EP1816430B1 - Verfahren und System zur Abwehr von Flugkörpern - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Abwehr von Flugkörpern, welche Explosivstoffe mit piezoelektrischem Zünder aufweisen.
• Piezoelektrische Sensoren werden häufig als Einschlagszünder zur Auslösung explosiver Nutzlasten in ungelenkten Flugkörpern, z.B. Raketen oder Geschossen, verwendet. Ein typisches Beispiel eines solchen Flugkörpers ist die russische RPG-7 Panzerabwehrgranate, die in Fig. 1 dargestellt ist.
• Diese Waffen sind weit verbreitet. Mit ihnen ist eine große Zahl von Opfern in den heutigen asymmetrischen Kriegsszenarien verbunden. Die wesentliche Verteidigung gegen derartige Waffen besteht in einer Panzerung. Diese ist jedoch nicht immer wirksam gegen den starken Plasmastrahl, der durch die Hohlladung erzeugt wird.
• Aktive Abwehrsysteme, mit denen versucht wird, den Flugkörper im Flug abzuschießen, wurden bereits vorgeschlagen. Diese sind aber sehr teuer, haben nur eine geringe Treffwahrscheinlichkeit und können bei Start des Flugkörpers im Nahbereich des Ziels nicht eingesetzt werden. Abwehrsysteme auf der Basis von Mikrowellenenergie sind nicht geeignet, da das Raketengehäuse eine Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung bildet, die nur durch extreme Leistungspegel überwunden werden könnte.
• Bekannt sind Fernzündanlagen gemäß DE 2250 630 B2 , mit denen unter Wasser angeordnete Sprengladungen durch Ultraschallsignale zur Detonation gebracht werden. Einer Sprengladung ist dabei ein Ultraschallempfänger zugeordnet, mit der das Ultraschallsignal empfangen und nach Wandlung in ein elektrisches Signal elektronisch weiter aufbereitet wird. Das Ausgangssignal des Ultraschallempfängers wird einem elektrischen Zünder zur Auslösung der Detonation zugeführt.
• Die DE 101 55 151 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System gemäss den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie ein System anzugeben, das eine Abwehr von Flugkörpern mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 sowie einem System nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
• Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Abwehr des anfliegenden Flugkörpers Ultraschallstrahlung ausgesandt, die den piezoelektrischen Zünder des anfliegenden Flugkörpers zu Schwingungen anregt und dadurch den Zünder, der nach dem Start des Flugkörpers aktiviert wurde, auslöst. Die Auslösung der explosiven Nutzlast erfolgt somit im Anflug des Flugkörpers weitab vom Ziel.
• Die ausgesandte Ultraschallstrahlung kann das Metallgehäuse des Flugkörpers mit nur geringer Abschwächung durchdringen.
• Die Ultraschallstrahlung kann gerichtet oder ungerichtet ausgestrahlt werden.
• Die gerichtete Abstrahlung von Ultraschallenergie erfolgt bevorzugt in Form eines hochenergetischen Strahls mit geringem Öffnungswinkel.
• Bei einer gerichteten Abstrahlung wird bevorzugt ein Array von mehreren Ultraschallwandlern verwendet. Damit kann eine Ausrichtung der abgestrahlten Energie durch gezielte Phasensteuerung der Signale der einzelnen Ultraschallwandler erfolgen (Phased-Array-Technik). Die Ausrichtung erfolgt somit rein elektronisch ohne bewegte mechanische Bauteile.
• Alternativ kann jedoch auch eine mechanische Steuerung der Ausrichtung erfolgen, wie sie insbesondere bei Radarsystemen eingesetzt werden. Dazu wird der Ultraschallgenerator z.B. auf einem in Azimut und Elevation verstellbaren Drehtisch angeordnet.
• Darüber hinaus ist aber auch eine Kombination von elektronischer und mechanischer Ausrichtung möglich, derart, dass z.B. die Ausrichtung in Azimut mittels Drehtisch erfolgt, während die Ausrichtung in Elevation elektronisch mittels eines Arrays (oder im einfachsten Falle mittels einer Zeile) von Ultraschallgeneratoren erfolgt.
• Bevorzugt wird die Frequenz der Ultraschallstrahlung derart gewählt, dass der piezoelektrische Zünder des anfliegenden Flugkörpers mit seiner natürlichen Resonanzfrequenz oder einer Harmonischen oder Sub-Harmonischen davon angeregt wird.
