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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abwehr von Flugkörpern.
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Ferngesteuerte, unbemannte Flugkörper, beispielsweise Drohnen, erfreuen sich aktuell großer Beliebtheit. Derartige Flugkörper werden kostengünstig angeboten und können nach einer kurzen Eingewöhnung auch von Laien geflogen werden.
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Problematisch hierbei ist, dass derartige Flugkörper auch in die Nähe oder über kritische Bereiche geflogen werden, so dass beispielsweise durch einen Absturz des Flugkörpers große Personenschäden bzw. materielle Schäden entstehen können.
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Zudem weisen derartige Flugkörper abhängig von deren Größe und Leistung eine nicht unerhebliche Tragkraft auf, so dass beispielsweise verbotene Gegenstände, wie Waffen, Drogen o.ä., in abgesperrte Bereiche, beispielsweise innerhalb von Gefängnisbereichen, abgeworfen werden können.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Abfangen eines Flugkörpers anzugeben, die ein technisch einfaches und hochwirksames Abfangen von Flugkörpern ermöglicht und dabei nach dem Abfangen ein Bewegen des Flugkörpers aus einem als kritisch angesehenen Bereich ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Verfahren zum Abfangen eines Flugkörpers ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 12.
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Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Abfangen von Flugkörpern. Die Vorrichtung umfasst eine Bodenstation und einen Fangflugkörper. Der Fangflugkörper dient dazu, in eine Flugbahn gebracht zu werden und während dem Flug den Flugkörper abzufangen. Der Fangflugkörper weist dazu Fangmittel zum Abfangen des Flugkörpers und zumindest einen Fall- oder Gleitschirm auf. Die Fangmittel sind vorzugsweise gesteuert auslösbar, um die Abfangwirkung zu erreichen. Der Fall- oder Gleitschirm wird vorzugsweise ebenfalls gesteuert ausgelöst, um nach dem Abfangen des Flugkörpers die Anordnung aus Fangflugkörper und abgefangenen Flugkörper kontrolliert landen zu können. Der Fangflugkörper ist über zumindest eine Leine mit der Bodenstation verbunden. Die Bodenstation weist Rückholmittel auf, die derart ausgebildet sind, dass nach dem Abfangvorgang der Fangflugkörper zusammen mit dem abgefangenen Flugkörper oder der abgefangene Flugkörper allein durch Zugbeanspruchung der Leine in Richtung der Bodenstation bewegbar ist. Im Falle dass der abgefangene Flugkörper über die Leine zur Bodenstation bewegt wird, wird die Verbindung zwischen dem Fall- oder Gleitschirm und dem Fangflugkörper gelöst und der Fall- oder Gleitschirm lässt den abgefangenen Flugkörper gebremst zu Boden sinken. Der Fangflugkörper wird nach diesem Abkoppeln unabhängig durch geeignete Vortriebsmittel bewegt. Beispielsweise wird eine kontrollierte Landung eingeleitet.
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Der technische Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass ein abzufangender Flugkörper in einem weiten Größen- und Gewichtsbereich durch den Fangflugkörper oder unabhängig davon in einem unbedenklichen Bereich zur Landung gebracht werden kann, da der abzufangende Flugkörper nach dem Erreichen einer mechanischen Verbindung mit dem Fangflugkörper an dem Fall- oder Gleitschirm hängend durch Ziehen an der Leine kontrolliert zur Landung gebracht werden kann. Dabei muss der Fangflugkörper nicht durch dessen eigene Auftriebskräfte den abgefangenen Flugkörper in der Luft halten, sondern der Fall- oder Gleitschirm sorgt zumindest größtenteils für die notwendige Auftriebskraft.