Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2013

Transcrição

2013 – Jahresbericht Wehrwissenschaftliche Forschung
Bundesministerium der Verteidigung
Wehrwissenschaftliche Forschung
Jahresbericht 2013
Wehrwissenschaftliche Forschung für deutsche Streitkräfte
Wehrwissenschaftliche Forschung
Jahresbericht 2013
13
5
Vorwort
6
7
Brigadegeneral Dr.-Ing. Thomas Czirwitzky
Unterabteilungsleiter AIN II und Forschungsbeauftragter
Die deutschen Streitkräfte sind ein integraler
Bestandteil der Außen- und Sicherheitspolitik
Deutschlands. Sie dienen der Sicherheit und
dem Schutz seiner Bürgerinnen und Bürger,
der Wahrung der territorialen Integrität und
Souveränität Deutschlands und seiner Verbündeten und sind Teil der Wahrnehmung von
internationaler Verantwortung. Dies hat in zunehmendem Maße zur Folge, dass deutsche
Streitkräfte vor allem Beiträge zur internationalen Krisen- und Konfliktverhinderung sowie
zu deren Bewältigung zu leisten haben.
Weiterhin ist auch die Fähigkeit zur Landesund Bündnisverteidigung sowie zur humanitären
Hilfeleistung durch die Bundeswehr sicherzustellen. Somit muss die Bundeswehr über ein
breites und flexibles militärisches Fähigkeitsspektrum verfügen. Kräfte und Mittel der Streitkräfte sind für die verschiedenartigen Einsätze
flexibel, robust, modular sowie eskalations- und
durchsetzungsfähig zu planen und bereitzustellen. Der wehrwissenschaftlichen Forschung
in der Bundeswehr kommt dabei eine wichtige
Rolle zu.
Das geforderte, breite Fähigkeitsspektrum der
Bundeswehr verlangt von der wehrwissenschaftlichen Forschung in ihrer Gesamtheit vor allem
den Erhalt einer umfassenden Analyse- und Bewertungsfähigkeit über alle wehrwissenschaftlich
relevanten Forschungsbereiche sowie das frühzeitige Erkennen und Aufgreifen neuer wehrwissenschaftlicher Entwicklungen und Trends in
Forschungsvorhaben zur Vorbereitung ministerieller Entscheidungen.
Sie schafft damit bereits zu einem frühen
Zeitpunkt die erforderlichen und notwendigen
Grundlagen, um den Bedarf der Bundeswehr
an militärischen Fähigkeiten zu decken und
insbesondere vorhandene Fähigkeitslücken
mittel- und langfristig zu schließen.
Daneben sichert die wehrwissenschaftliche
Forschung die internationale Kooperationsfähigkeit Deutschlands im Verteidigungsbereich durch
einen geeigneten Ausbau bi- und multilateraler
Forschungskooperationen, insbesondere im
europäischen Rahmen der European Defence
Agency (EDA) und im transatlantischen Kontext
der North Atlantic Treaty Organization (NATO).
Der Jahresbericht 2013 zeigt an treffenden
Beispielen die vielfältigen und erfolgreichen
Aktivitäten aus allen wehrwissenschaftlichen
Forschungsbereichen:
– der Wehrtechnischen Forschung
und Technologie,
– der Wehrmedizinischen und Wehrpsychologischen Forschung,
– der Sozialwissenschaftlichen Forschung,
– der Militärgeschichtlichen Forschung
sowie
– der Geowissenschaftlichen Forschung.
Dr.-Ing. Czirwitzky
Brigadegeneral
Inhalt
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9
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Vorwort
06
42
44
46
Präzisionsnavigation – flexibel, robust, weltweit einsetzbar
MIRA – Ein Infrarot-Signaturmodell für Flugzeuge
Synthese von Nanosprengstoffen nach dem Sprüh-Flash-VerdampfungsVerfahren (SFV)
Teil 1
13
Wehrtechnische Forschung
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Neuartiges Konzept zur Nutzung der Terahertz-Spektroskopie für
Ferndetektion von Explosivstoffen
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16
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22
24
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Werkstoffverhalten bei Laserimpakt
Passive Aufklärung mittels Mobilfunk-Basisstationen
Simulationsgestützte Bildauswertung in Serious Games
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54
Neue Composite-Raketenfesttreibstoffe für taktische Raketenantriebe
Elektrochemische Detektion von Explosivstoffen im Meer
Schneller Nachweis von nuklearen Gefahrstoffen
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58
60
62
64
Technologische Implikationen für eine „Postfossile Bundeswehr“
Detektion von vergrabenen Bedrohungen mit Hilfe hochauflösender
66
68
Erweiterung automatischer Flugsteuerungssysteme
durch 3D-Umweltsensorik
38
40
70
72
Foresight Analysis: Quantitative Methoden der Zukunftsanalyse
Böden unter Detonationsbeanspruchung
Detektion von Explosivstoffen in Echtzeit mittels DART®-Technologie
Bestimmung der Schutzfaktoren für ionisierende Strahlung
Herstellung und Anwendung rekombinanter Antikörper
Weiterentwicklung und Automatisierung von Reparaturverfahren
Schwingungsbelastbarkeit von geschützten Radfahrzeugen
Signatursimulation im Rüstungsbereich am Beispiel
der Radarsimulation
Keramische Schutzsysteme für Fahr- und Flugzeuge
Laserverwundbarkeit optronischer Materialien
SanTrain: Ein „Serious Game“ für die taktische Verwundetenversorgung
für Faserverbundstrukturen
Mikrowellenverfahren
36
Internationales Forschungsvorhaben „Military Operations in Urban Terrain“
im Projekt Fregatte F125
mit modernen tragbaren Messsystemen
32
34
TULF – Automatisiertes Folgen im Konvoi
(MOUT)
ATLIMIS – Atmosphärische Limitierung militärischer Systeme
Terahertz-Funkstrecken für die ultraschnelle taktische Kommunikation
Analyse von Handlungsabläufen in Joint-Einsätzen im Kontext
Vernetzter Operationsführung
Vernetzte Operationsführung im Koalitionsumfeld
– rauchfrei, schnellbrennend und leistungsstark
28
30
50
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Zielmaßprognosen mittels numerischer Methoden
Vorwort
10
11
13
Teil 2
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Wehrmedizinische und Wehrpsychologische Forschung
78
Einsatz molekulargenetischer Ausbruchsaufklärung und Rückverfolgungsanalyse
Teil 4
100 Aufbau eines Qualitätsmanagementsystems für die Flugwetterberatung
am Beispiel der Milzbrandfälle bei Heroinkonsumenten
80
Epidemiologische Risikoanalyse am Beispiel von Rickettsiosen in Afrika
82
Entwicklung einer MS2-Phagen-basierten internen RT-qPCR Kontrolle
im Geoinformationsdienst der Bundeswehr
102 Entwicklung eines Verfahrens zur automatisierten Güteabschätzung von
kurzfristigen numerischen Wetterprognosen für militärische Einsatzzwecke
104 3D-Modelle zur Einsatzplanung für urbane Operationen – Phase II
106 Verfahrensentwicklung für die Gewinnung von Geoinformation
für stationäre- und Feldanwendung
84
86
88
90
92
99 Geowissenschaftliche Forschung
Entwicklung neuer Antidotklassen gegen Nervenkampfstoffvergiftungen
NATO Biodosimetrie Studie
aus sehr hoch aufgelösten raumgestützten SAR-Daten
Die Wirbelsäule in der militärischen Flugmedizin
Einfluss von Hyperoxie auf die diastolische Funktion des Herzens
Messung der Psychischen Fitness von Soldatinnen und Soldaten in der
Teil 5
109Anhang
Einsatzvorbereitung
110 Adressen und Kontakte
116Impressum
Teil 3
95
Militärgeschichtliche und Sozialwissenschaftliche Forschung
96
Historiker und Sozialwissenschaftler analysieren und begleiten
die Geschichte der Bundeswehr seit 1990
13
1
Wehrtechnische Forschung
Wehrtechnische Forschung und Technologie (F&T) steht am
Wehrtechnische F&T in Deutschland erfolgt
Beginn einer Wertschöpfungskette, an deren Ende der Bundes-
– in bundeswehreigenen Wehrwissenschaftlichen und
wehr zeit- und auftragsgerecht die bestmögliche Ausrüstung
zur Verfügung stehen soll. Das breite Fähigkeitsspektrum
Wehrtechnischen Dienststellen,
– im Rahmen einer anteiligen Grundfinanzierung bei der
der Bundeswehr erfordert daher eine intensive Beobachtung
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten
und Erschließung aller für wehrtechnische Anwendungen
Forschung e.V. (FhG) und dem Deutschen Zentrum für
relevanten natur- und ingenieurwissenschaftlichen Felder.
Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) sowie dem DeutschFranzösischen Forschungsinstitut Saint-Louis (ISL),
Wehrtechnische F&T-Aktivitäten stellen die für Ausrüstungs-
– im Rahmen einer projektfinanzierten Forschung durch
entscheidungen erforderliche Analyse- und Bewertungsfähig-
die Vergabe von F&T-Vorhaben an Dritte, d. h. an Industrie
keit bereit, d. h. sie analysieren technologische Entwicklungen
und Wirtschaft, an Universitäten und Hochschulen und
hinsichtlich ihrer zukünftigen militärischen Verwendbarkeit
an außeruniversitäre Forschungseinrichtungen.
bzw. ihres Bedrohungspotenzials, identifizieren neue Technologien für die Weiterentwicklung der Fähigkeiten der Bundes-
In den nachfolgenden Artikeln werden Beispiele von wehr-
wehr, greifen Erkenntnisse der zivilen Forschung auf und
technischen F&T-Aktivitäten des Jahres 2013 aus diesen drei
treiben relevante Zukunftstechnologien zeitgerecht bis zur
Säulen der Durchführung wehrtechnischer F&T dargestellt.
Produktnähe voran.
Forschungsaktivitäten 2013
14
15
Dr. Matthias Wickert
Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik,
Ernst-Mach-Institut,
Freiburg
Priv.-Doz. Dr. Jens Osterholz
Freiburg
Dr. Bernd Lexow
Efringen-Kirchen
Dr. Michael May
Freiburg
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
stoffverhalten bei Laserimpakt, der Wirkung von hoch-
Da davon auszugehen ist, dass Systeme der Bundeswehr
energetischer Laserstrahlung auf ein Target mit Effekten
zukünftig ebenfalls einer Laserbestrahlung ausgesetzt sein
wie Penetration und Perforation, mit Experimenten unter
könnten, wurde frühzeitig begonnen, das Verhalten auch
Laborbedingungen zu untersuchen und mit analytischen
anderer Struktur- und Schutzwerkstoffe zu betrachten.
Modellen und numerischen Simulationen zu beschreiben.
Moderne Verbundmaterialien weisen ein anderes Material-
Werkstoffverhalten bei Laserimpakt
Am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-
Getrieben von zivilen Anwendungen wurden in den ver-
Institut, EMI steht jetzt ein designiertes Labor für Laser-
gangenen Jahren Festkörperlaser realisiert, die sich durch
wirkung zur Verfügung. Unter definierten Bedingungen
kompakte Bauweise in Kombination mit einer sehr guten
Beispielsweise wurde die Wirkung auf dünne Metallplatten
zunächst der Werkstoff der Matrix aufgelöst während die
wird der Laserimpakt beobachtet, Modelle für die Wirkung
Strahlqualität und einer sehr hohen Leistung von 10 kW
untersucht. Unterscheiden sich die bis zur Perforation be-
Fasern noch bestehen bleiben und Wärme leiten können,
im Ziel und die Schädigung von Werkstoffen werden er-
und mehr auszeichnen. Derartige Laser eignen sich als Basis
obachteten Lasereinwirkzeiten aufgrund der Unterschiede in
bevor es zur lokalen Perforation kommt.
stellt und in Simulationen angewendet. Die Expertise zum
für einen wehrtechnischen Einsatz als über Distanz wirkende
der Wärmeleitung von Aluminum und Stahl bei 2 kW noch
Werkstoffverhalten unter dynamischer Last wird um die
Effektoren. In Deutschland wurden die Möglichkeiten zur
deutlich, spielt dieser Effekt bei 10 kW nur noch eine unter-
Auch ohne Perforation ist nach einem Laserimpakt der
Perspektive des thermomechanischen Werkstoffverhaltens
Abwehr von anfliegenden Granaten und Raketen bereits
geordnete Rolle und die Perforationszeiten gleichen sich für
Werkstoff vorgeschädigt. Zugversuche zur Bestimmung des
ergänzt.
demonstriert, von der US-Navy ist bereits die Installation
die untersuchten jeweiligen Strahldurchmesser bis 4 cm an.
dynamischen Werkstoffverhaltens zeigen die verminderte
eines Systems für 2014 angekündigt.
Das beobachtete Temperaturanstiegsverhalten fließt in die
Belastungsfähigkeit deutlich auf. Diese Ergebnisse sind bei-
physikalischen Modelle für die Wirkmechanismen wesentlich
spielsweise in Simulationen zur späteren Funktionsfähigkeit
Im Vergleich zu einem mittelkalibrigem Projektil kann daher
mit ein. Wie in der Abbildung dargestellt, schließt sich infolge
zu berücksichtigen. Vorab war aufgezeigt worden, dass ein-
mit einem Lasereffektor ein ähnlicher Energieeintrag erreicht
der thermischen Energieeinkopplung nach dem lokalen Über-
fache Verspiegelungen wie eine Chromierung nicht in der
werden, jedoch ohne Impulsübertrag und mit längerer Ein-
gang zur Schmelze eine Phase an, die durch die Fließdynamik
Lage sind, einer Einwirkung hochenergetischer Laserstrahlung
wirkungszeit.
des geschmolzenen Materials bestimmt wird. Diese Phase ist
entgegenzuwirken.
verhalten bei Laserbestrahlung auf. Bei CFK-Proben wird
im statischen Versuch sehr lang, da hier die Fließdynamik
Für Projektile stehen seit vielen Jahrzehnten wissenschaft-
wesentlich durch Gravitationskräfte bestimmt wird.
mit hochenergetischer Laserwirkung nun ein qualifiziertes
liche Methoden zur Analyse, Modellbildung und Simulation
Abb. 1: Laserimpakt auf Flüssigkeitsbehältnis. Der von links kommende
Laserstrahl wird sichtbar durch Lichtemission von Partikeln, die in den
Strahlbereich eintreten
Somit steht für die Untersuchung der neuen Wirkmöglichkeit
zur Verfügung, um die Wirkung auf die Werkstoffe eines
Für zukünftige Untersuchungen befindet sich eine Möglich-
Labor zur Verfügung, das sich dem thermomechanischen
Targets zu beschreiben. Aufbauend auf dieser Expertise hat
keit zur Darstellung von Anströmungseffekten im Labor
Werkstoffverhalten bei Laserimpakt widmet.
Fraunhofer EMI die Möglichkeiten geschaffen, das Werk-
derzeit im Aufbau.
Abb. 2: Laserimpakt von links auf eine dünne Platte energetischen Materials
Abb. 3: Vergleich der Energieskalen eines
möglichen Hochenergielaser-Effektors und
eines Mittelkalibergeschosses
Abb. 4: Modellbildung für die Perforation dünner
Metallplatten bei Laserimpakt
Abb. 5: Bereits ein kurzer Laserimpakt
kann zur Reduzierung der Festigkeit von
Faserverbundwerkstoffen führen
16
Dipl.-Inform. Christoph Barz
Fraunhofer-Institut für Kommunikation,
Informationsverarbeitung und Ergonomie,
Wachtberg
Dr. Markus Antweiler
Wachtberg
[email protected]
[email protected]
Vernetzte Operationsführung im Koalitionsumfeld
17
ten Land. Internationale Koalitionstruppen stabilisieren die
In Phase 2 wird der Konvoi auf dem Weg von einer zweiten
Lage, schützen die Bevölkerung und leiten einen Friedenspro-
Gruppe militärischer Fahrzeuge einer anderen Nation ver-
zess ein. Außerhalb der großen Städte ist die Lage jedoch noch
stärkt. Der für eine direkte Kommunikation momentan noch
nicht stabilisiert; Konvois werden regelmäßig angegriffen.
aufwändige Austausch von nationalen Funkgeräten kann in
Die Koalitionstruppen haben ein internationales Hauptquartier
Zukunft durch eine gemeinsame NATO-Breitbandwellenform
eingerichtet, das über ein Kern-Netz mit verschiedenen natio-
Coalition Wideband Networking Waveform (COALWNW) in
nalen Hauptquartieren und dem maritimen Anteil verbunden
Verbindung mit einem mehrlinienfähigen Funkgerät auf Basis
ist. In dieser Situation tritt eine Naturkatastrophe ein, die
von Software Defined Radio-Technologien ersetzt werden.
die Lage weiter destabilisiert. Die verschiedenen Phasen der
Reaktion werden in Abbildung 1 dargestellt.
Zusätzlich müssen in dieser Phase Sicherheitsbeziehungen
zwischen den Teilnehmern aufgebaut werden.
Ein ungehinderter, sicherer Informationsaustausch ist
Im internationalen Projekt CoNSIS entwickelt das Fraunhofer-
Phase 0 stellt die oben beschriebene Ausgangssituation dar.
ein entscheidender Faktor für den Erfolg militärischer
Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und
Alle beteiligten Nationen teilen ein aktuelles Bild der Lage
Während der Fahrt wird die Funkkommunikation innerhalb
Operationen. Internationale Einsätze bringen auf Grund
Ergonomie FKIE im Auftrag des Bundesamtes für Ausrüstung,
auf der Basis von SOA-Diensten über ein gemeinsames
des Konvois plötzlich durch einen Jammer (siehe Abbildung 3)
der unterschiedlichen Kommunikations- und Führungs-
Informationstechnik und Nutzung (BAAINBw) Kommunika-
Kommunikationsnetz, das für Daten mit unterschiedlichem
beeinträchtigt (Phase 3). Für eine lokale Erkennung des Jam-
informationssysteme besondere Herausforderungen
tionslösungen und Architekturen für Dienste im taktischen
Schutzbedürfnis ausgelegt ist und unterschiedliche Kommu-
mings müssen auf verschiedenen Netzwerkschichten Infor-
mit sich. Das Projekt Coalition Networks for Secure
Bereich. Diese stellen einen wichtigen Schritt zur Umsetzung
nikationstechnologien umfasst.
mationen korreliert werden. Dies wird durch einen auf einer
Information Sharing (CoNSIS) schließt technische Lücken
der NATO Network Enabled Capabilities unter Mobilitäts- und
bei der Interoperabilität der verschiedenen Systeme.
Sicherheitsanforderungen dar. Dabei wurden in Phase I des
Als Reaktion auf die Naturkatastrophe wird ein Konvoi zu-
realisiert. In Phase 4 wird die Bedrohung durch den Jammer
Projektes Lösungen zur Kopplung unterschiedlicher nationa-
sammengestellt (Phase 1), der Fahrzeuge einer humanitären
durch den Einsatz von Kampfflugzeugen neutralisiert.
ler Service Oriented Architecture- (SOA) Implementierungen,
Hilfsorganisation (NGO) zum Katastrophengebiet eskortieren
zur Kopplung von IP-Netzen und taktischen Datenlinks, für
und die Lage vor Ort absichern soll. Der militärische Teil des
Ergebnisse aus CoNSIS fließen in das Projekt „querschnittlicher
Routing und Quality of Service (QoS) über heterogene Kom-
Konvois ist untereinander mit verschiedenen breitbandigen
Anteil Kommunikationsserver Bw“ (QUAKSBw) und in das
munikationstechnologien (Multi-Topology Routing), zum
militärischen Funktechnologien im UHF-Frequenzband ver-
Programm „letzte Meile“ ein. Zusätzlich können Resultate wie
Austausch von Daten mit unterschiedlichem Schutzbedürfnis
bunden und bildet ein Ad-Hoc-Netzwerk (siehe Abbildung 2),
das Multi-Topology-Routing in zukünftige Koalitions-Wellen-
über ein Netz (Multilevel Security) und für ein föderiertes,
um die Anforderungen der SOA-Architektur an die Verbin-
formen einfließen.
servicebasiertes Netzwerkmanagement erarbeitet. Dabei legt
dungsqualität erfüllen zu können. Zu den NGO-Fahrzeugen
ein aktuelles Referenzszenario mit Joint und Combined Antei-
besteht ebenfalls eine Funkanbindung. Hierbei kann es sich
len die Anforderungen an die oben genannten technologischen
auch um zivile Kommunikationstechnologien wie modifi-
Entwicklungen fest.
ziertes WLAN handeln. Das Schutzbedürfnis militärischer
Cross-Layer-Architektur basierenden Jamming-Detektor
Informationen wird dabei durch ein Sicherheitsgateway
Das Szenario bewegt sich in einem von Bürgerkrieg beherrsch-
Abb. 1: Die verschiedenen Phasen des CoNSIS-Szenarios
erfüllt.
Abb. 2: Hauptquartier und mobile Einheiten
Abb. 3: Jammeraufbau im Rahmen
der Feldtests
18
Dipl.-Ing. Reda Zemmari
Wachtberg
Priv.-Doz. Dr. Wolfgang Koch
Wachtberg
[email protected]
[email protected]
19
lauben, anhand der gesamten Verarbeitungskette erzielbare
2 und 4 zeigen eine der Empfangsstationen und das erzeugte
Detektionsreichweiten, Auflösungen sowie Mess- und Track-
Lagebild. Herausforderungen boten Abschattungen im Küsten-
Genauigkeiten experimentell zu evaluieren. Auch im euro-
bereich sowie geringe Entfernungsauflösungen aufgrund
päischen Maßstab konnte eine führende Position erarbeitet
der GSM-Sendesignale. Als vorteilhaft haben sich die hohe
werden.
Dopplerauflösung des Systems und vor allem eine räumliche
Dissoziierung der Empfangsstationen erwiesen. Dies wurde
Passive Aufklärung mittels Mobilfunk-Basisstationen
Im Unterschied zu traditionellen Beleuchtern für Passiv-Radar
durch Teilung des 16-kanaligen Empfangsarrays in zwei
(FM-Radio, DVB-T) mit Sendeleistungen bis zu 100 kW ist die
Untergruppen à 8 Elemente erzielt.
nutzbare Leistung von GSM-Basisstationen gering (10 W).
Die sich ergebenden Herausforderungen konnten jedoch durch
Künftige Untersuchungen und der Ausbau des Demonstrators
vergleichsweise lange kohärente Integration der Empfangs-
für passive Aufklärung durch Kommunikationsabstrahlungen
Die globale Verfügbarkeit von Mobilfunknetzen legt nahe,
Passive Aufklärung bietet der Bundeswehr grundlegende
signale, vor allem aber durch Nutzung dislozierter Beleuchter
werden neben dem GSM-1800-Band auch GSM-900 einbe-
die Basisstationen als Beleuchter für passive Aufklärung zu
Fähigkeiten: Sie ermöglicht verdeckte Lokalisierung und
und anspruchsvoller Tracking-Algorithmen gemeistert werden.
ziehen, das mit höherer Leistung abstrahlt. Die nachfolgenden
nutzen. Da sie potentiellen Gegnern verborgen bleibt, ist
Verfolgung von Emittern, aber auch nicht-strahlender Ziele,
Hilfreich ist die frequenzmäßige Trennung der GSM-Beleuchter,
Mobilfunkgenerationen begünstigen passive Aufklärung durch
diese Technologie auch im Spannungsfall oder im Vorfeld
die von „Illuminators of Opportunity“ beleuchtet werden.
so dass sie wie unabhängige Sender-Empfängerpaare betrachtet
die z. T. höheren Bandbreiten, wodurch bessere Entfernungs-
offener Konflikte relevant. Das Fraunhofer-Institut für
Da passive Aufklärung potentiellen Gegnern verborgen bleibt,
werden können. Dies erklärt die Schlüsselfunktion der Sensor-
auflösungen erzielbar sind. Allerdings stellen die neuen Signal-
Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergono-
ist sie auch im Spannungsfall oder im Vorfeld offener Konflikte
datenfusion und der Multihypothesen-Tracking-Verfahren
formen, die ja nicht für Aufklärungszwecke entwickelt wurden,
mie FKIE stellt für maritime Szenarien Experimente vor,
relevant. Unter Umständen sind komplizierte Ausbreitungs-
für den erfolgreichen Betrieb passiver Aufklärungssysteme.
neuartige Forschungsfragen, die bereits jetzt bearbeitet und
die alle Verarbeitungsstufen, einschließlich Tracking und
bedingungen zu berücksichtigen, etwa im urbanen Umfeld.
Datenfusion, umfassen.
Manchmal mischen sich beide Formen, etwa bei nur gelegent-
Abbildung 3 veranschaulicht die Ergebnisse einer Experimen-
Ferner bietet die Dislozierung von Empfangsstationen ein noch
lich abstrahlenden Zielen.
talkampagne, die im Herbst 2011 mit der Bundesmarine auf
lange nicht ausgeschöpftes Potential für weitere Leistungs-
Fehmarn durchgeführt wurde. Für üblichen Schiffsverkehr,
steigerungen.
Abb. 1: Multistatische passive Aufklärung
in die für 2014 geplanten Experimente eingehen werden.
Die globale Verfügbarkeit von Mobilfunknetzen legt es nahe,
Fähr- und Frachtschiffe mit hohem Radarstreuquerschnitt,
Basisstationen als Beleuchter zu nutzen, die kontinuierlich
konnte die Erstellung eines küstennahen maritimen Lage-
und standardisiert senden. Die Vielzahl der Stationen, gerade
bildes bis zu einer Reichweite von 40 km, dem Radarhorizont,
auch „Out-of-Area“ und entlang von Küsten, und die fast
gezeigt werden. Folgeuntersuchungen fanden 2012 und 2013
durchgängige Überdeckung der Zellen durch mehrere Sta-
mit der Wehrtechnische Dienststelle für Schiffe und Marine-
tionen ermöglicht die Fusion verschiedener Beleuchter-
waffen, Maritime Technologie und Forschung (WTD 71) in der
Konfigurationen mit nur einer Empfangsstation. Die grund-
Eckernförder Bucht statt. Für anders gelagerte Szenarien wurde
sätzliche Eignung von Mobilfunkbasisstationen für passive
nachgewiesen, dass kleine, agile Boote in Entfernungen von
Aufklärung wurde im Fraunhofer FKIE erstmalig in Deutsch-
bis zu 4 km entdeckt und verfolgt werden konnten. Dabei lag
land nachgewiesen. Die durchgeführten Systemstudien er-
der Fokus auf dem Schutz von Hafenanlagen. Die Abbildungen
Abb. 2: Das GSM-Experimentalsystem für passive Aufklärung
an der Bucht von Eckernförde
Abb. 3: Passiv gewonnenes Lagebild durch
Beleuchtung mit GSM-Basisstationen
Abb. 4: Exemplarisches Lagebild für Hafenschutz basierend auf
GSM-Beleuchtern (Quelle: © OpenStreetMap contributors)
20
21
Dipl.-Phys. Wolfgang Roller
Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung,
Karlsruhe
M. Sc. Ehm Kannegieser
Karlsruhe
Dipl.-Inf. Daniel Szentes M. Sc.
Karlsruhe
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Simulationsgestützte Bildauswertung in Serious Games
Hilfe der Luftbildauswerter die Einsatzmöglichkeiten von
und Flugparameter ein (Abbildung 2). Ist die Aufklärungs-
optischen, Infrarot- und Radarsensoren, die Nutzung unter-
mission durchgeführt, muss der Spieler die aufgenommenen
schiedlicher Plattformen wie Flugzeuge und Satelliten so-
Bilder auswerten (Abbildung 3) und die Ergebnisse an den
wie den gesamten Auswertungsprozess, den sogenannten
Kommandanten zurückmelden (Abbildung 4). Die Qualität
„Recce-Cycle“, kennen lernt.
der Bildauswerteergebnisse entscheidet über den weiteren
Die Auswertung von Luft- und Satellitenbildern erfordert
Aus-, Fort- und Weiterbildung bilden die Basis für eine er-
detailliertes Wissen und langjährige Erfahrung im Umgang
folgreiche Industriegesellschaft. Neben den klassischen Lern-
mit optischen, Infrarot- und Radarbildern. Konzepte zur
methoden Frontalunterricht, Seminaren und Literaturstudium
Hierzu wurde ein Spiele-basierter Ansatz gewählt. „Serious
klärungssysteme verbessert oder neu entwickelt werden
simulationsbasierten Bildauswertung eignen sich hervor-
halten zunehmend technologiegestützte Lernformen in
Games“ sind Lernspiele, die die Lernmotivation fördern,
können (Abbildung 5).
ragend für Ausbildung und Training zukünftiger Bildaus-
Schulen, Universitäten und Unternehmen Einzug. Daneben
indem sie den Spielspaß nutzen, um daraus einen Lernspaß
werter. Das Eintauchen in die Welt der Bildauswertung mit
ist zu berücksichtigen, dass die Entwicklung neuer Technolo-
zu generieren. Durch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen
Die Unterscheidung in Kampagne und Endlosspiel ermög-
Serious Games ermöglicht eine nachhaltige Kompetenz-
gien wie Smartphones, Tablet-PCs und Gestenerkennung zu
Spielspaß und didaktischen Anforderungen wird der Nutzer
licht den Einsatz während eines Lehrgangs und den Einsatz
entwicklung.
Verhaltensänderungen bei der Informationsaufnahme führt.
in einen Flow-Zustand gebracht, in dem er immer weiter
als Solospiel zum Selbstlernen. Im Kampagnen-Modus wird
Die erste Generation der so genannten Digital Natives ist in-
spielen und damit lernen möchte. Mit Hilfe dieser immersiven
der Spieler über eine Geschichte durch das Spiel geführt.
zwischen im Berufsleben angekommen und erwartet moderne
Didaktik, der Nutzung von Story-Telling-Elementen und der
Dabei kann der Schwierigkeitsgrad kontinuierlich gesteigert
Weiterbildungsangebote. Mobiles Lernen und interaktiver
Einbindung von Simulationen wird die Nachhaltigkeit des
werden. Im Endlosspiel-Modus kann über einen Editor nach-
Spaß werden für Kinder und Jugendliche zur Selbstverständ-
Lernprozesses gesteigert.
träglich Bildmaterial eingestellt und Spiele an Lehrgänge
Spielverlauf und schaltet Ressourcen frei, mit denen Auf-
lichkeit. Für diese „Mitarbeiter von Morgen“ gilt es, attraktive
Abb. 1: Arche dient als Basis für Aufklärungssysteme, Bildauswertestationen,
Kommandozentralen und Forschungslabore
angepasst werden, ohne zusätzliche narrative Elemente kon-
Lernmöglichkeiten zu schaffen und so Wissen und Kompe-
Das Hauptgenre des Spiels ist eine Kombination aus Strategie-
zipieren zu müssen. Die Einbindung operationell genutzter
tenzen auch in Zukunft sicher zu stellen.
und Adventure-Spiel. Als Spielidee wurde die Erkundung ferner
Bildauswerte-, Assistenz-, Schulungs- und Meldungserstel-
Planeten in fremden Galaxien gewählt (Abbildung 1). Dazu
lungssysteme in die Spielumgebung ist vorgesehen.
Die Ausbildung zum Luftbildauswerter bei der Bundeswehr
stehen dem Spieler zu Beginn einige wenige Aufklärungs-
erfolgt im Rahmen von mehreren Lehrgängen, in denen die
systeme mit noch nicht sehr hoch entwickelten technischen
Auswertung von Luft- und Satellitenbildern aus unterschied-
Merkmalen zur Verfügung. Entsprechend der aktuellen Auf-
lichen Spektralbereichen gelernt werden. Ziel ist es, lehrgangs-
klärungsaufgabe wählt der Spieler den passenden Sensor und
unterstützend eine Lernumgebung zu entwickeln, mit deren
eine geeignete Plattform aus und stellt die richtigen Sensor-
Abb. 2: Hangar mit Aufklärungssensoren und Fluggeräten
Abb. 3: Bildauswertung
Abb. 4: Brücke, auf der Aufträge verteilt,
Informationen gesammelt und Bilder
ausgewertet werden
Abb. 5: Forschungslabor, in dem neue Sensoren und
Sensorträger für zukünftige Aufklärungsmissionen
entwickelt werden.
