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Moderne Seezielflugkörper - Technik und Gegenmaßnahmen

• Zusammenfassung: Dieses kurze Sachbuch soll die Technik moderner (nach 1945) w:Seezielflugkörper (Antrieb, Steuerung ect.) erläutern und auch entsprechende Gegenmaßnahmen aufzeigen. Des Weiteren ist ein Geschichtsteil und ein Glossar geplant.
• Zielgruppe: Thematisch interessierte Leser mit geringen Vorkenntnissen
• Ansprechperson': Benutzer:Nova13 (deWiki)
• Umfang: (Ziel) ~10 Seiten

Vorwort

Die Kontrolle der Seewege ist seit dem aufkommen des umfangreichen Seehandels während der Antike (ab 1.200 v. Chr.) für jeden an der See gelegenen Staat von hoher Bedeutung. Der Handel mittels Schiffen ist seit jeher eine besonders günstige Variante, um große und schwere Lasten, wie zum Beispiel Metall, Nahrungsmittel oder Kriegsgerät, zu transportieren und gewähren damit Staaten und Städten mit direkter Anbindung zum Meer einen deutlichen Macht- und Handelsvorteil. Neben den natürlichen Gefahren des Meeres (z. B. Stürme oder Untiefen) kamen mit der zunehmenden Bedeutung dieses Handelsweges auch schnell neue Gefahren auf: Handelsblockaden und Piraten. Eine Seeblockade gegen eine oder mehrere wichtige Städte konnte einen Staat schnell in die Knie zwingen, da man ihn so oft von der Versorgung mit neuen Rohstoffen und Nahrungsmitteln abschneiden konnte. Eine ständige, unberechenbare Gefahr waren und sind bis heute die Piraten, welche vor allem dort auftauchen, wo der staatliche Schutzeinfluss gering ist und wo viel Beute zu machen ist.

Reichweiten ausgewählter Seekriegsmittel

Aufgrund der zunehmenden Wichtigkeit von Seehandelswegen suchten die involvierten Staaten stets nach immer neuen Möglichkeiten die eigenen, meist unbewaffneten, Handelsschiffe zu schützen und die des Feindes zu Versenken oder zumindest zu blockieren. Dies treibt seit Jahrtausenden eine Spirale von Maßnahmen und Gegenmaßnahmen an, welche sich bis heute unvermindert weiterdreht. In der Technik des Seekrieges zeichnet sich dabei ein wesentlicher Trend ab: Den Feind auf möglichst große Distanz zu bekämpfen. In der Antike gab es so gut wie keine Alternative zum Nahkampf mit Rammschiffen und Entermannschaften, wobei das Konzept des Enterns bis zur Zerschlagung der Spanischen Armada 1588 durch die Engländer die vorherrschende Komponente des Seekrieges blieb. Bis zum Ende des zweiten Weltkrieges waren dann Kanonen die Waffengattung der Wahl zur Versenkung feindlicher Schiffe. Aber bereits zum Ende dieses Krieges zeichnete sich im pazifischen Kampfgebiet ein neuer Trend ab: Flugzeugträger. Durch ihre Kampfflugzeuge waren diese in der Lage Schiffe in einer Distanz von maximal 800 km zu versenken. Dies machte die gewaltigen Kanonen der Schlachtschiffe aufgrund ihrer verhältnismäßig geringen Reichweite (max. 45 km) nutzlos.

Die AGM-84 Harpoon, einer der weiterverbreitesten Seezielflugkörper der Welt

Da der Bau und Betrieb eines Flugzeugträgers kostspielig war kam bald eine neue Waffengattung auf: Der Seezielflugkörper. Er benötigt im wesentlichen nur eine kleine Startrampe oder -rohr, war billig in der Fertigung und konnte daher in Massen produziert werden und von kleinen billigen Schiffen aus gestartet werden. Er braucht keinen ausgebildeten Piloten und kann, je nach Waffentyp und Ziel, ein Schiff mit einem einzelnen Treffer versenken. Da er auch von großen Bombern aus gestartet werden kann, ist es mit ihm möglich, feindliche Schiffe auf eine Distanz von über 7.000 km zu bekämpfen. Aufgrund der geschilderten Vorteile ist der Seezielflugkörper heutzutage die primäre Waffe des Seekrieges.

