DE4007811C2 - Infrarot-Scheinziel - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Infrarot (IR)-Scheinziel nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1.
DE 29 30 936 C1 zeigt und bescheibt Radarreflektoren, die an der Ober
fläche einen pyrophoren Brandsatz aufweisen. Solche Scheinziele erwärmen
sich auf mehrere hundert Grad Celsius oder sogar über 1000°C.
Aus Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 195, Ver
lag de Gruyter, Berlin, 91.-100. Auflage, S. 777, 778 sind ganz allgemein die
chemischen physikalischen Eigenschaften von Zeolithen und deren Verwen
dung zur Trocknung von Gasen in Waschmitteln und als Molekularsiebe für
katalytische Zwecke bekannt.
Zur Abwehr von Flugkörpern, die eine IR (Endphasen)-Lenkung haben, wer
den heute neben den üblichen Radarabwehrmaßnahmen (Düppel) IR-Schein
ziele eingesetzt, die vom bedrohten Schiff/Boot aus abgefeuert werden, um
dann in entsprechendem Abstand zu zerlegen oder zu zünden. Nach der Zer
legung blüht durch chemische Reaktion meist auf Basis von rotem oder weis
sem Phosphor oder von Magnesium das IR-Scheinziel auf und emittiert die
entsprechende IR-Strahlung. Diese entsteht durch Oxidation des Grundmate
rials bei sehr hohen Temperaturen von einigen 100°C (roter Phosphor) bis
weit über 1000°C (Magnesium). Ähnliches gilt für elektrisch beheizte IR-
Strahler, die als Scheinziel dienen sollen. Die spektrale Verteilung der ausge
sendeten IR-Strahlung entspricht diesen hohen Temperaturen und ist damit
der spektralen Verteilung der IR-Strahlung eines Echtzieles (See- oder Land
fahrzeug) sehr unähnlich, weil diese Echtziele sehr viel geringere Strahlungs
temperaturen aufweisen (von unter 0 bis mehrere 10°C).
Moderne IR-Suchköpfe nutzen dies aus und vermessen das Ziel in mehr als
nur einem der drei atmosphärischen IR-Fenster (Mehrfarben-Suchkopf). Damit
berechnen sie ein grobes Maß für die durchschnittliche Temperatur des anvi
sierten Zieles. Wenn dieser Wert nicht den Erwartungen für ein Echtziel ent
spricht, kann der Suchkopf die Scheinziele als solche erkennen. Er wird nicht
mehr vom eigentlichen Ziel abgelenkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein IR-Scheinziel vorzuschlagen, dessen spek
trale Verteilung der IR-Abstrahlung von nur sehr mäßig warmen Zielen, wie
z. B. von See- oder Landfahrzeugen, entspricht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem IR-Scheinziel mit den
Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen
stände von Unteransprüchen.
Für das erfindungsgemäße Scheinziel wird Zeolithpulver verwendet, das zur
Aufnahme von Luftfeuchtigkeit geeignet ist. Es kann als Beschichtung eines
Körpers oder bevorzugt als fein verteilte Wolke aus Pulverteilchen, die in
der Luft schweben, verwendet werden. Das Pulver wird vom zu schützenden
Objekt (Fahrzeug) aus in dehydratisierter Form an den Ort verbracht, wo das
Scheinziel wirken soll. Dort dringen die als Luftfeuchtigkeit vorhandenen Was
sermoleküle in die Gerüststruktur der - bevorzugt in der Luft schwebenden -
Pulverteilchen ein, lagern sich an der inneren Oberfläche an und die dabei
freigesetzte Adsorptionsenergie erwärmt das Pulver. Durch die Auswahl und
Behandlung des Zeolithpulvers können die sich ergebende Temperaturerhö
hung und die Zeit, die für diese Temperaturerhöhung benötigt wird, so festge
legt werden, daß die warme Zeolithpulverwolke in der Luft - entsprechend der
ausgebrachten Menge - die für ein IR-Scheinziel erwünschte spektrale Vertei
lung und Gesamthöhe der IR-Strahlung aufweist. Je nach Objekt, das zu
schützen ist - Landfahrzeug, Schiff, Boot -, können andere Parameter am
Zeolithpulver eingestellt werden.
Für die beschriebene Anwendung sind grundsätzlich alle Zeolithtypen oder
Pulver mit zeolithähnlicher Kristallstruktur, wie Aluminiumphosphate (AIPO′s)
und Siliziumaluminiumphosphate (SAPO′s) geeignet. Im weiteren werden
diese Zeolithpulver oder Pulver mit ähnlicher Kristallstruktur als Zeolithe
bezeichnet.
