IR lokker

Lockheed AC-130 lokkeudkast

IR-lokkefugle, på engelsk kaldet decoy flares , er lokkefugle mod styrede missiler med et infrarødt søgerhoved . Den varmestråling, der opstår ved brug af blusser, er beregnet til at aflede søgerhovedets sensorer fra det aktuelle mål, ideelt set til varmestrålingen fra varmeblussen. Dette gøres ved at generere IR rod fra mange forskellige varmekilder, genererer specifikke emissionsspektre at tilbyde den søgende en attrap mål , og generering af varme vægge til at dække de faktiske mål.

IR lokker indeholder enten pyrotekniske ladninger, pyroforiske faste stoffer eller væsker eller meget brandfarlige faste stoffer som energilagre . Ved antænding udløses en stærkt eksoterm reaktion, der afhængigt af den kemiske sammensætning af energilagringsenheden ledsages af en mere eller mindre stærk synlig flamme- og røgudvikling.

Fra 1981 til 2002 var mere end 50% af alle flytab forårsaget af IR-styrede våben. Under Golfkrigen i 1991 siges det endda at have været 78%. Mellem 1985 og 2010 menes 90% af alle amerikanske flytab at kunne henføres til IR-styrede våben.

oversigt

IR-søger

For at forstå effekten af ​​blusser på IR-styrede missiler er det nødvendigt med en forståelse af strukturen hos den søgende. Inden for fysik er infrarød stråling elektromagnetiske bølger i spektralområdet mellem synligt lys og længerebølget terahertz-stråling . Vanddamp, som absorberer IR-stråling, resulterer kun i vinduer i bølgelængdeområdet 1-6 µm og 8-14 µm i atmosfæren, hvor strålingen kan rejse relativt langt. I en højde på over 10 km er absorptionen dog ubetydelig. CO 2 , støv og vanddråber reducerer også synligheden, idet CO 2 -andelen er praktisk talt konstant op til en højde på omkring 50 km.

Planck-strålingsspektre til forskellige temperaturer

Den Wiens Forskydningslov hedder, at den største strålingseffekt optræder med en dyse plan ved en bølgelængde på 3 mikrometer, med efterbrænder mikron ved ca. 1,5. Flyets udstødningsdyse er lysest i området 3–5 µm, varme dele på skroget mellem 3–5 og ≥8 µm. Bagagerummet er bedst synligt ved ≥8 µm. Da ældre søger kun består af et detektorelement, er det nødvendigt med en mekanisk fastgørelse foran for at muliggøre målsporing i rummet ( roset-scanning ). Så vidt muligt har detektorerne en automatisk forstærkningsregulering for at kunne tilpasse sig forskellige lysstyrker. Problemet med mål-, rod- og blussedetektering skulle løses mekanisk i ældre modeller, som vil blive diskuteret nedenfor.

For at undgå "kontaminering" af kontakten med forstyrrelseskilder var der søgt efter et snævert synsfelt af søgeren. Dette synsfelt udvides ved at scanne bevægelser. Ældre søger som 9K32 Strela-2 forbinder en tynd, roterende membran mellem detektorelementet og de optiske komponenter i søgehovedet. Dette er skiftevis overtrukket med IR-permeabelt og uigennemsigtigt materiale og ligner således en propel. Dette opnår to ting: IR-målet flimrer med lukkerens rotationsfrekvens, hvorved afvigelsen fra den visuelle akse kan udledes fra varigheden af ​​tilsløringen / synligheden: jo længere ude, jo længere er varigheden. Desuden kan fly og fakkel (punktkilde) skelnes fra skyer eller jord (rod): sidstnævnte er omfangsrige og dækkes derfor ikke af skærmen på en staccato-måde. Et analogt filter fjerner det mere eller mindre konstante signal, så kun punktkilden (flyvningsmål eller flare) spores. Søgeren forsøger at holde målet i midten, hvor IR-energien kommer lige godt igennem alle egerne, og flimringen er praktisk talt nul.

