und Täuschzwecke, wobei faserförmige leitfähige Dipole oder in-situ leitfähig werdende Dipol-Vorläufer und herkömmliche pyrotechnische im visuellen wie infraroten Bereich wirksame Nebelmassen zu einem gemeinsamen Satz vereinigt sind.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Nebelsatz zur Erzeugung
eines im sichtbaren, infraroten und Millimeterwellen-Bereich undurchdringlichen
Aerosols. Der human- und ökotoxikologisch verträgliche Nebelstoff besteht aus
vorkonfektionierten Dipolen für Strahlung im Frequenzbereich von 2-300 GHz,
welcher sich zur Erzeugung eines im Millimeterwellenbereich undurchdringlichen
Aerosols eignet, und geeigneten Nebelstoffen, die im sichtbaren und infraroten
Bereich absorbieren.
Pyrotechnisch erzeugte Aerosole werden heute überwiegend im militärischen
Bereich zum Tarnen, Täuschen, Blenden, Simulieren und Markieren eingesetzt.
Ein Hauptproblem im Einsatz mit Tarnaerosolen besteht bei der Abschirmung von
elektromagnetischer Strahlung im Frequenzbereich von 2-300 GHz; vorzugs
weise in den atmosphärischen Dämpfungsfenstern zwischen 2-18 GHz und ins
besondere bei 35, 94, 140 und 220 GHz, da in diesen Frequenzbändern typi
scherweise Zielerfassungs- und Verfolgungssysteme (Radargeräte) von Boden-
Boden-Lenkwaffen arbeiten (z. B. SMArt 155, Longbow Hellfire).
Als Methoden zur Tarnung in diesem Frequenzbereich kennt man augenblicklich
nur zwei Methoden.
- a) Die Explosivdispersion geeigneter Dipole, z. B. aluminisierte Glasfasern und Nickel-gecoatete Nylonfasern, mit im v-Bereich angepasster Dipollänge.
- b) Pyrotechnische Erzeugung von Graphitfasern durch thermisch induzierte Expansion von Graphit-Intercalationsverbindungen.
Ein Beispiel für die thermische induzierte Expansion von Graphitverbindungen
zum Zwecke der Aerosolerzeugung ist in der DE 43 37 071 C 1 beschrieben.
Die generellen Nachteile beider Methoden bestehen zunächst in der völligen
Transparenz dieses Aerosols für sichtbare Strahlung und das nahe bis mittlere
Infrarot. Als weitere Nachteile kommt es bei der Explosivdispersion von vorkon
fektionierten Partikeln stets zum sogenannten Bird-nesting. Darunter versteht man
das durch den Explosionsvorgang der Mitte in der Aerosolwolke hervorgerufene
Loch mit sehr niedriger Teilchendichte. An dieser Stelle der Wolke wird die Line of
sight (LOS) nicht blockiert. Weiterhin sinken die bekannten Dipole aufgrund ihres
spezifischen Gewichts sehr schnell zu Boden, so daß nur unbefriedigende
Abdeckzeiten erreicht werden.
Die durch thermisch induzierte Expansion von Graphit-Intercalationsverbindungen
erzeugten Strang und Spiralförmigen Graphitfasern liegen, in Bezug auf ihre
Länge, nur statistisch verteilt vor. Es ist also nicht möglich nur Graphitfasern
bestimmter Länge (z. B. bei 35 und 94 GHz) zu erzeugen, was zur Folge hat, daß
die Wirksamkeit (Dämpfungsleistung) so erzeugter Aerosole in einzelnen Spek
tralbereichen nur sehr begrenzt ist. Weiterhin werden auch Alveolen-gängige Par
tikeln erzeugt, was das Risiko von Atemwegserkrankungen evident macht.
Es stellte sich daher die Aufgabe, neue im sichtbaren, infraroten und im Milli
meterwellenbereich undurchdringliche Aerosole zu finden, welche darüber hinaus
human- und ökotoxologisch verträglich sind.
Es wurde nun gefunden, daß herkömmliche, im visuellen und infraroten Bereich
transmissionshindernde, pyrotechnische Nebelsätze durch Zusatz von mit pyro
technischen Stoffen beschichteten vorkonfektionierten Dipolen die oben beschrie
benen Probleme lösen können.