• Um Toleranzen in der bekannten Resonanzfrequenz des Zünders oder Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts der Resonanzfrequenz des Zünders zu kompensieren, kann die abgestrahlte Ultraschallfrequenz über einen gewissen Frequenzbereich variiert werden, z.B. durch lineare Frequenzmodulation.
• Darüber hinaus wird bei der Wahl der abgestrahlten Ultraschallfrequenz vorteilhaft auch die Dopplerverschiebung berücksichtigt, die infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen Flugkörper und der die Ultraschallstrahlung aussendenden Plattform entsteht. Auch in diesem Zusammenhang kann die Frequenz der Ultraschallstrahlung variiert werden, um Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts der Dopplerfrequenz zu kompensieren.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine zuverlässige und kostengünstige Abwehr von Flugkörpern realisiert. Direkte Treffer durch den Flugkörper und damit Bildung des zerstörerischen Plasma-Jets in unmittelbarer Nähe des Ziels können vermieden werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Abwehr sämtlicher gelenkter und ungelenkter Flugkörper, z.B. Raketen oder Geschossen, geeignet.
• Ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden Hauptkomponenten:
1. (a) einen Flugkörperwarnsensor zur Detektion des Starts des feindlichen Flugkörpers.
   Hierzu können die an sich bekannten Flugkörperwarnsensoren auf der Basis von IR-, UV- oder Radarsensoren verwendet werden. Die Software des Warnsensors wird vorteilhaft auf die spezifische Signatur des relevanten Flugkörpers abgestimmt.
2. (b) einen Trackingsensor zur Verfolgung des anfliegender Flugkörpers. Dies kann der selbe Sensor sein wie der Flugkörperwarnsensor oder aber ein zusätzlicher Sensor. Eingesetzt werden kann z.B. ein passiver elektrooptischer Sensor auf der Basis eines UV-Sensors. Aufgrund der begrenzten Brenndauer des Flugkörpers kommt jedoch bevorzugt ein IR-Sensor zur Anwendung. Ganz besonders geeignet ist ein aktiver Radarsensor, da das erfindungsgemäße Verfahren am effektivsten auf der Basis von Entfernungsinformationen durchgeführt werden kann.
3. (c) eine Positioniereinrichtung zur Ausrichtung des Ultraschallstrahls auf den anfliegenden Flugkörper. Die Ausrichtung erfolgt derart, dass die Laufzeit des Ultraschallstrahls bis zum Ziel berücksichtigt wird.
   Hierzu kann z.B. ein rotierender Drehtisch eingesetzt werden, mit dem die Abstrahlung in Azimut und Elevation mechanisch eingestellt werden kann. Die Ausrichtung kann aber auch auf rein elektronischem Weg erfolgen, in dem die Phasen der einzelnen Ultraschallgeneratoren eines zweidimensionalen Arrays gezielt angesteuert werden. Hierfür können elektronisch angesteuerte akustische Arrays verwendet werden, wie sie z.B. aus Sonarsystemen für Unterwasseranwendungen bekannt sind.
4. (d) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallwellen.
   Hierzu werden bevorzugt solche Vorrichtungen eingesetzt, die zur Erzeugung eines hoch-energetischen, stark gebündelten Ultraschallstrahls hoher Energiedichte geeignet sind. Insbesondere werden dazu zwei-dimensionale Arrays aus akustischen Einzelstrahlern verwendet. Deren Frequenz wird z.B. auf die Resonanzfrequenz des piezo-elektrischen Zünders der RPG7-Panzerabwehrgranate eingestellt. Die Ausrichtung der abgestrahlten Ultraschallenergie in Azimut und Elevation erfolgt - wie bereits oben unter (c) erläutert - elektronisch oder mechanisch oder aus einer Kombination von elektronischen und mechanischen Maßnahmen.
• Das beschriebene System kann sowohl von Luftfahrzeugen als auch von Landfahrzeugen getragen werden. Auch stationäre Anwendungen am Boden sind möglich. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist seine sehr geringe Reaktionszeit, was insbesondere bei Beschuss aus dem Nahbereich von wesentlicher Bedeutung ist.
• Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Fig. näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine RPG-7 Panzerabwehrgranate, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert,