Ulempen med søgeren var, at de er relativt ufølsomme over for påvisning af målbevægelser, hvis målet allerede holdes i midten. Som et resultat flyver de ældre IR-missiler på en "wobbly" bane. Følgende søgere cirkulerede derfor konisk: "Propellen" er fastgjort foran detektoren, i stedet roterer et sekundært spejl. IR-strålingen fra de optiske komponenter når det primære spejl på søgerens ydre kant, reflekterer strålingen på det roterende sekundære spejl, og dette gennem "propellen" til detektoren (strålebane svarende til et Cassegrain-teleskop ). På grund af det roterende spejl cirkler IR-målpunktet rundt om detektorfeltets midterakse via membranen. Hvis søgeren ser direkte på IR-kilden, cirkler lyspunktet i en pæn cirkulær sti omkring detektorfeltets centrumakse, som takket være "propellen" fører til en konstant belysningsfrekvens for detektoren. Hvis søgeren derimod ser i en vinkel, cirkler IR-punktet på en ellipse, og belysningsfrekvensen ændres, når spejlet drejes, hvorfra en computer kan beregne en kurskorrektion.

Mens IR-søgeren oprindeligt ikke blev afkølet, blev der senere indført aktiv køling for at øge følsomheden og for at være i stand til at lokalisere længere bølgelængder. Strela-2 har for eksempel en søger lavet af bly (II) sulfid , som er mest følsom ved 2 µm og derfor kun kan skelne mellem dysen og baggrunden, hvilket kun tillader skud bagfra. De nyeste IR-styrede våben bruger billedsøgere, der enten stirrer på et objekt eller scanner det. Disse søgerne er fuldt digitale og ser målet med et gimbaleret IR-videokamera. De kan bruge billedgenkendelse til at opdage fly og spore dem sikkert samt kontrollere bestemte dele af dem.

Udløsersvar

For at reducere effekten af ​​IR-lokkefugle er en flare-detektion ("trigger") og modreaktionen af ​​søgeren ("respons") programmeret i søgerlogikken. Som allerede nævnt ovenfor diskrimineres skyer af ældre seere på grund af deres rumlige fordeling. Men ligesom flymålet repræsenterer en varmebluss et punktmål og behandles i princippet på samme måde af søgeren. De ældste søgere har ingen beskyttelse mod blusser, men detekterer kun det hotteste mål på omkring 2 µm, som derefter repræsenterer det IR-interfererende legeme. Søgerne med et konisk cirkulerende målpunkt har en iboende beskyttelse mod blænding: Da mål-IR-kontakten holdes på en cirkulær sti på detektoren (konstant belysningsfrekvens), og en fakkel hurtigt falder af flyet, ser det ud som en IR-kontakt på en elliptisk sti (frekvensmoduleret sinusformet belysningsfrekvens), som forsvinder (relativt) hurtigt fra detektorfeltet. Et smalt synsfelt hjælper også, da fakkelen hurtigt falder ud af synsfeltet. Blændene skal nå den maksimale strålingsværdi kort efter, at de er kastet ud. De mest almindelige metoder til blussedetektion ("udløsere"), som også kombineres, er:

Mislykket udløsersvar: En AIM-9M Sidewinder rammer varmeflammen, skubbet ud fra en F / A-18C Hornet.
  • En kraftig stigning i IR-energi fra målet udløser "udløseren" og slukker den igen, når en tærskelværdi er underbilledet. Tærskelværdien for at udløse blussedetektering skal være over værdien af ​​flyets efterbrænder. Denne metode kan let overvindes, hvis IR-lokket brænder relativt langsomt.
  • Detektorer, der kan bruge to bånd i det infrarøde arbejde med en båndsammenligning: Fly udsender mere stråling i langbølgespektret end i kortbølgespektret; det modsatte gælder for varmebelysning. Denne metode kan narres, hvis flere fakler brænder i forskellige bånd med samme intensitet.
  • En kinematisk "trigger" udnytter det faktum, at IR-lokkefugle hurtigt falder til jorden på grund af luftmodstand. En tilsluttet fakkel fører til en relativt stor ændring i søgerens vinkel på kort tid, hvilket udløser "udløseren". Hvis ændringen i vinkelforskellen mellem mål-IR-punktet og fakkel-IR-punktet er for lille, mislykkes denne metode. For at gøre dette udskydes flere IR-lokkefugle i en kort sekvens.
  • Den rumlige "trigger" indstiller søgerens synsfelt mellem flyet og fakkelen; H. næsten midt i de mulige korrekte mål. Begge IR-punkter kan skelnes mellem søgeren, hvilket udløser blændedetektering. Da det virkelige mål er ved kanten af ​​søgerens synsfelt, og søgeren har en tendens til at gennemsnitlig ikke skelnes fra IR-kilder, mislykkes denne metode, når mange IR-lokkefugle skubbes ud i meget korte sekvenser.