Dazu enthalten die erfindungsgemäßen Nebelsätze als vorkonfektionierte hitze
beständige Dipole aus Graphit oder einem leitfähig gemachten oder in-situ leitfä
higen keramischen Material wie beispielsweise Ziconiumoxid oder Aluminiumoxid
die mit pyrotechnischen Stoffen beschichtet sind. Diese Dipole werden durch die
heißen Gas-Schwaden beim Abbrand des bekannten Nebelsatzes mitgerissen.
Die Dipole bestehen aus dünnen, leitfähigen Fasern, deren Länge auf die für die
typischen Zielerfassungs- und Verfolgungssysteme üblichen Frequenzbänder
abgestimmt ist. Für die Frequenzen von 35, 94, 140 u. 220 Ghz wird beispiels
weise eine Mischung aus Längen von 1 bis 30 mm verwendet. Der Faserdurch
messer liegt bei 0,001 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,005 bis 0,02 mm.
Die leitfähigen Fasern bestehen entweder aus Metall oder Graphit, der durch Ver
kohlung von gesponnenen Kunststoff-Fasern hergestellt ist, oder aus Glas-,
Keramik- oder Kunststoff-Fasern, die durch einen Metallüberzug leitfähig gemacht
sind. Methoden zum Beschichten von Oberflächen mit einem sehr dünnen Metall
film sind bekannt.
Beispielsweise lassen sich Metalle aus der Gasphase auf den Fasern abscheiden.
Ebenso können aus Übergangsmetallorganylen, insbesondere Carbonylen, durch
Erhitzen bei vermindertem Druck die reinen Metalle auf den Fasern abgeschieden
werden. Alternativ ist auch das in-situ-leitfähig machen mit Hilfe einer pyrotechni
scher Beschichtung denkbar. Diese könnte unter dem Einfluß der Reaktions
wärme des Hauptsatzes unter Bildung eines leitfähigen z. B. metallischen Über
zugs abreagieren. Als Überzugsmaterialien für die keramischen Fasern kommen
daher pyrotechnische Schalter-Systeme in Frage. Geeignete Systeme sind in
Schema. 1 wiedergegeben.
2 PbO + Si → SiO2 + 2 Pb
2 CuO + Si → SiO2 + 2 Cu
2 CuO + Ti → TiO2 + 2 Cu
3 NiO + 2B → B2O3 + 3Ni
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, wird die Dipolfaser 3 erfindungsgemäß zunächst
mit einer Phosphor- oder Phosphorsulfidbeschichtung 2 überzogen, welche nach
dem Ausbringen und Verteilen der Dipole abbrennt und den Auftrieb derselben
erhöht bzw. ihre Sinkrate verlangsamt und zusätzlich eine starke IR-Emission
erzeugt. Ferner weisen diese Fasern noch einen Anzünd-Überzug 1 auf, welcher
eine bekannte, leicht brennbare pyrotechnische Masse aus einem Brennstoff, bei
spielsweise roter Phosphor, Hexachlorcyclohexan, Metallpulver etc., ein Oxidati
onsmittel, beispielsweise Alkalinitrat, Alkaliperchlorat etc., und ein Bindemittel aus
einem polymeren Kunststoff und gegebenenfalls noch Abbrandmoderatoren ent
hält.
Aus Stabilitätsgründen und als Oxidationsschutz kann gegebenenfalls noch eine
Deckschicht (in der Figur nicht dargestellt) aus einem Kunststofflack vorgesehen
sein. Alle Schichten entsprechen in ihrer Dicke größenordnungsmäßig der Faser
dicke selbst, d. h. weisen Dicken von 0,007 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,01 bis
0,02 mm auf und werden üblicherweise durch Eintauchen oder Besprühen der
Fasern mit entsprechenden Lösungen oder Suspensionen der Bestandteile und
Trocknen der Lösemittel hergestellt.
Die erfindungsgemäßen Faserdipole werden mit an sich bekannten pyrotechni
schen Nebelmassen, die im sichtbaren und infraroten Spektralbereich stark streu
ende und absorbierende Aerosole erzeugen, gemischt und in für die Ausbringung
geeignete Preßkörper oder Granulate geformt. Diese werden in ebenfalls bekann
ter Weise mit entsprechenden Zündern, Anzündladungen, Treibladungen etc. in
Hüllen zu den gewünschten Nebelwurfkörpern, Nebel-Granaten oder Raketen
vereinigt. Die entsprechenden Techniken sind mit denen von bekannten
Nebelkörpern für IR- und sichtbares Spektrum identisch, so daß auf eine geson
derte Beschreibung verzichtet wird.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung verdeutlichen, ohne sie jedoch zu
beschränken:
500 g Graphitfasern (50% 35 GHz, 25% 94 GHz, 12,5% 144 GHz und 12,5
220 GHz-Faser-Cut) werden 5 min in einer gesättigten Lösung von Phosphor
sesquisulfid in Schwefelkohlenstoff geschüttelt und im Vakuum bei 40°C und 20
mbar getrocknet.