22
23
Dr. rer. nat. Dipl.-Met. Detlev Sprung
Ettlingen
Dr. rer. nat. Dipl.-Phys. Karin Stein
Ettlingen
Dipl. Met. Ulrich Trempel
Wehrtechnische Dienststelle für Waffen und Munition,
Meppen
[email protected]
[email protected]
[email protected]
ATLIMIS – Atmosphärische Limitierung militärischer Systeme
gieren (Abb. 2). Ein interessantes Einsatzgebiet hierfür sind
Zur Validierung wird neben temporären Messkampagnen
Laserkommunikationsanwendungen über urbanem Gebiet.
zur Vermessung der optischen Turbulenz in verschiedenen
Klimata und über unterschiedlichen Untergrundarten (Ozean,
Für die Vorhersage der Leistungsfähigkeit elektro-optischer
landestypische Vegetationen) das Langzeitexperiment VerTurM
Elektro-optische Systeme werden in vielen militärischen
Besonders bei Langstreckenanwendungen beeinflussen
Systeme in Abhängigkeit von den meteorologischen Bedin-
(vertikale Turbulenzmessungen) seit Juni 2009 auf dem Gelände
Bereichen, u. a. Warnung, Aufklärung und Zielerfassung,
Wechselwirkungen mit der Atmosphäre die Signatur von
gungen ist die Entwicklung, Pflege und Verbesserung von
der Wehrtechnischen Dienststelle für Waffen und Munition
eingesetzt. Die atmosphärischen Bedingungen limitieren
beobachteten Objekten oder Bedrohungen, z. B. Flugkörper-
Korrekturverfahren essentiell. Für deren Validierung sind
(WTD 91) in Meppen durchgeführt. Hier wird die Vertikalver-
ihre Anwendung und Leistungsfähigkeit. Diese werden
antriebe oder Mündungsfeuerblitze. Meteorologische Bedin-
umfangreiche, auch langfristige Messungen verschiedener
teilung der optischen Turbulenz bis in 400 m Höhe mit diversen
bestimmt durch Klima, Wetter und Wechselwirkungen mit
gungen sind für Konzeption, Auslegung und Bewertung
Atmosphärenparameter erforderlich. Dabei wird auch eventu-
sich ergänzenden Messsystemen kontinuierlich bestimmt.
der Erdoberfläche. Charakterisierung, Quantifizierung und
elektro-optischer Systeme zu berücksichtigen. Erfassung,
ellen zukünftigen Einsatzgebieten der Bundeswehr Rechnung
Ein Tagesverlauf von Cn² ist in Abbildung 3 zu sehen. Eine in
Korrekturverfahren der atmosphärischen Einflüsse sind
Pflege und Erweiterung entsprechender meteorologischer
getragen. Vorhandene Datenbanken werden dafür genutzt
2013 durchgeführte statistische Analyse der Daten bzgl. der
unerlässlich.
Datensammlungen sind daher wichtig. Klimatische Verhält-
und ständig erweitert.
meteorologischen Bedingungen bietet die Grundlage für ein
Modell zur Vorhersage der Vertikalverteilung der Turbulenz
nisse geben die Auswahl des elektro-optischen SpektralbereiDer Einfluss der Atmosphäre spiegelt sich in den Phäno-
und somit der Effizienz elektro-optischer Systeme in der un-
menen Beugung, Refraktion, Streuung und Absorption an
teren Atmosphäre. Bestehende Modelle (z. B. Tatarskii-Modell)
Effekte wie optische Turbulenz und Refraktion können eine
Aerosolen und Turbulenz wieder. Die Untersuchungen
zeigen größere Abweichungen von den Messungen (Abbildung
extreme Verschlechterung der Bildqualität bewirken (Abbil-
der Abteilung Signatorik am Fraunhofer-Institut für Optro-
4), besonders während stabiler Grenzschichtverhältnisse in
dung 1). Aufgaben wie Detektion, Klassifikation und Identifi-
nik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB haben einen
der Nacht.
kation werden dadurch erschwert, mitunter sogar unmöglich.
Schwerpunkt in der optischen Turbulenz in der unteren
Der nahezu immer turbulente Zustand der Atmosphäre erfor-
atmosphärischen Grenzschicht, die den Einfluss der turbu-
Alle Messdaten der optischen Turbulenz werden in einer am
dert Korrekturverfahren zur Turbulenzkompensation. In der
lenten Atmosphäre auf die Wellenausbreitung quantifiziert.
Fraunhofer IOSB entwickelten Datenbank abgelegt. In dieser
praktischen Anwendung werden Software-basierte Korrektur-
Optische Turbulenz wird beschrieben durch den Struktur-
können die gemessenen Turbulenzbedingungen mit den Eigen-
verfahren für bildgebende militärische Systeme entwickelt.
funktionsparameter des Brechungsindex der Luft Cn²,
schaften elektro-optischer Systeme verknüpft und so die Mess-
Im Bereich der adaptiven Optik werden Systeme aufgebaut,
der durch Temperatur- und Feuchtefluktuationen in der
systeme bezüglich ihres Einsatzortes und -zeit charakterisiert
die schnelle Wellenfrontdeformationen messen und korri-
Atmosphäre hervorgerufen wird.
werden.
Abb. 3: Beispiel für einen typischen Tagesgang im Sommer der
Vertikalverteilung optischen Turbulenz (Cn²) bis 400 m Höhe
am VerTurM-Standort. Die Farbskalierung gibt die Stärke der
Turbulenz wieder (dunkelrot am stärksten)
Abb. 4: Vergleich der Vertikalprofile der optischen Turbulenz (Cn²)
zwischen den VerTurM-Messungen (Punkte) und dem Tatarskii-Modell
(durchgezogene Linie) für ein Beispiel im Sommer am Tag (rot) und
eines in der Nacht (blau)
ches für die optimale Nutzung militärischer Systeme vor.
Abb. 1: Deformation einer Wellenfront nach Passieren der turbulenten Atmosphäre
und deren Auswirkung auf ein Bild
Abb. 2: Skizze eines adaptiven Optikaufbaus
zur Turbulenzkorrektur
24
25
Dr. Michael Schlechtweg
Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik,
Freiburg
Dr. Arnulf Leuther
Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik,
Freiburg
(der Millimeterwellenbereich erstreckt sich bis 300 GHz)
Millimeterwellen-Funkstrecken zusätzlich noch durch eine
für die Übertragung mit höchsten Datenraten prädestiniert.
weitgehende Allwetterfähigkeit aus.
[email protected]
[email protected]
Die hohe Trägerfrequenz ermöglicht eine große Modulations-
Terahertz-Funkstrecken für die ultraschnelle taktische Kommunikation
bandbreite von bis zu 50 GHz. Damit wird die Übertragung
Die hierfür benötigten Hochfrequenz-Schaltungen in
sehr großer Datenraten erst möglich. Bisher konnte mit
modernster Verbindungshalbleiter-Technologie werden am
Komponenten des IAF eine Funkübertragung von mehr als
Fraunhofer IAF eigenständig entworfen, gefertigt und in
20 Gbit/s über eine Entfernung von einem Kilometer de-
anwendungsreife Module integriert. Eine Abhängigkeit von
monstriert werden (Abbildung 2). Fortschrittliche Modulati-
ausländischen Quellen mit dem Risiko von Exportrestriktionen
onsverfahren lassen künftig sogar Datenraten von 100 Gbit/s
besteht daher nicht. Aktuelles Ziel ist es, die Schaltungen
erwarten. Dies konnte im Laborversuch über eine Entfernung
und Antennen direkt auf einem Chip zu integrieren. Die sehr
von einigen Metern bereits nachgewiesen werden. Im interna-
rauscharmen Transistoren in diesen integrierten Schaltungen
tionalen Vergleich stellt dies den momentanen Weltrekord dar.
besitzen eine Gatelänge (kleinste Struktur eines Transistors,
In der vernetzten Operationsführung ist die Leistungs-
Während die Übertragungskapazität kommerziell verfüg-
fähigkeit der Kommunikations-Infrastruktur von zentraler
barer Funkstrecken bereits bei wenigen Megabit pro Sekunde
Bedeutung. Die Übertragung von Aufklärungsdaten mit
endet, liegt die tatsächlich benötigte Bandbreite im Einsatz
Ein Vorteil dieser elektromagnetischen Wellen hoher Frequenz
35 Nanometern – eine extrem anspruchsvolle Herausforderung
hoher Geschwindigkeit von fliegenden Plattformen zum
um Größenordnungen darüber, insbesondere dann, wenn
– oft auch als „Terahertz-Wellen“ bezeichnet – sind ihre sehr
an die Fertigungstechnologie (Abbildung 4). Die am Fraunhofer
Boden oder zum Satelliten, aber auch mittels terrestrischer
Daten bildgebender Infrarot- und Radar-Sensoren mit hoher
geringen Wellenlängen, die im Bereich von nur einem Milli-
IAF in Entwicklung befindliche Technologie besitzt das Po-
Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in Echtzeit stellt hier
Auflösung und in Echtzeit übertragen werden müssen. Es ist
meter liegen. Die Wellenlänge der üblichen Radaraufklärung
tenzial, sogar Frequenzen bis 1000 GHz zu verarbeiten und
künftig eine unabdingbare Fähigkeit für Streitkräfte im
daher notwendig, mit Hilfe innovativer Technologien bei im-
im X-Band liegt dagegen bei um die 3 cm. Der Aufbau von
stößt damit in bislang technisch als unzugänglich angesehene
Einsatz dar.
mer höheren Frequenzen in bisher technisch nicht nutzbaren
Sende- und Empfangseinheiten inklusive der benötigten
Bereiche vor.
Bereichen zu senden und zu empfangen. Dabei ergeben sich
Antennen kann damit sehr kompakt, gewichtsreduziert und
völlig neue Herausforderungen. Die Erdatmosphäre dämpft
auch energiesparend realisiert werden. Die am IAF entwickel-
Funkwellen teilweise erheblich, es gibt jedoch Bereiche, in
ten Sender- und Empfängermodule der Funkstrecke, die
denen die Umgebungsluft vergleichsweise durchsichtig ist.
modernste integrierte Millimeterwellen-Schaltungen (MMICs)
Solche atmosphärischen Fenster befinden sich beispielsweise
verwenden, sind lediglich so groß wie eine Streichholzschach-
bei 220, 340 und 480 GHz, sie eignen sich ideal für neuartige
tel und machen sie so für den Einsatz in kleinen fliegenden
Funksysteme (Abbildung 1).
Plattformen ideal geeignet (Abbildung 3).
Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik
Weiterhin ermöglicht der Einsatz höchster Frequenzen eine
IAF werden Komponenten für neuartige taktische Datenlinks
weitgehende Abhör- und Störsicherheit, sowohl aufgrund
entwickelt, welche künftig das Schließen dieser kritischen
des scharf gebündelten Sendestrahls als auch des derzeitigen
Fähigkeitslücke ermöglichen. Aufgrund der hohen nutzbaren
Fehlens gegnerischer Fähigkeiten für Aufklärung und Gegen-
Bandbreite sind Millimeterwellen und Sub-Millimeterwellen
maßnahmen. Gegenüber optischen Systemen zeichnen sich
Abb. 2: Testaufbau, mit welchem mehr als 20 Gbit/s über
eine Entfernung von gut einem Kilometer erreicht wurden.
(Quelle: Radiometer Physics GmbH Meckenheim)
Abb. 3: Komplettes Sende- und Empfangsmodul für Frequenzen
um die 240 GHz. Das Modul hat in etwa die Abmessungen einer
Streichholzschachtel
Abb. 1: Dämpfung von Funkwellen in der Atmosphäre in
Abhängigkeit von der Sendefrequenz. Der Bereich um 250 GHz
liegt zwischen den beiden starken Absorptionsbanden des
Wasserdampfs und eignet sich damit ideal für eine Funkstrecke
diese bestimmt die maximale Schaltgeschwindigkeit) von
Abb. 4: Voll integrierter Sender-/Empfänger-MMIC in 35-nmTechnologie des Fraunhofer IAF. Die Abmessungen des Chips
betragen knapp 2,5 mm × 1 mm. Rechts davon ist die Antenne
mit einem Durchmesser von ca. 5 mm abgebildet. Richtfunk
mit Glasfaser-Datenübertragungsgeschwindigkeit wird damit
künftig möglich sein
26
27
Dr. Volker Gettwert
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie,
Pfinztal-Berghausen
Dr. Thomas Keicher
Pfinztal-Berghausen
Thomas Heintz
Pfinztal-Berghausen
Volker Weiser
Pfinztal-Berghausen
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
und Charakterisierung deckt das ICT alle Bereiche ab, die
Weichmacher und Härter, konnten die Eigenschaften deutlich
für die Entwicklung einer neuen Klasse von chlorfreien
gesteigert werden, reichen aber noch nicht ganz an die von
Composite-Treibstoffen notwendig sind.
Al-/AP-/HTPB-Treibstoffen heran (Al = Aluminium; HTPB =
Neue Composite-Raketenfesttreibstoffe für taktische Raketenantriebe –
rauchfrei, schnellbrennend und leistungsstark
hydroxyl-terminiertes Polybutadien). Mit der WeiterentwickVerbesserungen bezüglich Leistung und Signatur, Umwelt-
Leistungsstarke Composite-Treibstoffe bestehen heute meist
Bisherige Arbeiten zu ADN-Treibstoffen weisen ein großes
lung des Emulsionskristallisationsverfahrens können ADN
belange und Risikoreduzierung für die Soldaten machen
aus Ammoniumperchlorat, Aluminium und einem Polyure-
Potenzial auf. Gießbare Ansätze mit 70 % ADN-Feststoffgehalt
Prills mit definierten Partikelgrößen hergestellt werden. Dies
die Entwicklung neuer Composite-Treibstoffe für taktische
than-Bindemittel. Beim Abbrand stoßen diese Treibstoffe große
liefern schon heute einen höheren spezifischen Impuls (252s)
ermöglicht die Herstellung von bi- oder trimodalen Partikel-
Raketenantriebe notwendig. Zur Erzielung dieser Eigen-
Mengen an sichtbarem Salzsäurenebel und Aluminiumoxid-
als rauchreduzierte Composite (245s) und Double Base Treib-
verteilungen für höhere Füllgrade und Treibstoffdichten, um
schaften arbeitet das Fraunhofer-Institut für Chemische
staub aus, was eine Tarnung erschwert und die feindliche Auf-
stoffe (232s), darüber hinaus mit schnelleren Abbrandraten
höhere spezifische Impulse realisieren zu können. Eine Mög-
Technologie ICT an einer neuen Klasse von Treibstoffen
klärung erleichtert. Durch den Salzsäurenebel sind die Soldaten
im Vergleich zu analogen AP-Treibstoffen und niedrigen
lichkeit Verträglichkeitsprobleme der Treibstoffkomponenten
bestehend aus chlorfreiem Oxidator und energetischen
einem Gesundheitsrisiko ausgesetzt. Für taktische Raketen
Druckexponenten (n < 0,5) bei akzeptablen chemischen sowie
zu überwinden und die Stabilität und Empfindlichkeit zu
Bindemittelpolymeren.
besteht ein Bedarf an signaturarmen Hochleistungscomposite-
thermischen Stabilitäten.
verbessern, eröffnet eine Beschichtung der ADN-Prills. Druckbomben erlauben die kosteneffiziente Abbrandcharakterisie-
treibstoffen, die als Ersatz für die thermisch- und explosionsempfindlichen Double Base Treibstoffe dienen könnten. Eine
Als größtes Manko stehen bisher die mechanischen Eigen-
Möglichkeit ist der Austausch von Ammoniumperchlorat (AP)
schaften einer praktischen Anwendung dieser Treibstoffe ent-
durch einen chlorfreien Oxidator wie Ammoniumdinitramid
gegen. Dies gilt besonders bei niedrigen Temperaturen. Die
Treibstoffe mit ADN als Oxidator stellen zurzeit die einzige
(ADN). Anders als AP steht ADN für rauchfrei, nicht toxisch und
Herausforderung an die Formulierung besteht darin, eine
Möglichkeit dar, um in naher Zukunft schnellbrennende
leistungssteigernd. In Verbindung mit einem energetischen
geeignete Zusammensetzung zu finden, die die Eigenschaften
und signaturfreie Festtreibstoffe in Verbindung mit hoher
Bindemittel lassen sich Treibstoffe formulieren, deren theore-
von mechanischen Kennwerten, Abbrand und Stabilität mit
thermodynamischer Leitungsfähigkeit zu erhalten. Bisherige
tischer spezifischer Impuls (264s bei einem Druckverhältnis
Rauchfreiheit und hoher Leistung verbinden. Am ICT verfolgt
Arbeiten zeigen eine gute Perspektive. Jedoch sind weitere
von 70:1) im Bereich der heutigen Treibstoffe liegt oder sogar
ein interdisziplinäres Team von Synthesechemikern, Treibstoff-
Entwicklungsschritte bis zu einer praktischen Umsetzung
übersteigt.
entwicklern, Partikeltechnologen und Abbrandspezialisten
als alternativer Raketenantrieb notwendig, um mit diesen
dieses Ziel.
neuen Treibstoffen eingesetzte taktische Raketen schwerer
erkennbar und leistungsstark zu machen.
Mit der Synthese von neuen Komponenten, der Umgestaltung
Abb. 1: Synthese energetischer
Bindemittelpolymere
rung von kleinen Probenmengen.
zu produktionsfreundlichen ADN-Prills, der Formulierung
Mit der Synthese alternativer energetischer Polymere, neuer
Abb. 2: Beschichtete Prills (mittlere Partikelgröße 210 µm)
Abb. 3: Abbrand eines ADN-Treibstoffes in der optischen Bombe
bei unterschiedlichen Druckstufen
Abb. 4: Treibsatz mit äußerer Isolation
28
29
Dipl.-Ing.(FH) Peter Rabenecker
Pfinztal-Berghausen
Dr. Karsten Pinkwart
Pfinztal-Berghausen
Sensorprototyp eine reproduzierbare und selektive Detektion
lektroden), so dass selbstentwickelte Elektrodenkonfigura-
beispielsweise des Explosivstoffes TNT bis 44 ppb Massenanteil
tionen sowie kommerziell verfügbare low-cost-Elektroden
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[email protected]
(entspricht bei einem Probennahmevolumen von 1 mL einer
verwendet werden können. Auf diese Weise kann das Sensor-
detektierbaren absoluten Substanzmenge von 1ng TNT). Für
element für die jeweilige Messaufgabe (oder für zukünftige
die Durchführung der Messung wurde eigens eine Software
Anwendungen) separat beschafft oder neu entwickelt und
geschrieben, mit der sich verschiedenste elektrochemische
einfach ins System integriert werden. Durch den modularen
Parameter einstellen lassen und die neben der Messwertauf-
Gesamtaufbau können defekte oder stark verunreinigte
nahme auch die Auswertung der Daten beherrscht. So kann
Komponenten des Sensorkopfes schnell und kostengünstig
die untersuchte Probe auf die Anwesenheit von zurzeit vier
ausgetauscht werden.
Elektrochemische Detektion von Explosivstoffen im Meer
Zielsubstanzen geprüft werden, und zwar auf TNT sowie
drei weitere Nitro- und Aminoverbindungen. Die Messdauer
Zielsetzung des Projektes mit der Wehrtechnischen Dienst-
Die Suche nach Minen und Sprengsätzen im Meer stellt hohe
liegt hierbei – je nachdem ob das Hauptaugenmerk auf
stelle für Schiffe und Marinewaffen, Maritime Technologie
Anforderungen an die Sensorik. Im Rahmen eines Projektes
Schnelligkeit oder Sensitivität liegt – bei 10 bis 180 Sekunden.
und Forschung (WTD 71) ist die Entwicklung eines elektro-
der European Defence Agency (EDA) versuchen fünf Nationen
Als Ergebnis kann eine einfache Ja /Nein-Antwort (selbst-
chemischen Sensors, der Explosivstoffe in Meerwasser nach-
gemeinsam, die technologischen Lücken dieses Themenkom-
lernende Mustererkennung) oder eine quantitative Anzeige
weisen kann. Der Sensor soll zur Detektion von Seeminen
plexes zu schließen. Das Fraunhofer-Institut für Chemische
der detektierten Substanz (spezifische Detektion) erfolgen.
und Selbstbausprengsätzen eingesetzt werden. Dabei kann
Technologie ICT erarbeitet mit der WTD 71 in diesem Zusam-
er beispielsweise durch großflächige Verfahren wie Sonar
menhang einen elektrochemischen Sensor, der Explosivstoffe
Begleitend zur Entwicklung des Sensor-Prototypen wurden
als verdächtig eingestufte Objekte überprüfen und das
und explosivstoffbezogene Substanzen detektieren kann.
Experimente zur zeit- und ortsaufgelösten Ausbreitung der
Vorhandensein von Explosivstoffen bestätigen.
Auf diese Weise können Objekte, die beim schnellen und groß-
Explosivstoffe in Meerwasser durchgeführt. Beginnend mit
flächigen Screening vorgeschalteter Detektionsverfahren
eindimensionalen Messungen in einem Diffusionsrohr bis
(magnetisch, elektromagnetisch, akustisch) als verdächtig ein-
hin zu Messungen in einem 200 L-Meerwasserbecken besteht
gestuft wurden, durch ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug
nun ein fundierter örtlich und zeitlich aufgelöster Datensatz
angefahren und auf das Vorhandensein von Explosivstoffen
zu den für die Detektion zur Verfügung stehenden Konzen-
überprüft werden. Sämtliche Sensoren der teilnehmenden
trationen. Diese Messungen wurden und werden über mehrere
Nationen werden auf diese Weise bei einem Seetest in der
Wochen und teilweise Monate in synthetischen sowie realen
Ostsee unter realen Bedingungen an mehr als zwei Dutzend
Wasserproben durchgeführt.
Dummy-Minen getestet.
Der entwickelte Sensorkopf des Sensorsystems ist modular
Abb. 1: Sensorkopf des Prototypen
Elektrochemische Sensoren bieten eine hohe Empfindlichkeit
aufgebaut und beinhaltet neben einer auswechselbaren
bei leichter Handhabung sowie günstigem Preis und kleiner
Probenahmekammer eine Mikropumpe sowie einen Industrie-
Bauform. So ermöglicht der in diesem Projekt entwickelte
standard-Steckkontakt für das Sensorelement (also die Messe-
Abb. 2: Messkurve für verschiedene Explosivstoff-Konzentrationen
zwischen 44 ppb und 1600 ppb
Abb. 3: Software-Oberfläche zur Steuerung und automatisierten
Auswertung der Messungen (Screenshot)
Abb. 4: Zeitlich und örtlich aufgelöste Entwicklung der
Konzentration einer Explosivstoffquelle in Meerwasser
30
31
Wolfram Berky
Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen,
Euskirchen
Dr. Theo Köble
Euskirchen
befindet. Es standen mehrere Uran- und Plutoniumquellen
Plutonium korrekt wiedergeben konnten. Bei den Messungen
verschiedener Anreicherungsgrade bzw. Isotopenvektoren
mit Uran wurde der Anreicherungsgrad zumindest bei Detec-
[email protected]
[email protected]
vor Ort zur Verfügung.
tive 200 und Falcon 5000 korrekt angegeben. Die Spektren an
sich hatten jedenfalls durchweg eine ausreichende Qualität,
Nicht abgeschirmte Quellen wurden in der Regel binnen
um Uran zu identifizieren.
weniger Sekunden erkannt. Die korrekte Bestimmung des
Schneller Nachweis von nuklearen Gefahrstoffen
mit modernen tragbaren Messsystemen
Anreicherungsgrades der Uranquellen gelang direkt nur in
Im Zuge der Bedrohung durch den internationalen Terroris-
einigen Fällen; eine weitere Analyse mit speziellen Program-
mus spielt der Nuklearterrorismus eine wichtige Rolle und
men führte dann aber durchweg zu zufriedenstellenden Ergeb-
gehört zurzeit zu den größten Bedrohungen der Welt. So sieht
nissen. Der Falcon 5000 zeigte jedoch auch bei Messungen mit
sich auch die Bundeswehr im Auslandseinsatz mit solchen
Uran waffengrädiges Plutonium an. Abbildung 2 zeigt eine
Gefahrenpotentialen konfrontiert. Es muss unbedingt verhin-
Bei Auffinden von nuklearem Material müssen zeitnah
Tragbare Messsysteme, die geeignet sind, um vor Ort ein
typische Messsituation mit den vier Detektoren und einer
dert werden, dass Organisationen wie al-Qaida in den Besitz
verlässliche Messungen inklusive einer Identifikation der
verdächtiges Objekt hinsichtlich der Präsenz von nuklearem
unabgeschirmten Plutoniumquelle.
von Nuklearmaterial gelangen, welches für die Konstruktion
im Objekt enthaltenen Nuklide erfolgen, und zwar mit trag-
Material zu überprüfen, erreichen dies etwa durch die Auf-
baren Messsystemen für den Einsatz vor Ort. Das Fraunhofer-
nahme hochaufgelöster Gammaspektren. Ein besonders
Beim Einsatz von Abschirmmaterial (Stahl und ein organisches
Möglichkeiten geschaffen werden, das nukleare Material selbst
Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen
wichtiger Aspekt ist der Einfluss von Abschirmungen, denn je
Sprengstoff-Imitat) werden generell erheblich längere Mess-
oder auch eine damit konstruierte Waffe lokalisieren und
INT hatte am Joint Research Center (JRC) die Gelegenheit,
besser das fragliche Material abgeschirmt ist, desto schwerer
zeiten benötigt, um Spaltmaterial zu erkennen. Der Detective
identifizieren zu können, wozu die hier beschriebenen Messun-
einige solche Messsysteme an realem Spaltmaterial hinsicht-
wird der experimentelle Nachweis. Das Fraunhofer INT hatte
200 zeigte hier die besten Ergebnisse bei der Bestimmung des
gen einen Beitrag leisten.
lich der Praktikabilität der Analyse zu untersuchen.
beim Institut für Transurane (ITU) an mehreren Standorten
korrekten Anreicherungsgrads von Uran. Der Detective EX
des Joint Research Center (JRC) die Möglichkeit, mit Mess-
schnitt am schlechtesten ab, was vermutlich auf eine unzu-
systemen verschiedener Hersteller zu testen, wie zuverlässig
reichende Energiekalibration zurückzuführen war. Allgemein
diese im Realfall, d. h. bei der Präsenz von realem Spaltmaterial,
korrelierte die bis zum Erreichen des Analyseergebnisses be-
eine Erkennung dieses Materials inklusive einer Unterschei-
nötigte Messzeit wie erwartet mit der Effizienz des Detektors.
dung zwischen Anreicherungsgraden von Uran und Isotopen-
Abbildung 3 zeigt eine Messung mit den vier Detektoren und
vektoren von Plutonium gewährleisten können.
einer abgeschirmten Quelle. Die Abschirmung besteht hier aus
selbstgebauter Kernwaffen genutzt werden könnte. Es müssen
Stahl und einem organischen Material, welches die gleiche
Abb. 1: Spezifikationen der getesteten Messsysteme
Abbildung 1 zeigt eine Übersicht der wichtigsten Parameter
chemische Zusammensetzung wie Sprengstoff aufweist, aber
der untersuchten Messsysteme. Es handelt sich um elektrisch
keinen Sprengstoff enthält. Bei diesem Aufbau wird die Situa-
gekühlte Germanium-Detektoren zweier Hersteller mit hoher
tion einer Messung an einer improvisierten nuklearen Anord-
Energieauflösung. Diese vier Detektoren wurden hinsichtlich
nung nachgestellt. Die nachträgliche Analyse zeigte, dass alle
ihrer Möglichkeiten getestet, Spaltmaterial zu erkennen, das sich
Detektoren die Isotopenzusammensetzung bezüglich des
hinter verschiedenartigen, realistischen Abschirmmaterialien
Unterschieds zwischen reaktorgrädigem und waffengrädigem
Abb. 2: Exemplarischer experimenteller Aufbau mit den vier Detektoren
um eine nicht abgeschirmte Plutonium-Quelle herum platziert; die
Detektoren sind im Uhrzeigersinn von unten links aus: Detective EX,
Micro-Detective, Detective 200 und Falcon 5000
Abb. 3: Messaufbau einer Plutonium-Quelle
mit Abschirmmaterial aus Stahl und
Sprengstoff-Imitat (blau)
32
33
Jürgen Kohlhoff
Euskirchen
Dr. Sabine Müller
Euskirchen
Verteidigungsministeriums und dem Bundesamt für Ausrüs-
Als besonders wichtige querschnittlich zu nutzende Tech-
tung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr.
nologiebereiche haben sich Batterien (z. B. Redox-Flow),
[email protected]
[email protected]
Alle Workshops wurden ergebnisorientiert und mit eigener,
Brennstoffzellen, Photovoltaik und alternative Kraftstoffe
insbesondere technologisch orientierter Sachkompetenz
herausgestellt. Besonderes Augenmerk sollte man in Zukunft
moderiert. Die gewonnenen Erkenntnisse befähigten das INT
auf die zunehmende querschnittliche Bedeutung der elektri-
anschließend zur Mitwirkung bei der Konzeptionierung und
schen Energieform richten, die sich im Prinzip mit sehr hohen
Durchführung des jährlich von der für Forschung und Tech-
Wirkungsgraden erzeugen und anschließend auf besonders
nologie zuständigen Unterabteilung des BMVg organisierten
effiziente Weise z.B. auch in Antriebsenergie umsetzen lässt.
FuT-Symposiums. Dieses fand im Juni 2012 statt und behan-
Das wesentliche Problem sind hier die relativ geringen Ener-
delte ebenfalls die „Energieträger und Antriebskonzepte der
giedichten heutiger Batteriesysteme. Verbesserungen auf
Zukunft“. Diese vier Veranstaltungen waren der Einstieg in die
diesem Feld werden zu einer immer weiteren Verbreitung
Technologische Implikationen für eine „Postfossile Bundeswehr“
Zusammen mit der Umweltgesetzgebung zur Bekämpfung
Die Erschließung des nötigen Wissens und die Ableitung
hochkomplexe Thematik und dienten auch der Schaffung
elektrischer Systeme führen, bis hin zum Antrieb von Ver-
des Klimawandels wird die zunehmende Verteuerung fossiler
angemessener Handlungsempfehlungen für die Rüstungs-
des Problembewusstseins bei den zuständigen Bundeswehr-
kehrsflugzeugen. Bis dahin ist jedoch noch ein weiter Weg.
Energieträger mittel- bis langfristig zu einschneidenden
abteilung des Bundesministeriums der Verteidigung waren
dienststellen. Es folgte eine intensive Auswertung der Work-
Deshalb wird man zunächst besonderen Wert auf weitere Effi-
gesellschaftlichen Veränderungen hinsichtlich Mobilität
das Ziel eines in den Jahren 2011 bis 2013 durchgeführten
shops sowie des Symposiums und eine Absicherung und
zienzsteigerungen und auf die Nutzbarmachung alternativer
und allgemeiner Energieversorgung führen. Die damit ver-
Projektes des Fraunhofer-Instituts für Naturwissenschaftlich-
Erweiterung der gewonnenen Erkenntnisse durch zusätzliche
Kraftstoffe legen, insbesondere als sog. Drop-in-Lösungen.
bundenen technologischen Implikationen für die Bundes-
Technische Trendanalysen INT. Dabei ging es nicht nur um
Recherchen. Die Ergebnisse und die Ableitung von Handlungs-
Für den Antrieb von Höchstleistungssystemen wie Kampf-
wehr sind vielfältig und heute noch längst nicht vollständig
langfristige Aspekte einer tatsächlich „postfossilen“ Bundes-
empfehlungen wurden im Mai 2013 mit einem zusammen-
flugzeugen oder Kampfpanzern wird man noch unabsehbar
fassbar.
wehr, sondern auch um den Weg bis dahin.
fassenden Abschlussbericht vorgelegt.
lange auf Verbrennungskraftmaschinen angewiesen sein.