Um eine hohe spezifische Adsorptionswärme bei der Einlagerung von Wasser
in die Zeolithkanäle und -hohlräume zu erreichen, ist es vorteilhaft, Zeolithe
mit niedrigem Atomverhältnis von Silicium zu Aluminium im Anionengitter zu
verwenden, wie z. B. Zeolith A, Zeolith X oder Zeolith Y. Gleichzeitig ist eine
hohe innere Oberfläche - insbesondere zwischen 400 und 1200 m2/g gün
stig. Grundsätzlich können die Zeolithe in der Protonen- oder Ammoniumform
oder mit Metallkationen beladen vorliegen.
Die entstandene Adsorptionswärme kann weiterhin durch die Dotierung der
Zeolithe mit kleinen, eventuell auch mehrfach geladenen, Ionen gesteigert
werden. Besonders vorteilhaft können hier Lithium-, Natrium-, Beryllium-,
Lanthan- und Cer-Ionen im Zeolithgitter eingesetzt werden. Das Einbringen
der Ionen kann z. B. mit aus der Literatur bekannten Methoden des Ionenaus
tausches mit wäßrigen Salzlösungen oder durch direkten Kontakt mit den
entsprechenden Salzen bei erhöhter Temperatur erfolgen.
Auf den Anwendungsfall anpaßbar ist auch die Geschwindigkeit der Wasser
aufnahme durch die Zeolithe und die damit einhergehende zeitliche Erwär
mung des Pulvers. Die Diffusionsgeschwindigkeit der Wassermoleküle ist
sowohl vom Zeolithtyp als auch von den anwesenden Kationen in den Zeolith
kanälen abhängig. Eine Verlangsamung des Vorgangs kann durch die Aus
wahl engporiger Zeolithe, wie z. B. Zeolith A oder ZK-5, erzielt werden.
Besonders vorteilhaft ist das Vorsehen einer Diffusionsbarriere in den Rand
bereichen der Zeolithkristalle. Dadurch wird ohne Beeinflussung der Adsorp
tionsplätze und der Adsorptionsenthalpien im Inneren der Zeolithkristalle die
Erwärmungsgeschwindigkeit gesteuert. Dies kann z. B. durch einen zeitlich
sehr kurzen Ionentausch mit großen Kationen, wie Rubidium, Cäsium, Cal
cium, Strontium oder Barium, erreicht werden. Beispielsweise kann zunächst
ein möglichst vollständiger Ionentausch mit Lithium erfolgen, um eine hohe
Adsorptionswärme mit Wasser zu erzielen, wonach anschließend die Rand
bereiche der Zeolithkristalle mit Cäsium-Ionen ausgetauscht werden. Die
benötigte Diffusionsdauer der Wassermoleküle zu den Adsorptionsplätzen im
Inneren der Zeolithkristalle kann dann durch die Einstellung der Dicke, z. B.
einer Cäsiumionenschicht, beeinflußt werden. Diese wiederum kann durch
den Ionenaustauschprozeß definiert eingestellt werden.
Der Effekt der Diffusionsbarriere durch große Kationen in den Randbereichen
der Zeolithkristalle kann durch eine geeignete Größe der Zeolithkristalle unter
stützt werden, wobei ein hinreichend großer Zeolithkristall einerseits für ein
genügend großes Verhältnis von relativ inaktiven Randbereichen zu sehr akti
ven Innenbereichen der Kristalle sorgt. Andererseits wird bei großen Kristallen
mehr Zeit für eine vollständige Wasseraufnahme benötigt. Eine geeignete
Größe der Partikel kann durch den Kristallisationsvorgang selbst oder durch
ein anschließendes Granulieren und/oder Mahlen erfolgen. Als vorteilhaft hat
sich der Einsatz von Partikeln zwischen 1 und 20 Mikrometern Durchmesser
erwiesen.
In einer vorteilhaften Ausführung können Zeolithpulver verwendet werden, die
zur Vermeidung einer zu schnellen Erwärmung mit einer Salzkruste umman
telt sind. Ummantelt können dabei die Zeolithkristalle oder die Kristallagglo
merate sein. Das auftreffende Wasser muß nun zunächst mit der Salzkruste
reagieren, bevor es in die Zeolithhohlräume eintreten und somit zu einer Er
wärmung führen kann. Die zu erzielende Zeitverzögerung hängt dann unmit
telbar mit der Reaktionsgeschwindigkeit Wasser/Salz und mit der Schichtdicke
der Salzkruste zusammen. Weiterhin sollte darauf geachtet werden, daß die
Enthalpie der Reaktion Salz/Wasser möglichst niedrig ist. Dies ist durch die
Auswahl eines geeigneten Salztyps erreichbar.