Nach dem Trocknen der Fasern werden diese durch Tauchen in einer Suspension
aus Rotem Phosphor (50%), Bis(η5-cyclopentadienyl)eisen (25%), Kaliumnitrat
(23%) und einem Novolak-Binder (2%) beschichtet.
Aus 100 g vorbehandelter Fasern und einem herkömmlichen Tarnnebelsatz bspw.
gemäß folgender Rezeptur wird eine erfindungsgemäße Wirkmasse hergestellt:
2750 g Rotem Phosphor, 990 g Kaliumnitrat, 220 g Silicium, 220 g Bor, 220 g Zir konium/Eisen-Legierung und 990 g Macroplast-Binder (30% Festkörper) wird durch schrittweise Zugabe der Komponenten zum roten Phosphor ein teigiger Satz erzeugt. Die lösemittelfeuchte Masse wird (7 mm Maschenweite) gesiebt und 20 Minuten im Vakuum bei 40°C und 20 mbar getrocknet. Das Granulat wird mit einem Pressdruck von 20 Tonnen zu zylindrischen Presslingen von 7 mm Kan tenhöhe und 74 mm Durchmesser verpresst. Eine Tablette besitzt eine Brennzeit von ca. 27 Sekunden.
2750 g Rotem Phosphor, 990 g Kaliumnitrat, 220 g Silicium, 220 g Bor, 220 g Zir konium/Eisen-Legierung und 990 g Macroplast-Binder (30% Festkörper) wird durch schrittweise Zugabe der Komponenten zum roten Phosphor ein teigiger Satz erzeugt. Die lösemittelfeuchte Masse wird (7 mm Maschenweite) gesiebt und 20 Minuten im Vakuum bei 40°C und 20 mbar getrocknet. Das Granulat wird mit einem Pressdruck von 20 Tonnen zu zylindrischen Presslingen von 7 mm Kan tenhöhe und 74 mm Durchmesser verpresst. Eine Tablette besitzt eine Brennzeit von ca. 27 Sekunden.
Der erfindungsgemäß laborierte Nebelstoff dämpft die Strahlung im Infraroten und
visuellen sehr gut (< 95%) darüber hinaus wird im Millimeterwellenbereich in den
betreffenden Frequenzbändern (35, 94, 140 und 220 GHz) eine Dämpfung von
jeweils etwa 20 dB erreicht.
Claims (5)
1. Pyrotechnischer Nebelsatz zur Erzeugung eines im sichtbaren, infraroten und
im Millimeterwellen-Bereich undurchdringlichen Aerosols für Tarn- und
Täuschzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß faserförmige leitfähige Dipole
oder in-situ leitfähig werdende Dipol-Vorläufer und als herkömmliche pyrotech
nische im visuellen wie infraroten Bereich wirksamer Nebelmassen zu einem
gemeinsamen Satz vereinigt sind.
2. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
vorkonfektionierten Dipole der elektromagnetischen Strahlung im Millimeterwel
lenbereich den für Zielsuchgeräte üblichen Frequenzbändern entsprechen.
3. Pyrotechnischer Satz nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Satz 5 bis 25% vorkonfektionierte Dipole oder deren Vorläu
fer enthält.
4. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Dipole aus dünnen leitfähigen Fasern aus Metall, Graphit oder aus Glas-,
Keramik- oder Kunststoffasern, die mit einem leitfähigen Überzug aus Metall
versehen sind, bestehen, eine Länge von 1 bis 30 mm und einen Durchmesser
von 0,001 bis 0,1 mm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern
mit einer ersten Schicht aus Phosphor oder Phosphorsulfid und einer zweiten
Anzündschicht aus einem Brennstoff, einem Oxidationsmittel und einem Bin
demittel überzogen sind, wobei diese Schichten Dicken von 0,001 bis 0,1 mm
aufweisen.
5. Pyrotechnischer Satz nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn
zeichnet, daß Dipole aus Graphitfasern, die mit Phosphorsesquisulfid sowie mit
einer Mischung aus 50% rotem Phosphor, 25% Bis(η5-cyclopentadienyl)eisen,
23% Kaliumnitrat und 2% Novolak-Binder beschichtet sind.
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