Weiterführende Links: Galeere, Spanische Armada, Schiffsartillerie, Flugzeugträger, Seezielflugkörper

Definition und prinzipielle Funktionsweise

Ein Seezielflugkörper (engl. „anti-ship-missile“) hat nur einen einzigen Einsatzzweck: Das Versenken oder zumindest Beschädigen von feindlichen Schiffen (neuere Modelle können in der sekundären Rolle auch Landziele angreifen). Jeder Flugkörper besitzt einen eigenen Antrieb, ein System zur Lenkung bzw. Zielerfassung und einen Sprengkopf. Ohne eigenen Antrieb wäre er eine gelenkte Bombe und ohne Lenkung wäre er eine einfache Rakete. Die oftmals verwendete Bezeichnung „Antischiffsrakete“ ist allerdings unrichtig, da zum Antrieb nicht zwingend ein Raketenmotor verwendet werden muss. Aufgrund seiner Eigenschaften gehört der Seezielflugkörper auch zur Gruppe der Marschflugkörper (engl. „cruise-missile“).

Ein Seezielflugkörper durchläuft bei seinem Einsatz mehrere Phasen:

1. Einspeichern des Zielgebiets (errechnet aus der aktuellen Position des feindlichen Schiffes und dessen Kurs/Geschwindigkeit)
2. Start durch die Trägerplattfom (meist ein Schiff oder Flugzeug)
3. Flug zum Zielgebiet („Marschflug“ oder engl. „mid-course“)
4. Zielsuche und -erfassung im Zielgebiet („Endpahse“ oder engl. „teminal-phase“)
5. Einschlag im Ziel und Detonation des Gefechtskopfes

Je nach Typ und Gefechtssituation kann die Dauer einer einzelnen Phase stark variieren. So befindet sich bei kleinen Flugkörpern mit geringer Reichweite das Ziel meist schon innerhalb der Sichtweite, weshalb diese ihr Ziel direkt anfliegen und daher kein Marschflug im eigentlichen Sinne vorhanden ist.

Weiterführende Links: Präzisionsgelenkte Munition, Marschflugkörper

Überblick

Die P-15 Termit, der "Urvater" aller moderenen Seezielflugkörper

Die allerersten Seezielflugkörper kamen bereits vereinzelt im 2. Weltkrieg zum Einsatz, wobei diese allerdings mehr den charakter von gelenkten Bomben ohne Eigenantrieb hatten. Die Bemühungen zur Entwicklung "vollwertiger" Systeme begannen erst nach 1945, wobei die Sowjetunion die größten Anstrengungen unternahm und so bereits 1960 zwei einsatzfähigen Seezielflugkörper vorweisen konnte: Der SS-N-2 Styx zum schiffsgestützten Einsatz und der mit 11,6 Tonnen extrem schwere AS-3 Kangaroo zum Einsatz durch Bomber. Die SS-N-2 ist trotz ihres Alters und der inzwischen schlechten Leistungsdaten noch bei vielen Streitkräften im Einsatz

Erst 15 Jahre später wurden die ersten westlichen Systeme eingeführt. Dies ist zum einen die US-amerikanische AGM-84 Harpoon und die französische Exocet. Auch diese Lenkwaffen sind auch heute noch weit verbreitet und wurden mehrmals modernisiert.