Hvis flareudkastet detekteres, udløses modforanstaltningen af ​​søgeren ("respons"). De mest almindelige modforanstaltninger, som også kan kombineres, er:

  • Indtastningerne fra søgeren til kontrollogikken ignoreres; missilet opretholder sin nuværende flymanøvre, indtil varmeblændingen forlader søgerens synsfelt, eller udløser-timeout opstår. Hvis der stadig er en blænding i søgerens synsfelt efter timeout, er dette tændt.
  • Med push-ahead-svaret bevæger søgerens synsfelt sig fremad i målets bevægelsesretning. Fakkelen falder hurtigere ud af synsfeltet, hvilket reducerer den tid, hvor søgeren ikke kan spore målet. Hvis bevægelsen udføres for stærkt, bevæger synsfeltet sig for langt frem, så det styrede våben mister målet og bliver nødt til at erhverve sig igen.
  • En rumlig trigger skal bruges til push-pull-responset. Hvis målet og blusset er på modsatte sider af synsfeltet og således kan diskrimineres, målretter søgeren med vilje den svagere IR-kilde, som er flyet.
  • En modforanstaltning, også for moderne billedbehandlingshoveder, kan være at dæmpe visse sektorer i synsfeltet med filtre. I disse områder sættes søgeren på solbriller for at undgå at blive blændet af varmen. I tilfælde af ikke-billedsøgere med ældre design kan målet kun forfølges yderligere, hvis blussens svækkede intensitet ikke overstiger flymålet.

Reelle afgifter

Ældre søgere eller deres detektorer dækker bølgelængden fra 1–5 µm. Da den klassiske varmeflare har sin strålingstop på omkring 1,5 µm, skal strålingsintensiteten være betydeligt højere end flyets for at ifølge forskydningsloven stadig opnå en større intensitet end målet ved længere bølgelængder. Langbølgesøgere arbejder i et område, hvor strålingsintensiteten for klassiske varmeblændinger er betydeligt lavere. Aktive ladninger kan groft opdeles i to forskellige typer: Pyrotekniske aktive ladninger, som bærer oxidatoren selv til forbrænding, og pyroforiske aktive ladninger, der bruger iltet i luften til oxidation.

Sektionstegning af en MJU-7A / B

Pyrotekniske aktive ladninger brænder meget varme og udsender derfor stærkest ved korte bølgelængder. Disse varmebrydninger brænder også stærkt i det synlige spektrum og skaber en røgfume. Forbrændingstiden er ca. 5 til 10 sekunder. Hvis en sådan pyroteknisk ladning rammer jorden under brænding, kan der udløses brande der. Siden introduktionen af IR decoys i 1959, som oprindeligt anvendt Al / WO 3 - thermite i grafit sfærer, er disse blevet anvendelse magnesium - fluorcarboner . Moderne blusser består af en fast, pyroteknisk forbindelse fremstillet af magnesium, polytetrafluorethylen (PTFE) og Viton som en fluorocopolymer eller med en syntetisk elastomer som et bindemiddel. Disse såkaldte MTV-blusser skubbes ud og antændes samtidigt af en tændingsladning. På grund af den høje temperatur (over 2000 K) er den højeste strålingsintensitet i kortbølgebånd, hvilket gør MTV-blusser meget effektive mod ældre IR-søgere, der kun kunne søge på disse bånd. Moderne aktive ladninger bruger også en spektralt tilpasset aktiv masse. Det reducerende middel er overbalanceret, således at oxygenet i luft har at bidrage til forbrændingen. Den videre udvikling er kinematiske blusser, der bruges i den nyeste generation af fly. I stedet for blot at falde til jorden bevæger disse blusser sig langs forudbestemte stier ved siden af ​​flyet. Til dette formål er disse fakler, z. B. MJU-47, udstyret med en raketmotor ved agterenden og vektordyserne.