Methodische Grundlage der Projektarbeit war die Vorberei-
Letztlich ging es um Antworten auf die Frage, was die
tung und Durchführung von mehreren Workshops unter
Planer bei der Bundeswehr bereits heute und in den nächsten
Einbeziehung geeigneter Experten aus Forschung, Energie-
Jahren vorbereiten und zusätzlich zur umfangreichen zivilen
wirtschaft und Mobilitätsindustrie sowie von Fachleuten aus
Forschung anstoßen müssen, um mittel- bis langfristig Tech-
dem wehrtechnisch orientierten Amtsbereich. Nachdem der
nologien zum Einsatz zu bringen, die möglicherweise nicht
erste Workshop Ende des Jahres 2011 das Thema „Energieträger
auf dem zivil geprägten Markt „zukaufbar“ sind. Diese Frage
und Antriebskonzepte der Zukunft“ aus dem Blickwinkel ver-
muss am ehesten für die Themenbereiche Feldlager, wo es ein
schiedener ziviler Forschungseinrichtungen beleuchtet hatte,
besonders hohes Potenzial für zeitnahe Effizienzsteigerungen
fanden am INT im Januar und im März 2012 zwei weitere
gibt, und Antriebe Land / Luft / See im Einsatz beantwortet
hochkarätig besetzte Workshops statt mit Vertretern und
werden. Hilfreich ist dabei die Betrachtung des zivilen Um-
Akteuren der zivilen und wehrtechnischen Industrie sowie
feldes sowie der diesbezüglichen wehrtechnischen Aktivitäten
aus nachgeordneten wissenschaftlichen Einrichtungen des
anderer Nationen.
Abb. 2: Redox-Flow-Batterie als Zwischenspeicher für Erneuerbare Energie
Abb. 3: Teilnehmer des ersten Workshops
Abb. 1: Taktischer Generator auf Basis eines Brennstoffzellensystems
(rechte Seite: Thermische Signatur)
34
Dr.-Ing. Markus Peichl
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt,
Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme,
Oberpfaffenhofen
Dipl.-Ing. Eric Schreiber
Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme,
Oberpfaffenhofen
[email protected]
[email protected]
Detektion von vergrabenen Bedrohungen mit Hilfe hochauflösender
Mikrowellenverfahren
35
ständen ist. Die Hauptwerkzeuge hierbei sind fortschrittliche
Fortbewegung des Radars zu erzeugen, was in Abbildung 2
Metalldetektoren, Bodenradare und neuartige chemische
illustriert ist.
Sensoren.
Das Radar arbeitet im Seitensichtbetrieb, d. h. während das
Zur Detektion von unsichtbaren im Erdboden vergrabenen
Fahrzeug auf sicherem Terrain bewegt wird können Radar-
Bedrohungen in Form von Sprengkörpern werden schon seit
echos vom kontaminierten Terrain aufgenommen werden.
mehr als einhundert Jahren elektromagnetische Sensoren
Alle während der Entlangfahrt aufgenommenen Radarechos
eingesetzt. Dabei handelt es sich vorwiegend um Metalldetek-
werden kohärent, d. h. nach Betrag und Phase, mit Hilfe
toren, welche als physikalisches Prinzip die elektromagnetische
spezieller Signalverarbeitungsalgorithmen zu hochgenauen
Induktion in meist metallischen Körpern ausnutzen, und das
Intensitätskarten der Reflektivität verarbeitet, die dielektri-
Bodenradar, welches vorwiegend dielektrische Unterschiede
sche Unterschiede in der Szene ersichtlich machen. Solche
Verlegte Landminen, Munitionsreste und vergrabene
Die sichere und effektive Räumung von im Erdboden ver-
an Materialübergängen per Wellenreflexionsmessung erkennen
Unterschiede entstehen z. B. durch die Verschiedenheit der
Sprengfallen stellen für militärische Einsatzkräfte während
borgenen Sprengkörpern ist ein komplexes Problem, welches
kann. Neben anderen Randbedingungen ist insbesondere die
Objekt- und Bodenmaterialien. Die Verwendung mehrerer
eines Einsatzes und auch nach einem Konflikt ein großes
das Einsatzpersonal vor größte Herausforderungen stellt.
Eindringtiefe in den Erdboden von größter Wichtigkeit, die im
räumlich verteilter Sende- und Empfangsantennen erlaubt
Bedrohungspotenzial dar. Die effiziente und sichere
Im militärischen Fall liegen häufig etwas andere Randbedin-
Mikrowellenbereich nach Abbildung 1 stark von der Boden-
dabei eine deutlich verbesserte Abbildungsqualität in Bezug
Räumung solcher Objekte ist eine große und bislang unge-
gungen und Zielsetzungen bezüglich der Räumungsausbeute
feuchte und der gewählten Beobachtungsfrequenz und nur
auf abbildungsinhärente Mehrdeutigkeiten sowie des Volumen-
nügend gelöste Herausforderung. Moderne Radarverfahren
(z. B. Zeitbedarf, Räumflächen, Methodik, Dekontaminations-
untergeordnet von der Bodenzusammensetzung abhängt.
charakters der Szenerie und die Ausnutzung polarimetrischer
können wesentliche Beiträge zur Lösung dieser Problematik
grad) als bei humanitären Einsätzen vor, dennoch sind wesent-
bereitstellen.
liche Grundelemente für beide Aktivitäten identisch.
Abb. 1: Berechnung der Eindringtiefe von Mikrowellen als Funktion
der Frequenz für unterschiedliche Feuchtegrade und Zusammensetzungen von Erdböden mit Hilfe semiempirischer Modelle
Welleninformation.
Die Eindringtiefenbetrachtung legt nahe, Radarmessungen
unterhalb von ca. 3 GHz zu betreiben, um auch noch vergra-
Mit dem angestrebten Verfahren ist es möglich, innerhalb
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR),
bene Objekte unter realistischen Feuchtebedingungen in
einiger Minuten Areale von bis zu mehreren Zehn Quadrat-
Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme ist der-
mindestens 10 cm Tiefe detektieren zu können. Neben der
metern auf verdächtige Objekte hin zu untersuchen. Ein erstes
zeit am EU-FP7-Projekt TIRAMISU (Toolbox Implementation
Frequenzwahl ist das angewandte Radarverfahren von ent-
Abbildungsergebnis mit Labormesstechnik für eine Panzer-
for Removal of Anti-personnel Mines, Submunitions and
scheidendem Interesse. Zum einen wird beim klassischen
mine auf natürlichem Untergrund zeigt Abbildung 3.
Uxo) beteiligt. Ziel von TIRAMISU ist die Bereitstellung einer
Bodenradar die Sende- und Empfangsantenne mit vertikaler
Werkzeugpalette für Einsatzkräfte, welche die vielfältigen
Blickrichtung zum Boden hin knapp über diesem angeordnet,
Kernpunkte der humanitären Räumung von Sprengkörpern
um lokal empfindliche Messungen in große Tiefen vornehmen
adressiert. Dadurch werden Frieden, nationale und regionale
zu können. Dieses Verfahren bietet jedoch nur sehr limitierten
Sicherheit, Konfliktprävention, soziale und ökonomische
Messdurchsatz bei der Untersuchung großflächig kontami-
Rehabilitation sowie der Wiederaufbau nach einem Konflikt
nierter Areale. Dagegen bietet das Verfahren des Radars mit
gefördert. Die Palette umfasst zehn umfangreiche Module,
synthetischer Apertur (SAR) die Möglichkeit, eine großflä-
wovon eines Detektion von Sprengkörpern aus nahen Ab-
chige Abbildung eines Szenarios durch die eindimensionale
Abb. 2: Illustration des TIRAMISU-Radarkonzeptes
Abb. 3: Photographie und Radarbild einer Szene mit einer Panzermine (gelber Pfeil) auf natürlichem Terrain.
Die Signatur der Mine hebt sich deutlich vom Hintergrund ab
36
37
Dr.-Ing. Gordon Strickert
Institut für Flugsystemtechnik,
Braunschweig
Florian-Michael Adolf
Braunschweig
Dr.-Ing. Franz Andert
Braunschweig
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Erweiterung automatischer Flugsteuerungssysteme
durch 3D-Umweltsensorik
Ein sicherer und effizienter Flug kann nur gewährleistet wer-
repräsentation nur verhältnismäßig wenig Speicher und
den, wenn die eigene Position sowie die beflogene Umgebung
Rechenzeit zum Aufspüren von Abkürzungen durch Engstellen
dreidimensional bekannt sind. Beide Aufgaben lassen sich mit
benötigt. Anschließend können bezüglich unterschiedlicher
Kamerasystemen oder Laserscannern lösen. Durch die gleich-
Optimierungskriterien Abwägungen getroffen werden, wie
Unbemannte Luftfahrzeuge (UAS) leisten bereits heute
Die Domäne heutiger unbemannter Luftfahrzeuge liegt in
zeitige Aufnahme der Umgebung mit mehreren Kameras aus
z. B. kinematische Begrenzungen in der Bewegung des Luft-
wichtige Dienste für Erkundung und Aufklärung.
Missionen, bei denen große Verweildauern in hindernisfreien
unterschiedlichen Perspektiven lassen sich dreidimensionale
fahrzeuges und Umwege um Flugverbotszonen, die dann in die
Am Institut für Flugsystemtechnik des Deutschen Zentrums
Lufträumen realisiert werden müssen. Die überwiegend
Abbildungen, sogenannte Punktwolken, erzeugen, welche
Bestimmung eines Gesamtflugpfads einfließen (Abbildungen
für Luft- und Raumfahrt (DLR) Braunschweig werden aktuelle
bildgebende Nutzlast wird getrennt von der Flugsteuerung
Boden- und Hindernisinformationen enthalten. Äquivalente
3 und 4).
3-D Umgebungsdaten in die Flugplanung und Flugsteuerung
betrieben. Bild- und Umweltdaten werden entweder direkt
Informationen entstehen auch durch die Abtastung der Um-
integriert. Damit werden die Einsatzmöglichkeiten derartiger
an Bodenstationen übertragen oder für eine nachträgliche
gebung durch Laserentfernungsmesser. Diese Punktwolken
Die Verbindung aus Umwelterkennung und Flugsteuerung
Systeme durch Fähigkeiten zum Tiefflug, zur Orientierung
Verwendung an Bord gespeichert. Die automatische Flug-
sind jedoch für die Verwendung in digitalen Karten zur Be-
wird bereits in unterschiedlichen wehrtechnischen Arbeiten
in unbekanntem oder schwierigem Terrain sowie zur Lande-
steuerung hat auf diese Daten keinen Zugriff.
trachtung von Aspekten der Bewegungssicherheit sowie zur
des DLR erfolgreich verwendet. Die Studie „Stabile Navigation“
Oberflächenbewertung in Echtzeit besser geeignet, wenn
nutzt die Kombination aus Bildverarbeitung und Navigations-
In komplexen Missionen müssen aber die Fähigkeiten von
sie als Belegtheitsgitter oder Polygone vereinfacht werden
modul der Flugsteuerung für die Kompensation von Fehlern
Piloten bemannter Luftfahrzeuge nachgebildet werden.
(Abbildung 2). Das DLR hat dafür eine geeignete Software
der Satellitennavigation, wie sie in städtischem oder bergigem
Dazu ist an Bord eines unbemannten Luftfahrzeuges zweier-
zur Echtzeit-Bildverarbeitung entwickelt. Es können nun
Terrain auftreten. Die Studie „VTOL-UA Tiefflug in nicht
lei erforderlich: Das UAS (Abbildung 1) muss über eine eigene
entweder Karten während des Fluges aufgebaut oder aber
vorerkundetem Terrain“ bereitet eine Demonstration der
Situationswahrnehmung verfügen und über die Fähigkeit,
bestehende Karten aktualisiert bzw. korrigiert werden.
Verfahren durch Simulator- und Flugversuchskampagnen
platzbewertung erweitert.
seinen Flugpfad basierend auf diesen Informationen selbstän-
vor. Im Rahmen der Forschungen des DLR zu „Fixed-Wing
dig anzupassen. Dies ist die Grundlage für die Durchführung
Das automatisierte Flugführungssystem MiPlEx (Mission
UAV“ wird die Kette aus Umweltsensorik und Flugsteuerung
automatischer Tiefflüge, die Kollisionsvermeidung mit Boden-
Planning and Execution) kann diese Karten für unterschied-
verwendet, um eine automatische Luft-zu-Luft-Betankung
hindernissen und anderen Luftverkehrsteilnehmern oder auch
liche Einsatzziele verwenden, für unmittelbare Ausweich-
unbemannter Luftfahrzeuge zu realisieren.
das Auffinden und Ansteuern nicht präparierter Landeplätze.
manöver sowie zur etwaigen Anpassung des ursprünglichen
Missionsplans. Trotz des hohen Detaillierungsgrads der
Bahnplanung wird mithilfe einer abstrakten Freiraum-
Abb. 1: VTOL UAS superARTIS, ein Versuchsträger für
bildunterstützte Flugsteuerungssysteme
Abb. 2: Umgebungsrepräsentationen, Punktwolken (grün), Belegtheitsgitter (rot),
Polygone (grau)
Abb. 3: Urbane Pfad- und Bewegungsplanung für Hubschrauber
Abb. 4: Urbane Pfad- und Bewegungsplanung für Flächenflugzeuge
38
Dr.-Ing. Dietmar Koch
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie,
Stuttgart
Steffen Weber
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie,
Stuttgart
[email protected]
[email protected]
Keramische Schutzsysteme für Fahr- und Flugzeuge
39
Aktivkohlepulvern, basierte Keramik, welche mittels eines
Mobilitätssteigerung bei gleichbleibender Schutzperformance
speziellen Verfahrens (LSI-Prozess) hergestellt wird. Dabei
realisiert werden.
wird über die Infiltration von porösen Kohlenstoffkörpern
mit flüssigem Silizium eine chemische Reaktion zwischen
Aktuelle Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der
Kohlenstoff und Silizium zu Siliziumkarbid herbeigeführt
komplexen Formgebung der MICASIC-Strukturen und deren
und somit ein SiC basierter Werkstoff hergestellt. MICASIC
Integration in entsprechende Schutzsysteme. Darüber hinaus
ist ein monolithischer SiC-Werkstoff, der im Vergleich zu den
soll durch die Neukonzeption und Weiterentwicklung von
kommerziellen SiC-Sinterwerkstoffen und Verfahren, kosten-
Schutzaufbauten, welche wirksam gegen Mehrfachbeschuss
sowie formgebungsbezogene Vorteile aufweist. Durch eine
sind, die ballistische Eignung weiter gesteigert werden.
konsequente Weiterentwicklung des LSI-Verfahrens, wie z. B.
die Integration des Warmpressverfahrens und Extrusions-
Durch die Einbringung von Rissstoppern in die MICASIC-
Die Entwicklung effektiver ballistischer Schutzsysteme
Die Anforderungen an ballistische Schutzsysteme werden
verfahrens als Formgebungsmöglichkeit der pulverförmigen
Schicht wird ein totales Versagen der integralen Keramik-
ist für den individuell angepassten Schutz von Personen
immer vielfältiger und spezifischer. Gleichzeitig bleiben die
Rohstoffkomponenten, wird die Herstellung von hoch kom-
schicht vermieden und die Eignung gegen Mehrfachbeschuss
in Fahrzeugen und Flugzeugen von großer Bedeutung.
Kernanforderungen an ballistische Schutzsysteme wie zu-
plexen Strukturbauteilen aus MICASIC ermöglicht. Damit
gewährleistet (Abbildung 1). Eine andere, ebenfalls wirksame
Mit neuartigen keramischen Hybridverbundsystemen
verlässiger Schutz, möglichst geringe Beeinträchtigung der
sind auch Schutzsysteme herstellbar, die die geometrischen
Variante der Schadensarealverringerung, ist die Segmentierung
werden komplex geformte Strukturen hergestellt, die
Mobilität und kostengünstige Herstellung und Montage
Anforderungen zu schützender Strukturen ideal berück-
durch den Einsatz von MICASIC-Hexagonen. Die Wirksamkeit
die Designvorgaben der zu schützenden Bauteile berück-
unverändert.
sichtigen. So ist zum Beispiel die Herstellung großflächiger
dieser differentiellen Schutzschicht in Kombination mit einem
3D-Strukturen für Helikoptersitze mit erhöhter Flexibilität
geeigneten Backingsystem ist in Abbildung 2 zu erkennen.
realisierbar.
Hier wurde das Geschoss durch die Keramikschicht vollständig
sichtigen und auch bei Mehrfachbeschuss wirksam sind.
Einen vielversprechenden Lösungsansatz stellen keramische
mehrschichtige Systeme dar, bei denen eine keramische
fragmentiert, während das Backingmaterial verhindert, dass
hochfeste und harte Außenschicht für eine Fragmentierung
Eine Kombination aus MICASIC und anderen Verbund-
der auftreffenden Geschosse sorgt und die Backingschicht
materialien wie z. B. Aramidgewebe erlaubt die Herstellung
aus elastischer Gewebestruktur die verbleibende Restenergie
von komplexen Verbundleichtbaustrukturen für Schutz-
Bei sämtlichen Weiterentwicklungen steht das Zusammenspiel
aufnimmt und das Durchdringen der Fragmente verhindert.
aufbauten.
der Einzelkomponenten innerhalb der Verbundsysteme im
die Fragmente das Schutzsystem durchschlagen.
Vordergrund. Ziel ist es, ballistische Schutzsysteme mit hoher
In diesem Kontext wurden in der Abteilung Keramische
Derartige Strukturen wurden bereits in Kooperation mit dem
Schutzperformance und anwenderfreundlicher Modulbau-
Verbundstrukturen am Institut für Bauweisen- und Struktur-
Wehrwissenschaftlichen Institut für Werk- und Betriebsstoffe
weise für Fahr- und Flugzeuge zu entwickeln.
technologie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raum-
(WIWeB) hergestellt und getestet. So wurde zunächst die ballis-
fahrt (DLR) Stuttgart, keramische Verbundstrukturen für
tische Eignung des MICASIC nachgewiesen und anschließend
ballistische Verbundsysteme entwickelt. Das vom DLR ent-
dessen Integration in Konzepte für Schutzsysteme durchge-
wickelte MICASIC (Metallinfiltriertes Carbon abgeleitetes SiC)
führt. Durch die Verwendung dieser Schutzsysteme konnte eine
ist eine auf biogenen Rohstoffen, wie beispielsweise Holz- oder
Flächengewichtsverringerung um ca. 65 % und gleichzeitiger
Abb. 1: Design einer integralen MICASIC-Multi-Hit-Schutzkomponente (links) und die vollständige
Fragmentierung eines Geschosses nach dem Auftreffen auf die Keramikschicht (rechts)
Abb. 2: Computertomografische Aufnahmen eines Verbundschutzsystems mit keramischer Außenschicht
nach Impact und intakter Backingstruktur aus elastischem faserverstärktem Polymerverbund
40
41
Dipl.-Phys. ETH Wolfgang Riede
Institut für Technische Physik,
Stuttgart
Dipl.-Ing. Paul Allenspacher
Stuttgart
Dr. rer. nat. Helmut Schröder
Stuttgart
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Laserverwundbarkeit optronischer Materialien
erlaubt die Prüfung der Proben unter definierten künstlichen
sich durch Ablagerungen von Kohlenwasserstoffen im Bereich
Atmosphären oder auch im Vakuum. In der modular aufge-
der laserbestrahlten Oberflächen. Diese Ablagerungen sind
bauten Kammer können Laseroptiken mit Abmessungen von
oft nur wenige Nanometer dick, jedoch stark absorbierend.
bis zu zwei Zoll unter verschiedenen Lasereinfallswinkeln ge-
Wirksame Maßnahmen zur Verhinderung solcher laser-
Das Institut für Technische Physik beim Deutschen Zentrum
Der Einsatz von Lasersystemen in wehrtechnischen An-
testet werden. Um Effekte der laserinduzierten Kontamination
induzierter Ablagerungen sind die Verwendung von dichten,
für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart betreibt ein
wendungen erfordert eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb,
auszuschließen, wird die Kammer regelmäßig unter Hoch-
nichtporösen Beschichtungen und die Verwendung von
Testlabor für die Charakterisierung von Laseroptiken und
insbesondere unter variablen äußeren Bedingungen. Zur
vakuumbedingungen ausgeheizt.
Sauerstoff, der auch schon bei geringen Partialdrucken von
optronischen Materialien. Darüber hinaus werden Auswir-
Einhaltung der geforderten Systemparameter müssen die
kungen der Bestrahlung von Fenstermaterialien untersucht,
Lasersysteme entsprechend gekapselt betrieben werden.
Mit dieser Anlage können auch konfektionierte Scheiben-
welche zum Schutz von Sensorik verwendet werden.
Insbesondere bei Lasereffektoren sind die benötigten Laser-
lasermodule inkl. Wärmesenken untersucht werden. Diese
Zukünftig sollen auch Scheibenlasermodule unter Anwesen-
Schließlich werden auch die Effekte der laserinduzierten
optiken hohen Belastungen in Bezug auf Leistung bzw.
werden im Einsatz starken Belastungen ausgesetzt – bedingt
heit von ausgasenden Substanzen getestet werden. Hintergrund
Kontamination in gekapselten Systemen bewertet.
Leistungsdichte ausgesetzt. Um die Eignung einer Optik für
u. a. durch hohe Pumpleistungsdichten und hohe Tempera-
ist, dass Scheibenlaserverstärker im Multikilowattbereich im
diese Anwendungen prüfen zu können, muss diese prinzipiell
turen (bis zu 200° C). Zerstörschwellentests liefern hier nicht
Hinblick auf ihre erzielbare Strahlqualität von einem Betrieb
unter den erwarteten Betriebsbedingungen getestet werden.
nur Informationen zur Belastbarkeit der Optiken, sondern
im Vakuum profitieren können, da hierbei konvektionsbeding-
Neben einer hohen Zerstörfestigkeit dürfen im Langzeitbetrieb
erlauben auch Rückschlüsse auf mögliche, bei der Herstellung
te Turbulenzen verhindert werden.
keine Degradationserscheinungen auftreten.
auftretende Fertigungsfehler, wie z. B. beim Beschichten bzw.
wenigen Pa Ablagerungen verhindert.
bei der Konfektionierung.
Vor diesem Hintergrund betreibt das Institut für Technische
Abb. 1: Schematischer Aufbau eines Scheibenlasermoduls
im Querschnitt
Physik eine Testanlage zur Untersuchung der Verwundbarkeit
Eine zweite Anlage ermöglicht die Prüfung von optoelektro-
von Laseroptiken und optronischen Komponenten. Diese
nischen Komponenten unter Anwesenheit von molekularer
Tests werden bei den gängigen Nd:YAG Laserwellenlängen im
Kontamination. Diese laserinduzierte Kontamination tritt
infraroten (1064 nm), sichtbaren (532 nm) und ultravioletten
häufig bei hermetisch gekapselten Lasern, insbesondere im
(355 nm) Spektralbereich im Multipulsbetrieb durchgeführt
Vakuumbetrieb, auf. Sie ist auf leicht flüchtige Molekülspezies
und entsprechen dem internationalen Standard der Zerstör-
zurückzuführen, bedingt durch die Verwendung von Kleb-
schwellenmesstechnik ISO 21254. Eine Edelstahlkammer
stoffen, Dichtringen oder Isolationsmaterialien. Sie äußert
Abb. 2: Scheibenlasermodul mit
Wärmesenke
Abb. 3: Testkammer zur Prüfung von Optiken
Abb. 4: Schädigung auf der Oberfläche einer
Yb:YAG Scheibe
Abb. 5: Schädigung von Optronik (Si Wafer)
Abb. 6: Ablagerung auf der Oberfläche
einer Laseroptik
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43
PhD Thomas Dautermann
Institut für Flugführung,
Braunschweig
Dipl.-Ing. Thomas Ludwig
Braunschweig
Dr.-Ing. Robert Geister
Braunschweig
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Präzisionsnavigation – flexibel, robust, weltweit einsetzbar
und berechnet daraus die zur Führung des Luftfahrzeugs
variablem Sinkwinkel ausstrahlen. Weiterhin besteht die
benötigten Informationen.
Möglichkeit, dreidimensionale Sinkflugpfade für Steilanflüge
bereitzustellen. Solche Steilanflüge auf Feldflugplätze sind
Bei der praktischen Erprobung des GBAS-Konzeptes mit
oft ein bewährtes Mittel um Risiken bei Überflügen über
Zur Entwicklung neuer Anflugverfahren betreibt das
Das GBAS ist ein satellitengestütztes Präzisionslandesystem
den Flugversuchsträgern des DLR steht die Entwicklung von
feindliches Gebiet zu minimieren. Abhängig vom Datenlink
Institut für Flugführung des Deutschen Zentrum für Luft-
für Luftfahrzeuge. Es ist bedeutend flexibler als das klassische
operationellen Verfahren zur Lärmvermeidung, zur Vermin-
ist es ebenfalls möglich, Präzisionsnavigation auch für die
und Raumfahrt (DLR) am Flughafen Braunschweig eine
Instrumentenlandesystem (ILS) und bietet einen weitaus
derung des Treibstoffverbrauchs sowie die Optimierung von
Tiefflugführung durch Schluchten und enge Täler zu nutzen.
experimentelle Ground Based Augmentation System- (GBAS)
größeren Funktionsumfang. Das System besteht aus einer
Anflugtrajektorien im Vordergrund. Es soll einem anfliegenden
In sogenannten „brown-out“ Situationen, einem häufigen
Station. Neben den Standard-Anflug- und Positionskorrek-
Bodenstation mit mehreren Satellitennavigationsempfän-
Luftfahrzeug so ermöglicht werden, die jeweils günstigste
Problem bei der Hubschrauberlandung in staubiger Umgebung,
tur-Signalen werden hierbei sogenannte Terminal Area Path
gern, einer Verarbeitungseinheit, einem VHF-Datenlink sowie
Anflugroute auswählen zu können. Das umfasst nicht nur
stellt GBAS zentimetergenaue Positionierung bereit um den
(TAP) Daten ausgestrahlt, mit deren Hilfe ein Luftfahrzeug
einem speziellen Satellitennavigationsempfänger an Bord
gekrümmte und steilere Anflüge mit konstantem Gleitpfad-
Piloten auch hier eine sichere Landung zu ermöglichen.
gekrümmten Anflugpfaden unter Berücksichtigung lokaler
der beteiligten Luftfahrzeuge im Sendebereich der Anlage.
winkel, sondern auch segmentierte Steilanflüge, sowie eine
Besonderheiten, wie z. B. Gelände, Hindernissen oder Bedro-
Die Bodenstation analysiert zunächst die von den Satelliten
Kombination aus allen Varianten.
hung folgen kann.
empfangenen, relativ ungenauen GPS-Signale.
kann auch eine bodengestützte Erweiterung für den Galileo
Die Ergebnisse aus den Flugversuchen zeigen, dass die unter-
Public Regulated Service (PRS), dem Positionierungsdienst für
suchten Anflugverfahren mit hoher Präzision realisierbar
Regierungseinrichtungen, ins Auge gefasst werden. Das PRS
Mit der Kenntnis der präzisen Antennenpositionen der einzel-
sind. Dies gilt insbesondere, wenn zusätzliche Informations-
Signal ist höchst robust gegenüber absichtlichen und unab-
nen Satellitenempfänger lassen sich Korrekturdaten für die
darstellungen für die Piloten bereitgestellt werden, wie z. B.
sichtlichen Frequenzstörungen und deshalb besonders für den
Navigations-Satelliten bestimmen. Diese Korrekturdaten sowie
ein „Tunnel-in-the-Sky“ auf einem Head-Up-Display.
militärischen Einsatz geeignet. Ein zukünftiges Galileo-GBAS
kann die hohe Störsicherheit mit der hochgenauen Positio-
Navigationsintegritätsinformationen werden allen Luftfahr-
Abb. 1: GBAS-Station auf dem Flughafen Braunschweig-Wolfsburg
Mit der Fertigstellung des europäischen Galileo-Systems
zeugen zur Verfügung gestellt. Damit können diese ihre eigene
Eine selbstkalibrierende GBAS-Station bietet Potenzial
Position hochgenau, zuverlässig und sicher bestimmen.
für Präzisionsanflüge auf Feldflugplätze ohne existierende
Darüber hinaus kann eine große Zahl vordefinierter Anflug-
Infrastruktur. Die Führungsfunktionen sind auch hier nicht
pfade versendet werden. Der bordseitige Empfänger verarbeitet
auf gerade Anflüge beschränkt, sondern die Station kann
die ausgestrahlten Korrekturdaten sowie Referenz-Anflugpfade
ebenfalls gekrümmte Segmente und Vertikalprofile mit
Abb. 2: Flugversuchsdaten mit vertikal segmentierten Anflugprofilen
Abb. 3: Gekrümmte Anflugpfade mittels TAPs
nierung kombinieren.
Abb. 4: Realisierung der bordseitigen Anzeige zum
Abfliegen des gekrümmten Soll-Flugweges mittels
Head-Up-Display
44
Dr.-Ing. Erwin Lindermeir
Institut für Methodik der Fernerkundung,
Oberpfaffenhofen
45
zwei Herausforderungen, die bei der IR-Modellierung hoch
Mit dem am Institut für Methodik der Fernerkundung ent-
getarnter Flugzeuge zu meistern sind:
wickelten Modell MIRA (Model for InfraRed scene Analysis)
werden diese Anforderungen erfüllt. Um speziell die strömungs-
[email protected]
MIRA – Ein Infrarot-Signaturmodell für Flugzeuge
Bestimmung der IR-Strahlung des Abgasstrahls
mechanischen Anforderungen an die Modellierung des Abgas-
Bei konventionellen Entwürfen tritt das Abgas aus einer
strahls zu erfüllen, wurde MIRA mit dem TAU Verfahren
runden Düse am Ende des Flugzeugs aus. Bei UCAVs hingegen
des DLR Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik
befinden sich rechteckige Gasauslässe meist auf der Oberseite
gekoppelt.
der Flugzeuge. Damit wird eine direkte Sicht der noch heißen
Abgase von unten verhindert. Dies hat aber auch zur Folge,
MIRA basiert auf einem Raytracer, mit dem die vom Flug-
dass es zu einer Interaktion der Flugzeug-Umströmung mit
zeug und dessen Hintergrund (Atmosphäre und/oder Boden)
dem Abgasstrahl kommt. Die Berechnung des Strömungsfelds
ausgehende Strahlung abgetastet und zu einem Infrarotbild
Am Institut für Methodik der Fernerkundung des Deutschen
Zukünftige Konfigurationen von Kampfflugzeugen werden
des Abgases, d. h. die Bestimmung von Druck, Temperatur und
zusammengesetzt wird. Die Verwendung eines Raytracers
Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) werden seit vielen
wahrscheinlich auch unbemannte, hoch agile Luftfahrzeuge
Konzentrationen der infrarotaktiven Gasspezies (hauptsäch-
erlaubt die Generierung sehr realistischer Bilder, da nahezu
Jahren Modelle zur Berechnung der Infrarot (IR)-Signaturen
umfassen, die im Verbund mit bemannten Flugzeugen in
lich Kohlendioxid und Wasserdampf), erfordert daher eine
alle physikalischen Effekte modelliert werden können. Zusätz-
von Luftzielen entwickelt und betrieben. Im Rahmen eines
sogenannten FCAS (Future Combat Air Systems) agieren.
wesentlich komplexere strömungsmechanische Behandlung.
lich erzeugt MIRA auch spektral aufgelöste Informationen.