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Fall- oder Gleitschirm dazu ausgebildet, nach einer Flugphase des Fangflugkörpers in Richtung des abzufangenden Flugkörpers entfaltet zu werden. In anderen Worten ist der Fall- oder Gleitschirm während der Flugphase in Richtung des abzufangenden Flugkörpers deaktiviert und wird erst in engem zeitlichen Zusammenhang (d.h. kurz vor, gleichzeitig oder kurz nach) mit dem Einfangen des Flugkörpers entfaltet. Dadurch behindert der Fall- oder Gleitschirm die Flugphase zum abzufangenden Flugkörper nicht und es wird erst dann die Auftriebskraft des Fall- oder Gleitschirms genutzt, wenn dies aufgrund des Gewichts des abzufangenden Flugkörpers notwendig ist. Das Entfalten des Fall- oder Gleitschirms kann auch selektiv erfolgen, beispielsweise dann, wenn eine Sensorik des Fangflugkörpers erkennt, dass die Auftriebskräfte des Fangflugkörpers nicht ausreichen, den abgefangenen Flugkörper mitzutransportieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Fangmittel dazu ausgebildet, den abzufangenden Flugkörper mechanisch mit dem Fangflugkörper zu koppeln. Die mechanische Verbindung kann beispielsweise durch ein Verfangen, ein Verwickeln, ein Umschlingen, aber auch durch ein Durchbohren eines Bauteils des abzufangenden Flugkörpers und/oder ein Verhaken erfolgen. Dadurch kann eine Verbindung zwischen dem Fangflugkörper und dem abzufangenden Flugkörper hergestellt werden, so dass die Anordnung aus Fangflugkörper und Flugkörper mit der Leine in Richtung der Bodenstation gezogen werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Fangmittel durch eine Vielzahl von örtlich verteilt angeordneten Fasern oder Faserbündeln gebildet. Die Fangmittel sind dabei derart an dem Fangflugkörper vorgesehen, dass diese nach einer Flugphase des Fangflugkörpers aktivierbar bzw. entfaltbar sind. Die Fasern oder Faserbündel stehen vorzugsweise nach dem Aktivieren bzw. Entfalten von dem Fangflugkörper ab. Weiterhin vorzugsweise sind die Fasern oder Faserbündel mit deren erste Enden entlang einer Linie oder flächig verteilt an dem Fangflugkörper fixiert, so dass diese nach dem Aktivieren bzw. Entfalten quasi einen Teppich aus Fasern oder Faserbündel bilden. Diese Fasern oder Faserbündeln werden anschließend derart nahe an den abzufangenden Flugkörper herangeführt, dass der Flugkörper, insbesondere dessen Antriebsmittel, beispielsweise die Propeller sich in den Fasern oder Faserbündeln verfangen. Dadurch kann eine sichere mechanische Verbindung zwischen Fangflugkörper und abzufangendem Flugkörper erreicht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen die Fangmittel Aramidfasern. Diese Faserart zeichnet sich durch eine sehr hohe Festigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Bruchdehnung bzw. Temperaturbeständigkeit aus. Damit kann ein sicheres und effektives Abfangen des Flugkörpers erreicht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel bildet die Bodenstation gleichzeitig die Start-Station des Fangflugkörpers. In anderen Worten startet und landet der Fangflugkörper damit an oder zumindest in der Nähe (z.B. < 50m Abstand) der Bodenstation. Alternativ kann eine von der Bodenstation örtlich getrennte Startstation vorgesehen sein. So kann beispielsweise die Start-Station erhöht und beabstandet zu der Bodenstation vorgesehen sein, an der die Rückholmittel zum Einholen des Fangflugkörpers vorgesehen sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Fangflugkörper ein Flugkörper ohne eigene Antriebsmittel. Der Fangflugkörper kann beispielsweise durch die Start-Station selbst beschleunigt werden, beispielsweise ähnlich einem Geschoss, um sich dem abzufangenden Flugkörper anzunähern. Alternativ weist der Fangflugkörper Antriebsmittel zum Bewegen in Richtung des abzufangenden Flugkörpers auf. Auch Kombinationen hiervon sind denkbar, d.h. dass die Start-Station den Fangflugkörper mit kinetischer Energie beaufschlagt, dieser aber auch selbst über Antriebsmittel verfügt, die beispielsweise gesteuert aktivierbar sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Fangflugkörper fernsteuerbar ausgebildet. Insbesondere kann über die Fernsteuerung die Flugbahn des Fangflugkörpers beeinflusst werden. Dadurch kann der Fangflugkörper gezielt an den abzufangenden Flugkörper herangeführt werden. Die Fernbedienung kann drahtlos oder drahtgebunden erfolgen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Leine zur unidirektionalen oder bidirektionalen Übertragung von Steuersignalen und/oder Informationen ausgebildet. So können über die Leine beispielsweise Steuersignale zur Fernsteuerung der Flugbahn des Fangflugkörpers übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich können aber auch weitere Steuersignale übertragen werden, beispielsweise von dem Fangflugkörper an die Bodenstation, dass die Rückholmittel aktiviert werden. Dadurch kann über die Leine eine leitungsgebundene Übertragung von Steuersignalen und/oder Informationen realisiert werden.