Weiterführende Links: SS-N-2 Styx, AS-3 Kangaroo, AGM-84 Harpoon, Exocet

Technik

Antrieb

Jeder Seezielflugkörper benötigt einen eigenen, permanenten Antrieb, um die teils extrem großen Distanzen zum Ziel zurücklegen zu können. Hierbei kommen im wesentlichen drei Antriebsarten zum Einsatz: das Strahltriebwerk, das Raketentriebwerk und das Staustrahltriebwerk. Die Antriebssektion befindet sich bei allen Konstruktionen im hintersten Teil der Lenkwaffe.

Raketentriebwerk

Eine AS-4 Kitchen, mit Flüssigtreibstoff angetrieben, unter dem Rumpf eines Tu-22M Backfire-Bombers

Die ersten Seezielflugkörper verwendeten meist einen Raketetriebwerk, da andere Technologien noch nicht ausgereift waren. Aufgrund der Größe und des hohen Gewichts der ersten Flugkörper musste es sich hierbei um ein leistungsfähiges Aggregat handeln, so dass meist Konstruktionen auf Basis von Flüssigtreibstoff zum Einsatz kamen. Bei diesem Prinzip wird Treibstoff und ein entsprechendes Verbrennungsmittel („Oxidator“ genannt) in eine Brennkammer eingespritzt und gezündet. Die enstehenden Heißen Gase werden durch eine Düse nach hinten ausgestoßen, so dass Rückstoß ensteht, welcher die Rakete vorantreibt, oft mit bis zu doppelter Überschallgeschwindigkeit. Flüssigtreibstoff-Triebwerke kommen aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit auch bei allen größeren Trägerraketen und dem Space Shuttel zum Einsatz. Nachteilig ist allerdings der komplexe Aufbau (es werden zwei Tanks, Hochleistungspumpen und aufwändige Brennkammern benötigt) und die damit verbundene aufwendige Wartung. Auch die Effizienz bewegt sich eher im unteren Segment.

Start einer Feststofflenkwaffe vom Typ Kormoran durch einen deutschen Tornado-Jagdbomber

Schon bald wurde eine andere Form des Raketentriebwerks bei Seezielflugkörper eingesetzt: das Feststofftriebwerk. Hierbei handelt es sich um das denkbar einfachste Antriebsmittel, da gut 90% des Gewichts- und Volumenanteils allein vom Treibstoff gestellt werden. Dieser ist pulverförmig (benötigt also keinen aufwändigen Tank) und enthält zu etwa gleichen Teilen den Treibstoff und den Oxidator. Der Feststoff muss nur einmal gezündet werden und brennt dann selbstständig ab (eine Silvester-Rakete funktioniert nach dem exakt selben Prinzip). Es werden keine Hochleistungspumpen, Düsen oder aufwändige Brennkammern benötigt, was diese Antriebsform sehr einfach in der Produktion und damit günstig im Preis macht. Des Weiteren liefert ein Feststofftriebwerk ab der ersten Sekunde sehr viel Schub, so dass der Seezielflugkörper sehr schnell beschleunigt und sein Ziel in kurzer Zeit erreicht (viele Flugkörper erreichen Überschallgeschwindikeit).

Daher wird ein kleines Feststofftriebwerk auch bei vielen Lenkwaffenstarts als sogenannter „Booster“ eingesetzt. Dieser ist verhältnismäßig klein und erzeugt über wenige Sekunden sehr viel Schub, um den Seezielflugkörper auf eine geeignete Geschwindigkeit für den Start seines eigentlichen Primärantriebs zu bringen. Für lange Marschflüge ist das Festoff-Konzept jedoch nicht geeignet, so dass es eher bei Flugkörpern mit kurzer bis mittlerer Reichweite eingesetzt wird. Aus Effizienzsicht rangiert das Konzept im unteren Mittelfeld. Ein weiterer Nachteil ist die geringe Destruktivität von Feststofftreibstoff. Bei Triebwerken mit Flüssigtreibstoff sorgt dieser auch nach dem Einschlag im Ziel für starke Brände, welche das Ziel weiter beschädigen und die Schadensbekämpfung deutlich erschweren. Dieser Effekt tritt bei Feststofftreibstoff nur in geringem Maße auf.

