DE4402855A1 - Einrichtung zur Abwehr eines angreifenden Luftziel-Flugkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1, wobei der optronische Such­ kopf des abzuwehrenden Luft Ziel-Flugkörpers gewöhnlich im Infrarotbereich des elektromagnetischen Strahlungs­ spektrums arbeitet. Deshalb ist es bekannt (Zeitschrift PM, Heft 7/1988, Seiten 48 bis 57, insbesondere 2. Ab­ satz der rechten Spalte von Seite 50), den Suchkopf ei­ nes angreifenden Flugkörpers durch das Ausbringen sehr heller und heißer Leuchtkörper (sog. Flares) vom be­ drohten Luftfahrzeug aus zu blenden bzw. abzulenken. Moderne Flugkörper-Zielverfolgungseinrichtungen sind mit Sensoren zur Unterscheidung zwischen Flares und Flugzielen ausgestattet, die z. B. durch eine Zielumriß- Bildverarbeitung. Sie lassen sich deshalb durch punktuelle Wärmequellen kaum noch ablenken. Das gilt entsprechend für Aufhell-Strahlquellen zur Irritation von Uv-Suchköpfen (vgl. DE-PS 41 07 533).

Aus der DE-OS 36 23 808 ist es bekannt, einen Hochener­ gie-Laserstrahl über einen Nachführregler und eine ad­ aptive Optik zum Optimieren des Strahlquerschnitts auch dann auf einen einmal erfaßten Zielpunkt zu halten, wenn sich das Ziel bewegt oder wenn dessen für die Nachführregelung ausgenutzte Reflexion aufgrund der gewünschten Zerstörung des Materials im Zielpunkt nachläßt. Ein derartiges System erscheint gut geeignet für stationäre oder jedenfalls landgebundene Laser im Einsatz gegen Flugzeuge und große Flugkörper; aber um Luftziel-Flugkörper abzuwehren, wäre es nicht realistisch, mit solchen Systemen etwa Transportflug­ zeuge auszustatten, die kurzfristig zu humanitären Zwecken oder zur Versorgung von Krisenreaktionskräften eingesetzt werden und dann militärisch unaufgeklärtes Gelände überfliegen müssen, aus dem heraus sie durch mit modernen kleinkalibrigen Flugabwehr-Flugkörpern ausgestattete Partisanen bzw. Rebellen überaus gefähr­ det sind.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problematik zugrunde, eine wirksame Abwehreinrichtung zu schaffen, mit der poten­ tiell gefährdete Luftfahrzeuge unproblematisch nachrüstbar sind, um sich der Bedrohung durch suchkopf­ gesteuerte Luftziel-Flugkörper zu erwehren.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlich dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Abwehreinrichtung gemäß dem Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung wird das zu schützende Luftfahrzeug mit einer vergleichsweise kleinbauenden Laserquelle ausgestattet, deren Laserstrahl über einen rundumsu­ chungen Warnsensor mit breitem Gesichtsfeld grob in die Bedrohungsrichtung orientiert und dann von der Nach­ führoptik eines ebenfalls passiven Zielverfolgungssy­ stems mit wesentlich schmalerer Charakteristik auf den sich aufheizenden Dom des angreifenden Lenkflugkörpers gerichtet wird. Wegen des kleinen Durchmessers des tragbaren und typischerweise mit einem Infrarotsuchkopf ausgestatteten Flugkörpers ist die Gefahr gering, daß das Zielverfolgungssystem mit dem Abwehr-Laserstrahl den Angreifer wieder verliert, da noch auf mittlere Di­ stanz der Durchmesser des Lenkflugkörpers deutlich kleiner ist als der Querschnitt des Abwehrstrahles.

Durch die Frequenz des Abwehrstrahles aus der gepulsten Laserquelle oder (bei dichterer Annäherung) durch Über­ steuerung wird der thermische Suchkopf-Detektor gestört bzw. geblendet und dadurch dessen Zielverfolgungs-Re­ gelschleife außer Betrieb gesetzt. Hierfür sind ver­ gleichsweise geringe Energiedichten im Abwehrstrahl er­ forderlich, wenn dessen Frequenz im Nutzband des Such­ kopf-Detektors liegt. Größere Energiedichten können so­ gar zur thermischen Zerstörung des Suchkopfes auch bei Einsatz nicht-thermischer Detektoren in größerka­ librigen Lenkflugkörpern führen.