Aufgrund dieser komplexen Strömungsverhältnisse wird auch
Zur Beurteilung eines Entwurfs werden die IR-Spektren des
internen DLR-Projekts wurde ein neues IR-Modell entwickelt, das den Anforderungen moderner, hoch getarnter
Mit dem Projekt FaUSST (Fortschrittliche aerodynamische
die Berechnung der IR-Strahlung des Abgases aufwändiger.
Abgases, der Flugzeugoberfläche, der Hohlräume, des Hinter-
Flugzeuge und insbesondere unbemannter Kampfflugzeuge
UCAV Stabilitäts- und Steuerungs-Technologien) verfolgt
Es kann nicht mehr von Radialsymmetrie des Abgases aus-
grundes und das Spektrum der Gesamtszene bestimmt.
(UCAV, unmanned combat aerial vehicle) gerecht wird.
das DLR die Absicht, seine in unterschiedlichen Forschungs-
gegangen werden. Vielmehr ist die Strahlung eines beliebig
instituten angesiedelte fachliche Expertise zur Entwicklung,
geformten dreidimensionalen Gasvolumens zu ermitteln.
Analyse und Bewertung von Flugzeugentwürfen zu bündeln.
Berücksichtigung von Reflexionen
Wichtige Anforderung an UCAV Entwürfe ist die Sicher-
Da von einem hochgetarnten Luftfahrzeug generell weniger
stellung maximaler Überlebensfähigkeit. Diese wird nicht
Strahlung ausgeht, bekommt reflektierte Strahlung, die sonst
nur durch hohe Agilität und Manövrierfähigkeit, sondern
oft vernachlässigt werden kann, einen höheren Stellenwert.
auch durch minimale Signaturen (Radar, Infrarot, Akustik)
Strahlungsquellen, deren Reflexionen wichtige Beiträge zur
erzielt.
Gesamtsignatur liefern können, sind der Abgasstrahl, heiße
Teile der Flugzeugoberfläche sowie der Boden. Weiterhin
Ein wichtiger Teilaspekt bei der Beurteilung einer Konfi-
sind korrekte Reflexionsmodelle wichtig zur Ermittlung der
guration ist damit die Vorhersage der IR-Signatur eines
Infrarotstrahlung aus Hohlräumen, wie Einlauf und Düse.
Entwurfs. Im Vergleich zur Modellierung der IR-Signatur
konventioneller Kampfflugzeuge sind es im Wesentlichen
Abbildungen: Mit MIRA berechnete Infrarotbilder eines unbemannten Flugzeugs aus verschiedenen Blickwinkeln. Flughöhe 11 km,
Geschwindigkeit Mach 0,8, Spektralbereich 3,3 – 5,0 µm.
46
47
Dr. Benedikt Risse
Deutsch-Französisches Forschungsinstitut,
Saint-Louis
Dr. Denis Spitzer
Saint-Louis
kontinuierlich in größeren Mengen nanokristallisiert werden
Synthese ultra-feiner Nanodiamanten eingesetzt werden, ein
können. Beim SFV Verfahren wird die Druckabhängigkeit des
Verfahren, welches ebenfalls vom ISL patentiert wurde.
[email protected]
[email protected]
Siedepunkts von Flüssigkeiten zur Realisation hoher Verdamp-
Synthese von Nanosprengstoffen nach dem
Sprüh-Flash-Verdampfungs-Verfahren (SFV)
fungsgeschwindigkeiten genutzt. Die zu kristallisierenden
Bereits jetzt lässt sich durch geeignete Wahl der Prozess-
Substanzen liegen in gelöstem Zustand vor. Anschließend
parameter und Reaktanden die Empfindlichkeit von Sekundär-
wird die Sprengstofflösung unter erhöhtem Druck mittels
sprengstoffen soweit kontrollieren, dass diese als REACH-
einer beheizten Düse in eine Vakuumkammer zerstäubt, in
konforme Anzündmittel eingesetzt werden könnten. Neben
der es zum explosionsartigen Verdampfen und gleichzeitigen
der Kontrolle der Empfindlichkeit von energetischen Materi-
Abkühlen des Gases kommt (Abbildung 1). Der Temperatur-
alien hat die Nanostrukturierung auch die Leistungssteigerung
schock, der den Gasstrom in einem Sekundenbruchteil um bis
der Sprengstoffe zum Ziel. Erste Resultate zeigen, dass sich
zu 200° C abkühlt, unterbricht das weitere Kristallwachstum
der kritische Durchmesser eines Sprengstoffs mittels Nano-
und schützt die empfindlichen Sprengstoffpartikel.
strukturierung erheblich reduzieren lässt. So gelang es den
Nanosprengstoffe gelten als Hoffnungsträger für sichere
Die Desensibilisierung von Sprengstoffen und Anzünd-
Explosivstoffe. Durch die Reduzierung der Partikelgröße
mitteln gegenüber unbeabsichtigter Initiierung ist in den
lässt sich eine Desensibilisierung des Sprengstoffs bei
vergangenen Jahren verstärkt in den Fokus gerückt. Nach
Mit dem SFV Verfahren lassen sich gezielt Nanosprengstoffe
auf unter 460 µm zu reduzieren, was den Einsatz und die
vollem Leistungserhalt erreichen. Das Deutsch-Französische
bisherigem Stand der Technik wurden energetische Materi-
und Nanokomposite reproduzierbar herstellen.
Entwicklung von miniaturisierten Systemen, beispielsweise
Forschungsinstitut (ISL) verfügt hierzu über ein patentiertes
alien mit wachsähnlichen Inertstoffen versetzt, was neben
Verfahren zur Synthese von Nanosprengstoffen, das die
der gewünschten Desensibilisierung leider auch zu einem
Die Synthese von Nanokompositen erfolgt in einem einzigen
kontinuierliche Herstellung größerer Mengen von Treib-
Leistungsverlust führte.
Prozessschritt, bei dem eine homogene Durchmischung der
Langfristig ist eine Automatisierung des Prozesses mit Rück-
einzelnen Komponenten auf submikroner Ebene stattfindet.
führung des Lösemittels vorgesehen, die eine großtechnische
Nanosprengstoffe gelten schon seit einigen Jahren als Hoff-
Durch die unzähligen Kombinationsmöglichkeiten von Nano-
Produktion von nanometrischen Sprengstoffen unter ökono-
nungsträger für handhabungssichere Explosivstoffe. Durch
kompositen, können diese gezielt auf die Anforderungen
mischen Aspekten ermöglicht.
die Reduzierung der Partikelgröße verringern sich Anzahl und
von Industrie und Forschung angepasst werden. Aufgrund
Größe der Kristalldefekte, welchen eine Schlüsselfunktion in
der großen spezifischen Oberfläche lassen sich diese Nano-
der Initiierungskette zukommt. Somit lässt sich eine Desensibi-
materialien ohne Zugabe eines Binders, einzig durch Pressen
lisierung des Sprengstoffs bei vollem Leistungserhalt erreichen.
verfestigen (Abbildung 2).
ladungspulvern und Sprengstoffen ermöglicht.
kritischen Durchmesser von RDX von wenigen Millimetern
für Drohnen, ermöglicht.
Darüber hinaus besitzen Nanomaterialien physikalische und
chemische Eigenschaften, die sich von denen ihrer mikromet-
Trotz des hohen Pressdrucks von 100 MPa bleibt die Nano-
rischen Ausgangsmaterialien gänzlich unterscheiden können.
struktur weiterhin bestehen. Abbildung 3 zeigt den Querschnitt
durch einen gepressten Pellet bestehend aus 60 % RDX und 40 %
Abb. 1: Sprüh-Flash Verdampfungsanlage
zur Synthese von Nano-Sprengstoffen
Im ISL wurde hierzu ein patentiertes Sprüh-Flash-Verdamp-
TNT. Die mittlere Partikelgröße beträgt ca. 100 nm. Eine genaue
fungs- (SFV) Verfahren entwickelt, mit dem eine Vielzahl von
Differenzierung der beiden Sprengstoffe ist auf dieser Ebene
Treibladungspulvern, Primär- und Sekundärsprengstoffen
nicht mehr möglich. Solche Nanokomposite können für die
Abb. 2: Nanostrukturierte Treibladungspulver (33 % NC, 33 % MeNENA, 33 % RDX, 1 % Centralit + Zusatz)
Abb. 3: Rasterelektronenmikroskop (REM)
Aufnahme – nano-Hexolit (60 % RDX + 40 % TNT)
48
49
Dr. Bernd Fischer
Saint-Louis
Eine Alternative zur klassischen THz Zeitdomänenspektro-
wurden beide Spektren normiert. Ein ähnliches Ergebnis
skopie bietet die Erzeugung und Detektion von THz-Strahlung
ergibt sich für TNT (Abbildung 2).
[email protected]
mittels eines laser-induzierten Plasmas. Durch nicht-lineare
Neuartiges Konzept zur Nutzung der Terahertz-Spektroskopie für
Ferndetektion von Explosivstoffen
optische Prozesse wird ein THz Puls in einem durch einen
Der größte Vorteil der Technologie ist aber sicherlich das
kurzen Laserpuls generierten Plasma erzeugt. Hierdurch kann
Potential zur Ferndetektion. Hierfür werden die Effekte der
die THz Strahlung nahe dem eigentlichen Target erzeugt und
THz Strahlung auf verschiedene Fluoreszenzlinien angeregter
die Absorption in Luft gering gehalten werden. Die Detektion
Moleküle im Plasma ausgenutzt. Diese Veränderungen im
erfolgt wiederum in einem Plasma, das in einem künstlich
optischen Frequenzbereich können dann einfach und bequem
induzierten elektrischen Feld erzeugt wird. Dieses sogenannte
auf sichere Entfernung mit üblichen optischen Kameras
THz Air-Breakdown-Coherent-Detection (ABCD) Konzept er-
detektiert werden. In den nächsten Jahren sollen die bisher
möglicht eine sehr breitbandige Detektion des Signals. Die
gewonnenen Erfahrungen auf dem Gebiet der Sprengstoff-
Während die Terahertz (THz) Spektroskopie zur Detektion
Als vor etwas mehr als zehn Jahren die ersten Berichte über
bis zu einer Größenordnung höhere Bandbreite erlaubt es,
detektion mittels THz Spektroskopie (Abbildung 3) und beson-
versteckter Proben auf sehr kurze Distanzen bereits erfolg-
die Möglichkeiten der THz Strahlung veröffentlicht wurden,
mehrere Absorptionsbanden aufzulösen, was eine genauere
ders die neu gewonnenen Erkenntnisse auf Plasma basierender
reich für zivile Anwendungen eingesetzt wird, konnte die
Sprengstoffe durch Kleidung und viele weitere trockene und
Zuordnung der entsprechenden Probe selbst in Mischungen
THz Spektroskopie-Systeme mit den Erfahrungen französi-
Technologie die Erwartungen hinsichtlich ihres Einsatzes
nichtmetallische Materialien hindurch detektieren zu können,
zulässt. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Detektionsgenauigkeit.
scher Partner in Laserentwicklung und theoretischer Plasma-
für wehrtechnische Zwecke bisher nicht erfüllen. Ein neues
waren die Erwartungen an diese neue Technologie groß.
Konzept der Erzeugung und Detektion der THz Strahlung
Jedoch folgte schnell die Ernüchterung. Entgegen einiger vor-
Während dieses neue Konzept in den USA bereits als techni-
Erforschung dieses neuen vielversprechenden Ansatzes zur
verspricht hier in Zukunft neue Möglichkeiten zu eröffnen.
schneller Versprechungen, bald schon einsatzbereite Systeme
scher Durchbruch für Ferndetektion gehandelt wird, gibt es
Ferndetektion aktiv und zielführend weiter zu arbeiten.
zur Detektion von versteckten Explosivstoffen zu haben, zeigte
in Europa bisher nur wenige Systeme, die auf diesem Prinzip
sich, dass die technische Entwicklung einige der dafür not-
beruhen und die entsprechende Forschung beginnt gerade
wendigen Anforderungen nicht so leicht liefern kann. Durch
erst sich zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit einem Team
die eingeschränkte spektrale Bandbreite der gängigen Systeme
der Danish Technical University (DTU) in Lyngby konnte das
können nur wenige charakteristische Spektralbanden aufge-
Deutsch-Französische Forschungsinstitut (ISL) an dem dorti-
löst werden, was insbesondere bei Mischungen verschiedener
gen System das Potential der Technologie zur Detektion von
Stoffe oft unzureichend ist. Zudem kann aufgrund der starken
Sprengstoffen testen. In Abbildung 1 wird das THz Spektrum
Abschwächung einiger Anteile der THz Strahlung diese nur auf
von RDX im Bereich von 500 GHz bis etwa 13 THz gezeigt.
kurze Strecken propagieren. Daher wurde in den letzten Jahren
Deutlich sind verschiedene charakteristische Absorptions-
hauptsächlich die Entwicklung von bildgebenden Systemen,
banden zu sehen, die als spektroskopischer Fingerabdruck der
die im sub-THz Frequenzbereich arbeiten, vorangetrieben.
Probe genutzt werden können. Um den Vorteil gegenüber der
Diese Systeme ermöglichen eine Erkennung von gefährlichen
konventionellen Technik zu zeigen, ist in blau das Ergebnis
Objekten, erlauben aber meist keine Identifikation der einzel-
eingezeichnet, das mit einem entsprechenden Vergleichs-
nen Sprengstoffe.
system aufgenommen wurde. Zur besseren Übersichtlichkeit
Abb. 2: THz Spektrum von TNT
Abb. 3: THz Zeitdomänen-Spektroskopie System
Abb. 1: THz Spektrum von RDX im Bereich von 500 GHz bis ca 13 THz
forschung kombiniert werden, um an der Entwicklung und
50
51
Dipl.-Inf. André Brahmann
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Hamburg,
Fakultät für Maschinenbau
Dipl.-Ing. (FH) Uwe Chalupka
Dipl.-Ing. Matthias Knapp
Prof. Dr.-Ing. habil. Hendrik Rothe
[email protected]
[email protected]
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Das Bedienparadigma basiert auf einem Konzept elektroni-
tionssysteme (HaFIS), welche u. a. eine Reduktion von Insel-
scher Flugstreifen unter Umsetzung des klassischen Model-
lösungen innerhalb der Bw zum Ziel hat. Die Untersuchung
View-Controller Konzeptes (Abbildung 1). Für die Studie wurde
einer späteren Integrationsmöglichkeit des eingebrachten
das System durch die Fa. Frequentis prototypisch zur Abbil-
Lösungsvorschlages in das Projekt HaFIS war daher ein
Bestandteil der durchgeführten Betrachtungen.
Analyse von Handlungsabläufen in Joint-Einsätzen im Kontext Vernetzter
Operationsführung
Im Rahmen der Vernetzten Operationsführung optimiert die
Einen wichtigen Baustein zur Weiterentwicklung der Fähig-
dung der Handlungsabläufe des Anwendungsfalls STF ange-
Bundeswehr (Bw) Fähigkeiten zum Herstellen eines streit-
keiten der Bw stellt die Auswertung von Erfahrungen der
passt (Abbildung 2).
kräftegemeinsamen, führungsebenenübergreifenden und
Soldaten aus Einsätzen dar. Motiviert durch Erkenntnisse
Die HSU untersuchte hierfür Eigenschaften bezüglich der
Neben den untersuchten technischen Aspekten wurden
interoperablen Kommunikations- und Informationsverbun-
zur bisherigen Vorgehensweise in einer Zelle zur streitkräf-
– Beschleunigung von Handlungsabläufen,
sieben übergeordnete, operationelle Kriterien zur Identifikation
des für Aufklärung, Führung, Wirkung und Unterstützung.
tegemeinsamen taktischen Feuerunterstützung (STF) im
– Erhöhung des Lagebewusstseins sowie der
weiterer, potentieller Anwendungsfelder in der Bw erarbeitet.
In diesem Kontext wird ein über eine CD&E-Studie (Concept
Afghanistan-Einsatz, wurde von der Fa. Frequentis ein tech-
Development & Experimentation) eingebrachter, komple-
nischer Lösungsvorschlag, smartCollaboration (SC), zur
–Zuverlässigkeit,
vorgeschlagene Anwendungsfälle einer Erstbewertung unter-
mentärer Lösungsvorschlag zur Führungsunterstützung
Beschleunigung und Vereinfachung von Handlungsabläufen
– Flexibilität / Skalierbarkeit und
zogen. Hierbei sind insbes. die Kriterien Komplexität und
untersucht.
im Rahmen einer CD&E-Studie eingebracht.
–Justiziabilität.
Zeitrelevanz von Handlungsabläufen als primäre Faktoren
Handlungssicherheit,
Mittels dieser wurden sieben allgemeine, von der Fa. Frequentis
anzuführen. In Abbildung 3 wird eine relative Einordnung von
Abb. 1: Model-View-Controller Konzept
Zur Unterstützung dieses Vorhabens wurde die Professur für
Zur weiterführenden technischen Bewertung des Systems SC
SC zu verschiedenen Anwendungsfällen hinsichtlich der beiden
Mess- und Informationstechnik der Helmut-Schmidt-Univer-
wurde ein Abgleich mit den konzeptionellen Rahmenvorgaben
primären Bewertungskriterien dargestellt.
sität / Universität der Bundeswehr (HSU) mit der unabhängigen
durchgeführt, wie sie vor allem durch die IT-Strategie des
technischen und operationellen Analyse des Lösungsvor-
BMVg formuliert werden. So stellt die Interoperabilität mit an-
In einem zweiten Schritt wurden Gespräche mit Experten
schlages betraut. Zielstellung war die Erarbeitung von Kriterien,
deren Systemen sowohl innerhalb einer TSK, TSK-übergreifend
verschiedener Dienststellen geführt, um über die Bewertungs-
welche auf wissenschaftlicher Basis eine Bewertung der
sowie im multinationalen Kontext eine wichtige Anforderung
kriterien qualifizierte Anwendungsfälle detaillierter zu unter-
Eignung für einen weiterführenden, querschnittlichen Einsatz
an neue Systeme in der Bw dar. Dies wird ergänzt durch eine
suchen. Hierdurch wurde den aus operationeller Sicht zunächst
in der Bw ermöglichen sollte.
Ausrichtung hin zur Serviceorientierung, wie sie insbes. durch
rein theoretischen Betrachtungen eine praktische Grundlage
die Entwicklung des Afghanistan Mission Network geprägt
zugeführt. Aus dem unmittelbaren Erfahrungsaustausch mit
Das untersuchte System SC entstammt technologisch einem
wurde. Innerhalb der Bw sind diese generellen Bestrebungen
den Operateuren im Dialog konnte der tatsächliche Bedarf des
seit Jahren u. a. in der Flugsicherung verwendeten System.
Teil des Projektes der Harmonisierung der Führungsinforma-
potentiellen Nutzers identifiziert werden.
Abb. 2: Foto der Bedienung der Nutzeroberfläche des
Prototyps smartCollaboration
Abb. 3: Einordnung von smartCollaboration (SC) bzgl. ausgewählter Anwendungsfälle
(LV/Fla = Luftverteidigung/Flugabwehr, MilEvakOp = Militärische Evakuierungsoperationen,
OPP = Operational Planning Process)
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Dipl.-Inform. Dennis Faßbender
Universität der Bundeswehr München,
Institut für Technik Autonomer Systeme
Carsten Fries, M. Sc.
Dipl.-Ing. Thorsten Lüttel
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Wünsche
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Die in den letzten Jahren am Institut für Technik Autonomer
in den Sensordaten werden anhand von visuellen Merkmalen
Systeme (TAS) der UniBwM entwickelten Folgealgorithmen,
sowie Hindernisdaten der Laserscanner mit einem Partikelfilter
die sich auf den European Land Robot Trials auf der Plattform
bewertet. Die bestbewertete Hypothese wird zur Schätzung
MuCAR-3 bewährt haben, wurden im Verbund mit den
der Fahrzeugzustände verwendet. TULF nutzt dann die Historie
TULF – Automatisiertes Folgen im Konvoi
Unbemannt betriebene Landfahrzeuge (UGV) bieten die
Um in militärischen Konvois im Einsatzgebiet die Gefährdung
Partnern Rheinmetall Landsysteme und Diehl BGT Defence
der geschätzten Positionen zum spurtreuen Folgen unter
Möglichkeit, die Gefährdung des Soldaten im Einsatz stark
zu reduzieren, können UGV teleoperiert bedient werden, was
auf TULF portiert und stellen eine der Kernkomponenten
Beachtung eines einstellbaren Sicherheitsabstands.
zu reduzieren. Im Rahmen der F&T-Studie „Technologie-
jedoch mit einer hohen kognitiven Belastung des Bedieners
für das autonome Folgen im Konvoi bereit.
träger Unbemanntes Landfahrzeug“ (TULF) wurden die
verbunden ist und eine stabile Funkkommunikation erfordert.
Dieses erfordert die robuste, kontinuierliche Wahrnehmung
Im Laufe der F&T-Studie wurden mithilfe dieses Verfahrens
Folgealgorithmen der Universität der Bundeswehr München
Diese Nachteile können durch (teil)autonome Funktionen zum
des dem TULF zugewiesenen Führungsfahrzeugs (FF). Hierzu
längere autonome Konvoifahrten des TULF hinter einem
(UniBwM) aus den Studien MuCAR auf ein militärisches
großen Teil kompensiert werden.
werden auf dem TULF die Daten bordeigener Sensoren, d. h.
MAN 5t mil gl sowie einem VW Tiguan durchgeführt. Speziell
einer Farbkamera sowie zweier LiDAR-Sensoren (Abbildung
beim Einsatz militärischer FF waren neue Herausforderungen
Das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nut-
2) fusioniert, um in Echtzeit die Zustände des FF (Position,
zu bewältigen. So erschwert die kontrastarme Lackierung die
zung der Bundeswehr (BAAINBw) verfolgt im Rahmen der F&T-
Orientierung, Geschwindigkeit, Lenkwinkel) zu schätzen.
Erkennung des Fahrzeugs im Kamerabild, und der Folgealgo-
Transportfahrzeug portiert und erprobt.
rithmus muss in schwerem Gelände auch Abrisse der Sicht-
Studie TULF das Ziel, bereits bestehende, in der Regel für andere
Abb. 1: TULF (Technologieträger Unbemanntes Landfahrzeug) im Testgelände.
Der Rheinmetall MAN Military Vehicles (RMMV) HX58 wurde mit einem
Drive-By-Wire-System, Sensorik und Rechnern zu einer Robotik-Plattform
umgerüstet. Der montierte Leitstandscontainer dient zur Teleoperation.
Im Hintergrund ein Führungsfahrzeug vom Typ MAN 5t mil gl
Plattformen konzipierte Autonomiealgorithmen auf einen
Im Einzelnen: Für die Fahrzeugerkennung wird zunächst ma-
verbindung auf hügeligen oder kurvigen Strecken tolerieren
militärischen Lkw zu portieren und zu erproben, insbesondere
nuell ein 3D-Modell erstellt, welches markante Merkmale des
(Abbildung 4). In solch anspruchsvollen Szenarien hat sich
Algorithmen für das automatisierte Folgen im Konvoi sowie zur
FF enthält und somit dessen Form sowie die Erscheinung in den
die merkmalsbasierte Fusion von Kamera- und Laserdaten
Wegpunktnavigation. Zur Kommunikation der Softwarekom-
Sensordaten beschreibt (Abbildung 3). In Kombination mit dem
bewährt und ermöglicht auch bei starkem Regen oder tief-
ponenten sollte die Middleware ROS (Robot Operating System)
Wissen über die Dynamik des eigenen Fahrzeugs (TULF) sowie
stehender Sonne eine durchgehende Fahrzeugverfolgung.
verwendet werden. Als Plattform wurde ein HX58 des Herstel-
einem einfachen Modell der Dynamik des FF mit den geschätz-
lers Rheinmetall MAN Military Vehicles (RMMV) ausgewählt
ten Zuständen des FF erhält man eine interne Modellvorstel-
Weitere F&T-Studien am Institut beschäftigen sich derzeit
und zu einer Robotik-Plattform umgerüstet (Abbildung 1).
lung der Umwelt zu einem gewissen Zeitpunkt („4D-Ansatz“).
mit Multi-Fahrzeug-Konvois, dem Fahren bei Dunkelheit sowie
Die verschiedenen Softwarekomponenten im TULF kommu-
Darauf basierend wird eine Vielzahl von Hypothesen berech-
einer nahtlosen Umschaltung von Fahrzeugverfolgung auf
nizieren über die Middleware ROS (Robot Operating System).
net, die beschreiben, wo sich das FF zum nächsten Zeitpunkt
autonome Navigation entlang erkannter Wege, z. B. bei tempo-
im 3D-Raum befinden wird. Die Abbildungen dieser Hypothesen
rärem Verlust des FF.
Abb. 3: Projektion aller charakteristischen Merkmale (Farbflächen, markante
Eckpunkte, Kanten) aus dem 3D-Modell in die Bildebene
Abb. 4: Autonome Konvoifahrt des TULF hinter Führungsfahrzeug vom
Typ MAN 5t mil gl. Die Merkmale aus dem 3D-Modell werden gemäß der
geschätzten 3D-Fahrzeugposition in die Bildebene projiziert und dem
Kamerabild überlagert dargestellt
Abb. 2: TULF mit eingerüsteter Sensorik.
Nur die für das automatisierte Folgen verwendeten
Sensoren sind beschriftet
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Max Hübner
Institut für Mechanik und Statik
Norbert Gebbeken
Lars Rüdiger
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Internationales Forschungsvorhaben
„Military Operations in Urban Terrain“ (MOUT)
über das Tragverhalten von Gebäuden in Einsatzszenarien
Die Bauteil-Modelle werden mithilfe von Versuchen validiert,
dient sowohl dem Schutz unserer Soldaten, als auch dem
die in Deutschland an den Wehrtechnischen Dienststellen
Schutz der Bevölkerung im Einsatzland.
WTD 91 (Meppen) und WTD 52 (Oberjettenberg) durchgeführt
werden, sowie weiteren Versuchen, die in den Vereinigten
Bei militärischen Operationen in urbanen Räumen ist
Um den Einfluss von außergewöhnlichen Einwirkungen,
Kommt es in einem urbanen Umfeld zum Gefecht, oder
die Bewertung des Tragverhaltens von Gebäuden und bau-
wie Explosionen, auf typische urbane Gebäudestrukturen und
zünden gegnerische Kräfte so genannte Sprengfallen (IEDs),
licher Infrastruktur von Interesse. Dies dient dem Schutz
Bauteile bewerten zu können, werden in internationaler
so wird die Auswirkung dieser Szenarien erheblich durch die
Die Analyse der Versuche wird im Rahmen internationaler
unserer Einsatzkräfte und dem Schutz der Bevölkerung.
Zusammenarbeit mit Partnern aus den USA und den Nieder-
umliegende Bebauung und bauliche Infrastruktur beeinflusst.
Sitzungen gemeinsam mit den internationalen Partnern
Im Rahmen des internationalen Kooperationsprojektes
landen groß angelegte Studien und Versuchsreihen durch-
Massive Bauwerke können erheblichen Schutz bieten und
durchgeführt und diskutiert. Dieser Informationsaustausch
„Military Operations in Urban Terrain“ (MOUT) werden
geführt. Im Auftrag des Bundesamts für Ausrüstung, Informa-
einen Zugang behindern. Es kann durch sie bei Explosions-
ermöglicht die Nutzung von Synergien und den Technologie-
Methoden zur schnellen Bewertung von Einsatzszenarien
tionstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw) ist
ereignissen aber auch zu Kanalisierungseffekten kommen, die
transfer zwischen den Partnern. Darüber hinaus gestattet
entwickelt.
das Institut für Mechanik und Statik der Universität der
die Wirkung einer Explosion erheblich verstärken können.
der Vergleich unterschiedlicher Modellansätze eine effiziente
Methodenentwicklung und eine zuverlässige Vorhersage.
Bundeswehr München mit der Auswertung der Versuche,
sowie mit der Entwicklung von Modellen zur Schadensvor-
Trifft die Luftstoßwelle, die durch die Explosion ausgelöst
hersage im Rahmen dieses Projektes betraut.
wurde, beispielsweise auf eine Wand, so kann diese teilweise
Das Ziel der Untersuchungen ist die Bereitstellung der ent-
oder ganz zerstört werden. Abhängig von der Schädigung der
wickelten Modelle in Form eines Computerprogramms, um
Das Ziel der Studie ist die Entwicklung von Material- und
zunächst getroffenen Wand, kann sich die Druckwelle auf
der Bundeswehr eine schnelle und wirklichkeitsnahe Ein-
Berechnungsmodellen, die die im Einsatz möglicherweise
dahinter gelegene weitere Bauteile ausbreiten und weitere
schätzung der außergewöhnlichen Einwirkungen auf Gebäude
entstehenden Schäden an Gebäuden und urbanen Infra-
Schäden am Bauwerk verursachen oder Menschen gefährden.
und bauliche Infrastruktur zum Schutz unserer Soldatinnen
strukturen abbilden können.
Zur Simulation derartiger Szenarien sind unterschiedliche
und Soldaten zu ermöglichen.
Strukturmodelle erforderlich, mit denen Gebäude numerisch
Abb. 1: Mauerwerkswand vor Versuch
Staaten von Amerika stattfinden.
Mit Beginn der Auslandseinsätze der Bundeswehr Anfang
modelliert werden können. Im Rahmen der Studie wurden
der 90er Jahre, stellte sich die Frage nach der Bewertung und
Modelle für Fenster, Türen, Dächer, Decken und verschiedene
Einschätzung von baulichen Anlagen und Infrastrukturen
Wandtypen, wie zum Beispiel Mauerwerkswände, Lehm- oder
in urbanen Räumen. Das Wissen über die Tragfähigkeit und
Betonwände entwickelt.
Abb. 2: Kraft-Zeit-Verlauf aus Versuch
Abb. 3: Mauerwerkswand nach Versuch
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57
Univ.-Prof. Dr. Axel Lehmann
Institut für Technische Informatik
PD Dr. Marko Hofmann
An-Institut der Universität der Bundeswehr München,
Institut für Technik Intelligenter Systeme
rung, Missionserfüllung etc.) effizient in einem Computerspiel
Um all diesen Aspekten auf flexible Weise gerecht zu wer-
zu trainieren, müssen Szenare, Behandlungsroutinen und
den, wurde zunächst eine generische, modulare Architektur
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menschliche Physiologie adäquat abgebildet und implemen-
entwickelt, die als Rahmen für das Gesamtprojekt dient
tiert werden. Trotz aller Ernsthaftigkeit darf jedoch die Attrak-
(Abbildung 1). Die grundlegenden Beziehungen zwischen Ver-
tivität des Spiels nicht verloren gehen:
wundetem, Szenar und Auszubildendem zeigt Abbildung 2.
Serious Games sollen auch bei steigendem Lernerfolg immer
SanTrain: Ein „Serious Game“ für die taktische Verwundetenversorgung
wieder interessant und motivierend für den Anwender sein.
Eines der Kernelemente dieser Architektur ist offensichtlich
Zudem sind medizinische, taktische und technische Rahmen-
das Pathophysiologiemodell: Es muss die für die Diagnose
bedingungen des Projektes stetigem Wandel unterworfen.
wichtigen sichtbaren Vitalzeichen auf der Basis aller relevanten
Darüber hinaus sind auch die Grenzen der Ausbildung
(einschließlich der unsichtbaren internen) Vitalparameter
medizinischer Versorgung mittels elektronischer Medien
repräsentieren und stimmig auf Behandlungen und Umwelt-
zu beachten.
veränderungen reagieren (Abbildung 3).
Ziel des Projektes ist die Entwicklung von „Serious Games“
Das von der Sanitätsakademie der Bundeswehr ins Leben
zum Üben der taktischen Verwundetenversorgung mit drei
gerufene SanTrain-Studienprojekt entwickelt eine modulare,
Intentionen: Didaktischer Lernerfolg, Abbildungsgüte der
flexible Architektur für die Ausbildung der taktischen Ver-
Dementsprechend müssen vielfältige Aspekte bei der
Die grundsätzliche Machbarkeit des Projektziels wurde zu-
Prozesse und Attraktivität des Spieles. Hierzu wurde eine
wundetenversorgung mittels sogenannter „Serious Games“.