Weiterführende Links: Raketentriebwerk, Feststoffrakete, Flüssigkeitsrakete, Oxidator, Booster

Strahltriebwerk

Ein RBS 15 Seezielflugkörper (mitte, mit Turbojet-Antireb)

Als mit der Zeit immer größere Reichweiten gefordert wurden sahen sich die Rüstungskonzerne gezwungen effektivere Antriebstechnologien einzusetzen. Durch Fortschritte im Bereich der Miniaturisierung konnten nach einiger Zeit Strahltriebwerke in Seezielflugkörper eingebaut werden. Auch hier gibt es zwei unterschiedliche Untergruppen: den Turbojet und den Turbofan.

Als erstes wurde der Turbojet verwendet. Im Vergleich mit den Raketentriebwerken ist der deutlichste Unterschied der, dass ein Turbojet keinen Oxidator mitführen muss, da die Luft, welche er ansaugt, den Oxidator darstellt. Bei gleichem Gewicht der Antriebssektion kann ein Turbojet also wesentlich größere Mengen Treibstoff mitführen und so deutlich weiter fliegen. Dieser Vorteil wird allerdings durch einige negative Eigenschaften dieses Triebwerkstyps eingeschränkt. Aus der Tatsache, dass der Turbojet sehr klein ausgeführt seien muss um in den Lenkwaffenrumpf zu passen, ergibt sich ein geringer Schub, weswegen der Seezielflugkörper meist im Unterschallbereich fliegt. Ein Turbojet arbeitet allerdings im Überschallbereich am effizientesten, so dass es zu Einbußen in diesem Bereich kommt. Allgemein gilt diese Antriebsform als Mittelweg, da die Konstruktion nicht übermäßig kompliziert oder teuer ist und die Reichweite ebenfalls im Mittelfeld liegt.

Der Nachfolger des Turbojets ist der Turbofan. Dieser arbeitet im wesentlichen auf Basis desselben Prinzips, leitet allerdings einen Teil der angesaugten Luft um die Brennkammer herum und verwendet eine zweite koaxiale Antriebswelle. Diese Maßnahmen sorgen für einen höheren Wirkungsgrad (auch im Unterschallbereich) und damit auch für größere Reichweiten bei selben Gewicht. Aufgrund der etwas voluminöseren Abmessungen werden Turbofans hauptsächlich in größeren Marschflugkörpern verwendet. Er ist außerdem komplizierter und teurer in der Produktion.

Weiterführende Links: Strahltriebwerk, Turbofan

Staustrahltriebwerk

Staustrahltriebwerke werden schon seit einigen Jahrzehnten bei einer Vielzahl von Flugkörpern aller Art angewendet, in letzter Zeit auch vermehrt bei Seezielflugkörpern. Es gibt zwei verschiedene Untertypen: den Ramjet und den Scramjet. Da letzterer aktuell und in naher Zukunft noch nicht einsatzfähig seien wird, beschränkt sich dieses Buch auf den bereits mehrfach verwendeten Ramjet-Antrieb.

