EP1588996A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers - Google Patents
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- emissive aerosol cloud is caused by the collapse or the Reaction of a first and a second primary aerosol produced, preferably be atomized under pressure.
- the body can either be dissected in the target area or one Parachute which is deposited at a certain height. After Unfolding the parachute are the two primary aerosols in the one described above Mixed way.
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Abstract
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers vorgeschlagen, die zur Abwehr von Lenkflugkörpern mit Infrarot-Suchköpfen zum Beispiel bei Schiffen eingesetzt werden können. Gemäß der Erfindung wird zur Erzeugung des Infrarot-Flächenstrahlers eine im Infrarotbereich emissive Aerosolwolke durch die Reaktion eines ersten Primäraerosols aus einer wässrigen Lösung eines Elektronenakzeptors mit einem zweiten Primäraerosol aus einer wässrigen Lösung eines Elektronendonators erzeugt. Die Verwendung solcher Primäraerosole führt zu einer Emission bei 3-5 und 8-14 µm und liefert außerdem keine visuelle Signatur.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur
Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers.
Im militärischen Bereich werden zur Bekämpfung von Zielen, wie beispielsweise
Strahlflugzeugen, Hubschraubern, Panzern und Schiffen, häufig selbstlenkende
Flugkörper wie Luft-Luft- und Boden-Luft-Lenkflugkörper eingesetzt, die üblicherweise
mit Infrarot-Suchköpfen zur Anpeilung und Verfolgung des Ziels
ausgestattet sind. Zur Abwehr solcher Lenkflugkörper mit infrarot-Suchköpfen
verwenden Flugzeuge verschiedenste elektronische und pyrotechnische
Gegenmaßnahmen, wie zum Beispiel Infrarot-Jammer und Infrarot-Täuschkörper,
welche die Infrarot-Signatur des Ziels imitieren, um die anfliegenden
Lenkflugkörper abzulenken. Diese Gegenmaßnahmen sind besonders auf die
Charakteristik von Flugzeugen, d.h. speziell deren Triebwerke, abgestimmt.
Spezielle Gegenmaßnahmen zum Schutz von land- und seegestützten
Plattformen, wie zum Beispiel Panzern und Schiffen, vor angreifenden
Lenkflugkörpern mit Infrarot-Suchköpfen müssen ebenfalls auf die
charakteristischen Eigenschaften des Ziels abgestimmt sein. So sind Schiffe
vergleichsweise kühle Ziele (Tmax = 200°C), weshalb deren Emissionsmaximum
im Spektralbereich zwischen 8 und 14 µm liegt, wohingegen insbesondere
Strahlflugzeuge höchste Strahlstärken im Bereich von 2 bis 5 µm aufweisen. Ein
weiterer Unterschied zu Flugzeugen besteht in der niedrigen
Relativgeschwindigkeit von Schiffen und der großen Fläche, welche Infrarot-Strahlung
emittiert (200 bis 2000 m2 bei Schiffen gegenüber 20 bis 50 m2 bei
Flugzeugen). Hinzu kommt, dass die Infrarot-Strahlung emittierende Fläche
deutlich konturiert ist und auch kurzwellige Emissionsmaxima (sog. Hot Spots)
aufweist, welche auf besonders heiße Teile wie zum Beispiel den Kamin und die
Katapultstarteinrichtung zurück zu führen sind.
Fig. 1 zeigt die Strahlstärkeverteilung für einen grauen Strahler 1 und einen
schwarzen Strahler 2 bei einer angenommenen Körpertemperatur von 473°K. Die
Abszisse zeigt die Wellenlänge in µm. Die Ordinate gibt die Strahlstärke in mW
cm-2 µm-1 an. Aufgrund der dargestellten Charakteristik für den selektiven Strahler
werden zur Bekämpfung von Schiffen vorzugsweise Lenkwaffen mit abbildenden
Zweifarb-Infrarotsuchköpfen in den Bereichen 2 bis 5 µm und 8 bis 14 µm
eingesetzt.