Entwicklung einer zukunftsfähigen SanTrain-Architektur
nächst mittels eines 2D-Demonstrators gezeigt (Abbildung 4).
eigene Architektur konzipiert. Darauf aufbauend wurden
Dabei handelt es sich um Computerspiele, die einen ernsten
berücksichtigt werden:
Derzeit wird mit Unterstützung einer professionellen Spiele-
und werden 2D- und 3D- sowie arbeitsplatzgebundene und
Ausbildungsinhalt auf attraktive Weise vermitteln.
– Erfahrung und Expertise der Auszubildenden,
entwicklungsfirma an der Umsetzung in eine 3D-Version
– Anwendbarkeit auf arbeitsplatzgebundenen und mobilen
gearbeitet. Das bereits wissenschaftlich beschriebene Studien-
mobile Demonstratoren entwickelt.
Im Zuge der Kampfhandlungen in Auslandseinsätzen haben
Geräte (mit unterschiedlichen technischen, insbesondere
projekt wird mit der Entwicklung einer mobilen Version für
Bundeswehr und verbündete Streitkräfte in den letzten
grafischen Möglichkeiten),
Tablets sowie der Integration der „multi user“-Fähigkeit und
Jahren lehrreiche, mitunter bittere Erfahrungen in der Erst-
– Konzentration des Spiels auf das Training der für
versorgung von Verwundeten unter Einsatzbedingungen
die taktische Verwundetenversorgung notwendigen
gemacht. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse flossen in ein
kognitiven Fähigkeiten,
algorithmisch strukturiertes Konzept ein: Die taktische Verwundetenversorgung, auch taktische Medizin und im englischen „Tactical Combat Casualty Care (kurz: TCCC, auch TC3)“
genannt. Das Konzept der taktischen Verwundetenversorgung
berücksichtigt spezielle militärische Verletzungsmuster ebenso
wie die besonderen Bedingungen der ersten Hilfe im Gefecht.
einer umfassenden empirischen Evaluation der Spielvarianten
fortgesetzt.
– didaktisch sinnvolle Steuerung des Spielablaufs
und der Spielauswertung,
– Training der besonderen dualen Situation des Ersthelfers
als Kämpfer (Taktik) und Sanitäter (Medizin),
– Weitgehende Validität des Physiologiemodells und
Plausibilität der Dynamik des Verletztenzustands je nach
Behandlungsmaßnahme,
Um die taktische Verwundetenversorgung und ihre unterschiedlichen Aufgaben (Diagnose, Behandlung, Triage, Evakuie-
Abb. 1: Generische SanTrain-Architektur
Abb. 2: Zusammenhänge zwischen Verwundetem, Anwender und Szenar
– Enorme Bandbreite möglicher taktischer, medizinischer
und didaktischer Szenare.
Abb. 3: Grundelemente des Verwundeten-Avatars
Abb. 4: 2D-SanTrain-Demonstrator
(Ansicht für den Anwender)
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59
Professor Dr. Carlo Masala
Institut für Politikwissenschaften
Professor Dr. Stefan Pickl
Institut für Theoretische Informatik, Mathematik und Operations Research
analyse sowie der Simulation und Analyse komplexer Systeme.
service implementiert und bietet aufgrund seines modularen
Weiterhin bestehen intensive und zukunftsweisende Koope-
Aufbaus große Flexibilität und einfache Erweiterungsmög-
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rationen beider Professuren mit führenden internationalen
lichkeiten. Es dient der Visualisierung des zeitlichen Verlaufs
Instituten im Bereich der Zukunftsanalyse, wie dem RAHS
und der Extrapolation länderbasierter, makrostruktureller
Program in Singapur, dem Fund for Peace und dem UN
Indikatoren, um so kritische, sicherheitspolitische Entwick-
Millenium Project.
lungen frühzeitig erkennen zu können. Hierfür wurde eine
Foresight Analysis: Quantitative Methoden der Zukunftsanalyse
Auswahl verschiedener Forecasting Methoden implementiert
Der Schwerpunkt der Studie liegt auf der Exploration und
und eine entwickelte automatisierte Auswahl der besten
Entwicklung quantitativer Methoden der Zukunftsanalyse
Methodik zur Verfügung gestellt, um die Nutzerfreundlichkeit
und der Erstellung eines Softwareprototypen zur Unter-
des Systems zu erhöhen. Das Monitoring TPM ermöglicht
stützung des „Risk Assessment and Horizon Scanning“.
eine sprach- und länderspezifische Suche nach Schlagworten
Die Zukunftsanalyse gewinnt immer mehr Bedeutung
Im Kontext der Studie Weiterentwicklung der Methoden
Viele bisherige Werkzeuge, die den Prozess der Foresight
sowie eine Visualisierung und Analyse der zeitlichen Entwick-
und erfordert Unterstützungen durch Softwarelösungen.
der Zukunftsanalyse wurde ein Rahmenkonzept für ein Früh-
Analysis unterstützen, stellen hauptsächlich qualitative
lungen aktivitätsbezogener Parameter.
Viele Systeme bieten nur qualitative Methoden an und
warnsystem entwickelt, das auf über 6.000 Indikatoren zur
Methoden zur Verfügung und vernachlässigen dabei das
vernachlässigen dabei wichtige quantitative Techniken.
länderspezifischen Analyse potenzieller Risiken zurückgreift.
große Potential der quantitativen Methoden.
In einer Studie analysiert ein interdisziplinäres Team der
Entscheidungsträger können hierbei aus 20 verschiedenen
Universität der Bundeswehr München quantitative Metho-
Themenbereichen – von sozialer Entwicklung über Bildung bis
Die im Rahmen der Studie durchgeführte Recherche zu
Frühling, und die internationale Finanzkrise umfassen, haben
den und arbeitet an der Entwicklung eines innovativen
hin zum Bereich Umwelt – und über 30 Datenquellen wählen
quantitativen Methoden der Zukunftsanalyse zeigt die große
die zunehmende Wichtigkeit der Zukunftsanalyse verdeutlicht.
Softwareprototyps.
und zugehörige Indikatoren in die Zukunft extrapolieren.
Bandbreite der angewandten Techniken. Neben Methoden
Hierbei können computerbasierte Unterstützungs- und
Die frühzeitige Identifikation von Trends, insbesondere im
der klassischen Zeitreihenanalyse finden computerbasierte
Analysesysteme, die qualitative und quantitative Methoden
sicherheitspolitischen Bereich, spielt eine immer größere Rolle
Simulationen mit Hilfe von System Dynamics und agenten-
vereinen, einen wichtigen Beitrag leisten.
in unserer globalisierten, vernetzten Welt. Die durch das Pla-
basierter Simulation Anwendung. Die Ergebnisse der Recher-
nungsamt der Bundeswehr geförderte Studie unterstützt die
che fanden Eingang in die Sammlung Quantitative Future
zukunftsanalytische Sicherheitsforschung der Bundeswehr.
Methods Catalogue, in der Vorteile und Nachteile der Techniken
Die Entwicklungen der letzten Jahrzehnte, die solch unterschiedliche Ereignisse wie den 11. September, den Arabischen
dargestellt werden. Die Sammlung wird zur NutzerunterstütHierbei eröffnet die Zusammenarbeit zweier Professuren
zung in den Softwareprototypen eines webbasierten Koopera-
der Universität der Bundeswehr München, der Professur für
tionssystems für Zukunftsforschungsprojekte integriert.
Internationale Politik (Professor Dr. Carlo Masala) und der
Abb. 1: Schematischer Aufbau der Software
Professur für Operations Research (Professor Dr. Stefan Pickl),
Der Softwareprototyp vereint zwei Komponenten: Indicator
einen interdisziplinären Blick auf diesen zentralen und
Based Prognosis (IBP) für Länderfrüherkennung und Topic
spannenden Wissenschaftszweig und vereint die langjährigen
Monitoring (TPM) für eine internetbasierte Schlagwortsuche
Erfahrungen in den Bereichen strategische Studien, Zukunfts-
und Trendanalyse. Die Früherkennung IBP wurde als Web-
Abb. 2: Rüstungsausgaben (Extrapolationsbeispiel durch
Zeitreihenansatz ARIMA, Screenshot)
Abb. 3: Screenshot der Eingangsoberfläche (IBP)
Abb. 4: Weltkarte und Visualisierung der
zeitlichen Entwicklung (Screenshot)
60
61
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Conrad Boley
Institut für Bodenmechanik und Grundbau
Dipl.-Ing. Jörg Zimbelmann
Institut für Bodenmechanik und Grundbau
Dipl.-Ing. (FH) Heidi Noack
Bundesministerium für Verteidigung,
Referat IUD I 2
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[email protected]
[email protected]
Böden unter Detonationsbeanspruchung
eine bestimmte Sprengstoffmasse, die in einer gewissen Tiefe
Druck sondern für die Hauptnormalspannung in Fortpflan-
und Entfernung zum betrachteten Gebäude gezündet wird –
zungsrichtung der Kompressionswelle. Das Dämpfungsver-
die Szenarien (3) bis (5) ausgeschlossen werden können oder
mögen von Böden wird durch die unterschiedlichen Be- und
ob eine Berücksichtigung des Lastfalls „Waffenwirkung im
Entlastungspfade bei Kompressionsbeanspruchung (Abbildung
Die möglichen Auswirkungen von Explosionen an der
Explosionen an der Geländeoberfläche und im Untergrund
Boden“ bei der Bemessung der Einsatzinfrastruktur erforder-
4) bestimmt. Eine ausführliche Literaturrecherche hinsichtlich
Geländeoberfläche und im Untergrund wurden bei der
können in Abhängigkeit der Randbedingungen zu Schäden an
lich wird.
des Kompressions- und Entspannungsverhaltens von Böden
Bemessung von Einsatzinfrastrukturen der Bundeswehr
Gebäuden führen. Prinzipiell sind fünf Schadensszenarien
bislang nicht berücksichtigt. Maßgebende Kenngrößen für
denkbar (Abbildung 1): (1) Luftstoß, (2) Trümmerflug von auf-
Grundlage für die Erstellung einer Entscheidungshilfe sind
Angaben einer zweiten Spannungskomponente für die Be-
Berechnungen sind das Kompressions- und Entspannungs-
gewirbeltem Bodenmaterial, (3) und (4) Kraterbildung bzw.
numerische Berechnungen mit sogenannten Hydrocodes
rechnung des isotropen Drucks als auch (b) die Daten der
verhalten des Bodens. Die vorhandenen Daten sind jedoch
Verdichtung des Baugrunds im Einflussbereich der Bauwerks-
(Abbildungen 2 und 3). Die numerischen Ergebnisse (Schwing-
Entlastungspfade fehlen. Sinnvolle Annahmen können nicht
unvollständig, so dass weitere Untersuchungen erforderlich
gründung mit daraus resultierenden unzulässigen Setzungen
geschwindigkeitsspektren sowie maximale Schubverzerrungen
getroffen werden, da die geotechnischen Standard-Laborver-
werden.
und Schiefstellungen des Gebäudes, (5) Fußpunktanregung
in einer bestimmten Entfernung) können mit zulässigen Werten
suche zur Benennung und Klassifizierung der untersuchten
des Bauwerks zu Schwingungen. Im Hinblick auf Einsatzinfra-
verglichen werden. Neben der äquivalenten Sprengstoffmasse,
Böden nicht durchgeführt wurden.
strukturen der Bundeswehr sind die Szenarien (1) und (2)
der Explosionstiefe sowie der Entfernung zwischen Sprengstoff
größtenteils durch Härtung und bauliche Schutzmaßnahmen
und Gebäude sind vor allem das Kompressions- und Entspan-
In einer weiterführenden Studie sollen für repräsentative
abgedeckt. Die Szenarien (3) bis (5) können unter dem Ober-
nungsverhalten des Bodens die maßgebenden Faktoren.
Böden neben dem Kompressionsverhalten auch die Ent-
ergab, dass (a) bei den vorhandenen vs-v1-Beziehungen die
lastungspfade gemessen werden. Dazu sollen sowohl quasi-
begriff Erdstoß bzw. Groundshock zusammengefasst werden.
Abb. 1: Schadensszenarien bei Explosionen im Boden
Eine Berücksichtigung hat bislang nicht stattgefunden.
Für numerische Berechnungen muss die (Schock-)Kom-
statische Kompressions- und Triaxialversuche für die unteren
Grundlagenkenntnisse wurden im Rahmen der Studie „Auswir-
pressionskurve – d. h. der isotrope Druck als Funktion der
Druckbereiche als auch dynamische Versuche (Split-Hopkinson
kungen künstlich ausgelöster Erdbeben nach Waffenwirkung“
Dichte – vorliegen. Aus hochdynamischen Versuchen ist
Pressure Bar) bei mittleren Drücken durchgeführt werden.
erarbeitet. Die Bearbeitung der Studie hatte im März 2011
meistens die Schockwellengeschwindigkeit vs als Funktion
Dies ermöglicht die Ermittlung (a) der gesuchten Kennwert-
begonnen und war Ende Oktober 2013 abgeschlossen. Das
der Partikelgeschwindigkeit v1 bekannt, woraus mittels der
kurven über den gesamten relevanten Druckbereich sowie (b)
Bundesministerium für Verteidigung wünscht eine Entschei-
Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie die
des Verzerrungsrateneinflusses.
dungshilfe, anhand derer schnell und einfach abgeschätzt
Schockkompressionskurve berechnet werden kann. Bei Böden
werden kann, ob für eine vorliegende Bedrohungslage – d. h.
gelten die vs-v1-Beziehungen jedoch nicht für den isotropen
Abb. 2: Schockwellenausbreitung in kugelsymmetrischer WedgeBerechnung mit AutodynTM zur Materialkalibrierung (Screenshot)
Abb. 3: Erdstoß-Berechnung mit AutodynTM (Screenshot) – Ausbreitung der Explosionsgase
(links), Erdstoßwellen infolge Detonation (rechts)
Abb. 4: Kompressionskurve (blau), reale Entlastungspfade (grün) und mittlere, für die Berechnung
linearisierte Entlastungspfade (rot)
62
63
ORR Herr Björn Klein
Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz,
Munster
ORR‘in Frau Dr. Vanessa Kunde
Munster
eingesetzt. Bei den sogenannten HME (homemade explosives)
vität der Komplexierungsreaktion, eine Bestätigung der
ist das zur Verfügung stehende Datenmaterial über chemische
Identifizierung. Alle verwendeten Substanzen, Chlorid-Ionen
[email protected]
[email protected]
und physikalische Eigenschaften vergleichsweise gering.
zur Sensitivitätserhöhung der klassischen Explosivstoffe sowie
ein Kronenether (18-Krone-6) zur selektiven Komplexierung
Detektion von Explosivstoffen in Echtzeit mittels DART®-Technologie
Der Anstieg des Missbrauchs dieser Chemikalien aus dem all-
von Ammonium-Ionen, werden in handhabungssicheren
täglichen Gebrauch zeigt die Notwendigkeit für praxistaugliche
Konzentrationen durch einfaches Zutropfen appliziert, so dass
Detektions-Systeme, die diese Substanzen mit hoher Empfind-
eine Verwendung durch Einsatzkräfte möglich ist.
lichkeit, Selektivität und Schnelligkeit nachweisen können und
weiterhin hohe Erkennungsraten gegenüber herkömmlichen
Ein Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf dem Nachweis
Sprengstoffen bieten.
der STV in unterschiedlichen Probenahmeszenarien. So konnte
in einem Fahrzeug, dessen Fahrer sich zuvor in einem Bereich
Die DART®-Technologie (direct analysis in real time) bietet
IEDs bilden ein erhebliches Gefahrenpotenzial für deutsche
Eine Herausforderung des Explosivstoffnachweises sowohl
der Sprengstoffverarbeitung aufgehalten hatte, erfolgreich
die Möglichkeit einer verlässlichen Identifikation nicht
Soldaten im Einsatz. Eine verlässliche vor-Ort-Analytik, die
in der Gasphase, in flüssiger Form oder auch im partikulären
TNT in Form von Wischproben aus dem Fahrzeuginneren
nur von Explosivstoffen, wie sie in behelfsmäßigen Spreng-
die Detektion von Explosivstoffspuren in der Luft, im Wasser
Bereich auf Oberflächen ist die geringe Substanzmenge. Die
(u. a. Lenkrad, Gaspedal) im unteren Nanogrammbereich
ladungen (improvised explosive devices: IED) zum Einsatz
oder auf kontaminierten Oberflächen ermöglicht, wird in der
meisten „traditionell“ verwendeten Materialien, wie TNT
nachgewiesen werden.
kommen, sondern auch von möglichen chemischen Bei-
SFF „Counter Improvised Explosive Devices (C-IED) /Abwehr
oder RDX und auch „neue“ Stoffe wie Ammoniumnitrat (AN)
ladungen. Der entscheidende Vorteil ist dabei die Analyse in
der Bedrohung durch behelfsmäßig hergestellte Sprengvor-
aus Düngemitteln besitzen einen geringen Dampfdruck und
Der Nachweis des Ammoniumanteils von AN konnte nach
Echtzeit ohne vorherige aufwändige Probenaufarbeitung.
richtungen“ gefordert.
schränken somit die Detektion in der Gasphase stark ein.
Zugabe von 18-Krone-6 mittels DART®-MS an Düngemittelproben gezeigt werden. Der charakteristische Komplex lässt
Beim Auffinden eines verdächtigen Objektes kann die schnelle
Mittels DART® können Spuren von verdächtigem Material,
sich massenspektrometrisch detektieren und ermöglicht eine
und sichere Identifizierung Hinweise auf die konkrete Gefahr
Flüssigkeiten und Wischproben direkt ionisiert und massen-
Unterscheidung zu anderen stickstoffhaltigen Düngemitteln
liefern und die Realisierung geeigneter Gegenmaßnahmen
spektrometrisch analysiert werden. Bisher bestehende wesent-
mit geringem Gefährdungspotenzial.
ermöglichen. Schnelltests vor Ort helfen zwar bei der Ein-
liche Nachteile bei der Anreicherung von an IED anhaftenden
schätzung der Gefahr, jedoch ist eine belastbare Aussage durch
Explosivstoffresten können durch die direkte kontaktlose
Die Arbeiten zeigen, dass die Verwendung von DART®-MS
mögliche Querempfindlichkeiten, hohe Nachweisgrenzen
Mobilisierung der zu untersuchenden Substanzen in die Gas-
bereits jetzt ein breites Substanzspektrum abdeckt. Ferner
(NWG) und schwierige Handhabbarkeit kaum möglich. Eine
phase umgangen werden.
bietet diese kommerzielle Technologie ein weiteres Potenzial
verlässliche Analytik erfordert oft umfangreiche, zeitintensive
in der Detektion von z. B. chemischen Beiladungen.
laboranalytische Untersuchungen, die aufgrund der erforder-
Der Nachweis von sprengstofftypischen Verbindungen (STV)
lichen Ausstattung nicht vor Ort durchgeführt werden können.
mittels DART®-MS (Massenspektrometer) ist grundsätzlich
ohne Vorbehandlung der Probe möglich. Die Zugabe von
Abb. 1: Analyse einer Wischprobe mittels DART®-MS
Chemikalien wie organische Peroxide, Nitratsalze sowie
Komplexierungsreagenzien ermöglicht sowohl eine Steigerung
Chlorat- und Perchlorat-Verbindungen werden häufig in IED
der Nachweisempfindlichkeit, als auch, aufgrund der Selekti-
Abb. 2: DART®-Massenspektrum einer Düngemittelprobe
versetzt mit 18-Krone-6-Lösung
Abb. 3: Gleichgewichts-Dampfdrücke von verschiedenen Explosivstoffen bei Raumtemperatur (rotmarkierte Stoffe wurden im Rahmen
der Arbeiten untersucht). (Modifiziert nach Sandia Lab (USA))
64
65
Dipl.-Ing. (FH) Lars Wolf
Munster
Dipl-Phys. Ronald Rambousky
Munster
Dr.-Ing. Frank Sabath
Munster
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Bestimmung der Schutzfaktoren für ionisierende Strahlung
im Projekt Fregatte F125
(großflächige Kontaminationen), aus Strahlenschutz- und
nung als Schutzstationen sowie der Identifikation möglicher
Umweltschutzgründen abzulehnen. Numerische Strahlungs-
Alternativen.
transportrechnungen beschreiben nach statistischen Methoden
(Monte-Carlo-Verfahren) den Lebensweg, der aus einer virtu-
Die hier vorgestellten Untersuchungen der Schutzstationen
Mit Hilfe numerischer Analysen können Schutzfaktoren
Die Fregatten der Klasse 125 (F125) wurden für die heutigen
ellen radioaktiven Quelle emittierten Strahlungsteilchen und
an Bord der Fregatte der Klasse 125 zeigen beispielhaft, wie
für ausgedehnte Systeme bestimmt werden. Dadurch
und zukünftigen Einsatzszenarien der Deutschen Marine ent-
deren Wechselwirkung in Materie. Für das zu untersuchende
numerische Analysen in der Realisierungsphase von schwim-
können experimentelle Untersuchungen mit radioaktiven
wickelt. Bei der Konzeption und Entwicklung lag das Haupt-
Objekt muss ein realistisches Computer-Modell erstellt werden.
menden Einheiten der Marine unterstützend eingesetzt werden
Strahlungsquellen vermieden werden. Die numerische
augenmerk auf den Einsatzbedingungen eines Schiffes in
Sämtlichen Konstruktionselementen muss die chemische
können und den Umgang mit realen radioaktiven Stoffen
Strahlungstransportrechnung bietet vielfältige Möglich-
friedensstabilisierenden Einsätzen und im Kampf gegen den
Materialzusammensetzung und die tatsächliche Dichte zuge-
minimieren bzw. gänzlich vermeiden.
keiten der Bewertung von Designvorschlägen und der
internationalen Terrorismus. Durch die Verbreitung und
ordnet werden. Für die untersuchte Fregatte F125 besteht das
Unterstützung in der Realisierungsphase von Rüstungs-
Weitergabe von Nuklearwaffen, Nukleartechnologien und
Modell aus zehn Decks und etwa 170 Räumen (Abbildung 3).
projekten.
kernwaffenfähigem Material ist die Fregatte F125 in ihren
Einsätzen der Bedrohung durch ionisierende Strahlung
Unter Einbeziehung umfangreicher nuklearer Wirkungs-
(z. B. als Fallout) ausgesetzt. Zum Schutz der Besatzung vor den
querschnitts-Bibliotheken und der Simulation mehrerer Mil-
Wirkungen der ionisierenden Strahlung, als auch zum Erhalt
lionen Strahlungsteilchen, wird ein sehr realistisches Ergebnis
der Einsatzfähigkeit sind die Schiffe daher mit Schutzstationen
für die entsprechenden Dosisleistungen bzw. den Schutzfaktor
ausgestattet. Ein quantitatives Maß für den Schutz, den eine
erreicht.
Schutzstation der Besatzung bietet, ist der Schutzfaktor.
Nach NATO Allied Engineering Publication 14 (AEP-14) ist
Abbildung 4 zeigt die normierten Schutzfaktoren ausgesuch-
dieser definiert als Quotient aus der Freifelddosisleistung und
ter Räume der Fregatte F125 bei Fallout. In der numerischen
der Dosisleistung im Innenraum (der Schutzstation).
Analyse wurde der frühe Anteil des Fallouts durch eine Kontamination der Wasseroberfläche mit Co-60, der späte Anteil
Abb. 1: Schematische Darstellung F125
(Quelle: Intranet BAAINBw / ARGE F125)
Grundsätzlich lässt sich dieser Schutzfaktor experimentell
mit einer Kontamination mit Cs-137, nachgebildet. Schwer-
bestimmen, indem radioaktive Stoffe eingesetzt werden.
punkt der Untersuchungen war die Bewertung von durch die
Dies ist, besonders bei ausgedehnten Quellanordnungen
Deutsche Marine vorgegebenen Räume hinsichtlich ihrer Eig-
Abb. 2: Möglicher Lebensweg eines Strahlungsteilchens in Materie
Abb. 3: Geometrisches 3D-Modell der Fregatte F125
Abb. 4: Normierte Schutzfaktoren für einzelne Räume der F125
bei Fallout
66
67
Dr. Birgit Hülseweh
Munster
Durch genetische Modifikationen können Antikörper mit
für den Einsatz in Biosensoren, Biochips und Microarray-
neuen Eigenschaften oder mit Kombinationen bisheriger
Systemen geeignet. Spezifische Aufreinigungsverfahren wurden
[email protected]
Vorteile konstruiert /vereint werden.
sowohl für scFvs als auch für die entsprechenden Fc-Fusionen
etabliert.
Die rAks lassen sich zudem in E. coli mit sehr hohen Produk-
Herstellung und Anwendung rekombinanter Antikörper
tionsraten als lösliche Einzelketten-Antikörper (scFv: single
Einige der rAks weisen zudem sogenannte neutralisierende
chain variable Fragment) produzieren. Die scFv-Antikörper
Eigenschaften auf, d. h. der Antikörper kann die Infektiösität
bestehen dabei nur aus den variablen Regionen einer schweren
eines Erregers bzw. die Toxizität eines Giftstoffes hemmen
und leichten Antikörperkette (siehe Abbildung 2). Sie sind
und ist somit gegebenenfalls auch für prophylaktische und
durch einen Peptid-Linker verbunden und stellen die kleinste
therapeutische Zwecke geeignet.
funktionelle Einheit eines Antikörpers dar, die zur spezifischen
Die Erkennung eines B-Kampfstoffes durch Antikörper
Die Methode des „Phage-Display“ zur Selektion von rAks
Antigenbindung fähig ist. Zusätzliche Proteinstabilität erhalten
Für die Bundeswehr stellen die rAks eine wichtige Verbesserung
ist die Grundlage einer Vielzahl labor- und feldanalytischer
nutzt die Eigenschaft von Bakteriophagen, (i) ihren bakteri-
die scFv häufig, wenn man sie mit dem konstanten Teil eines
und Erweiterung der B-Detektions- und Verifikationsfähigkeit
immunologischer Verfahren zur Detektion und Identifikati-
ellen Wirt, E. coli, zu infizieren und (ii) auf dessen Oberfläche
murinen oder menschlichen Antikörpers fusioniert und in
dar. Langfristig werden leistungsgesteigerte Detektionsmole-
on im technischen B-Schutz. Neben mono- und polyklonalen
verschiedene Antikörperfragmente in Fusion mit einem
höheren Zellen, wie z. B. den Chinese Hamster Ovarian (CHO)-
küle den B-Schutz verbessern und die Nachweissensitivität
Antikörpern nehmen dabei zunehmend rekombinante Anti-
Phagenprotein zu exprimieren. Diese rekombinanten
Zellen exprimiert und produziert.
immunologischer Verfahren steigern. Der lizensierte Erwerb
körper (rAk), welche aus Phagenbibliotheken selektioniert
Bakteriophagen (siehe Abbildung 1) werden, ohne den Wirt
werden, eine dominierende Rolle und Schlüsselstellung ein.
zu zerstören, in den infizierten Bakterien kontinuierlich
Die Phage-Display-Technologie wurde im Biologischen
zudem wirtschaftliche Unabhängigkeit bei der Generierung
produziert und in das Kulturmedium abgegeben, aus dem
Labor des Wehrwissenschaftlichen Instituts für Schutz-
zukünftiger Detektionsmoleküle gegen neuartige Erreger
sie in großen Mengen aufgereinigt werden können.
technologien – ABC-Schutz vor einigen Jahren erfolgreich
bzw. B-Kampfstoffe.
einer umfangreichen Phagenbibliothek schafft der Bundeswehr
etabliert. Bisher gelang dem Labor sehr erfolgreich die SelekRekombinante Antikörper haben gegenüber konventionellen
tion von scFv- Bindern zur Identifikation von B-relevanten
Antikörpern den großen Vorteil, dass sie ohne Tierversuch
Viren aus der Gruppe der Pferdeenzephalitiden (VEEV) und
generiert und aus Bibliotheken mit einer sehr hohen Vielfalt
der hochpathogenen Influenzaviren, sowie weiterer B-Kampf-
an Bindern einfach und schnell selektioniert werden können.
stoffe (Bakterien und Toxine). Die Binder sind heute in ver-
Zudem können die rAks durch bio- und gentechnologische
schiedenen Formaten in unterschiedlichen Zellsystemen
Verfahren perfektioniert und an die spezifischen Bedürfnisse
exprimierbar und als Fänger oder Detektor für diverse immu-
der Bundeswehr angepasst werden. So kann z. B. durch in vitro
nologische Detektionsverfahren im Labor und Feld mit hoher
Mutagenese die Affinität, Stabilität oder Spezifität eines rAks
Sensitivität und Spezifität einsetzbar. Sie lassen sich wie kon-
für jede technologische Plattform in Labor und Feld optimiert
ventionelle Antikörper zum Beispiel in Schnellnachweisen
werden.
in Form von immunchromatographischen Verfahren wie
Teststreifen oder Affinitätssäulen einbinden, sind aber auch
Abb. 1: Experimentelle Strategie zur Selektion
von spezifischen scFv-präsentierenden Phagen
Abb. 2: Mögliche Formate zur Expression
und Produktion von Einzellketten-Antikörperfragmenten
Abb. 3: CHO-K1-Zellen, welche in Kultur
stabil scFv-Fc-Fusionen gegen B-relevante
Viren exprimieren. A: typisches adhärentes
Wachstum in Zellkulturflaschen; B: Wachstum der Klone auf Microcarriern in Spinnerflaschen; C und D: typische Suspensionskultur in einem miniPerm-Bioreaktor mit der
Tendenz zur Zellaggregatbildung
Abb. 4: Screening von spezifischen Klonen durch ELISA
(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)
Abb. 5: Charakterisierung der Kreuzreaktivität eines
rekombinanten Antikörpers gegen verschiedene
Virusspezies und Subspezies
68
69
TORR Dr.-Ing. Jens Holtmannspötter
Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe,
Erding
TORR Dr. Timo Hofmann
Erding
Hptm Dipl.-Ing. Jean Christjan Meyer
Erding
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Weiterentwicklung und Automatisierung von Reparaturverfahren
für Faserverbundstrukturen
Stand der Technik zur Reparaturstellenvorbereitung sind
Das stirnseitige Fräsen von FVK stellt eine Herausforderung
manuelle und zeitintensive Schleifprozesse (Abbildung 1).
für die Reparatur dar. Mit der Forderung nach einer konstant
Die Erstellung einer Schäftung per Hand dauert mehrere
hohen Qualität der gefrästen Oberfläche im Hinblick auf
Stunden und geht mit starken Schwankungen der Qualität
die spätere Verklebung darf der Verschleiß der Werkzeuge
Im Betrieb von Luftfahrzeugen aus Hochleistungsfaserver-
Nahezu alle neuen, fliegenden Waffensysteme der Bundes-
einher. Dies ist gerade im Hinblick auf die Luftverkehrs-
nicht zu hoch sein. Durch systematische Untersuchung des
bundkunststoffen kommt es unweigerlich zu Beschädigun-
wehr bestehen zum Großteil aus Faserverbundwerkstoffen
zulassung problematisch.
Fräsprozesses konnten hierfür, in enger Zusammenarbeit
gen, die durch die integrale Fertigung der Strukturen und
(FVK), da diese hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei
aus operativen Gründen am Luftfahrzeug repariert werden
niedrigem Gewicht, ein hervorragendes Ermüdungsverhalten
Um die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der geklebten
wickelt, als auch Frässtrategien und -parameter optimiert
müssen. Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Zuver-
und eine Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen
Reparaturen zu verbessern, ist ein automatisiertes Fräsverfah-
werden. Die so erstellten Oberflächen zeichnen sich durch
lässigkeit klebtechnischer Reparaturen werden Lösungen
(Korrosion) aufweisen.
ren entwickelt worden (Abbildung 2). Dabei wird eine mobile,
eine höhere Oberflächenenergie, gleichmäßige Rauheit und
zur Automatisierung entwickelt.