Die erfindungsgemäße Abwehreinrichtung kann autark funktionstüchtig in einen schlanken Container eingebaut sein, der als Außenlast unter dem zu schützenden Luft­ fahrzeug angehängt wird und nach Erschöpfung der Ener­ gieversorgung unproblematisch komplett gegen ein funk­ tionstüchtiges neues Exemplar austauschbar ist.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie wei­ tere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksich­ tigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungs- und Einsatzbei­ spiels zur erfindungsgemäßen Lösung.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein typisches Einsatz-Szenario für die erfin­ dungsgemäße Flugkörper-Abwehreinrichtung,

Fig. 2 in Prinzipdarstellung ein an das zu schüt­ zende Luftfahrzeug adaptierbares System mit der Abwehreinrichtung für das Szenario nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Funktions-Blockschaltbild für das System nach Fig. 2,

Fig. 4 in Prinzipdarstellung den Aufbau einer Laser­ quelle zum thermischen Zerstören eines Such­ kopf-Detektors oder seiner vorgeschalteten Optik und

Fig. 5 ein Realisierungsbeispiel für eine breitban­ dige Niederleistungs-Laserquelle zum Blenden von Infrarot-Suchköpfen mit unterschiedlichen Detektor-Nutzbändern.

Ein Luftfahrzeug 11, etwa ein vergleichsweise langsames und vor allem wenig wendiges Linien- oder Transport­ flugzeug, wie es mit Hilfs- oder Betriebsgütern für hu­ manitäre Aktionen oder für Krisenreaktionskräfte Ein­ satz findet, wird beispielsweise beim Start oder bei der Landung von einem tragbaren, kleinkalibrigen Lenk­ flugkörper 12 aus einem Hinterhalt heraus angegriffen. Der hinter einem Dom in die Spitze des Lenkflugkörpers 12 eingebaute optronische Suchkopf 13 arbeitet typisch im nahen oder ferneren Infrarotbereich des elektroma­ gnetischen Strahlungsspektrums und hat deshalb auf ein Triebwerk des Luftfahrzeuges 11 aufgeschaltet. Gewöhn­ lich weicht (wie dargestellt) die aktuelle Flugrichtung des Angreifers, bis auf die letzte Phase der Annähe­ rung, noch von der tatsächlichen Zielrichtung ab. Der also etwa längs einer Schleppkurve oder längs einer vorverlegten Schleppkurve angreifende Lenkflugkörper 12 würde etwaigen Ausweichmanövern des Luftfahrzeuges 11 (außer vielleicht in der allerletzten Angriffsphase) ohne weiteres folgen können, zumal insbesondere während des Starts und der Landung nur höchst beschränkte Aus­ weichmanöver möglich sind. Die Wirkung von aus dem Luftfahrzeug 11 abgeworfenen Heißlichtquellen (Flares) auf den Suchkopf 13 des Angreifers versagt insbesondere bei schon zu dichter Annäherung und auch dann, wenn im verfolgenden (oder frontal angreifenden) Lenkflugkörper 11 auch eine Szenenauswertung erfolgt, um den einmal aufgefaßten eigentlichen Zielumriß (also das gefährdete Luftfahrzeug 11) als Schatten vor dem Hintergrund nicht wieder aus dem Angriffskontakt zu verlieren. Deshalb hat das Luftfahrzeug 11 gewöhnlich keine Überle­ benschance gegen den angreifenden Lenkflugkörper 12.

