DE4007811C2 - Infrarot-Scheinziel - Google Patents

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.