Im Betrieb der Strukturen kommt es zwangsläufig zu Beschä-
hochpräzise Fräseinheit an dem Luftfahrzeug mittels Saug-
damit einer deutlich besseren Oberflächenvorbehandlung
digungen durch Überlasten, Materialermüdung, Blitz- und
näpfen adaptiert. Mit einem Laserlinienscanner wird ein exaktes
als bei Schleifprozessen aus. Weiterhin konnten durch die
Vogelschläge und insbesondere Kollisionen jeglicher Art am
geometrisches Modell der Oberfläche erfasst. Nach Auswahl
Optimierungen erstmals aramidfaserverstärkte Kunststoffe
Boden. Angestrebt wird eine schnelle und dauerhafte Reparatur
der Schäftungsart (z. B. kreisförmig, rechteckig, ellipsenförmig
in hoher Qualität bearbeitet werden.
am Luftfahrzeug, die mit nur geringem Gewichtszuwachs und
mit kontinuierlichem oder gestuftem Profil) mit einer Vielzahl
aerodynamischen Einschränkungen einhergeht.
von Parametern (z. B. Stufentiefe, Stufenbreite, Versatz) wird
Das adaptive Fräsen von Verbundwerkstoffen ist nicht nur
zunächst ein 3-Achs-Fräsprogramm erzeugt. Dieses wird im
für die Reparaturstellenvorbereitung interessant. Auch zur
Geschäftete und geklebte Reparaturen erfüllen diese An-
Anschluss geometrisch korrekt auf die gescannte Oberfläche
Vorbereitung der Klebeflächen von CFK-Strukturen in der
forderungen. Dabei kommen für kohlenstofffaserverstärkte
als Maschinencode für die mobile 5-Achs-Kinematik abgewi-
Fertigung ermöglicht es einen automatisierten, definierten
Kunststoffe (CFK) verschiedenste Prozesse mit warm- und
ckelt. Es gelingt, mit hoher Präzision gut klebbare Oberflächen
Abtrag trennmittelbehafteter, undefinierter Schichten und
kaltaushärtenden Klebstoffen auf Epoxidharzbasis zum
zu erstellen (Abbildung 3). Als Folge können Reparaturstellen
den Ausgleich von Fertigungstoleranzen und ist daher
Einsatz. Unter anderem werden Nasslaminierverfahren, das
in den Abmessungen verkleinert werden. Auch sind neuartige
Gegenstand weiterer Forschungsaktivitäten.
Kleben von ausgehärteten Pflastern (Patches) sowie Prepreg-
Ansätze zur last- und fasergerechten Schäftung mit automati-
und Infusionsverfahren in einer Vielzahl von Varianten
sierten Verfahren realisierbar (Abbildung 4).
mit Partnern aus der Industrie, sowohl neuartige Fräser ent-
angewendet.
Abb. 1: Rechteckige Schäftung eines FVK-Bauteils, die mit
einem manuellen Schleifverfahren erstellt wurde
Abb. 2: Mobile Fräszelle an einer Luftfahrzeugzelle (links) und Kontrollstation (rechts)
Abb. 3: Automatisierte Schäftung in einer
FVK-Struktur mit dem automatisierten
Verfahren
Abb. 4: Neuartiger Ansatz zur fasergerechten Schäftung. Die mit einem automatisierten Fräsverfahren
erstellte, fasergerechte Schäftung (links) weist nur noch Klebeflächen in Faserrichtung auf (rechts)
70
71
TORR Dr.-Ing. Johannes Kloppenburg
Wehrtechnische Dienststelle für Kraftfahrzeuge und Panzer,
Trier
Dipl.-Ing. Rainer Gericke
Wehrtechnische Dienststelle für Kraftfahrzeuge und Panzer,
Trier
lich der Fahrzeugkategorie und des Missionsprofils klassifiziert
systematisch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten be-
und soweit wie möglich zusammengefasst. Damit ließen sich
fahren. Dabei wird das Beschleunigungssignal analog zum
[email protected]
[email protected]
Informationen über die Einsatzbedingungen und die taktischen
Einsatz aufgezeichnet und für jede Überfahrt der Fingerab-
Bewegungsmuster für verschiedene Fahrzeugtypen ableiten.
druck der Belastung nach der Durability-Transfer-Methode
ermittelt. Ein mathematischer Optimierungsalgorithmus
Schwingungsbelastbarkeit von geschützten Radfahrzeugen
Das Durability-Transfer-Verfahren stellt ein bewertendes und
errechnet diejenige Kombination aus Teststrecken und Fahrt-
vergleichendes Auswerteverfahren mit starker Datenreduktion
geschwindigkeiten, die eine optimale Nachbildung der Einsatz-
dar. Zunächst wird das ursprüngliche Messsignal in mehrere
belastung erlauben. Dieses Fahrprogramm wird abschließend
bandpassgefilterte Zeitsignale unterteilt, um dem nichtlinearen
hinsichtlich seiner Plausibilität geprüft und z. B. durch das
Übertragungsverhalten von Fahrwerken gerecht zu werden.
Fahrrobotersystem der WTD 41 mit dem Prüfling absolviert.
Diese Zeitverläufe finden Eingang in eine SchädigungsrechDie Wehrtechnische Dienststelle für Kraftfahrzeuge und
Es liegt in der Natur der Sache, dass Militärfahrzeuge stark
nung, die sich vom Prinzip an der Betriebsfestigkeitsberech-
Die konsequente messtechnische Überwachung und Anwen-
Panzer (WTD 41) hat zur Auswertung von Einsatzerfahrungen
wechselnden Betriebsbelastungen in Einsatz und Ausbildung
nung nach der Palmgren-Miner Hypothese orientiert. Mit
dung des Durability-Transfer-Verfahrens, auch während der
mit Radfahrzeugen ein Langzeitmessverfahren entwickelt,
unterliegen. Es werden hohe Ansprüche an Mobilität und
einem zweiparametrigem Zählverfahren werden die im Signal
Fahrerprobung, ermöglicht hier eine fortschreitende Soll-/
das Aussagen über mechanische Belastung von Fahrwerken
Durchhaltefähigkeit gestellt, aber zugleich ist es nicht möglich,
enthaltenen Schwingspiele nach Mittelwert und Amplitude
Ist-Überwachung der gezielt in das Fahrzeug eingebrachten
und Fahrzeugaufbauten liefert. Es ermöglicht somit, Einsatz-
mit Verlässlichkeit zu prognostizieren, unter welchen Bedin-
klassifiziert und mit den ertragbaren Schwingspielzahlen,
Belastung und damit eine objektive Bewertung der Leistungs-
geschehen aus schwingungstechnischer Sicht quantitativ zu
gungen die Fahrzeuge in Zukunft eingesetzt werden. Die
die sich aus einer synthetischen Wöhlerlinie mit einem frei
erbringung.
erfassen und somit den Erprobungsprozess zu optimieren.
Einsatzrealität verbietet aus Gründen der Missionserfüllung
wählbaren Parameter ergeben, verglichen. Als Ergebnis dieser
eine zusätzliche Ausrüstung von geschützten Fahrzeugen mit
Schädigungsberechnungen ergeben sich fünf frequenzbewer-
komplexer Messtechnik. Das neuartige Durability-Transfer-
tete Pseudoschädigungswerte, welche in einem Diagramm
Verfahren erlaubt jedoch, dass Belastungsgeschehen im Einsatz-
über dem Frequenzband aufgetragen, den charakteristischen
land anhand einer einzigen kontinuierlich aufgezeichneten
Fingerabdruck der gemessenen Schwingungsbelastung dar-
Messgröße hinreichend genau und schädigungsäquivalent
stellen.
auf die synthetischen Erprobungsbahnen der WTD 41 zu
Abb. 1: Einsatzmesssystem der WTD 41
übertragen. In einer mehrjährigen Messkampagne wurden
Die eigentliche Untersuchung und der Nachweis der Betriebs-
geschützte und gepanzerte Fahrzeuge aller Klassen mit einem
festigkeit erfolgt auf Erprobungsgeländen von Amtsbereich
robusten Langzeitmesssystem ausgestattet, welches vollstän-
oder Hersteller. Dazu ist es notwendig, auf Basis von Einsatz-
dig autonom (vergleichbar mit einer Black-Box) mehraxiale
messdaten vergleichbarer Fahrzeugtypen das Belastungs-
Beschleunigungssignale aufzeichnet. Diese Daten wurden
geschehen dort schädigungsäquivalent und reproduzierbar
im Rahmen des technischen Dienstes an den Fahrzeugen ab-
abzubilden. Zur Vorbereitung der schädigungsgleichen Trans-
gerufen und zur Auswertung in das Heimatland übermittelt.
position werden zunächst die Erprobungsbahnen, welche sich
Die Messergebnisse wurden in einem ersten Schritt hinsicht-
durch Form und Intensität der Erregerfunktion unterscheiden,
Abb. 2: Messdaten aus dem Einsatz
Abb. 3: Fahrrobotersystem
der WTD 41
Abb. 4: Synthetische Erprobungsbahnen
Abb. 5: Lebensdauerberechnung
72
73
TORR Christoph Benker
Wehrtechnische Dienstelle für Schutz und Sondertechnik,
Oberjettenberg
Das Ziel des Signaturmanagements ist es, diese Signaturen
verfügbar und wird auch international zur Erprobung von
so zu verändern, dass die Entdeckungswahrscheinlichkeit
Tarnmaßnahmen und Tarnmaterialien genutzt.
[email protected]
reduziert wird. Das Objekt soll sich dem natürlichen Hintergrund in dem zugrundeliegenden Szenario so anpassen, dass
Mit der Radarsimulation wird das Signaturmanagement bei
es nicht signifikant von diesem abweicht.
der Bewertung von Wehrmaterial unterstützt. Die Problemzonen können in sehr kurzer Zeit aufgezeigt und so erste
Signatursimulation im Rüstungsbereich am Beispiel der Radarsimulation
Das Radio Detection and Ranging (RADAR) ermöglicht eine
Maßnahmen zur Optimierung eingeleitet werden. Dazu müssen
nahezu wetterunabhängige Aufklärung über große Entfer-
die zu untersuchenden Fahrzeuge nicht real verfügbar sein.
nungen, deshalb stellt diese einen wichtigen Bereich bei der
Durch die spezielle Strahlfindung, die Berücksichtigung der
Signaturoptimierung dar. Der Radarrückstreuquerschnitt
physikalischen Optik und der Brechungstheorie ist es möglich
(Radar Cross Section (RCS)) gibt an, wie groß die Reflexion
die geometrischen Radareigenschaften sehr genau zu be-
eines Objektes zurück in Richtung des RADAR ist.
rechnen. In Verbindung mit den radarspezifischen Material-
Die Tarnung ist auch bei den heutigen Einsätzen der
Der Indirekte Schutz deckt alle Maßnahmen ab, die das Ent-
Bundeswehr ein sehr wichtiger Aspekt. Denn nicht bei
decken eines militärischen Objektes in der Einsatzumgebung
jedem Einsatz ist das erkennbare Zeigen von Stärke die
verhindern sollen. Dabei spielt vor allem die Entfernung
Durch das, an der Wehrtechnische Dienstelle für Schutz und
bestimmbar. Mit diesen geometrieabhängigen RCS-Werten
richtige Vorgehensweise. Daher benötigt die Bundeswehr
zwischen dem Objekt und dem Beobachter eine wichtige Rolle.
Sondertechnik (WTD 52) verwendete, Simulationsprogramm
kann der Prozess des Signaturmanagements effizienter durch-
auch als Armee im Einsatz funktionierende Tarnung.
Je geringer die Entfernung des Beobachters zu dem Objekt ist,
können an virtuellen Fahrzeugmodellen die Wirksamkeit von
geführt und erste notwendige Maßnahmen abgeleitet werden.
Das Tarndesign erfolgt durch Simulationssoftware.
desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass er dieses Objekt
Tarnmaterialien, die Position und die Lage der maximalen
Durch die Simulation kann der RCS-Wert des Wehrmaterials
Die Tarneigenschaften werden in experimentellen
entdecken kann. Durch Optimierungsprozesse soll der Indi-
Radarreflexion dargestellt und berechnet werden. Zur Approxi-
schnell optimiert, die Entdeckbarkeit verringert und so die
Untersuchungen verifiziert.
rekte Schutz derart angepasst werden, dass diese Entdeckungs-
mation des RCS-Wertes werden bei der Radarsimulation
Überlebensfähigkeit erhöht werden.
wahrscheinlichkeit bei gleichbleibender Entfernung verringert
Methoden der physikalischen Optik und der Brechungstheorie
wird. Daraus ergibt sich im Optimalfall die Möglichkeit recht-
sowie zur Strahlfindung das Ray-Tracing-Verfahren verwendet.
eigenschaften ist so ein realistischer RCS-Wert für die Modelle
zeitig und angemessen auf die potentiell entstehende Gefahrensituation reagieren zu können, welche sich durch die
Als Modelle werden 3D-CAD Modelle erstellt, deren Ober-
mögliche Entdeckung durch den Beobachter ergeben kann.
fläche mit den Materialeigenschaften belegt wird, so z. B. der
Folglich trägt die Anpassung des Indirekten Schutzes an die
Standard Erprobungsträger für Tarnmaterial (StandCam), der
Anforderungen des jeweiligen Einsatzszenarios direkt zu der
auf einer Seite das Aussehen eines typischen Radpanzers und
Überlebensfähigkeit der Soldaten und des Wehrmaterials bei.
auf der anderen Seite die typische Form eines Schützenpanzers
aufweist. Durch diesen Erprobungsträger ist es möglich,
Im Zusammenhang mit dem Indirekten Schutz versteht man
Material zu erproben und Daten mit Partnernationen aus-
jede messbare Veränderung der Umwelt, die durch ein Objekt
zutauschen, ohne auf reale Signaturen eingeführter Systeme
hervorgerufen wird, als Signatur. Objekte können diese selber
zurückgreifen zu müssen. Das StandCam ist sowohl als CAD-
erzeugen oder aber als Reflexion der Umgebung wiedergeben.
Modell für die Simulation, als auch als realer Erprobungsträger
2 D Farbdarstellung
Rangegate
Abb. 1: Standard Erprobungsträger für Tarnmaterial (StandCam) mit Ketten- und Radseite
und der für den Erprobungsträger typischen Radarsignatur
Abb. 2: StandCam mit simuliertem Tarnmaterial an dem
Kettenschutz. Die Reduzierung der Signatur ist deutlich
erkennbar (vgl. Abbildung 1)
Abb. 3: StandCam mit simuliertem Tarnmaterial unter einem
Beobachtungswinkel von 27° mit wieder deutlich erhöhtem
Radarrückstreuwert (vgl. Abbildung 2)
Abb. 4: Darstellung der Rückstreuung über den Winkel und
das Laufzeitintervall. Es kann so die Lage der Streuzentren in
Abhängigkeit von der Position des Beobachtungszentrums
bestimmt werden
74
WissOR Dr.-Ing. Ingo Schäfer
Wehrtechnische Dienststelle für Schiffe und Marinewaffen,
Maritime Technologie und Forschung,
Kiel
[email protected]
75
Die numerische Zielmaßprognose kann mit Hilfe gebräuch-
Aus diesem Grunde sind die dargestellten Ergebnisse Mittel-
licher Verfahren wie der Randelementmethode (BEM), die
werte, die aus 25 Berechnungen mit verschiedenen Frequenzen
für diese Zwecke im Forschungsbereich für Wasserschall und
ermittelt worden sind.
Geophysik (FWG) der Wehrtechnischen Dienststelle für Schiffe
Zielmaßprognosen mittels numerischer Methoden
und Marinewaffen, Maritime Technologie und Forschung
Das konventionelle BEM Verfahren (Abbildung 3) gilt hierbei
(WTD 71) angepasst und verbessert wurde, durchgeführt wer-
als Referenz und liefert quantitativ bei einer mittleren Fre-
den. Diese Methode benötigt allerdings sehr hohe Berech-
quenz von 100 kHz nahezu identische Ergebnisse wie das
nungszeiten. Aus diesem Grunde wurde im FWG ein deutlich
strahlenbasierende Verfahren (Abbildung 4). Die benötigten
schnelleres strahlenbasierendes Verfahren entwickelt. Dieses
Berechnungszeiten unterscheiden sich aber enorm. Das BEM
sendet aus einem bestimmten Winkel viele Schallstrahlen
Verfahren benötigte auf einem handelsüblichen Rechner etwa
auf das Objekt, verfolgt diese und ermittelt durch geeignete
9 Tage, das im FWG entwickelte strahlenbasierende Verfahren
Summation das Zielmaß.
etwa 120 Sekunden.
Im Rahmen der aktiven Schallortung unter Wasser bestimmt
Zur Detektion und Ortung von Unterwasserobjekten wird
als eine wesentliche Größe die rückgestreute Schallintensität
Schall (Sonar) wegen seiner geringen Dämpfung und damit
(Zielmaß) die Entdeckungswahrscheinlichkeit von Unter-
verbundenen hohen Reichweite eingesetzt. Für die Bestim-
Anhand des Beispiels eines Ikosaeders mit einer äußeren
Mit diesem Verfahren kann daher auch das Zielmaß von
wasserobjekten (Ubooten, Minen). Mit Hilfe von selbst ent-
mung der Entdeckungswahrscheinlichkeit dieser Objekte
Kantenlänge von 18 cm wird das Zielmaßprognoseverfahren
größeren Objekten wie Ubooten (Abbildung 5 zeigt ein gene-
wickelten und verbesserten numerischen Methoden kann das
sind zum einen das Ausbreitungsverhalten des Wasserschalls
vorgestellt. Der luftgefüllte Ikosaeder ist ein Unterwasser-
risches Modell) bei niedrigen und hohen Frequenzen unter
Zielmaß in komplexen Szenarien unter Berücksichtigung der
und zum anderen die durch das Objekt zurückgestreute
objekt, welches von der Marine für Sonar-Performance-Tests
Berücksichtigung der inneren Strukturen für verschiedene
Geometrie und des inneren Aufbaus berechnet werden.
Schallintensität (Zielmaß) relevant. Das Ausbreitungsverhalten
eingesetzt wird. Er besteht aus 20 Stahlwürfelecken (Tripel-
Beschallungswinkel in kurzer Zeit ermittelt werden.
wird bestimmt durch Umgebungsparameter der maritimen
spiegel), die wie in Abbildung 1 zusammengesetzt sind. Für
Umwelt, wie Salzgehalt, Temperatur, Bodenprofile und geo-
die Berechnung wird die Oberfläche des Körpers mit Hilfe
An ressourcensparenden Verfahren zur Zielmaßberech-
akustische Eigenschaften des Meeresbodens. Das Zielmaß
von Dreiecken diskretisiert (Abbildung 2). Die Anzahl der
nung gibt es ein großes internationales Interesse. Die hier
ist abhängig von der Geometrie, der Sonarfrequenz und dem
benötigten Dreiecke steigt dabei mit der Höhe der Sonar-
vorgestellten Verfahren sind der deutsche Beitrag zu einem
inneren Aufbau.
frequenz. Für eine typische Minenjagdsonarfrequenz von
internationalen Zielmaßworkshop BeTSSi II (Benchmark
100 kHz werden etwa 120.000 Dreiecke benötigt.
Target Strength Simulation II), der unter Leitung des FWG
Diese Größe kann mit aufwendigen Messungen für verschie-
2014/2015 durchgeführt wird. Im Rahmen des Workshops
dene Sonarfrequenzen und verschiedene Beschallungswinkel
Um die Winkelabhängigkeit des Ergebnisses darzustellen,
werden die Verfahren der einzelnen Nationen in einem
für das zu untersuchende Objekt bestimmt oder mit Hilfe
wird das im akustischen Fernfeld berechnete monostatische
Benchmarktest an verschiedenen Testfällen verglichen.
numerischer Methoden, der Zielmaßberechnung, ermittelt
Zielmaß auf ein Kugeloberflächensegment mit Radius 20 cm
werden. Diese hat den Vorteil kostengünstiger und flexibler
(Abbildung 3) projiziert. Hierbei befindet sich der akustische
zu sein. So können bestimmte Einflussgrößen wie Blechdicken
Sender an der gleichen Stelle wie der Empfänger. Die unter-
und Materialparameter einfach verändert werden.
schiedlichen Farben stellen ein unterschiedlich großes Zielmaß
dar. Das Zielmaß ist eine stark frequenzabhängige Größe.
Abb. 1: Ikosaeder verwendet von der Marine als
Sonarziel für einen Sonar-Performance-Test
Abb. 2: Oberflächenmodel des Ikosaeders
diskretisiert mit Hilfe von Dreiecken
Abb. 3: Zielmaß (ermittelt mit dem konventionellen
BEM Verfahren) bei einer Mittenfrequenz von 100 kHz
dargestellt auf einem Kugeloberflächensegment
Abb. 4: Zielmaß (ermittelt mit dem strahlenbasierenden Verfahren) bei einer Mittenfrequenz von 100 kHz
dargestellt auf einem Kugeloberflächensegment
Abb. 5: Generisches Modell eines Ubootes für das im Uboot-Zielmaßworkshop (BeTSSi II)
das Zielmaß für verschiedene Szenarien berechnet werden soll
77
2
Wehrmedizinische und
Wehrpsychologische Forschung
Die wehrmedizinische Forschung ist ein aus dem Auftrag des
Die folgenden Beiträge stellen exemplarisch einige aktuelle
Sanitätsdienstes abgeleiteter Teilbereich der Ressortforschungs-
Forschungsfragestellungen und -ergebnisse der Ressortfor-
aktivitäten des BMVg. Beide dienen dazu, frühzeitig Fähigkeits-
schungseinrichtungen dar. Neben der molekulargenetischen
lücken zu erkennen und zu schließen, die sich im Rahmen der
Ausbruchsaufklärung sind epidemiologische Fragestellungen
Erfüllung des Auftrages des Sanitätsdienstes zur gesundheit-
von endemisch auftretenden hochinfektiösen Erregern und
lichen Prävention und der sanitätsdienstlichen Versorgung der
die Weiterentwicklung von Qualitätskontrollen für die Beson-
Soldatinnen und Soldaten ergeben. Die in eigenen Einrichtun-
derheiten der Felduntersuchungen im Rahmen von Einsätzen
gen durchgeführte oder durch das BMVg gesondert finanzierte
Schwerpunkte des Instituts für Mikrobiologie der Bundeswehr.
wehrmedizinische und wehrpsychologische Forschung ist ein
anwendungsbezogener, fortdauernder Prozess zum Schließen
Der Beitrag des Instituts für Pharmakologie der Bundeswehr
von Fähigkeitslücken in der sanitätsdienstlichen Versorgung
zeigt u. a. mit Bezug zur aktuellen Situation in Syrien Mög-
der Bundeswehr.
lichkeiten der Entwicklung neuer Antidoteklassen gegen
Nervenkampfstoffe auf während der Beitrag des Instituts für
Insbesondere beschäftigt sich die wehrmedizinische Forschung
Radiobiologie der Bundeswehr Erkenntnisse aus einer länder-
mit den Themenbereichen des Medizinischen ABC-Schutzes,
übergreifenden NATO-Studie vorstellt. Die Beiträge aus dem
mit der Klinischen Wehrmedizin im Hinblick auf die Besonder-
Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe und
heiten der sanitätsdienstlichen Versorgung im Einsatz, mit dem
dem Schifffahrtmedizinischen Institut der Marine beleuchten
Themenbereich der Präventivmedizin und Hygiene im Hinblick
die besonderen Herausforderungen in der Begleitung der
auf spezifische Gesundheitspräventionsprogramme und kör-
speziellen Verwendungen der Piloten und der Taucher.
perliche Trainingsprogramme für Soldatinnen und Soldaten
sowie der Leistungsphysiologie und Wehrergonomie im
Mit dem Beitrag aus dem Psychotraumazentrum der Bundes-
Hinblick auf die individuellen personalen Voraussetzungen,
wehr wird eine aktuelle Studie zur Erfassung der Psychischen
die Arbeitsbedingungen und Arbeitsumgebungen an den
Fitness von Soldaten in der Einsatzvorbereitung dargestellt.
vielfältigen militärischen Arbeitsplätzen. In den Ressortforschungseinrichtungen der Luftwaffe und Marine werden die
speziellen Fragestellungen der Flug-, Tauch- und Schifffahrtsmedizin im Hinblick auf die besonderen gesundheitlichen
Belastungen dieser Verwendungen untersucht.
78
PD Dr. Gregor Grass, Dipl.-Biol.
Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr,
München
Dr. med. vet. Matthias Hanczaruk
München
[email protected]
[email protected]
79
auf, von denen 28 tödlich endeten. Dies entspricht einer
wurde. Um den genauen geographischen Ursprung zu bestä-
Letalität von 44 %.
tigen, müssen allerdings weitere Isolate aus diesen relevanten
Regionen untersucht werden (Abbildung 4).
Zusammen mit dem Robert-Koch-Institut, Berlin, der
Einsatz molekulargenetischer Ausbruchsaufklärung und Rückverfolgungsanalyse am Beispiel der Milzbrandfälle bei Heroinkonsumenten
Northern Arizona University (USA) und anderen Partnern,
Zusammengefasst weisen die bisherigen Ergebnisse darauf
führte das Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr eine
hin, dass die Milzbrandstämme, die den Injektionsmilzbrand
molekulargenetische, bioforensische Analyse von B. anthracis-
verursachen, alle aus derselben geographischen Region
Isolaten, die aus dem Heroin-assoziierten Milzbrandausbruchs-
stammen. Insgesamt hat sich die Genotypisierung der für
geschehen stammten, durch. Von den Isolaten wurde ein
Injektionsmilzbrand verantwortlichen Isolate zur bioforen-
genetischer Fingerabdruck (wie bei einem Vaterschaftsnach-
sischen Ausbruchsuntersuchung bewährt. Die Ursache der
weis) mittels Single-Nucleotide-Polymorphism (SNP)-Typi-
immer wiederkehrenden Endosporen-Kontamination des
Die Untersuchung von Erkrankungsausbrüchen durch
Anthrax ist eine in Westeuropa selten auftretenden Zoonose,
sierung (Abbildung 2) und Multiple-Locus Variable-Number
Heroins ist jedoch nach wie vor unbekannt. Kontaminationen
B-Schutz-relevante Erreger mit unklarem Ursprung ist
die durch das Bakterium Bacillus anthracis verursacht wird.
of Tandem-Repeat (VNTR) Analysis (MLVA) erstellt. Die Daten
mit Milzbranderregern können potentiell auch Nahrungs-
eine der Hauptaufgaben des Instituts für Mikrobiologie
Traditionell wird Milzbrand entsprechend dem Infektionsweg,
wurden mit Datenbanken im Sinne einer molekulargenetischen
bestandteile und andere Transportgüter betreffen. Diese zu
der Bundeswehr München (InstMikroBioBw) und für den
der perkutan, pulmonal oder gastrointestinal sein kann, einge-
Rückverfolgungsanalyse abgeglichen. Bemerkenswerterweise
ermitteln und auszuschalten ist von besonderem Interesse,
medizinischen B-Schutz von großem Interesse. Unsere
teilt. Die Erkrankung ist von großem Interesse, da verschiede-
deuten die Ergebnisse an, dass dieses Ausbruchsgeschehen
da Milzbrand eine hohe Letalitätsrate aufweist. Dazu trägt bei,
Fähigkeiten bei Rückverfolgungsanalysen mittels mole-
ne Staaten und Organisationen den Erreger aufmunitioniert
schon im Jahre 2000 in Norwegen begann und somit seit
dass die untypischen Symptome der infizierten Patienten zu
kulargenetischer bioforensischer Methoden wurden in
haben könnten, wie bereits in der Vergangenheit geschehen.
13 Jahren andauert. Diese Annahme wird zudem dadurch
Falschdiagnosen und damit verspäteter Therapie führen.
einem Drogen-assoziierten Milzbrandausbruch auf den
Daneben ist Milzbrand in vielen Ländern noch verbreitet,
gestützt, dass alle von Patienten mit Injektionsmilzbrand
Prüfstand gestellt.
auch in Einsatzgebieten der Bundeswehr. Die Dauerformen
isolierten Stämme sehr nahe verwandt sind und zur selben
(Endosporen) des Erregers sind außerordentlich stabil gegen-
Transeurasischen (TEA) Gruppe von B. anthracis gehören.
über chemischen Desinfektionsmitteln und physikalischen
Alle wiesen identische Allele in sämtlichen getesteten SNP-
Umwelteinflüssen, inklusive der thermischen Behandlung
Markern auf (Abbildung 2). Bisher wurden nur kleinere Un-
tierischer Produkte.
terschiede in zwei hochvariablen Loci der 31 MLVA-Marker
beobachtet, was für eine fortschreitende Mikroevolution die-
Abb. 1: Injektionsmilzbrandpatient mit phlegmatöser Weichteilinfektion
und der für Milzbrand typischen Blasenbildung der Haut (mit freundlicher
Genehmigung von Prof. Dr. Udo Reischl, Universität Regensburg)
Seit einigen Jahren wird in Westeuropa eine neue klinische
ser Ausbruchsstämme spricht. Eine 100 %ige Identität wurde
Form der Erkrankung beobachtet, der Injektionsmilzbrand
in der Datenbank nicht gefunden, am nächsten zu den Injek-
(Abbildung 1). In den Jahren 2009 und 2010 trat diese Form
tionsmilzbrandisolaten verwandt sind Stämme von Ziegen
bei 47 Personen auf, die Heroin injizieren, 19 verstarben.
aus der Türkei (Abbildung 3). Das Gebiet des Mittleren Ostens
Weitere 15 Fälle wurden 2012 und 2013 beobachtet. Literatur-
passt gut zur Hypothese, dass das Heroin auf seiner Schmuggel-
recherchen ergaben schon 2000 einen einzelnen ersten Fall
route vom wahrscheinlichen Drogenproduzenten Afghanistan
aus Norwegen. Insgesamt traten bis heute 63 Infektionen
(etwa 90 % der Weltproduktion) nach Europa kontaminiert
Abb. 2: Das hierarchische Schema der kanonischen SNP-Typisierung
gruppiert die Injektionsmilzbrand-Stämme zusammen. Ein immer
feinerer Genotypisierungsalgorithmus des Erregers ordnet alle
getesteten Injektionsmilzbrand-Stämme der Transeurasischen Gruppe
(TEA, A-Branch, A. Br. 008/011) zu
Abb. 3: Injektionsmilzbrand-Stämme stellen eine genetisch nah-verwandte
Gruppe dar. Weitere, nicht-kanonische SNP-Typisierungen (in Boxen) und
der Vergleich mit Stämmen bekannten Ursprungs trennt alle Injektionsmilzbrand-Stämme in eine genau separierte Gruppe. Die ähnlichsten, nicht mit
dem Heroin-Milzbrand assoziierten Isolate stammen von an Milzbrand
erkrankten Ziegen
Abb. 4: Woher kommt die Milzbrand-Kontamination des Heroins genau?
Gezeigt sind Länder, in denen B. anthracis-Stämme der TEA-Gruppe natürlicherweise vorkommen (rot), der Hauptproduzent von Opium (blau), Länder,
in denen von Injektionsmilzbrand berichtet wurde (Biogefährdungs-Zeichen)
und die bedeutendste Schmuggelroute der Droge durch den Mittleren Osten
und den Balkan nach Westeuropa (gestrichelte blaue Linie)
80
81
OFA PD Dr. Gerhard Dobler
München
Gemeinsam mit der Abteilung für Infektions- und Tropen-
Antikörper gegen Zeckenbissfieber-Rickettsien wiesen
medizin der LMU München wurde eine Seroprävalenz-Studie
deutlich höhere Durchseuchungsraten von 50 bis 90 % auf.
[email protected]
in Südwest-Tansania durchgeführt. Insgesamt 1.230 Seren
Hier zeigte sich eine deutliche höhere Durchseuchung bei
wurden auf Antikörper gegen Rickettsien (R. prowazekii, R.