Zum Schutz von Schiffen vor Lenkflugkörpern sind im Stand der Technik bereits
verschiedene Infrarot-Scheinziele entwickelt worden.
So offenbart zum Beispiel das US-Patent Nr. 5,343,794 eine einfache Schwimmfackel,
die mit Polydimethylsiloxan betrieben wird, um eine gute spektrale Anpassung
an die Signatur von Schiffen zu erzielen. Trotz der guten spektralen
Anpassung mangelt es diesen Schwimmfackeln an der notwendigen flächigen
Ausdehnung und zum Teil auch an der fehlenden Strukturierung der Infrarotquelle.
Diese Probleme können durch den Einsatz von aerodynamischen
Scheibchentäuschkörpern gelöst werden. Dabei handelt es sich um im
Wesentlichen mit rotem Phosphor und einem Verdicker beschichtete
verbrennliche Folien, wie diese zum Beispiel in der DE 35 15 166 C2 beschrieben
sind. Der Nachteil dieser bekannten Infrarot-Scheinziele besteht wieder in der
mangelnden spektralen Anpassung, da diese Scheibchentäuschkörper auf Basis
roten Phosphors besonders stark im kurzwelligen Infrarotbereich emittieren. Die
WO-A-95/05572 beschreibt daher, wie durch den Zusatz von den Abbrand
regulierenden Additiven auf Basis von Silikaten die spektrale Intensitätsverteilung
brennender Scheibchentäuschkörper auf Basis roten Phosphors vorteilhaft
verändert werden kann.
Trotz intensiver Bemühungen, die spektrale Intensitätsverteilung pyrotechnischer
Scheinziele anzupassen, können moderne Infrarot-Suchköpfe auch diese
Scheinziele zurückweisen. Dies beruht darauf, dass pyrotechnische Emitter, seien
dies herkömmliche oder auch spektral adaptierte (siehe WO-A-95/05572), immer
noch zu hohe Strahlstärken im kurzwelligen Infrarotbereich aufweisen. Diese
Scheinziele werden dadurch vom Infrarot-Suchkopf als bereits getroffenes Ziel
identifiziert und deshalb von der weiteren Bekämpfung ausgeschlossen. In der
Folge wird das eigentliche, kältere Ziel wieder aufgenommen und bekämpft. Ein
weiteres Problem, das mit pyrotechnischen Infrarot-Scheinzielen verbunden ist, ist
die inhärente Brandgefahr für Schiffe im Nahbereich von ausgebrachten
Scheinzielen zum Beispiel auf der Basis von rotem Phosphor.
Schließlich schlägt die WO-A-98/57847 zum Schutz von potentiellen Zielobjekten
in mariner Umgebung ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserwolken vor,
welche auch durch den Zusatz nicht näher spezifizierter Zusätze für die
Absorption in nicht näher spezifizierten Spektralbereichen genutzt werden
können. Dieses herkömmliche Verfahren löst allerdings nicht das Problem, wie
Infrarot-emissive Scheinziele zum Schutz von zum Beispiel Schiffen erzeugt
werden können. Des weiteren müsste die Ausdehnung der in der WO-A-98/57847
beschriebenen Wasserwolke solche Ausmaße erreichen, dass die
komplette Infrarot-Signatur des Schiffes auf ein bestimmtes Maß unter die
Kontrastschwelle gesenkt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers vorzusehen, mit
denen die oben beschriebenen Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll
der erzeugte Infrarot-Flächenstrahler die Infrarot-Signatur des Ziels besser
imitieren und auch eine dem Ziel entsprechend große Ausdehnung besitzen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1
bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche 2 bis 10 bzw. 12 bis 19.
Erfindungsgemäß wird ein Infrarot-Flächenstrahler als spektral angepasstes
Scheinziel zur Abwehr von Lenkflugkörpern mit Infrarot-Suchkörpern dadurch
erzeugt, dass eine im Infrarotbereich emissive Aerosolwolke erzeugt wird. Diese
im Infrarotbereich emissive Aerosolwolke wird durch den Zusammentritt bzw. die
Reaktion eines ersten und eines zweiten Primäraerosols erzeugt, die vorzugsweise
unter Druck miteinander vernebelt werden.