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Alternativ zu der Kommunikation über die Leine kann die Übertragung von Steuersignalen und/oder Informationen auch drahtlos erfolgen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Paar von Rückholmitteln vorgesehen. Die Leine ist zudem an dem Fangflugkörper über eine Umlenkeinrichtung geführt. Dadurch kann die Leine an beiden Enden mit Zugkraft beaufschlagt und damit eingeholt werden, was den Abfangvorgang wesentlich verkürzt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen die Rückholmittel eine Seilwinde. Die Seilwinde kann beim Aufsteigen des Fangflugkörpers entkoppelt werden, so dass sich die Leine von der Rolle der Seilwinde abwickeln kann. Beim Einholen des Fangflugkörpers und/oder des daran fixierten Flugkörpers kann die Seilwinde aktiviert werden, so dass diese durch Aufwickeln der Leine die Anordnung aus Fangflugkörper und abgefangenen Flugkörper oder den abgefangenen Flugkörper allein in Richtung der Bodenstation zieht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abfangen eines Flugkörpers. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Absenden eines Fangflugkörpers in Richtung eines abzufangenden Flugkörpers, wobei der Fangflugkörper mit einer Bodenstation über eine Leine verbunden ist,
- - Mechanisches Koppeln des abzufangenden Flugkörpers an den Fangflugkörper mittels Fangmitteln;
- - Entfalten eines Fall- oder Gleitschirms durch den Fangflugkörper;
und
- - Rückholen des Fangflugkörpers und/oder des abzufangenden Flugkörpers durch Einholen der Leine mittels Rückholmitteln.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Fangflugkörper während des Flugs in Richtung des abzufangenden Flugkörpers ferngesteuert. Die Fernsteuerung kann von der Bodenstation aus oder von einer davon abgesetzten Station erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Fangflugkörper auch eigene Erfassungsmittel aufweisen, um sich in Richtung des abzufangenden Flugkörpers zu bewegen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden der Fangflugkörper und/oder der abzufangende Flugkörper beim Rückholen durch den entfalteten Fall- oder Gleitschirm in einem fliegenden Zustand, insbesondere einem Sinkflug gehalten. Der Gleitschirm ermöglicht durch dessen Auftriebskraft ein kontrolliertes Landen der Anordnung aus Fangflugkörper und abgefangenen Flugkörper oder des abgefangenen Flugkörpers allein, insbesondere dann, wenn der abgefangene Flugkörper ein Gewicht derart aufweist, dass dieses nicht zusätzlich durch die Auftriebskräfte des Fangflugkörpers getragen werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfasst das mechanische Koppeln ein Verfangen des abzufangenden Flugkörpers in Fasern oder Faserbündeln der Fangmittel. Die Fasern oder Faserbündel können insbesondere derart ausgebildet sein, dass diese an den Antriebsmitteln, beispielsweise Propellern, des abzufangenden Flugkörpers aufgewickelt werden. Dadurch wird eine sichere Verbindung zwischen dem Fangflugkörper und dem abgefangenen Flugkörper erreicht.
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Unter „Flugkörper“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jegliches Flugobjekt verstanden, insbesondere bemannte oder unbemannte Flugobjekte. Der Flugkörper kann insbesondere ein ferngesteuerter Flugkörper sein, beispielsweise eine Drohne.
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Unter „Bodenstation“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Station verstanden, die mit dem Boden verbunden ist. Eine Bodenstation kann damit direkt am Boden vorgesehen sein, aber auch zum Boden beabstandet, beispielsweise auf einem Mast, einem Gebäude etc.
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Unter „Fangmittel“ im Sinne der vorliegenden Erfindung werden jegliche Mittel verstanden, die dazu ausgebildet sind, eine mechanische Verbindung zwischen dem abzufangenden Flugkörper und dem Fangflugkörper herzustellen. Die Fangmittel können beispielsweise mehrere Fasern oder Faserbündel, beispielsweise faden- oder seilartige Faserbündel aufweisen. Alternativ sind netzartige Fangmittel möglich, die beispielsweise ebenfalls aus einem Fasern enthaltenden Material gebildet sind.