En MJU-7A / B lokker, et typisk eksempel på ældre MTV-blusser, vises modsat. Den består af en ydre aluminiumskal (1), en elektrisk antændelig pulspatron (2), der forårsager afladning af den aktive ladning og om nødvendigt dens antændelse og en sabot  (3) designet som en rørsikring, der antænder det aktive stof (4) med tændingen (5) og det indhyllende, mest selvklæbende aluminiumsfolie (6), bør kun tillade uden for patronhuset. Patronen er lukket foran med en dækplade (7).

I modsætning til pyrotekniske aktive ladninger tager pyroforiske stoffer det nødvendige ilt til reaktionen fra luften. Derfor er udførelsen af ​​pyroforiske lokkemiddelmål grundlæggende afhængig af højden, dvs. oxygenpartialtrykket. I 1980'erne blev sprøjtning af triethylaluminium afprøvet, hvilket var meget effektivt, men for tidskrævende. Moderne systemer bruger belagte faste stoffer. Oxidationsprocessen er næsten usynlig for øjet, hvorfor de også er velegnede til forebyggende brug. De tynde strimler af materiale fordeles rundt i rummet som agn og frigiver infrarød stråling under den hurtige oxidation. Disse varmevægge lavet af tynde nikkel-, stål- eller jernstrimler eller legeringer deraf med en længde på ca. 1 cm er belagt med propylenoxid og kan nå op til 1255 K. Tænding opstår, når materialet fordeles, når det kommer i kontakt med ilt. Porøse metalskiver (ca. 500 stykker pr. Patron) bruges også til dette. Varmevæggene, der oprettes på denne måde, er også effektive mod moderne søger. Punktformede, pyroforiske, røgfrie og "dumme" blusser såsom MJU-50/51 købes også for at blive brugt forebyggende i stedet for de pyrotekniske, røggenererende blusser (f.eks. MJU-47).

taktik

Udkastningens taktik afhænger af de tilgængelige afgifter og IR-søgeren af ​​truslen. For eksempel udsender tyske Transall- transportfly blusser på deres landinger i Kabul, så snart missiladvarslingsanordningen indikerer en trussel for at gøre det muligt vanskeligere at angribe med flyvende næver som FIM-92 Stinger eller Strela-2 . Normalt flere afbrændere er skubbet ud som en byge , hvilket skaber en stor varme gardin siden og bag maskinen. De skubbes ud af et lille drivmiddel, der bringer dem til en hastighed på omkring 150 km / t. De nøjagtige udstødningshastigheder og mønstre styres af et tilknyttet computersystem, der varierer implementeringen i henhold til truslen, målet, der skal beskyttes, og parametrene for blusset.

F / A-18C kaster en fakkel

Ældre søger modeller fungerer f.eks. B. kun på korte bølgelængder, så pyroforiske aktive ladninger er mindre effektive. Her er pyrotekniske aktive ladninger den valgte metode. Udkastningen udløser "udløseren", det styrede missil vælger kursholding som "svaret". Hvis målet ikke ændrer kurs, vil en kollision stadig forekomme. Et par fakler og moderat manøvrering er tilstrækkelige til forsvar. Roterende spejlsøgere bruger kinematiske og rumlige "udløsere" og reagerer med push-ahead-respons. Her skal masser af varmeudbrud skubbes ud på kort tid eller et par kinematiske blændinger og manøvreres hårdt, så missilet kan miste sit mål under push-ahead-manøvren. Afkølede tobåndsdetektorer med push-pull-respons kræver udstødning af pyroteknisk (kortbølge) og pyroforisk (langbølge) IR-lokkefugle og manøvrer for at præsentere søgeren med forskellige lokker på alle bånd. I de mest moderne billedsøgere med billedgenkendelse "punkteres", "pyrotekniske" aktive ladninger "ses" og genkendes som sådan af søgeren. Derefter er en (softwarebaseret) dæmpning af blusser sandsynligvis tændt for at undgå overeksponering for scenen. På grund af den rumlige udvidelse af pyroforiske varmevægge kan flyet forsøge at skjule sig bag dem eller i det mindste blokere billedgenkendelsessoftwaren.