Das erste Primäraerosol wird dabei aus einer Lösung eines Elektronenakzeptors
erzeugt, während das zweite Primäraerosol bevorzugt aus einer Lösung eines
Elektronendonators erzeugt wird. Geeignete Elektronenakzeptoren für das erste
Primäraerosol sind ausgewählt aus der Gruppe der sauerstoffhaltigen Säuren,
bevorzugt ausgewählt aus Phosphorsäure und Schwefelsäure; geeignete
Elektronendonatoren für das zweite Primäraerosol sind ausgewählt aus der
Gruppe der Alkalimetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate,
Alkalimetallhydrogencarbonate und Mischungen derselben, wie zum Beispiel
Lithiumhydroxid, Lithiumcarbonat, Lithiumhydrogencarbonat, Natriumhydroxid,
Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat,
Kaliumhydrogencarbonat, Rubidiumhydroxid, Rubidiumcarbonat,
Rubidiumhydrogencarbonat, Cäsiumhydroxid, Cäsiumcarbonat und
Cäsiumhydrogencarbonat. Bei Zusammentritt der beiden wässrigen Lösungen in
Aerosolform erfolgt gemäß der folgenden Gleichung eine heftige exotherme
Reaktion:
H3PO4ae + MOH ae → MH2PO4 ae + H2O ae + Q
mit M = Li, Na, K, Rb, Cs
Die freigesetzte Reaktionswärme Q wird aufgrund der selektiven Emissionseigenschaften
der Reaktionsprodukte (z.B. Sulfate, Phosphate, Hydrogen- und
Dihydrogenphosphate) vorzugsweise im langwelligen Infrarotbereich (8 bis 14
µm) abgestrahlt. Insbesondere führt die Verwendung von Phosphorsäure als
Elektronenakzeptor des ersten Primäraerosols zur Bildung von
Alkalimetalldihydrogenphosphaten, -hydrogenphosphaten und -orthophosphaten,
welche starke Emissionsbanden in atmosphärischen Transmissionsfenstern bei 3
bis 5 µm und 8 bis 14 µm aufweisen. Bei in mariner Umgebung typisch hohen
Luftfeuchtigkeitskonzentrationen ist weiterhin mit der Bildung der Hydrate der
entsprechenden Salze zu rechnen, was weiterhin zusätzlich ca. 300 kJ an
thermischer Energie je Mol gebundenen Wassers liefert.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Primäraerosole liefert vorteilhafterweise
keinerlei visuelle Signatur, was insbesondere bei Nacht eine visuelle Erkennung
des Scheinziels verhindert, da Wolken bzw. Nebel in mariner Umgebung als
typisch zu erachten sind.
Ferner entstehen durch die stöchiometrische Verwendung der sogenannten
Primäraerosole zur Erzeugung des Infrarot-Flächenstrahlers lediglich salzhaltige
Aerosoltröpfchen. Diese sind weder toxisch, brandgefährlich noch ätzend, was
einen weiteren Vorteil gegenüber den herkömmlichen Infrarot-Flächenscheinzielen
darstellt.
Fig. 2 zeigt einen Vergleich der Bildungswärmen für die
Alkalimetallorthophosphate und -sulfate. Hierbei wird deutlich, dass insbesondere
die Verwendung von Phosphorsäure als Elektronenakzeptor des ersten
Primäraerosols zur Erzielung einer möglichst hohen Strahlungsleistung vorteilhaft
ist. Die Ordinate ist für die Bildungswärme in kjmol-1 kalibriert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Infrarot-Flächenscheinziele besteht in
der selbst nach Abkühlung der Aerosolwolke noch vorhandenen transmissionsdämpfenden
Wirkung der Wolke, welche bei Ausbringung der Aerosolwolke direkt
vor dem Ziel der Extinktion der Zielsignatur dient.