Einer seiner auffälligsten Merkmale ist das fast vollständige fehlen von beweglichen Teilen. Anders als bei Strahltriebwerken wird die Luft nicht aktiv angesaugt, sondern strömt einfach in eine sich verengende Düse ein. Hierdurch wird die Luft verlangsamt und verdichtet, was zu einem starken Temperaturanstieg führt. Nun wird einfach Treibstoff eingespritzt, welcher aufgrund der hohen Temperatur sofort zündet. Hierdurch ensteht dann wieder der nötige Rückstoß zum Antrieb des Flugkörpers. Vorteilhaft ist hierbei der geringe Konstruktionsaufwand (keine beweglichen Teile) und die hohen erreichbaren Geschwindigkeiten (bis zur dreifachen Schallgeschwindigkeit, also Mach 3). Der größte Nachteil ist allerdings die hohe benötigte Startgeschwindigkeit (ca. Mach 1,2). Durch die Tatsache, dass die meisten Ramjets bei ca. Mach 2 den Treibstoff am effektivsten verbrennen ensteht auch ein sehr hoher Luftwiderstand, der durch die meist niedrige Flughöhe (dichtere Luft) noch weiter erhöht wird. Hierdurch enstehen an der Frontfläche des Flugkörpers auch hohe Temperaturen durch die starke Luftreibung, was die Verwendung von aufwändige Materialen nötigt macht und die Flugzeit limitiert. Aus diesen Gründen werden Ramjets meist bei Seezielflugkörpern mittlerer Reichweite eingesetzt.

Weiterführende Links: Staustrahltriebwerk

Navigation

Seezielflugkörper müssen oft große Distanzen (meist 100 - 300 km) zurücklegen, um ihr Zielgebiet zu erreichen (die Erfassung des eigentlichen Zieles wird im nächsten Kapitel erläutert). Daher benötigen sie ein genaues Navigationssystem, welches dafür sorgt, dass sie nicht vom Kurs abkommen. Mit der Zeit wurden verschiedene Lösungen entwickelt: Inertialnavigation, Kommandolenkung und Satellitennavigation.

Kommandolenkung

Die „Henschel Hs 293“ aus dem 2. Weltkrieg verwendete eine Kommandolenkung via Funk

Die Kommandolenkung ist das einfachste Konzept und wurde bereits im 2. Weltkrieg eingesetzt. Hierbei wird die Rakete durch einen Menschen oder einen Computer ferngesetuert, so dass sich eigentlich kein Navigationssystem an Bord der Lenkwaffe befindet. Die Abschussplattform verfolgt mittels optischen oder Funktechnischen Instrumenten sowohl den Flugkörper als auch das Ziel und errechnet daraus die nötigen Steuerbefehle. Diese werden dann per Funk, Laser oder in seltenen Fällen auch per Kabel an die Lenkwaffe übertragen, welche dann die Befehle nur noch ausführt. Ein solches System ist relativ simpel, hat aber viele Nachteile. Besonders auf größere Distanzen sind sehr leistungsfähige Geräte notwendig um den Flugkörper zu verfolgen und ihm Steuerbefehle zukommen zu lassen. Die nötige Datenverbindung kann außerdem vom Feind gestört werden (außer Kabelverbindungen, die wiederrum leicht reißen können).

Heutzutage wird die Kommandolenkung auf Grund dieser Limitierungen kaum mehr als Primärsteuerung eingesetzt. Allerdings kommt sie in Form eines Einweg-Datenlinks als unterstützende Komponente häufig bei weitreichenden Seezielflugkörpern zum Einsatz. Durch ihre lange Flugzeit ergibt sich nämlich das Problem, dass ein Ziel während dieser Zeit durch Manöver und hohe Geschwindigkeiten das vorausberechnete Zielgebiet verlässt und sich so einem Angriff vollständig entziehen kann. Durch einen Datenlink kann der Flugkörper noch während des Fluges mit neuen Zieldaten versorgt werden, so dass sich dieses nicht mehr durch die geschilderten Maßnahmen entziehen kann. Meist wird dieses Update durch eine fliegende Plattform oder gar Satelliten übermittelt, da die Erdkrümmung eine Kommunikation mit Schiffen in den meisten Flugprofilen nach ca. 40 km unmöglich macht. Bei einigen neuen Seezielflugkörpern ist auch ein 2-Weg-Datenlink integriert, so dass zum Beispiel Daten über den Treibstoffvorrat, Zustand der Systeme oder Status der Zielerfassung an externe Plattformen (meist Flugzeuge) zurückgesendet werden können. Dies ermöglicht es den Operatoren die Gefechtssituation einzuschätzen und die Taktiken entsprechend anzupassen.