Seren der ländlichen Bewohnern (90 %) im Gegensatz zur ur-
typhi, R. conorii, R. africae) mittels indirekter Immunfluores-
banen Bevölkerung (40 %). Antikörper gegen Rickettsien der
zenz untersucht (Abbildung 1). Zu allen Seren lagen umfang-
Zeckenbissfieber-Gruppe waren mit dem Besitz von Rindern,
reiche epidemiologische Daten vor, die von jedem einzelnen
aber nicht von anderen Tieren assoziiert. Als häufigste Rickett-
Serumspender erhoben worden waren. Es wurde eine statisti-
sienart in tansanischen Zecken ist R. africae zu nennen, der
sche Auswertung der erhobenen Faktoren durchgeführt und
Erreger des Afrikanischen Zeckenbissfiebers. Bis zu 80 % der
die Risikofaktoren für erhöhte Seroprävalenz-Raten univari-
untersuchten Zecken der Afrikanischen Rinderzecke sind mit
abel und multivariabel analysiert und identifiziert.
R. africae infiziert. Antikörper-positive Seren waren signifikant
Epidemiologische Risikoanalyse am Beispiel von Rickettsiosen in Afrika
Rickettsien zählen zu den hochpathogenen Krankheitserre-
Rickettsien sind gramnegative Bakterien, die zu den am
Für die beiden grundsätzlich verschiedenen Rickettsiengrup-
häufiger bei Bewohnern in einer Höhe von 1.000 bis 1.500 m
gern und verursachen u. a. Fleckfieber. Das Infektionsrisiko
höchsten infektiösen und am stärksten pathogenen bekann-
pen, die Fleckfieber-Gruppe und die Zeckenbissfieber-Gruppe,
ü. d. M. und mit Regenfällen von 1.200 bis 1.450 mm / Jahr
mit Rickettsien bei Soldaten ist bisher ungeklärt. Am Beispiel
ten Bakterienarten zählen. In der Natur werden Rickettsien
konnten im Rahmen der durchgeführten Analysen unter-
nachzuweisen. Diese Umweltbedingungen scheinen optimale
einer Risikoanalyse konnten Faktoren identifiziert werden,
durch Läuse, Flöhe, Milben und Zecken übertragen. Sie ver-
schiedliche Risikofaktoren ermittelt werden.
Lebensbedingungen für die Vektoren (Rinderzecken) zu bilden
die das Risiko für Rickettsiosen erhöhen. Mit diesen Kennt-
ursachen beim Menschen unterschiedliche Formen von
nissen können Soldaten im Einsatz besser vor diesen gefähr-
Fleckfieber, dem z. B. rund ein Drittel der Armee Napoleons
Für die Fleckfieber-Gruppe konnten signifikant höhere Anti-
lichen Infektionen schützen werden.
während des Russland-Feldzugs erlag. Aufgrund ihrer hohen
körper-Raten in der urbanen Bevölkerung (17 – 18 %), in der
Es konnten Risikofaktoren für Rickettsien-Infektionen
Pathogenität wurden Rickettsien auch als biologische Waffe
semiurbanen Bevölkerung (12 %) im Vergleich zur ländlichen
identifiziert werden, mit deren Hilfe Regionen mit erhöhtem
eingesetzt. U. a. wurden Millionen von mit Rickettsia (R.)
Bevölkerung (2– 7 %) nachgewiesen werden. Antikörper fanden
Infektionsrisiko für Rickettsien-Infektionen identifiziert wer-
prowazekii infizierten Läusen von den Japanern über Teilen
sich signifikant häufiger in der Nähe zu Hauptverkehrswegen
den können. Diese Daten können helfen, Infektionsrisiken zu
Chinas abgeworfen und führten zu ausgedehnten Ausbrüchen
und geringer natürlicher Vegetation. Andere Umweltfaktoren
identifizieren und Rickettsiosen im Rahmen von Einsätzen
von Fleckfieber.
(Temperatur, Haustier- oder Nutztierdichte, Niederschläge,
bei Soldaten gezielt präventiv zu verhindern.
(Abbildungen 2 und 3).
Vegetationsindex, Höhenlage) waren ohne Bedeutung für das
Neben der absichtlichen Ausbringung von Rickettsien bedro-
Auftreten von Antikörpern. Ähnliche Assoziationen wurden
hen auch natürlich vorkommende Rickettsien Soldaten bei
auch für die Pest nachgewiesen. Das Murine Fleckfieber wird
Einsätzen. Die Kenntnis von Risikofaktoren für natürliche
ähnlich der Pest durch Rattenflöhe auf den Menschen über-
Infektionen können jedoch schon vor militärischen Einsätzen
tragen, so dass die genannten Faktoren vermutlich mit dem
zur Einschätzung eines bestehenden Infektionsrisikos für
bevorzugten Vorhandensein von Ratten in und um mensch-
Soldaten beitragen und damit auch Präventions-Maßnahmen
liche Behausungen zu tun haben dürften.
zum Schutz vor Fleckfieber-Infektionen vor und während
des Einsatzes erlauben.
Abb. 1: Nachweis von Antikörpern gegen Rickettsia africae mittels
indirekter Immunfluoreszenz (Bildquelle: OFA PD Dr. Dobler)
Abb. 2: Semi-urbane Region im Afrikanischen Grabenbruch mit hoher
Niederschlagsmenge – hohes Infektionsrisiko für Murines Fleckfieber
(Bildquelle: OFA PD Dr. Dobler)
Abb. 3: Landwirtschaftlich genutzte Region mit hohem Rinderbesatz
– hochendemische Region für Zecken-übertragene Rickettsien
(Bildquelle: OFA PD Dr. Dobler)
82
Maj Dr. Eva Felder
München
83
mit herkömmlichen Methoden (chemisch, mechanisch) gut
Phagenköpfe können bei Raumtemperatur gelagert und
für RT-qPCR Anwendungen aufzureinigen.
transportiert werden und erwiesen sich unter Einsatzbedingungen als äußerst stabil.
[email protected]
Im vergangenen Jahr wurde eine Methode etabliert, die es
Entwicklung einer MS2-Phagen-basierten internen RT-qPCR Kontrolle
für stationäre- und Feldanwendung
erlaubt, nicht-infektiöse virusähnliche MS2-Phagenköpfe mit
Das beschriebene MS2-Phagen-basierte Kontrollsystem
verpackter exogener Ziel-RNS für den Nachweis verschiedener
erlaubt eine flexible, universelle Anpassung an beliebige
Krankheitserreger zu generieren, die als interne Kontrolle
RT-qPCR Assays. Dazu kann das gewünschte Zieltarget
direkt in RT-qPCR Anwendungen eingesetzt werden können.
– basierend auf einem parentalen Ausgangsklon – mit Hilfe
Dabei wurde zunächst eine kompetitive EVAGreen-basierte
einfacher Austauschklonierung verändert werden.
PanHanta RT-qPCR verwendet. Die Kompetition der internen
Hier wurde weiterführend eine universelle PanVHF (VHF =
Kontrolle mit dem Zielassay sowie einzusetzende Konzentra-
Virale Hämorrhagische Fieber) interne Kontrolle entwickelt,
tionen von interner Kontrolle und Target wurden ausgetestet.
die es erlaubt, die Funktionalität vier verschiedener RNS
Die etablierte Methode der quantitativen Echtzeit PCR
In den vergangenen Jahren hat die RT-qPCR zahlreiche neue
(qPCR oder RT-qPCR) benötigt interne Kontrollen (IC),
Möglichkeiten für den schnellen, empfindlichen und spezifi-
die die Assayleistung auch in Abwesenheit des Zieltargets
schen Nachweis von neuartigen und neu auftretenden Krank-
Das System wurde nachfolgend auf ein sondenbasiertes
eines einzigen internen Kontrollkonstruktes nachzuweisen.
belegen. Die Hauptanforderung für eine universelle An-
heitserregern eröffnet. Sie ist eine etablierte Methode zur
PanKrim-Kongo-Hämorrhagisches Fiebervirus übertragen.
Der Nachweis kann dabei jeweils als zum Zieltarget kom-
wendung ist die Robustheit der IC, die durch Verpackung
Nukleinsäure-Quantifizierung und wird unter anderem bei
Zur beispielhaften Anwendung der MS2-Phagenköpfe als
petitive PCR erfolgen und beinhaltet die Möglichkeit zur
der RNS in eine Hülle erreicht werden kann. Es wurde ein
der Viruslastbestimmung eingesetzt. Für RT-qPCR Anwen-
Aufreinigungskontrolle wurden hier zudem Phagenköpfe
Anwendung als EVAGreen- oder sondenbasiertem RT-qPCR
Kontrollsystem entwickelt, das die stabile Verpackung
dungen sind quantifizierte RNS Standards unerlässlich. Da
zusammen mit inaktivierten Krim-Kongo-Hämorrhagischen
Assay.
von RNS in nicht-infektiöse MS2 Phagenköpfe erlaubt.
häufig „ungeschützte RNS“ als interne Kontrolle verwendet
Fieber Aliquots aufgereinigt und in einer kompetitiven
wird, die äußerst störanfällig gegenüber äußeren Einflüssen
TaqMan Sonden-basierten PanKrim-Kongo RT-qPCR
Da es sich bei der etablierten Methode um ein Verfahren
(z. B. Temperaturschwankungen) und RNAsen ist, besteht
erprobt.
handelt, mit dem die Phagenköpfe nachhaltig, kostengünstig
Virusassays (Dengue-, Krim-Kongo-, Arena-, Hanta-) mit Hilfe
vermehrt Bedarf an stabilen RNS-Kontrollen. Dies kann
und in ausreichender Menge „in-house“ hergestellt werden
durch das Generieren einer äußeren Hülle um die RNS
Da die beschriebene interne Kontrolle unter anderem zur
können, ist eine Umsetzung auf weitere RT-qPCR Targets in
erreicht werden.
Anwendung unter Feldbedingungen entwickelt wurde und
2014 geplant.
eine Kühlkette im Feld nur begrenzt garantiert werden kann,
Abb. 1: Schematische Darstellung eines
MS2 Phagen; Ansicht der äußeren Hülle
mit Hüllproteinen; durchschnittliche Größe
26,8 nm (Bildquelle Maj Dr. Felder)
Der Bakteriophage MS2 stellt die Grundlage für ein solches
wurde ein Verfahren zur Gefriertrocknung der MS2-Phagen-
Verpackungssystem dar, da mit Hilfe des Bakteriophagen
köpfe generiert. Die Phagenköpfe können unter Einsatz
Hüllproteins (coat) und wenigen anderen Phagen-eigenen
verschiedener Zucker und Hilfsstoffe (Protektoren) in einer
Komponenten exogene RNS stabil verpackt werden kann
herkömmlichen Gefriertrocknungsvorrichtung lyophilisiert
(Abbildung 1). Die verpackte RNS kann mit Hilfe eines speziell
werden. Die Protektoren dienen zur Ausbildung einer stabilen
entwickelten Expressionsplasmides nach Induktion in ausrei-
Gerüststruktur sowie zum Schutz der Phagenköpfe während
chender Menge in E. coli Zellen hergestellt werden und ist
des Gefriertrocknungsprozesses. Die gefriergetrockneten MS2-
Abb. 2: Anwendung des MS2 Phagen-basierten IC Systems – dargestellt sind beispielhaft das
MS2_PanVHF_Konstrukt als internes Kontrollsystem zum Nachweis vier verschiedener hämorrhagischer
Fieberviren (Dengue-, Krim-Kongo-, Arena-, Hanta-); VHF = Virales Hämorrhagisches Fieber;
VLP = „Viral like Particle“ (Phagenkopf); LOD = Limit of Detection (Detektionsgrenze einer PCR);
MCS = „Multiple Cloning Site“ (Klonierungsstelle mit verschiedenen Enzymschnittstellen);
probe = Fluoreszenz-markierte Sonde für Echtzeit PCR Nachweis; BTM = BoTamra Farbstoff;
BBQ = Quenchermolekül; cps/rxn = Kopienzahl pro Reaktion; bp = Basenpaare
Abb. 3: Lyophilisierte MS2-Phagenköpfe (VLPs) als Aufreinigungskontrolle
– Lyophilisierung von VLPs mit Hilfe „in-house“ etablierter Gefriertrocknungsverfahren;
Anwendung lyophilisierter Phagenköpfe in der Aufreinigung zusammen mit inaktivierten
Virusaliquots (z. B. Krim-Kongo Virus, engl. CCHFV);
RNS Gewinnung für RT-qPCR über standardisierte Nukleinsäure-Aufreinigungskits;
FAM/Cy3 = Fluoreszenzfarbstoffe zur Markierung der Sonden für Echtzeit PCR;
IC = Interne Kontrolle
84
85
OTL Dr. Georg Reiter
Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundeswehr,
München
Lt (SanOA) Susanne Müller
München
OTA Prof. Dr. Thiermann
München
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Entwicklung neuer Antidotklassen gegen Nervenkampfstoffvergiftungen
sucht, wie hier eine schnellere Entgiftung erreicht werden
bei dem nach einer initialen Bindung ein schneller Abbau des
kann. Dazu werden molekulartoxikologische Untersuchungen
Kampfstoffs erreicht wird (Abbildung 3). In einem Tier-Modell
mit Proben von Nervenkampfstoffen durchgeführt. Auf Basis
konnten in vivo sowohl Verträglichkeit als auch Wirksamkeit
hochempfindlicher Quantifizierungsmethoden für chemische
eines intravenös applizierten Cyclodextrin-Derivates bei einer
Chemische Kampfstoffe stellen eine hohe Bedrohung dar.
Trotz des Chemiewaffenübereinkommens, dem mittlerweile
Kampfstoffe und potentielle neuartige Antidote in verschie-
akuten Nervenkampfstoff-Vergiftung gezeigt werden. Um die
Die momentane Standardtherapie ist unzureichend.
190 Staaten beigetreten sind, ist die Bedrohung militärischer
denen biologischen Proben können molekulare Interaktions-
Wirksamkeit dieser neuen potentiellen Antidote umfassend
Im Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundes-
Kräfte und der Zivilbevölkerung durch chemische Kampfstoffe
mechanismen entschlüsselt werden (Abbildung 1). Anhand
beurteilen und optimieren zu können, sind allerdings weitere
wehr München entwickelt die Arbeitsgruppe Forschungs-
nach wie vor sehr hoch, wie der andauernde Syrienkonflikt mit
theoretischer und experimenteller Studien können damit
grundlegende detaillierte Untersuchungen zum Verhalten
analytik einen neuartigen Therapieansatz auf Basis von
dem mehrfachen Einsatz des Nervenkampfstoffs Sarin (GB)
neue Prinzipien zur therapeutisch bedeutenden Entgiftung
von Cyclodextrinen und Nervenkampfstoffen im Körper und
substituierten Cyclodextrinen. In vitro und in vivo wurden
gegen die syrische Bevölkerung im August 2013 verdeutlichte.
der Nervenkampfstoffe ausgearbeitet werden (Abbildung 2).
deren Wechselwirkungen unerlässliche Voraussetzung. Diese
Verträglichkeit und Wirksamkeit bewiesen.
Nervenkampfstoffe gehören zu den phosphororganischen
Eine beschleunigte Eliminierung der Kampfstoffe kann auf
Wechselwirkungen zwischen Antidot und Nervenkampfstoff
Verbindungen, zu denen auch eine Reihe Pestizide gezählt
verschiedenen Wegen erfolgen: zum einen mittels gezielter
haben entscheidenden Einfluss auf die möglichen späteren
werden. Bei einer Vergiftung durch phosphororganische Ver-
Bindung (Abfangen) des Nervenkampfstoffs an Scavenger-
Therapieschemata.
bindungen kommt es zur Hemmung von Acetylcholinesterase
Moleküle oder zum anderen mittels beschleunigten Abbaus
(AChE) und somit zur Störung der Kommunikation zwischen
des Nervenkampfstoffs nach seiner Bindung an ein Molekül.
Die durchgeführten vielversprechenden Arbeiten auf dem
Nerven- und Gewebezellen und infolgedessen zu Atemversa-
Für ein effektives Abfangen des Giftes durch alleinige Bindung
Gebiet der Cyclodextrin-basierten Antidote werden momentan
gen, stärksten Krämpfen und Tod innerhalb kürzester Zeit.
wären sehr hohe Dosen erforderlich. Gelingt es jedoch nach
im Rahmen weiterer Untersuchungen fortgesetzt und inten-
Die bisherige Standardtherapie wirkt leider nicht bei allen
der Bindung des Kampfstoffs an ein Molekül einen schnellen
siviert.
Nervenkampfstoffen und Pestiziden. Ein wesentlicher Aspekt
Abbau zu erreichen, könnten deutlich niedrigere Dosen ver-
dabei ist, dass eine Reihe der problematischen Verbindungen
wendet werden.
mehrere Stunden bis Tage in aktiver Form im Körper verbleiben
und damit zu einer länger anhaltenden Vergiftung führen.
Auf Basis von Cyclodextrinen als Scavenger wurde im Rahmen
nationaler und internationaler Zusammenarbeit ein viel-
Abb. 1: Analytisches HPLC-MS/MS-System zur Untersuchung
der Eliminierung von Kampfstoffen und Cyclodextrinen
Im Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundeswehr
versprechender innovativer Ansatz zur Entwicklung neuer
München wird in der Arbeitsgruppe Forschungsanalytik unter-
Antidote gegen Nervenkampfstoff-Vergiftungen entwickelt,
Abb. 2: Neuartiger Therapieansatz mit einem substituierten
Cyclodextrin (Ring, der Substituent ist rot dargestellt), dass einen
Kampfstoff (hier: Cylcosarin, blau) bindet und diesen abbaut
Abb. 3: Eliminierung eines Kampfstoffes (hier: Cyclosarin) durch initiale
Bindung und folgenden Abbau in Anwesenheit (schwarze Dreiecke) und
Abwesenheit (weiße Quadrate) eines Cyclodextrin-Derivates
86
Dr. Christina Beinke, RDir
Institut für Radiobiologie der Bundeswehr
in Verbindung mit der Universität Ulm,
München
Oberstarzt Prof. Dr. med. Michael Abend, M. Sc.
in Verbindung mit der Universität Ulm,
München
[email protected]
[email protected]
87
Die Analyse fokussierte auf:
geeignet, wodurch die Probenkapazität bei einem Massenanfall
1. Zeitdauer, 2. Genauigkeit der Dosisabschätzungen und
von potentiell strahlenexponierten Personen immens erhöht
3. Unterscheidung klinisch relevanter Expositionsgruppen.
wird.
1. Die zwei molekularen Verfahren lieferten 0,3 d (7 – 8 h)
Die DCA ist nach wie vor der unverzichtbare Goldstandard
nach Probeneingang die frühesten Ergebnisse, während
der Biodosimetrie. Dennoch müssen die neuen Verfahren
die ersten Befunde der Zytogenetik nach 2,4 (DCA) bzw.
weiterentwickelt werden, da sie aufgrund ihres geringen Zeit-
4 d (MN) übermittelt wurden.
aufwandes und des möglichen Einsatzes als Hochdurchsatz-
2. Die Genauigkeit der Methoden wurde mittels MAD
methode, ein großes Potential besitzen. Diese Eigenschaften
(mittlere absolute Abweichung der geschätzten Strahlen-
sind essentiell, um in einer Notfallsituation mit einer großen
dosen von den tatsächlichen Dosen) bestimmt:
Zahl potentiell strahlenexponierter Personen dem behan-
Bundeswehrangehörige sind im Rahmen ihres Aufgaben-
Ziel der Studie (12 Institutionen / 6 Staaten) war die Validierung
Die geringste MAD (größte Genauigkeit) zeigte DCA,
delnden Arzt eine schnelle Entscheidungshilfe für das weitere
spektrums dem Risiko einer Strahlenexposition ausgesetzt.
verschiedener Biodosimetrieverfahren für die medizinische
gefolgt von MN, Genexpressions- und DNA-Foci-Analyse.
Vorgehen zu bieten. Da außerdem eine einzelne Methode
Mit steigender Zahl von potentiell Strahlenexponierten
Triage, da zeitnahe Expositionsabschätzungen die maßgebende
Dieselbe Reihung ergibt sich auch für die Anzahl von
nicht ausreicht, um ein radiologisches Szenario umfassend zu
nimmt die Kapazität/Geschwindigkeit einer Biodosimetrie-
Grundlage für Entscheidungen bezüglich einer spezifischen
geschätzten Dosen, die innerhalb des für die Triage
analysieren, müssen in einem multiparametrischen Ansatz
methode einen höheren Stellenwert ein als die Sensitivität/
Therapie und der Abschätzung möglicher Gesundheitsfolgen
ausreichenden ± 0,5 Gy Intervalls liegen.
alle verfügbaren Informationen zusammengefasst und
Spezifität. Das Institut für Radiobiologie der Bundeswehr
sind.
(InstRadBioBw) organisierte unter dem Schirm der „NATO
3. Als zu trennende Expositionsgruppen wurden vier
ausgewertet werden.
binäre Kategorien gewählt: exponiert /nicht exponiert,
Science and Technology Organisation“ eine Studie zur
Die zwei validiertesten Methoden (Dizentrikanalyse DCA,
< 0,1 Gy/≥ 0,1 Gy, < 1,5 Gy/≥ 1,5 Gy und 2 – 4 Gy/≥ 4 Gy.
Als singuläre nationale Ressource auf dem Gebiet des medizini-
Eignung etablierter und neuer Biodosimetrieverfahren
Mikrokerntest MN), wurden mit zwei molekularen Verfahren
Die vier Methoden zeigten bezüglich Klassifizierung in
schen Strahlenunfallmangements konnte InstRadBioBw in der
für die medizinische Triage.
(DNA-Doppelstrangbruch-Analyse -H2AX-Foci, Genexpres-
exponiert/nicht exponiert eine sehr gute Trefferquote
erfolgreich durchgeführten Studie wiederum seine heraus-
sion) verglichen (Ringversuche für jede Methode + Vergleich
von 92 – 94 %. Die < 0,1 Gy/≥ 0,1 Gy bzw. 1,5 Gy/≥ 1,5 Gy
gehobene Position auch im internationalen Vergleich unter Be-
der verschiedenen Methoden; Abbildungen 1 und 2). Zur Er-
Kategorien wurden am zuverlässigsten von der DCA, MN
weis stellen. Als wehrmedizinisches Ressortforschungsinstitut
stellung von Kalibrierkurven wurden je 10 in vitro bestrahlte
und Genexpressionsanalyse unterschieden (92 – 98 %).
stellt es seine Fähigkeiten der Bundeswehr und subsidiär dem
Blutproben (Röntgenstrahlung, bekannte Dosen) versandt,
2 – 4 Gy und ≥ 4 Gy wurden am deutlichsten von der DCA
zivilen Bereich zur Verfügung. In 2013 wurde das Institut von
bevor 10 kodierte Proben (homogene Expositionen zwischen
getrennt (97 %, Genexpression/MN/DNA-Foci: 83 – 87 %).
der Bundesregierung der Internationalen Atomenergiebehörde
0 – 6,4 Gy, Dosen nicht ersichtlich) an die Labore verschickt
Abb. 1: Zwei etablierte zytogenetische Dosimetrieverfahren
(A. Dizentrische Chromosomenanalyse, B. Mikrokerntest)
wurden mit zwei neuen molekularen Verfahren (C. DNAFoci-Analyse und D. Genexpressionsanalyse) verglichen.
Die Durchführung und Zuverlässigkeit aller vier Verfahren
wurde jeweils in einem Ringversuch analysiert
(Bildquelle: RDir Dr. Beinke)
(IAEA) in Wien gegenüber als nationales Responseteam für
wurden. Die abgeschätzten Strahlendosen sollten schnellst-
Die neuen Verfahren sind 8 – 13 x schneller als die etablierten
möglich via E-Mail an InstRadBioBw übermittelt werden
Methoden, ergeben aber 2 – 2,7 x ungenauere Dosisabschätzun-
(Abbildung 3). Später wurden Informationen bezüglich
gen. Alle vier Methoden liefern hinsichtlich der Unterscheidung
technischer Details und der Erfahrung auf dem Gebiet der
von klinisch relevanten Expositionsgruppen akzeptable Ergeb-
Biodosimetrie gesammelt.
nisse und sind für die Bildung von Biodosimetrie-Netzwerken
Abb. 2: Ionisierende Strahlung (IS) induziert DNA-Doppelstrangbrüche. Die Häufigkeit
von dizentrischen Chromosomen und Mikrokernen als Folge einer fehlerhaften DNAReparatur sind die Grundlage für die individuelle Dosimetrie basierend auf zytogenetischen
Methoden. Bei der DNA-Foci-Analyse werden die Doppelstrangbrüche immunhistochemisch dargestellt. Die Genexpressionsanalyse beruht auf einer durch IS verursachten
Veränderung in der RNA-Zusammensetzung der Zelle (z. B. Erhöhung der Kopienanzahl
eines RNA-Transkriptes) (Bildquelle: RDir Dr. Beinke)
Abb. 3: Ablauf der von InstRadBioBw organisierten und durchgeführten
Strahlenunfälle benannt.
Abb. 4: Die Fachzeitschrift Radiation Research veröffentlichte eine Serie von fünf Artikeln, die die Auswertung der
vier umfangreichen Ringversuche und den Vergleich der
vier Methoden miteinander zusammenfasst.
(Mit freundlicher Genehmigung von „Radiation Research“)
88
89
Oberfeldarzt Dr. med. Torsten Pippig
Zentrum der Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe,
Fürstenfeldbruck
Oberstarzt Dr. med. Franz Grell
Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe,
Fürstenfeldbruck
Anthropometrie:
Verletzungshäufigkeit / Verletzungsmuster der Wirbelsäule
Die Anthropometrie in der Flugmedizin ist nicht nur die Er-
bei einem Rettungsausstieg mit dem Schleudersitz:
[email protected]
[email protected]
hebung zahlreicher Körpermaße, sondern auch deren Anwen-
Die höchste Belastungsform der Wirbelsäule in der militäri-
dung. Bewerber wie auch aktive Luftfahrzeugführer müssen
schen Flugmedizin ist der Rettungsausstieg mit dem Schleuder-
die vorgegebenen anthropometrischen Musterspezifikationen
sitz in einer Notsituation. Trotz des technischen Fortschritts
erfüllen. Diese sind durch den Zulasser definiert und basieren
und der konsequenten Auswahl können schwere und sogar
auf ergonomischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen.
tödliche Verletzungen nicht völlig verhindert werden (Abbil-
Eine Auswertung von 463 Bewerbern zeigte, dass nur 22 %
dung 4). Eine Auswertung der Flugunfallakten der Luftwaffe
der Bewerber die anthropometrischen Musterspezifikationen
im Zeitraum von 1974 bis 2012 zeigte, dass 35 % aller beteiligten
für alle militärischen Luftfahrzeuge erfüllen, 78 % waren für
Luftfahrzeugführer und Besatzungsmitglieder ein schweres
mindestens ein Luftfahrzeug nicht geeignet. Diese Ergebnisse
Wirbelsäulentrauma mit Folgen für die weitere berufliche
Verwendung erleiden (Abbildung 5).
Die Wirbelsäule in der militärischen Flugmedizin
Die Wirbelsäule von militärischen Luftfahrzeugführern
Im Rahmen der flugmedizinischen Begutachtung im
müssen bei der Gestaltung neuer Luftfahrzeuge berücksichtigt
ist insbesondere beim Einsatz moderner hochagiler Waffen-
Zentrum der Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe
werden.
systeme hohen Belastungen im Flugbetrieb ausgesetzt.
(ZentrLuRMedLw) erfolgt eine Ganzkörperuntersuchung nach
Bei der Benutzung von Schleudersitzen im Notfall sind
orthopädischen Standards, eine optische Vermessung der
Muskuläre Fitness / Körperzusammensetzung:
Luftfahrzeugführern:
darüber hinaus schwere Verletzungen nicht selten. Wegen
Wirbelsäule, eine Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT)-
Fitness beschreibt einen Zustand, der die körperliche Leis-
Seit 2004 werden bei aktiven Luftfahrzeugführern beim
beider Aspekte steht die Wirbelsäule im besonderen Fokus
Untersuchung der Wirbelsäule (Abbildung 1), eine anthropo-
tungsfähigkeit bzw. die Entwicklung der konditionellen und
Wechsel auf die Luftfahrzeugmuster EF-2000 Eurofighter,
des Orthopäden und Flugmediziners.
metrische Vermessung sowie die Bestimmung der muskulären
koordinativen Fähigkeiten umfasst. Dazu gehören die Eigen-
TIGER und NH90 MRT-Untersuchungen der Wirbelsäule
Grundfitness der Rumpf- und Nackenmuskulatur. Alle benutz-
schaften Kraft, Ausdauer, Schnelligkeit, Beweglichkeit und
durchgeführt. Die aktuellen Ergebnisse der fortlaufenden
ten Methoden sind nicht-invasiv und schonend, werden jähr-
Koordination. Im Rahmen der militärfliegerischen körperli-
Auswertung zeigen, dass definierte signifikante degenerative
lich auf Reliabilität, Validität und Objektivität überprüft und
chen Fitness fordert die muskuläre Stabilität der Wirbelsäule
Veränderungen bei 38 % aller Luftfahrzeugführer im Bereich
sind Grundlage für wissenschaftliche Auswertungen.
besonderes Interesse. Dazu werden eine Messung der iso-
der Halswirbelsäule gesehen werden, bei 28 % im Bereich
metrischen Maximalkraft und ein Kraftausdauertest der
der Lendenwirbelsäule. Alle Forschungs- und Untersuchungs-
Orthopädie/MRT-Bildgebung:
Rumpf- und Nackenmuskulatur durchgeführt (Abbildung 3).
schwerpunkte haben ein Ziel: Die Wirbelsäule der Piloten und
Die MRT-Bildgebung der Wirbelsäule ist eine moderne und
Eine weitere Methode in dieser Fragestellung ist die Bestim-
Besatzungsmitglieder vor Folgen der beruflichen Exposition
schonende Untersuchungsmethode zur Erkennung abnormer,
mung der Körperzusammensetzung mittels der Bioimpedanz.
zu schützen.
angeborener oder erworbener Veränderungen. Von 2006 bis
Auch hier handelt es sich um eine moderne, einfach anzu-
2012 wurden ca. 3600 MRT-Untersuchungen der Wirbelsäule
wendende und strahlungsfreie Messmethode, die sehr gut
bei Bewerbern durchgeführt und ausgewertet. 81 % aller
geeignet ist, Trainingsmethoden- und Trainingsergebnisse
Bewerber zeigen abnorme Veränderungen im MRT-Bild,
zu bewerten.
Degenerative Wirbelsäulenveränderungen bei
13 % der Bewerber wurden im Ergebnis als „nicht wehrfliegerverwendungsfähig“ beurteilt (Abbildung 2).
Abb. 1: MRT, Halswirbelsäule, sag t2, regelrechter Befund,
beschwerdefreier Bewerber, 17 Jahre
Abb. 2: MRT, BWS/LWS, sag t2, Bandscheibenhernie L4/L5 und
Spondylolisthesis L5/S1, asymptomatischer Bewerber, 19 Jahre
Abb. 3: Isometrischer Muskeltest der Halswirbelsäule,
FPZ-System, ZentrLuRMedLw/
Dezernat II 3 e
Abb. 4: MRT, BWS/LWS, sag t2,
posttraumatische Deformierung
des 11. BWK, Flugschüler,
Schleudersitzausstieg Juli 2013
Abb. 5: Anzahl und Lokalisation von Frakturen der Wirbelsäule,
verursacht durch den Rettungsausstieg mit dem Schleudersitz,
Luftwaffe, von 1974 bis 2012
90
91
OSA Thomas Wunderlich
Schifffahrtmedizinisches Institut der Marine,
Kronshagen
Dr. Wataru Kähler
Kronshagen
FLA PD Dr. Andreas Koch
Kronshagen
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Einfluss von Hyperoxie auf die diastolische Funktion des Herzens
Zur Klärung dieser Frage wurden insgesamt 91 Freiwillige einer
diastolischen Funktion nachweisen. Einflüsse der Hyperoxie
Hyperoxie in der Druckkammer des Schifffahrtmedizinischen
primär auf den Lungengefäßkreislauf und dann sekundär
Institutes der Marine ausgesetzt, 33 junge Männer (24 ± 3 Jahre)
auf das Herz stehen zur Erklärung dieser Befunde in der
im Rahmen des mandatorischen Sauerstofftoleranztests vor
Diskussion.