Wenn dagegen das potentiell gefährdete Luftfahrzeug 11 mit einer Abwehreinrichtung 14 gemäß vorliegender Er­ findung ausgestattet ist, dann wird der Suchkopf 13, dessen Gesichtsfeld 15 das Luftfahrzeug 11 und damit seine Abwehreinrichtung 14 erfaßt hat, von einem Ab­ wehr-Laserstrahl 16 ins Visier genommen. Das hat zur Folge, daß der Infrarot-Detektor im Suchkopf 13 des An­ greifes zunächst mit der störenden Taktfrequenz des ge­ pulsten Abwehrstrahles 10 beaufschlagt, bei dichterer Annäherung schließlich übersteuert und in noch größerer Energiekonzentration sogar thermisch zerstört, also der Suchkopf 13 gewissermaßen geblendet und jedenfalls au­ ßer Funktion gesetzt wird. Dadurch ist die Zielauf­ schaltung des angreifenden Lenkflugkörpers 12 gestört, so daß dieser mit großer Wahrscheinlichkeit sein Ziel verfehlt, weil er abweichend von der momentanen Ziel­ richtung seine aktuelle Flugrichtung beibehält oder aber weil er abstürzt, da die Ruderansteuerung in einen Endanschlag driftet. Jedenfalls kann nach Ausfall der Lenkschleife im angreifenden Flugkörper 12 die gegebene Abweichung zwischen Flugrichtung und Zielrichtung nicht mehr ausgeregelt werden.

Um in ungesichertem Gebiet einzusetzende Luftfahrzeuge 11 rasch und technisch unproblematisch gegen die Bedro­ hung durch Lenkflugkörper 12 schützen zu können, ist die erfindungsgemäße Abwehr-Einrichtung 14 zweckmäßigerweise als autark funktionstüchtiges System in einen strömungsgünstig geformten schlanken Container 17 integriert, der wie eine Außenbord-Last unter dem Rumpf oder unter einem Flügel des Luftfahrzeuges 11 eingeklinkt werden kann. Dieser Container 17 ist hinter einem strahlentransparenten Dom 18 (Fig. 2) mit einer Nachführoptik 19 (bei der es sich wie skizziert um ein Kippspiegelsystem handeln kann) ausgestattet, die gleichzeitig in den Strahlengängen sowohl eines Ziel­ verfolgungssystems 20 wie auch einer Laserquelle 21 liegt. Beim Zielverfolgungssystem 20 kann es sich um eine Korrelationsschaltung handeln, wie sie etwa in der DE-OS 34 02 190 beschrieben ist. Es genügt aber durch­ aus schon eine einfache Track-Infrarotkamera, die vom Warnsensor 10 in Richtung 22 auf den sich annähernden Flugkörper 12 orientiert wird, der sich durch besonders heiße Regionen - etwa an den Flügel spitzen und vor al­ lem vor dem Dom seines Suchkopfs 13 - seiner Umgebung gegenüber signifikant abhebt.

Da das Zielverfolgungssystem 20 zum möglichst genauen Einhalten der Abwehr-Richtung 22 mit einer schmalen Charakteristik arbeitet, ist die Abwehreinrichtung 14 also zweckmäßigerweise zusätzlich mit einem Warnsensor 10 ausgestattet, bei dem es sich um ein handelsübliches Raketenwarnsystem zum Absuchen des Halbraumes unter dem Luftfahrzeug 11 handeln kann. Wenn dieses Warnsystem im Infrarotspektrum arbeitet, wird von ihm eventuell schon die intensivere Infrarotstrahlung erfaßt, die beim Start des angreifenden Flugkörpers 12 entsteht. Jeden­ falls weist der mit breitem Gesichtsfeld rundum su­ chende Warnsensor 10 bei Zielauffassung das Zielverfol­ gungssystem 20 grob auf die Bedrohungsrichtung 22 ein. Aufeinanderfolgende Wärmebilder des dann erfaßten Flug­ körpers 12 können noch daraufhin ausgewertet werden, ob es sich um ein in Bewegung befindliches Echtziel han­ delt, und insbesondere um eine Bedrohung des Luftfahr­ zeuges 11, während die Optik 19 für die Zielverfolgung und für den Abwehrstrahl 16 stets der aktuellen Rich­ tung 22 zum Flugkörper 12 nachgerichtet bleibt.