Fig. 2

ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht,

Fig. 3

ein Ablaufplan für die Durchführung des Verfahrens.

• Ein System S zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in schematischer Weise in Fig. 2 dargestellt. Es umfasst auf zwei gegenüberliegenden parallelen Seitenflächen jeweils ein Array 2 aus mehreren Ultraschallwandlern. Mit dieser Vorrichtung ist somit Schutz gegen anfliegende Flugkörper in großen Teilen der linken und rechten Hemisphäre möglich. Wenn notwendig, können weitere Wandler hinzugefügt werden, um volle Abdeckung über 360° zu erzielen. Die beiden Ultraschallarrays 2 sind starr an der Oberfläche des Systems S angebracht. Eine Ausrichtung der Ultraschallstrahlung 1 auf den anfliegenden Flugkörper 7.2 erfolgt in der gezeigten Ausführung rein elektronisch über eine entsprechende Phasensteuerung der einzelnen Ultraschallwandler eines Arrays 2. Eine zusätzliche, z.B. mechanische Positioniereinrichtung ist in diesem Fall nicht notwendig.
• Das System umfasst weiterhin vier elektrooptische Flugkörperwarnsensoren 4 zur Detektion eines Starts des feindlichen Flugkörpers (Bezugsziffer 7.1 zeigt den Flugkörper in der Startphase). Mit den gezeigten vier Sensoren 4 ist eine 360°-Abeckung möglich. Die dargestellten Flugkörperwarnsensoren 4 werden im vorliegenden Fall auch als Trackingsensoren zur Verfolgung des anfliegenden Flugkörpers verwendet.
• Das System nach Fig. 2 stellt eine sehr kompakte, leicht zu transportierende Baueinheit dar.
• Fig. 3 zeigt einen Ablaufplan für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Der Start eines feindlichen Flugkörpers, z.B. einer Panzerabwehrgranate RPG-7, wird mit den Flugkörperwarnsensoren detektiert. Der Trackingsensor (dessen Funktion hier von den Flugkörperwarnsensoren wahrgenommen wird) übernimmt danach die Verfolgung des anfliegenden Flugkörpers. Mit der Positioniereinrichtung wird die abzustrahlende Ultraschallenergie auf den Flugkörper ausgerichtet. Die Ausrichtung erfolgt unter Berücksichtigung die Laufzeit des Ultraschallstrahls bis zum Ziel. Anschießend erfolgt die Erzeugung und gerichtete Abstrahlung der Ultraschallenergie in Form eines gebündelten, hochenergetischen akustischen Strahls. Im Falle einer rein elektrischen Ausrichtung fallen die Funktionen Ausrichtung und Abstrahlung der Ultraschallstrahlung zusammen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Abwehr von Flugkörpern (7.1,7.2), welche Explosivstoffe mit piezoelektrischem Zünder aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Ultraschallenergie (1) der Zünder des Flugkörpers (7.2) zu Schwingungen angeregt und dadurch im Flug ausgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Zünder mit seiner natürlichen Resonanzfrequenz oder einer Harmonischen oder Sub-Harmonischen davon angeregt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ultraschallstrahlung (1) variiert wird, um Toleranzen in der bekannten Resonanzfrequenz des Zünders oder Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts der Resonanzfrequenz des Zünders zu kompensieren.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ultraschallstrahlung (1) unter Berücksichtigung der Dopplerfrequenz aufgrund der Geschwindigkeit des Flugkörpers (7.2) und/oder der die Ultraschallstrahlung aussendenden Plattform gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ultraschallstrahlung (1) variiert wird, um Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts des Dopplerfrequenz zu kompensieren.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallstrahlung (1) gerichtet abgestrahlt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallstrahlung (1) in Form eines hochenergetischen Strahls mit geringem Öffnungswinkel abgestrahlt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Ultraschallstrahlung (1) rein elektronisch mittels Phased-Array-Techniken erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallstrahlung (1) ungerichtet abgestrahlt wird.
10. System zur Abwehr von Flugkörpern (7.1,7.2), welche Explosivstoffe mit piezoelektrischem Zünder aufweisen, mit folgenden Merkmalen:

    - einem Flugkörperwarnsensor (4) zur Detektion des Flugkörperstarts (7.1),

    - einem Trackingsensor zur Verfolgung des anfliegenden Flugkörpers,

    - einer Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallstrahlung (2), wobei die Ultraschallstrahlung (2) dazu geeignet ist, den Zünder des Flugkörpers (7.2) zu Schwingungen anzuregen und dadurch im Flug auszulösen,

    - einer Positioniereinrichtung zur Ausrichtung der Ultraschallstrahlung auf den anfliegenden Flugkörper.

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