Zur Erzielung einer möglichst großen Wasseraufnahme bei Kontakt mit der
Luftfeuchtigkeit ist es günstig, das Pulver vorher möglichst vollständig zu ent
wässern und unter Luftabschluß zu lagern. Das Austreiben der adsorbierten
Wassermoleküle erfolgt mit an sich bekannten Methoden bei erhöhter Tempe
ratur und/oder reduziertem Druck. Das getrocknete Pulver wird bevorzugt bis
zur vorgesehenen Verwendung vakuumverpackt unter Luftabschluß gelagert.
Um eine zu schnelle Wasseraufnahme beim Ausbringen an die Luft zu verhin
dern, kann das getrocknete Zeolithpulver auch vor dem Verpacken mit trocke
nen Gasen in Kontakt gebracht werden. Hierzu sind grundsätzlich alle inerten
Gase, wie beispielsweise getrocknete Luft, Stickstoff oder die Edelgase,
geeignet.
Zur Verbringung des Zeolithpulvers an den richtigen Ort zur richtigen Zeit sind
unterschiedliche Methoden anwendbar. Im Fall der kombinierten Anwendung
von Radarscheinziel (z. B. Düppel) und IR-Scheinziel empfiehlt sich dieselbe
Verbringungsmethode für das erfindungsgemäße Pulver wie für die Düppel,
so daß sich die angestrebte Kolokation ergibt, also IR- und Radarscheinziel
sich zur gleichen Zeit am gleichen Ort befinden. Werden die Düppel z. B. zum
Schutz eines Seefahrzeugs aus einer Öffnung oben am Mast in die Atmo
sphäre geblasen, damit sich ein Radarscheinziel durch Aufblühen der Düppel
und gleichzeitiges Abtreiben nach Lee ergibt, so empfiehlt es sich, das Zeo
lithpulver auf dieselbe Weise zusammen mit den Düppeln in die Atmosphäre
zu verbringen. Auswahl und Vorbehandlung der Zeolithe werden vorher so
durchgeführt, daß der geometrische Schwerpunkt des Radar-Cross-Section
(RCS)-Wertes der Düppel am selben Ort liegt, wie der Schwerpunkt der IR-
Abstrahlung des Zeolithpulvers.
Wird das Material für das Radarscheinziel (Düppel) in einer Hülle verpackt und
nach dem Mörser- oder Raketenprinzip an den richtigen Ort verbracht, wo das
Material dann durch Explosionskräfte in der Luft verteilt wird, so empfiehlt sich
ebenfalls dieselbe Verbringungsmethode für das Zeolithpulver. In diesem Fall
werden Zeolithtypen verwendet und die Vorbehandlung so durchgeführt, daß
nach der Zerlegung der Hülle die Erwärmung in der Luft sehr rasch vonstatten
gehen kann.
Das Pulver kann auch als Beschichtung eines langsamen Flugkörpers oder
eines Ballons oder als dessen Nutzlast eingesetzt werden. Die gewünschte
Reaktion beginnt z. B., wenn eine luftdichte Schutzhülle abgenommen wird.
Zur Unterstützung der Wirkung des IR-Scheinzieles ist es auch möglich, daß
zusammen mit dem Zeolithpulver eine Substanz an den gewünschten Wirkort
verbracht wird, die dort die Wasserkonzentration in der Luft so erhöht, daß sich
damit die Zeolithe schneller und/oder stärker erwärmen als ohne diese Sub
stanz.
Claims (7)
1. Infrarot (IR)-Scheinziel zur IR-Simulation eines mäßig warmen Objekts,
gekennzeichnet durch fein verteilt ausgebrachtes Zeolithpulver
oder Pulver ähnlicher Kristallstruktur, das zur Aufnahme von Luftfeuch
tigkeit geeignet ist und das sich dabei erwärmt.
2. IR-Scheinziel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Pulverteilchen so fein sind, daß sie in der Luft schweben oder nur lang
sam nach unten sinken.
3. IR-Scheinziel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß AIPO oder SAPO verwendet wird oder daß ein
Zeolith mit einem niedrigen Atomverhältnis Silicium zu Aluminium wie
Zeolith A, X oder Y verwendet wird.
4. IR-Scheinziel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mit Ionen dotierte Zeolithe verwendet werden.
5. IR-Scheinziel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mit Diffusionsbarrieren versehene Zeolithe ver
wendet werden.
6. IR-Scheinziel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mit einer Salzkruste ummantelte Zeolithe ver
wendet werden.
7. IR-Scheinziel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Pulver vakuum- und/oder in Schutzgas ver
packt sind.
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1990
- 1990-03-12 DE DE19904007811 patent/DE4007811C2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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