In dieser Nachführoptik 19 wird also auch der aus der Laserquelle 21 ausgekoppelte Laserstrahl 23 einge­ speist, der dann als Abwehrstrahl 16 direkt auf den an­ greifenden Flugkörper 12 und damit auf dessen Suchkopf 13 trifft und diesen stört, bei hinreichender Annähe­ rung dann blendet und schließlich vielleicht sogar zer­ stört.

Außer dem Zielverfolgungssystem 20 (mit der Nachführop­ tik 19) und der Laser-Quelle 21 sind in dem Container 17 deren batteriegespeisten Stromversorgungen 24, die Track-Elektronik 25 und eine Feuerleitung 26 zum Akti­ vieren der Quelle 21 nach Aufschalten des Zielverfol­ gungssystemes 20 enthalten, sowie gegebenenfalls eine ECM-Einrichtung 27 zum funktechnischen Stören gegneri­ scher Fernsteuerungen bei radargeführtem Flugkörper 12.

Um in gleicher Weise frontal und rückwärtig verfolgend angreifende Flugkörper 12 blenden zu können, kann ein Luftfahrzeug 11 mit zwei solchen Containern 17 in ge­ gensinniger Orientierung parallel zu seinem Rumpf aus­ gestattet werden, von denen der eine stirnseitige Dom in Flugrichtung und der andere Dom der Flugrichtung entgegen orientiert ist; oder ein Container 17 ist mit einem gemäß Fig. 2 halbkugelförmig nach unten vorra­ genden Dom 18 ausgestattet, der praktisch den gesamten Halbraum unter dem zu schützenden Luftfahrzeug 11 durch das Zielverfolgungssystem 20 erfassen läßt.

Der Einsatz einer etwa in der Zeitschrift OLE (Januar 1993, Seiten 18/19) näher beschriebenen Feststoff-La­ serquelle 21 mit Halbleiter-Pumpdioden 28 (Fig. 4) liefert genügend Energie zum thermischen Zerstören des Detektors in einem gegnerischen Suchkopf 13. In der Prinzipdarstellung eines Aufbaues für eine solche La­ ser-Quelle 21 sind die Kühlplatten fortgelassen, die den Laserstab 29 zur Verlustwärme-Abfuhr einfassen und erforderlichenfalls Kühlmittel-Kanäle enthalten. Vor­ zugsweise handelt es sich um einen Neodym-YAG-Stab 29 vor dem Resonator-Spiegel 30, der von zwei einander ge­ genüberliegenden Längsseiten her mittels eines Arrays von Halbleiter-Dioden 28 gepumpt wird. Durch den halb­ transparenten Auskoppelspiegel 31 hindurch wird ein Laserstrahl 23 derart gut fokussiert ausgegeben, daß im Impulsbetrieb schon auf einige 100 m Distanz zum an­ fliegenden Flugkörper 12 bereits ausreichende Blendlei­ stung verfügbar ist.

Zweckmäßig ist eine Frequenzverschiebung in das typi­ sche Arbeitsband des Infrarot-Suchkopfes 13, um schon auf größere Distanz die Stör- und Blendwirkung zu erhö­ hen. Dazu kann ein nichtlinearer Kristall oder ein op­ tischer parametrischer Verstärker zwischen der Laser­ quelle 21 und der Nachführoptik 19 des Zielverfolgungssystems 20 Einsatz finden. Die Taktfrequenz der gepul­ sten Laserquelle 21 entspricht der üblichen Retikel- Frequenz in einem Infrarot-Suchkopf 13, oder sie ist über einen typischen Frequenzbereich durchstimmbar. Da­ durch wird schon die Signalverarbeitung hinter dem thermischen Detektor im Suchkopf 13 gestört, noch ehe bei größerer Annäherung die Energiedichte im Abwehr­ strahl 16 zur Übersteuerung und schließlich zur thermi­ schen Zerstörung des Detektors im angreifenden Suchkopf führt.