Zur Ausbringung der im Infrarotbereich emissiven Aerosolwolke wird zum Beispiel
ein ballistischer oder angetriebener Körper eingesetzt, welcher im Zielgebiet seine
Wirkladung freisetzt. Dieser Körper enthält beispielsweise einen ersten Behälter
mit der ersten Lösung zur Erzeugung des ersten Primäraerosols darin und einen
zweiten Behälter mit der zweiten Lösung zur Erzeugung des zweiten
Primäraerosols darin. Die beiden Behälter können zum Beispiel jeweils eine Düse
aufweisen, durch welche die beiden Primäraerosole unter Druck miteinander
vernebelt werden können, oder jeweils pyrotechnisch zerlegbar sein. Auf diese
Weise kann eine möglichst vollständige Durchmischung und damit auch Reaktion
der beiden Primäraerosole gewährleistet werden.
Der Körper kann entweder erst im Zielgebiet zerlegt werden oder auch einen
Fallschirm aufweisen, der auf einer bestimmten Höhe abgesetzt wird. Nach der
Entfaltung des Fallschirms werden die beiden Primäraerosole in der oben beschriebenen
Weise vermischt.
Die Vorteile der oben beschriebenen und in den anhängenden Ansprüchen
definierten Erfindung liegen insbesondere in der hohen spektralen Anpassung des
Infrarot-Flächenscheinziels zum Beispiel an Schiffe, der großen notwendigen
flächigen Ausdehnung der Infrarot-Flächenscheinziele und der fehlenden visuellen
Wahrnehmbarkeit insbesondere bei Nacht und schlechtem Wetter, sowie der
Vermeidung einer Brandgefahr bei der Ausbringung dieser Infrarot-Flächenscheinziele.
Claims (19)
- Verfahren zur Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers,
dadurch gekennzeichnet, dass eine im Infrarotbereich emissive Aerosolwolke erzeugt wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die im Infrarotbereich emissive Aerosolwolke durch die Reaktion eines ersten Primäraerosols mit einem zweiten Primäraerosol erzeugt wird. - Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Primäraerosol unter Druck miteinander vernebelt werden. - Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Primäraerosol aus einer Lösung eines Elektronenakzeptors erzeugt wird. - Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist aus der Gruppe der sauerstoffhaltigen Säuren. - Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist Phosphorsäure und Schwefelsäure. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Primäraerosol aus einer Lösung eines Elektronendonators erzeugt wird. - Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronendonator ausgewählt ist aus der Gruppe der Alkalimetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate, Alkalimetallhydrogencarbonate und Mischungen derselben. - Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronendonator als Alkalimetall Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium enthält. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Primäraerosol in einem solchen stöchiometrischen Verhältnis eingesetzt werden, das eine maximale Wärmefreisetzung gewährleistet. - Vorrichtung zur Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Behälter mit einer ersten Lösung darin und einen zweiten Behälter mit einer zweiten Lösung darin aufweist, wobei ein erstes Primäraerosol der ersten Lösung und ein zweites Primäraerosol der zweiten Lösung unter Erzeugung einer im Infrarotbereich emissiven Aerosolwolke miteinander reagieren. - Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Behälter jeweils eine Düse aufweisen, durch welche das erste und das zweite Primäraerosol unter Druck miteinander vernebelt werden können. - Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Behälter pyrotechnisch zerlegbar sind. - Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Behälter an einem Fallschirm befestigt sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung einen Elektronenakzeptor enthält und die zweite Lösung einen Elektronendonator enthält. - Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist aus der Gruppe der sauerstoffhaltigen Säuren. - Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist Phosphorsäure und Schwefelsäure. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronendonator ausgewählt ist aus der Gruppe der Alkalimetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate, Alkalimetallhydrogencarbonate und Mischungen derselben. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lösung in einem solchen stöchiometrischen Verhältnis in dem ersten bzw. dem zweiten Behälter vorhanden sind, das bei der Reaktion des ersten und des zweiten Primäraerosols eine maximale Wärmefreisetzung gewährleistet.
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