• Weiterführende Links: Fernsteuerung, Satellitenkommunikation, Erdkrümmung

Inertialnavigation

Ein Gyroskop auf Kugel-Basis, Herzstück vieler älterer INS-Geräte

Aufgrund der Unzulänglichkeiten der Kommandolenkung wurde schnell eine neues Konzept entwickelt: Die Inertialnavigation (auch „Trägheitsnavigation“, abgekürtzt „INS“). Kurz vor dem Start erhält das System von der Trägerplattform die aktuelle Position. Nach dem Start messen empfindliche Sensoren die Beschleunigungskräfte, welchen der Flugkörper in allen drei Dimensionen ausgesetzt ist. Durch die Beschleunigungsdaten kann so unter Zuhilfenahme der Koordinaten des Startpunktes der aktuelle Standort errechnet werden. Die meisten Systeme arbeiten heutzutage auf Basis von Laserkreiseln, welche die höchste Genauigkeit bei der Messung und somit bei der Positionsbestimmung bieten. Der größte Vorteil dieses Konzept ist seine Unabhängigkeit von externer Unterstützung nach dem Start. Das spart Konstruktionsaufwand, erleichtert den Gefechtseinsat und macht eine Störung durch feindliche oder natürliche Einflüsse praktisch unmöglich. Einziger nennenswerter Nachteil ist die Ungenauigkeit, da selbst die besten Messgeräte immer einen Messfehler produzieren, welcher sich mit zunehmender Zeit immer mehr aufsummiert (dieser wird oft mit dem CEP-Wert angegeben). Allerdings beträgt dieser auch bei älteren Systemen meist nicht mehr als einen Kilometer. Dies ist meist verschmerzbar, da das Navigationssystem den Seezielflugkörper nur zur groben Position des Zieles führen muss, da dieser in der Endphase andere, hochpräzise Sensoren zur genauen Zielortung einsetzt. INS-Systeme wurden aufgrund ihrer guten Eigenschaften schon bei den frühen Modellen eingesetzt und werden auch heute immer noch umfassend verwendet.

• Weiterführende Links: Inertiales Navigationssystem, Beschleunigungssensor, Laserkreisel, CEP

Satellitennavigation

Die Satellitennavigation wird eingesetzt um den letzten großen Nachteil der Inertialnavigation zu umgehen: die Ungenauigkeit bei langen Flugzeiten. Bei der Satellitennavigation werden im wesentlichen die Zeitsignale von mindestens vier mit hochpräzisen Atomuhren ausgerüsteten Satelliten empfangen und anschließend miteinander verrechnet. Am Ende dieses Prozesses stehen dem Navigationssystem Positionsdaten mit einer Genauigkeit von unter zehn Metern zur Verfügung, welche auch bei extrem langen Flugzeiten keine Präzisionsverluste aufweisen. Die einzige voll einsatzfähige Satellitenkonstellation (es werden mindesten 24 Stück in einer niedrigen Umlaufbahn benötigt) ist das US-amerikanische GPS („Global Positioning System“, dt.: „Globales Positionsbestimmungssystem“). Ab 2012 soll auch das russische System GLONASS voll einsatzfähig sein.

Neben der deutlich höheren Genauigkeit, die ausreicht um auch Punktziele an Land mit hoher Wahrscheinlichkeit treffen zu können, ist auch der Gerätekomplex merklich kleiner und leichter als bei INS-Komplexen. Nachteilig ist allerdings die Abhängigkeit von externer Unterstützung (Satelliten) und die mögliche Störung derer Signale (moderne militärische GPS-Empfänger sind allerdings schon sehr Störresistent). Daher werden in modernen Lenkwaffen häufig GPS- und INS-Systeme parallel installiert, um deren individuelle Vorteile optimal nutzen zu können.

• Weiterführende Links: GPS, GLONASS, GPS-Technologie