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Die Ausdrücke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 beispielhaft und schematisch eine Anordnung aus einem abzufangenden Flugkörper und einem in Startposition befindlichen Fangflugkörper;
- 2 beispielhaft und schematisch ein Fangflugkörper, der sich in der Nähe des abzufangenden Flugkörpers befindet und bei dem die Fangmittel aktiviert wurden;
- 3 beispielhaft und schematisch ein Fangflugkörper, der über die Fangmittel mit dem abzufangenden Flugkörper verbunden ist und bei dem der Fall- oder Gleitschirm aktiviert wurde;
- 4 beispielhaft und schematisch das Einholen des Fangflugkörpers und des damit verbundenen, abgefangenen Flugkörpers; und
- 5 beispielhaft und schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Fangflugkörper über die Leine mit einem Paar von Rückholmitteln verbunden ist.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Ausgangssituation vor dem Abfangen eines Flugkörpers 1.
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Am Boden oder auf einem mit dem Boden verbundenen Objekt, beispielsweise einem Gebäude, einem Mast o.ä. ist eine Start-Station eines Fangflugkörpers 3 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Start-Station gleichzeitig die nachfolgend näher beschriebene Bodenstation 2.
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Der Fangflugkörper 3 ist dazu ausgebildet, von der Start-Station abzuheben und in einen Flugzustand überzugehen, um sich in Richtung des Flugkörpers 1 zu bewegen. Dazu kann der Fangflugkörper 3 eigene Antriebsmittel, beispielsweise zumindest einen Propeller oder zumindest ein Strahltriebwerk aufweisen. Alternativ kann der Fangflugkörper 3 keinen eigenen Antrieb aufweisen, sondern durch die Start-Station beschleunigt werden. So kann der Fangflugkörper 3 beispielsweise geschossartig in Richtung des abzufangenden Flugkörpers 1 bewegt werden. Der Fangflugkörper 3 kann insbesondere ein unbemannter Fangflugkörper sein.
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Der Fangflugkörper 3 ist über eine Leine 6 mit Rückholmitteln 7 verbunden. Die Rückholmittel 7 können beispielsweise durch eine Seilwinde oder ein sonstiges Rückholorgan gebildet sein, das zur Beaufschlagung der Leine 6 mit einer Zugkraft in Richtung der Bodenstation 2 ausgebildet ist.
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Bei der Flugbewegung des Fangflugkörpers 3 in Richtung des Flugkörpers 1 wird die Leine 6 ausgezogen, so dass der Fangflugkörper 3 über die Leine 6 ständig mit der Bodenstation 2 verbunden bleibt. Beim Bewegen des Fangflugkörpers 3 in Richtung des Flugkörpers 1 sind die Rückholmittel 7 dabei ausgeklinkt bzw. zugfrei geschaltet, so dass die Leine 6 ausgezogen werden kann.
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Wie in 2 gezeigt, können nach der Flugbewegung des Fangflugkörpers 3 in Richtung des Flugkörpers 1 Fangmittel 4 aktiviert werden. Die Fangmittel 4 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von Fasern 4.1 bzw. Faserbündeln gebildet. Die Fasern 4.1 bzw. Faserbündel sind vorzugsweise flächig verteilt vorgesehen sein und können dabei quasi einen Faserteppich bilden. Erste freie Enden der Fasern 4.1 bzw. Faserbündel sind beispielsweise an dem Fangflugkörper 3 fixiert und die diesen ersten Enden gegenüberliegenden Enden der Fasern 4.1 bzw. Faserbündel stehen von dem Fangflugkörper 3 nach unten ab bzw. werden durch diesen bei dessen Flugbewegung hinterhergezogen.
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Wenn die Fasern 4.1 bzw. Faserbündel mit dem abzufangenden Flugkörper 1 in Kontakt kommen, verwickelt sich der abzufangende Flugkörper 1 mit den Fasern 4.1 bzw. Faserbündeln, so dass eine mechanische Verbindung zwischen dem Fangflugkörper 3 und dem abzufangenden Flugkörper 1 entsteht.