Ein Beispiel für eine breitbandigere Laserquelle 21 ge­ ringerer, aber für den Blendeffekt durch Übersteuerung ausreichender Leistung zeigt Fig. 5. Um alle Arbeits­ bänder typischer Infrarot-Suchköpfe 13 abzudecken, sind die Laserstrahlen 23′, 23′′ und 23′′′ eines frequenz­ verdoppelten CO-2-Resonators 32′ und eines Ho:YAG-Reso­ nators 32′′ für Detektorbeeinflussung in den typischen Nutzbändern sowie eines frequenzverdreifachten Nd:YAG- Resonators 32′′′ gegen Ultraviolettstrahlung aus­ wertende Suchköpfe 13 wie skizziert über strahlaufwei­ tende Teleskope 33 und Strahlteiler 34 sowie den ge­ meinsamen Kippspiegel der Nachführoptik 19 zum ausge­ sandten Abwehrstrahl 16 kombiniert. Zur Optimierung der Strahlleistung über dem Querschnitt für eine Fokussie­ rung des Abwehrstrahles 16 im abzuwehrenden Flugkörper 12 kann vor dem Kippspiegel der Nachführoptik 19 zu­ sätzlich eine adaptive Optik oben erwähnter Art Einsatz finden.

Claims (12)

1. Einrichtung (14) zur Abwehr eines ein Luftfahrzeug (11) angreifenden Luftziel-Flugkörpers (12) mit Suchkopfzielverfolgung, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftfahrzeug (11) mit einer Laserquelle (21) ausgestattet ist, deren Laserstrahl (23) über die Nachführoptik (19) eines Zielverfolgungssy­ stems (20) als Abwehrstrahl (16) auf den anflie­ genden Flugkörper (12) ausrichtbar ist, um dessen Suchkopf (13) je nach Annäherungssituation Störim­ pulse, Übersteuerung oder Zerstörung außer Funk­ tion zu setzen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführoptik (19) von einer Infrarot- Track-Kamera als Zielverfolgungssystem (20) ge­ steuert des anfliegenden Flugkörper (12) anvi­ siert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zielverfolgungssystem (20) zum Ausrichten des Abwehrstrahles (16) dem anfliegenden Flugkör­ per (12) entgegen mit einem Bildkontrast- oder ei­ nem Bildkorrelations-Tracker ausgestattet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zielverfolgungssystem (20) zum Ausrichten des Abwehrstrahles (16) auf den anfliegenden Flug­ körper (12) mit einer Infrarot-Kamera Bildbewe­ gungsdetektion ausgestattet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Warnsensor (10) aufweist, der die Hemisphäre unter dem Luftfahrzeug (11) mit breitem Gesichtsfeld nach einem potentiellen An­ greifer absucht und das Zielverfolgungssystem (20) mit ihrem dagegen schmalen Gesichtsfeld sowie den gebündelten Abwehrstrahl (16) auf die aktuell er­ kannte Bedrohungsrichtung (22) ausrichtet und in Funktion setzt.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführoptik (19) in einem halbkugelför­ mig vertikal orientierten Dom (18) arbeitet.

7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle einen Strahl (23) liefert, der im Takt einer typischen Suchkopf-Retikelfrequenz gepulst ist oder dessen Pulstakt variabel ist.

8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle (21) einen Strahl (23) lie­ fert, in dem Schwingungskomponenten in den typi­ schen Arbeitsbändern von Infrarot-Detektoren im nahen und/oder fernen IR-Spektrum sowie gegebenen­ falls im UV-Strektralband einander überlagert sind.

9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Laserquelle (21) einen im Pulsbetrieb di­ odengepumpten Resonatorstab (29) mit anschließen­ der Frequenzvervielfachung aufweist.

10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Laserquelle (21) mehrere unterschiedliche Gasresonatoren (32) parallel betreibt.

11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sie als autarkes System einschließlich Strom­ versorgung (24) in einen schlanken, leicht aus­ tauschbar als Außenlast unter dem zu schützenden Luftfahrzeug (11) adaptierbaren Container (17) an­ geordnet ist.

12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich mit einer ECM-Radarabwehr (27) ausgestattet ist.