At kaste en fakkel, som regel også forebyggende over fjendens territorium for at gøre det vanskeligere at låse fast, suppleres ofte med andre foranstaltninger: Manøvrering i eller i nærheden af ​​skyer eller mod solen er nyttigt. Infrarøde blinkende lys som AN / ALQ-144 er kun nyttige mod søger med roterende spejle, da lysfrekvensen er forstyrret. Sammenlignet med ældre modeller med roterende membraner eller moderne billedsøgere er disse systemer kontraproduktive, fordi de gør opmærksom på målet. Direkte optroniske modforanstaltninger (DIRCM) er effektive mod alle typer søger, så længe blændelaseren fuldt ud dækker søgerens spektrum.

Tendensen i IR-styrede våben er derfor mod multispektrale søgere: Hvis detektorelementet i Stinger allerede var i stand til at dække IR og UV, implementeres dette princip også i de mest moderne IR-styrede luft-til-luft-styrede våben. Mens detektorelementet i den israelske Python 4 allerede var i stand til at skelne mellem to bånd (lang- og kortbølget IR), er billedsøgeren med 128 × 128 pixels af Python 5 baseret på Hughes AMOS. Dette dækker tre bånd, med elektro-optisk som et tredje bånd. Søgeren “ser” målet i det synlige spektrum af lys, hvilket undergraver IR-modforanstaltninger.

Da luft-til-jord-styrede missiler har brugt billeddannende IR-søgere i lang tid, undertiden også i det optiske spektrum, genererer IR-lokkefugle fra jordbiler (kampvogne, skibe osv.) Altid en varm røgskærm for at skjule målet i søgerbilledet. Overgangen til røgkastsystemer er flydende, z. B. med rødt fosfor .

litteratur

  • Ernst-Christian Koch: Pyrotekniske modforanstaltninger: II. Avancerede luftinfrarøde modforanstaltninger . I: Drivmidler Sprængstoffer Pyroteknik . bånd 31 , nr. 1 , 2006, s. 3–19 , doi : 10.1002 / prep.200600001 (engelsk, download download ).

Weblinks

Commons : Decoy flares  - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. ↑ a b c d e f Thomas M. Klapötke : Kemi af højenergimaterialer . De Gruyter, 2009, ISBN 3-11-020745-1 .
  2. ↑ Ernst-Christian Koch: 2006–2008 Årlig gennemgang af antenne-infrarøde lokkefænder . I: Drivmidler, sprængstoffer, pyroteknik bind 34, udgave 1 . Februar 2009, s. 6-12 .
  3. ^ Modforanstaltninger til fly og den dobbelte spektrale trussel. I: Chemring. 8. september 2006, adgang til 8. juli 2014 .
  4. ↑ $ 96m til DS2 til LAIRCM Aircraft Defense System Support. I: Defence Industry Daily. 4. april 2010, adgang til 8. juli 2014 .
  5. ↑ a b c d e f g h i j k Jeffrey Jones: ELECTRONIC WARFARE FUNDAMENTALS . I: US Department of Defense . 2000, s. 14-1 ff. og 15-1 ff . (Ny udgave 9. november 2013).
  6. ↑ a b c d e Flares - Infrarøde modforanstaltninger. I: Globalsikkerhed. 8. juli 2014, adgang til 8. juli 2014 .
  7. ↑ H. Bannasch, M. Wegscheider, M. Fegg, H. Büsel: Spektral lokkedokstilpasning og den flare aktive masse, der kan bruges til den . I: Patent WO 95/05572 . 1995.
  8. ↑ a b 'Smart' blusser er designet til at besejre varmesøgende missiler. (Ikke længere tilgængelig online.) I: National Defense Magazine. 1. december 2003, arkiveret fra originalen den 26. marts 2011 ; adgang den 8. juli 2014 .
  9. ↑ Blændende arbejde - selvbeskyttelse med infrarøde lokkefugle . I: FlugRevue . Juli 2010, s.  6-12 .
  10. ^ Python V-udvikling er i gang hos Rafael. I: Flightglobal. Hentet 7. juli 2014 .
  11. Afa Rafael frister Australien. I: Flightglobal. 12. marts 1997, adgang til 7. juli 2014 .