EP1588996A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers - Google Patents

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    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J2/00—Reflecting targets, e.g. radar-reflector targets; Active targets transmitting electromagnetic or acoustic waves
    • F41J2/02—Active targets transmitting infrared radiation

Definitions

  • an infrared panel radiator is adapted as a spectrally adjusted Mock target to defend missiles with infrared seekers thereby generates an emissive aerosol cloud in the infrared range.
  • 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)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines Infrarot-Flächenstrahlers,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine im Infrarotbereich emissive Aerosolwolke erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die im Infrarotbereich emissive Aerosolwolke durch die Reaktion eines ersten Primäraerosols mit einem zweiten Primäraerosol erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Primäraerosol unter Druck miteinander vernebelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Primäraerosol aus einer Lösung eines Elektronenakzeptors erzeugt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist aus der Gruppe der sauerstoffhaltigen Säuren.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist Phosphorsäure und Schwefelsäure.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Primäraerosol aus einer Lösung eines Elektronendonators erzeugt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronendonator ausgewählt ist aus der Gruppe der Alkalimetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate, Alkalimetallhydrogencarbonate und Mischungen derselben.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronendonator als Alkalimetall Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium enthält.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Behälter pyrotechnisch zerlegbar sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Behälter an einem Fallschirm befestigt sind.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung einen Elektronenakzeptor enthält und die zweite Lösung einen Elektronendonator enthält.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist aus der Gruppe der sauerstoffhaltigen Säuren.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenakzeptor ausgewählt ist Phosphorsäure und Schwefelsäure.
  18. 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.
  19. 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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