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Es versteht sich, dass die Fangmittel 4 abweichend von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel auch andere Fangorgane aufweisen kann, beispielsweise ein netzartiges Fangorgan oder ein harpunenartiges Fangorgan, das sich in den abzufangenden Flugkörper 1 hineinbohrt und durch Widerhaken eine Verbindung zwischen dem Fangflugkörper 3 und dem abzufangenden Flugkörper 1 herstellt.
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Nachdem eine mechanische Verbindung zwischen dem Fangflugkörper 3 und dem abzufangenden Flugkörper 1 hergestellt wurde oder im engen zeitlichem Bezug zu dem Herstellen dieser mechanischen Verbindung (d.h. auch etwas vor dem Herstellen der mechanischen Verbindung) kann ein am Fangflugkörper 3 vorgesehener Fall- oder Gleitschirm 5 aktiviert bzw. ausgelöst werden, wie dies in 3 gezeigt ist. Der Fall- oder Gleitschirm 5 ist beispielsweise vor dem Aktivieren bzw. Auslösen platzsparend in dem Fangflugkörper 3 integriert und entfaltet sich anschließend, so dass dieser im entfalteten Zustand den Luftwiderstand vergrößert. Der Fall- oder Gleitschirm 5 bildet damit nach dem Entfalten eine Flugstruktur aus, um den Fangflugkörper 3 und den mechanisch mit diesem Fangflugkörper 3 gekoppelten abgefangenen Flugkörper 1 nach einem kontrollierten Sinkflug landen zu lassen.
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Nachdem eine mechanische Verbindung zwischen dem Fangflugkörper 3 und dem abzufangenden Flugkörper 1 hergestellt wurde und insbesondere nachdem der Fall- oder Gleitschirm 5 ausgelöst wurde, können die Rückholmittel 7 aktiviert werden. Insbesondere kann die Leine 6 durch die Rückholmittel 7 aufgewickelt werden, um den Fangflugkörper 3 und den daran fixierten, abzufangenden Flugkörper 1 über die auf die Leine 6 aufgebrachte Zugwirkung in Richtung der Bodenstation 2 zu bewegen. Dieser Vorgang ist in 4 schematisch dargestellt. Durch den Pfeil ist das Einholen des Fangflugkörpers 3 angedeutet.
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5 zeigt abweichend zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 eine weitere Ausführungsform, bei der ein Paar von Rückholmitteln 7, 7' vorgesehen sind. Die Rückholmittel 7, 7' können beispielsweise jeweils durch eine Seilwinde oder durch ein sonstiges Rückholorgan gebildet sein, das zur Beaufschlagung der Leine 6 mit einer Zugkraft in Richtung der Bodenstation 2 ausgebildet ist.
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An dem Fangflugkörper 3 ist vorzugsweise eine Umlenkrolle 8 vorgesehen, an der die Leine 6 umgelenkt wird. In anderen Worten wird damit die Leine von einem ersten Rückholmittel 7 über die Umlenkrolle 8 zu einem zweiten Rückholmittel 7' geführt.
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Beim Bewegen des Fangflugkörpers 3 in Richtung des Flugkörpers 1 sind die Rückholmittel 7, 7' wiederum ausgeklinkt bzw. zugfrei geschaltet, so dass die Leine 6 ausgezogen werden kann.
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Nach dem Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen dem Fangflugkörper 3 und dem abzufangenden Flugkörper 1 und insbesondere nachdem der Fall- oder Gleitschirm 5 ausgelöst wurde, wird das Paar von Rückholmitteln 7, 7' aktiviert, so dass an beiden Seiten das Seil 6 aufgewickelt wird und damit der Fangflugkörper 3 und der daran fixierte, abzufangende Flugkörper 1 über die auf die Leine 6 aufgebrachte Zugwirkung zur Bodenstation 2 bewegt wird. Das Vorsehen von zwei Rückholmitteln 7, 7' bietet den Vorteil, dass das Einholen schneller vollzogen werden kann als im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel und ggf. Rückholmittel 7, 7' mit einer geringeren Einziehgeschwindigkeit verwendet werden können, um in gleicher Zeit den Fangflugkörper 3 einholen zu können.
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Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flugkörper
- 2
- Bodenstation
- 3
- Fangflugkörper
- 4
- Fangmittel
- 4.1
- Faser
- 5
- Fall- oder Gleitschirm
- 6
- Leine
- 7, 7'
- Rückholmittel
- 8
- Umlenkrolle