Die Erlangung fundierter Kenntnisse hinsichtlich der Ein-
Der präventive Gesundheitsschutz stellt eine wichtige Auf-
Kreislaufgerätetauchausbildung bei 280 kPa O2 für 30 min,
flüsse hoher Sauerstoffdrücke auf die Funktion des Herzens
gabe der sanitätsdienstlichen Versorgung dar. Bei dienstlichen
sowie 30 weitere junge (26 ±6 Jahre) und 28 ältere Männer
Weitere Studien werden notwendig sein, um die Auswir-
und der Gefäße beim Tauchen stellt eine wichtige Aufgabe
speziellen Belastungen wie dem professionellen Tauchen
(52 ± 8 Jahre) bei 240 kPa O2 für 90min, dem Therapieschema
kungen erheblicher Hyperoxie beim militärischen Tauchen
der vorbeugenden Tauchmedizin dar.
ist vielfach eigene aktive Forschung gefordert, um gesicherte
der Hyperbaren Oxigenation (HBO).
mit hohen Sauerstoffpartialdrücken auf das Gesamtsystem
Herz und Lunge näher zu untersuchen.
Erkenntnisse zu medizinischen Fragen zu gewinnen und den
Soldaten mit diesen Informationen bestmöglich beraten
Die periphere Gefäßcompliance wurde mit der Methode der
und schützen zu können.
Flow-mediated Dilatation (FMD) an der Brachialarterie des
linken Armes gemessen (Abbildung 1), die myocardiale Com-
So geht das dienstliche Tauchen bei der Bundeswehr, gerade
pliance mit Hilfe der Farbdoppler-Echokardiographie, jeweils
bei Einsatz von Mischgas mit erhöhtem Sauerstoffanteil und
vor und nach Hyperoxie-Exposition (Abbildung 2).
ganz besonders beim Tauchen mit geschlossenen Kreislauftauchgeräten mit einer zum Teil erheblichen Hyperoxie einher.
Alle drei Gruppen wiesen eine Hyperoxie-induzierte signifi-
Es ist bekannt, das ein stark erhöhter Sauerstoffpartialdruck
kante Abnahme der peripheren Gefäßcompliance auf mit
in der Atemluft einen negativen Einfluss auf die Elastizität
Betonung der älteren Probanden.
(Compliance) der Blutgefäße hat, was insbesondere beim
Einsatz älterer Taucher zu bedenken ist. Sehr viel weniger
Bei der Messung der diastolischen Funktion des Herzmuskels
ist allerdings darüber bekannt, wie sich Hyperoxie auf die
ergab sich überraschend eine Verbesserung der myokardialen
diastolische Herzmuskelfunktion junger und älterer Taucher
Compliance in beiden Gruppen der jungen Männer. Bei den
auswirkt.
älteren Teilnehmern, die bereits vor Untersuchung eine eingeschränkte Compliance aufgewiesen hatten, ließ sich allerdings
auch unter Hyperoxie keine Verbesserung der myokardialen
Abb. 1: Untersuchung der flow-mediated dilatation
(FMD)
Abb. 2: Messung der linksventrikulären myokardialen
Compliance im tissue Doppler imaging (TDI)
92
93
LRDir PD Dr. Jens T. Kowalski
Bundeswehrkrankenhaus Berlin,
Zentrum für Psychiatrie und Psychotraumatologie
RDir Dipl.-Psych. Jörn Ungerer
Bundeswehrkrankenhaus Berlin,
Zentrum für Psychiatrie und Psychotraumatologie
MinRat Dipl.-Psych. Günter Kreim
Bundesministerium der Verteidigung,
Referat P III5, Bonn
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Messung der Psychischen Fitness von Soldatinnen und Soldaten in der
Einsatzvorbereitung
Physische und psychische Fitness sind damit die tragenden
eines Einsatzverbandes als Vollerhebung in einem ersten Un-
Säulen zur Gesunderhaltung und Leistungsoptimierung im
tersuchungsteil vor einem mehrmonatigen Auslandseinsatz
militärischen Lebenszyklus (Abbildung 1). Die psychische Fit-
hinsichtlich ihrer Psychischen Fitness gescreent.
ness umfasst die wissenschaftlich anerkannten Komponenten
Psychisches und soziales Wohlergehen sind neben einer
Die Einsatzrealität und -intensität der Bundeswehr fordert
– Resilienz und Kohärenzgefühl,
Das Screening umfasste eine ausführliche Fragebogenbatterie
stabilen Physis die entscheidenden Dimensionen, die die
ebenso wie der Dienstbetrieb im Inland physisch und psychisch
– Reifung(sfähigkeit) nach Belastung und
sowohl als computergestützte Version als auch in traditioneller
Gesundheit eines Menschen bestimmen. Mit dem gesund-
robuste und leistungsfähige Soldatinnen und Soldaten, um auch
–Lebensqualität,
Papier- und Bleistiftform. Darüber hinaus wurde durch Diplom-
heitspsychologischen Ansatz der psychischen Fitness sollen
langfristig die Durchhaltefähigkeit zu sichern und ihre Dienst-
die durch zahlreiche, interkulturell übergreifende Studien
psychologinnen und -psychologen ein umfangreiches struktu-
diese Dimensionen operationalisiert und deren Bedeutung
zeit in der Bundeswehr gesund und erfolgreich zu bestehen.
mit unterschiedlichem Kontext, insbesondere aber mit
riertes Interview durchgeführt, das sich in einen orientierenden
militärischem Kontext bereits wissenschaftlich untersucht
und einen klinischen Teil gliederte (Abbildungen 3 und 4).
hinsichtlich der Einsatzfähigkeit und des Durchhaltevermögens an 500 Soldatinnen und Soldaten untersucht werden.
Unter der Prämisse eines grundsätzlich gesunden Menschen,
worden sind.
Nach diesem ersten Durchgang im GÜZ ist vorgesehen, dass
der mit geeigneten Maßnahmen sein psychisches und soziales
Wohlergehen erhalten oder steigern kann, wurde neben der
Die Zusammenhänge und die spezifischen Einflüsse der
die Soldaten nach ihrem Einsatz in Afghanistan im Rahmen
allgemein etablierten physischen Fitness das gesundheitspsy-
Komponenten und der zugrunde liegenden Dimensionen,
der Einsatznachbereitungsseminare erneut hinsichtlich der
chologische Modell der psychischen Fitness definiert.
wurden in einem ersten Schritt zu einem komplexen gesund-
Psychischen Fitness untersucht werden. So können einsatzbe-
heitspsychologischen Strukturmodell zusammengefügt
dingte Veränderungen erkannt werden und zur Optimierung
Die psychische Fitness wird als mess- und trainierbare Größe
(Abbildung 2). Anhand empirischer Daten sollen Einflüsse,
der Modellgüte in das Strukturmodell einfließen. In einem
betrachtet, welche die Integration und Optimierung von men-
Interaktionen und Abhängigkeiten untersucht und die
weiteren Schritt werden spezifische Angebote zur Wiederher-
talen, emotionalen sowie verhaltensbezogenen und sozialen
Plausibilität des Modells statistisch geprüft werden. Das
stellung der beschriebenen Komponenten der Psychischen
Fähigkeiten und Ressourcen beschreibt. Vor diesem Hinter-
Strukturmodell bildet die Grundlage zur Bestimmung des
Fitness, zum Beispiel Kommunikationstrainings, Entspan-
grund wird die psychische Fitness als Ausprägungsgrad bzw.
individuellen Ausprägungsgrades der Psychischen Fitness
nungsseminare oder Sportangebote konzipiert. Bei festge-
Trainingszustand der Ressourcen zur Belastungsbewältigung
der Soldaten.
stellten Veränderungen der psychischen Fitness werden die
Maßnahmen den Soldaten indikationsgeleitet angeboten
betrachtet. Dieser gesundheitspsychologische Ansatz leistet
Abb. 1: Konstrukt und Komponenten der Psychischen Fitness
einen wesentlichen Beitrag zur Vorbeugung gegen Krank-
In einer umfassenden Feldstudie wurden am Gefechtsübungs-
heiten und wirkt im Sinne einer umfassenden Prävention.
zentrum der Bundeswehr (GÜZ) in Letzlingen 500 Soldaten
Abb. 2: Strukturmodell der Psychischen Fitness
Abb. 3: IT-gestütztes Screening der psychischen
Fitness (Bildquelle: HpfFw Frank Eggen)
und wissenschaftlich evaluiert.
Abb. 4: Einweisung und Vorbereitung der konventionellen paper-pencil Testung
(Bildquelle: HpfFw Frank Eggen)
95
3
Militärgeschichtliche und
Sozialwissenschaftliche Forschung
Militärgeschichtliche und sozialwissenschaftliche Forschung,
Neben dem BMVg und den Streitkräften dient das ZMSBw
früher beheimatet am Militärgeschichtlichen Forschungsamt
auch der Fachwissenschaft und der Öffentlichkeit. Dem BMVg
(MGFA) bzw. am Sozialwissenschaftlichen Institut der Bun-
werden wissenschaftliche Erkenntnisse in Form vielfältiger
deswehr (SOWI), betreibt seit 2013 das Zentrum für Militärge-
Informationen, Entscheidungshilfen und Beratungsleistun-
schichte und Sozialwissenschaften der Bundeswehr (ZMSBw)
gen zur Verfügung gestellt. Wissenschaftliche Arbeitsergeb-
unter einem Dach. Die deutsche Militärgeschichte bearbeitet
nisse erscheinen in der Regel bei Fachverlagen und sind der
es multiperspektivisch und kritisch nach den Methoden und
Öffentlichkeit zugänglich. Anwenderorientierte Konzepte
Standards der allgemeinen Geschichtswissenschaft. Mit seiner
und die Nutzung neuer Medien unterstützen die Lehre, die
sozialwissenschaftlichen Forschung leistet das ZMSBw einen
Historische Bildung in der Bundeswehr und die Vorbereitung
Beitrag zur Fortentwicklung der Militärsoziologie und der
von Soldaten auf Auslandseinsätze. Zu den Dienstleistungen
Sicherheitspolitik sowie zur wissenschaftsbasierten Politik-
des ZMSBw zählen wissenschaftliche Gutachten für die politi-
beratung. Geschichts- und sozialwissenschaftliche Frage-
sche Leitung und militärische Führung, die Weiterentwick-
stellungen und Methoden stehen in einem wechselseitigen
lung der historischen und sicherheitspolitischen Bildung der
Austausch. Damit wirkt das ZMSBw am wissenschaftlichen
Soldatinnen und Soldaten sowie die historische und sozial-
Diskurs über die Rolle der Streitkräfte in Staat und Gesell-
wissenschaftliche Fachberatung und Information amtlicher
schaft bestimmend mit.
Stellen und der Öffentlichkeit. Die Auslandseinsätze der
Bundeswehr unterstützt und begleitet das Zentrum mit
historischen sowie sozialwissenschaftlichen Methoden.
96
97
Dr. Bernhard Chiari
Zentrum für Militärgeschichte und Sozialwissenschaften,
Potsdam
ein fachwissenschaftliches Publikum, richtet sich aber auch
Der langfristigen Sicherung des historischen Gedächtnisses
an breitere, an der neuesten Zeitgeschichte und insbesondere
der Bundeswehr dient die Einsatzdokumentation. Dort werden
[email protected]
an der Geschichte deutscher Auslandsmissionen interessierte
Quellen für die Forschung gesichert und Chroniken erstellt,
Leserkreise.
um Auslandsmissionen verlässlich und multiperspektivisch
darzustellen. Selbstzeugnisse und Tagebücher, Schriftstücke,
Historiker und Sozialwissenschaftler analysieren und begleiten
die Geschichte der Bundeswehr seit 1990
Ausbildungs- und Informationsmittel der historisch-poli-
Fotos oder persönliche Gegenstände von Einsatzsoldaten
tischen Bildung kommen speziell der Ausbildung in der
finden ihren Weg in die Sammlung. Eine Mittlerfunktion
Bundeswehr zugute. Als Kernformat ist die im F. Schöningh
zwischen Bundeswehr und Bundesarchiv spielt das ZMSBw
Verlag erscheinende Reihe „Wegweiser zur Geschichte“ mittler-
bei der Annahme von offiziellem Schriftgut und persönlichen
weile unter allgemein interessierten Lesern, aber auch unter
Nachlässen: Beide Quellengruppen werden zur Erschließung
Politikern und Journalisten gut eingeführt. Die „Wegweiser“
und dauerhaften Aufbewahrung zuständigkeitshalber an das
Bundesarchiv abgegeben.
Im Januar 2013 wurden das Militärgeschichtliche Forschungs-
Die interdisziplinäre Ausrichtung des Zentrums wird unter
widmen sich jeweils Geschichte und Kultur von Ländern
amt (MGFA) und das Sozialwissenschaftliche Institut der
anderem deutlich mit Blick auf die Bundeswehrgeschichte
oder Regionen, in denen Soldaten der Bundeswehr im
Bundeswehr (SOWI) als Zentrum für Militärgeschichte und
nach 1990, die erstmals mit historischen und sozialwissen-
Einsatz stehen. Begonnen 2005 mit Büchern zu Bosnien-
Ein Jahr nach der Zusammenlegung von MGFA und SOWI
Sozialwissenschaften der Bundeswehr (ZMSBw) in Potsdam
schaftlichen Methoden in einer eigenen Abteilung untersucht
Herzegowina und Afghanistan, umfasst die Reihe mittlerweile
sind die Erfahrungen gemeinsamer Arbeit überaus positiv.
zusammengeführt. Die neu geschaffene Einrichtung bietet
wird. Die Projektbereiche „Einsatzgeschichte“, „Einsatzunter-
13 Titel mit jeweils teils mehreren grundlegend aktualisierten
Direkter Austausch zwischen Historikern und Sozialwissen-
militärhistorische Grundlagenforschung sowie militärsozio-
stützung“ sowie „Sozialwissenschaftliche Einsatzbegleitung
Neuauflagen. Taschenkarten und elektronisch publizierte
schaftlern schafft Synergieeffekte und erweitert die metho-
logische und sicherheitspolitische Forschung aus einer Hand.
und Einsatzdokumentation“ bilden ein breites Aufgabenspek-
Medien zu unterschiedlichen Konfliktgebieten ergänzen das
dische Bandbreite von Untersuchungen erheblich. Die Praxis
trum ab. Auf Basis eigener, an Exzellenzkriterien ausgerichte-
Angebot, das die Streitkräfte insbesondere auch im Rahmen
der Arbeit am gleichen Ort und teils in gemischten Teams
ter Forschungen entstehen Publikationen für Wissenschaft,
der einsatzvorbereitenden Ausbildung gerne nutzen.
füllt den Begriff „Interdisziplinarität “ am ZMSBw täglich
Bundeswehr und Öffentlichkeit. Daneben leistet die Abteilung
mit neuen Inhalten.
fachwissenschaftliche Unterstützung für das Ressort und
Sozialwissenschaftler begleiten mit ihren empirischen
die Streitkräfte zu den Themen Bundeswehr nach 1990 und
Methoden die Streitkräfte in der Transformation mit beson-
Einsätze.
derem Blick auf die Einsätze. Häufig stehen Wahrnehmungen,
Einstellungen und Belastungen von Soldaten im Fokus ent-
Die militärhistorische Forschung ist auf den Zeitraum nach
sprechender Untersuchungen. Grundlagenforschung und
der Wiedervereinigung ausgerichtet. Der Beitrag der Streit-
wissenschaftliche Politikberatung für das Ressort gehen Hand
kräfte zur deutschen Einheit wird ebenso berücksichtigt wie
in Hand. Mit seinen sozialwissenschaftlichen Erkenntnissen
die innen- und bündnispolitische, soziale, wirtschaftliche und
trägt das ZMSBw beispielsweise dazu bei, die Einsatzvorberei-
operative Dimension der Auslandseinsätze, die Transformation
tung, die Auftragserfüllung vor Ort und die Integration von
der Streitkräfte sowie die Bundeswehr im Bündnis. Die Reihe
Einsatzsoldaten nach ihrer Rückkehr zu verbessern.
„Neueste Militärgeschichte“ bietet Analysen und Studien für
Abb. 1: Fregatte Rheinland-Pfalz und MS Deutschland
vor Mombasa, März 2009
Abb. 2: Deutsche Soldaten im Bundestag
Abb. 3: Besucher am Ehrenmal der
Bundeswehr in Berlin
Abb. 4: Kambodscha 1993: Deutsche Blauhelme
vor dem German Field Hospital in Phnom Penh
Abb. 5: Einmarsch der KFOR-Truppen
in das Kosovo 1999
Abb. 6: Anfänge der ISAF 2002:
Gemischte Patrouille in Kabul
(Quelle: Bundeswehr Mediendatenbank)
99
4
Geowissenschaftliche Forschung
Der Geoinformationsdienst der Bundeswehr (GeoInfoDBw)
Ferner werden nichttechnische Studien, Forschungs- und
stellt für alle raumbezogenen Aufgaben des BMVg und der
Technologie-Vorhaben (F&T) sowie Vorhaben und Projekte
Bundeswehr jederzeit aktuelle wissenschaftsbasierte Grund-
der Konzeptentwicklung und deren experimenteller Über-
lagen bereit.
prüfung (Concept Development and Experimentation (CD&E))
initiiert, begleitet, durchgeführt, ausgewertet und /oder
Um diesen Auftrag zu erfüllen, werden im GeoInfoDBw
umgesetzt.
Forschungs- und Entwicklungsarbeiten (FuE) durchgeführt.
Dies umfasst FuE-Aktivitäten zur unmittelbaren Bedarfs-
Drittmittelforschung, die Unterstützung von Promotions-
deckung von qualitätsgesicherten Geoinformationen wie
vorhaben oder die Betreuung von Diplom-, Master- und
auch FuE-Aktivitäten, die Methoden und Verfahren dem
Bachelorarbeiten können bei Themen, die in Zusammenhang
sich stetig weiterentwickelnden Stand von Wissenschaft
mit GeoInfo-Unterstützung stehen, die geowissenschaftliche
und Technik anpassen.
Ressortforschung ergänzen. Die folgenden vier Beiträge stellen
eine Auswahl von Themen vor, die im Jahr 2013 durch das
Die geowissenschaftliche Ressortforschung setzt auf dem
Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr (ZGeoBw)
aktuellen Forschungsstand auf und analysiert auftragsbezo-
bearbeitet wurden.
gen einschlägige wissenschaftliche Ergebnisse. Des Weiteren
wird das Leistungsangebot der Forschungseinrichtungen
anderer Bundesressorts sowie militärischer wie nicht-militärischer Wissenschafts- und Forschungseinrichtungen für
die militärische Nutzung hinsichtlich geowissenschaftlicher
Erkenntnisse genutzt.
Der Ansatz ist interdisziplinär und eine so verstandene geowissenschaftliche Ressortforschung ermöglicht die Verknüpfung von Wissenschaft, Politikberatung und Forschung auch
auf Gebieten, die noch keinen aktuellen Handlungs- oder
Regelungsbedarf seitens der Politik erkennen lassen. So werden
frühzeitig neue Entwicklungen erkannt, aufgenommen und
die Beratungsfähigkeit sichergestellt.
100
101
Oberst Dipl.-Ing. Jürgen Richter
Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr,
Euskirchen
Dipl.-Vw. Wendelin Schmid
Universität der Bundeswehr,
München
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. mont. Eva-Maria Kern, MBA
München
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Aufbau eines Qualitätsmanagementsystems für die Flugwetterberatung
im Geoinformationsdienst der Bundeswehr
schen Grundlagen, der Bestimmung bestehender und zu-
an ein Zertifizierungs-Audit durchgeführt. Die Audit-Ergeb-
künftig gewünschter Prozesse sowie der Einführung eines
nisse wurden den auditierten Mitarbeitern des Pilot-Standorts
konsistenten und praktikablen QMS stufenweise vorgegangen.
vorgestellt und sind zudem in den Maßnahmenplan zur Vor-
Der zu Grunde gelegte Projektplan bietet eine Übersicht über
bereitung der Zertifizierung der übrigen Standorte eingeflossen.
die erforderlichen Arbeitspakete (Abbildung 1).
Darin sind die erforderlichen Maßnahmen zur Erreichung der
Eine wesentliche Vorgabe für die Flugwetterberatung in der
Der Flugbetrieb in Deutschland findet im einheitlichen
Bundeswehr (Bw) ist das Erreichen eines an den internationa-
europäischen Luftraum statt. Ausgewählte Flugplätze der Bw
len Anforderungen ausgerichteten Qualitätsstandards bei der
werden gemischt militärisch und zivil genutzt. Vor diesem
Wesentliche Ergebnisse des Projekts sind die strukturierte
liche Schritte zur Zertifizierungsvorbereitung eines Standortes
Durchführung ihrer Dienste. Dafür wurde ein Qualitätsma-
Hintergrund strebt das Zentrum für Geoinformationswesen
Aufarbeitung der themenrelevanten Vorschriften und
in Verbindung mit einem grob skizzierten idealtypischen
nagementsystem (QMS) entwickelt, dessen Implementierung
der Bundeswehr (ZGeoBw) die Zertifizierung der Flugwetter-
Dokumente, ein Maßnahmenplan zum Aufbau des QMS, die
Zeitverlauf (Abbildung 4) enthalten.
und Zertifizierung erfolgreich begonnen haben.
beratung in der Bw gemäß der EU-Verordnung 2096/2005 an,
Dokumentation des QMS, die Darstellung der Ergebnisse des
um bei der Durchführung ihrer Dienste einen an den internati-
Probe-Audits sowie ein Maßnahmenplan zur Vorbereitung
Seit November 2013 ist der für das Probe-Audit ausgewählte
onalen Anforderungen ausgerichteten Qualitätsstandard zu er-
der Zertifizierung. Das QMS wurde unter Bezugnahme auf die
Pilot-Standort erfolgreich zertifiziert. Das bestätigt die gelunge-
reichen. Hierfür galt es auf Basis der aktuellen Vorschriftenlage
themenrelevanten Vorschriften und Dokumente in Form eines
ne Entwicklung eines praxistauglichen QMS und die Schaffung
ein verständliches und konsistentes QMS zu implementieren
Qualitätsmanagementhandbuchs (QMHb) dokumentiert.
der Voraussetzungen für eine erfolgreiche Zertifizierung aller
Zertifizierung beschrieben sowie eine Übersicht über wesent-
und so die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Zertifizierung
betroffenen und für die Zertifizierung vorgesehenen Dienst-
der betroffenen Dienststellen durch unabhängige, staatliche
Wesentliche Bestandteile des QMHb Flugwetterdienst Bw sind
Flugsicherungsbehörden zu schaffen. Die Federführung dafür
die entwickelte virtuelle Organisation zur Schaffung eines
lag beim ZGeoBw. Die Universität der Bundeswehr München
konkreten organisatorischen Bezugsrahmens (Abbildung 2),
(UniBwM) wurde als wissenschaftlicher Partner beauftragt.
die erstellte Prozesslandkarte mit den Produkten des Flug-
stellen.
wetterdienstes (Abbildung 3), die entsprechenden Prozessmo-
Abb. 1: Projektplan
Das QMS wurde in Anlehnung an die DIN EN ISO 9001 und
delle sowie Produkt- und Prozesskennzahlen als Grundlage
das QMS der Militärischen Flugsicherung entwickelt. Die von
für die Messung, Analyse und Verbesserung der Leistungen
der UniBwM durchgeführte wissenschaftliche Projektbeglei-
des Flugwetterdienstes. Nach der Implementierung des ent-
tung erfolgte von Dezember 2010 bis Juni 2013. Dabei wurde
wickelten QMS an einem ausgewählten Pilot-Standort wurde
bei der Sichtung und Bearbeitung der fachlichen und techni-
dort ein Probe-Audit unter Realbedingungen in Anlehnung
Abb. 2: Organisationsstruktur für das QMS des
Flugwetterdienstes
Abb. 3: Prozesslandkarte des Flugwetterdienstes
Abb. 4: Übersicht über wesentliche Schritte zur Zertifizierungsvorbereitung
102
103
Dr. Thomas Prenosil
Euskirchen
Dipl. Met. Anna Barbara Herold
Euskirchen
(DMRZ) gleichzeitig laufen, nicht operationell umsetzbar.
Zurzeit bewertet „3s“ die Wettervorhersagemodelle der
Selbst die gigantischen DMRZ-Kapazitäten von mehreren
Bundeswehr (Relocatable Local Model) in vier verschiedenen
[email protected]
[email protected]
Billionen Rechenoperationen pro Sekunde reichen dafür
geographischen Gebieten (Abbildung 1): Zentraleuropa (RLM00),
einfach nicht aus. Als praktikable Alternative bietet sich die
Kosovo und östliches Mittelmeer (RLM15), gesamter Mittel-
Analogmethode an. Sie erschließt das typische Lösungsver-
meerraum mit Nordafrika und mittlerer Osten (RLM13) sowie
halten von Wettermodellen in Abhängigkeit von verschiedenen
Afghanistan (RLM11). Das typische operationelle Verhalten
Wetterlagen auf der Basis eines hinreichend großen und re-
von „3s“ wurde für Mitteleuropa (RLM00) im ersten Halbjahr
präsentativen Datenarchivs mit allen relevanten numerischen
2013 demonstriert (Abbildung 2).
Entwicklung eines Verfahrens zur automatisierten Güteabschätzung
von kurzfristigen numerischen Wetterprognosen für militärische
Einsatzzwecke
Analyse- und Vorhersagefeldern. Ein solches Archiv wurde vom
Europäischen Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersage
Die mit „3s“ berechneten Abweichungen der Prognosegüte
(ECMWF) in Reading (bei London) aufgebaut. Bei einem effek-
von den klimatologischen Erwartungswerten können als
Aus Kosten- und Effizienzgründen werden selbst für kri-
„3s“ ist sowohl für viele militärische Beratungs- und Führungs-
tiven Umgang mit den großen ERA-40-Datenmengen, wie er
Ampelfunktion für alle einsatzbezogenen Nutzungen numeri-
tische wetterabhängige Einsätze und Aufgabenstellungen
systeme als auch für diverse zivile Bereiche (Feuerwehren,
mit „3s“ praktiziert wird, reduzieren sich damit die Rechen-
scher Kurzfristprognosen dienen (z. B. Flugwetterberatungen,
verstärkt automatisierte numerische Produkte genutzt. Zur
Rotes Kreuz, Technisches Hilfswerk etc.) von großem Interesse.
zeiten auf wenige Minuten pro Einsatzgebiet.
taktische Beratungshilfen). „3s“ wurde bei der Deutsch-Öster-
systematischen Qualitätskontrolle der dabei verwendeten
Gerade wegen des hohen mittleren Standards der Wettervor-
Daten aus aktuellen Wettervorhersagemodellen hat das
hersage wird die inhärente atmosphärische Unbestimmtheit
„3s“ ist in der Lage, über ein spezielles Ähnlichkeitsmaß täg-
(DACH, Innsbruck) der Fachwelt vorgestellt. Eine wissen-
Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr das
im Einzelfall zum Problem und die systematische Qualitäts-
lich vergleichbare Wetterlagen aus dem Archiv herauszufiltern
schaftliche Publikation ist im Review-Prozess.
Verfahren „3s“ (Similar Synoptic Situations) entwickelt.
kontrolle der numerischen Eingangsdaten für den Nutzer im-
und die historische Vorhersagegüte auf den aktuellen Tag zu
mer wichtiger. Die Meteorologie hat sich im letzten Jahrzehnt
übertragen. Mit dem Verfahren werden typischerweise Gebiete
erfolgreich diesem Thema gestellt und gehört zu den wenigen
von 2500 x 2500 km2 und Vorhersagezeiten bis zu 36 Stunden
prognostischen Wissenschaften, die mittlerweile in der Lage
bearbeitet. Die historische Vorhersagegüte wird in einem Con-
sind, ihre eigenen Prognosen hinsichtlich der Eintreffwahr-
fidence Interval Analysis (CIA) zusammengefasst, das die
scheinlichkeit fortlaufend qualitativ und quantitativ zu über-
Abweichung der aktuellen Prognosequalität von den klimato-
wachen. Ein anerkannter Weg besteht in der Ensemblemethode,
logischen Mittelwerten für das jeweilige Gebiet angibt. Die
bei der Wettervorhersagemodelle mit gezielten Variationen der
Güteabschätzung ist bislang ausschließlich für Modellläufe im
Anfangsbedingungen und physikalischer Inhalte mehrfach
Kurzfristbereich gültig, die nicht von besonderen Produktions-
gerechnet werden und das konvergierende oder divergierende
und Datenproblemen betroffen sind. Die „3s“-Methode wurde
Lösungsverhalten statistisch ausgewertet wird. Aus Signifikanz-
erfolgreich über die kompletten 45 Jahre des ERA-40 Archivs
gründen sind dazu 50 Modellläufe und mehr notwendig.
und über 10 Jahre mit dem globalen Modell (GME) des DWD
Das ist für die bis zu zehn Wettervorhersagemodelle der
verifiziert. Das Verfahren ist hochgradig flexibel und global
Bundeswehr, die beim Deutschen Wetterdienst (DWD) im
einsetzbar mit Ausnahme der Tropen, da bislang noch von der
gemeinsamen Deutschen Meteorologischen Rechenzentrum
geostrophischen Approximation Gebrauch gemacht wird.
Abb. 1: Operationelle „3s“-Gebiete
Abb. 2: 3s“-Verifikation mit den operationellen
Modellen von ECMWF (ecm) und DWD (gme)
im ersten Halbjahr 2013 für das Gebiet Mitteleuropa (RLM00)
reichisch-Schweizerischen Meteorologen-Tagung 2013
104
105
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Helmut Mayer
München
Dipl.-Ing. Berthold Winck
Euskirchen
In Aufnahmekampagnen über urbanen Gebieten entstehen
andere 3D-Vorbauten an Gebäuden exakt modelliert und dar-
z. T. mehrere tausend Fotos, die die beobachteten Objekte aus
gestellt werden. In Experimenten mit einer hochauflösenden
[email protected]
[email protected]
sehr vielen verschiedenen Blickwinkeln und in unterschied-
Kamera konnten Detailstrukturen im cm-Bereich rekonstru-
lichen Auflösungen zeigen. Für die automatische Bildorientie-
iert werden (Abbildungen 2 – 4).
rung muss die vorliegende Bildmenge strukturiert werden.
3D-Modelle zur Einsatzplanung für urbane Operationen – Phase II
Die Erfahrung zeigt, dass eine robuste Orientierung der Bilder
Die triangulierten Oberflächenmodelle sind sehr gut zur
nur bei Analyse von Bildtriplets möglich ist, d. h., es werden
Repräsentation feiner Strukturen geeignet. Dies führt aber zu
immer drei Bilder mit einem möglichst großen Überlappungs-
extrem großen Datenmengen. Um diese zu reduzieren, werden
bereich gesucht. Der resultierende Hypergraph, in dem alle
wichtige Objekte des urbanen Raumes durch große, aber ein-
Bilder mit Dreifach-Überlappung miteinander verbunden
fache geometrische Strukturen approximiert. Bei einer gleich-
sind, ist die Eingabe für die automatische Bildorientierung.
zeitigen Interpretation der Daten entstehen so 3D-Modelle,
In dem Forschungsprojekt werden aus größeren, unsor-
Hoch aufgelöste Bilder aus terrestrischen und luftgestützten
tierten Bildmengen 3D-Modelle von urbanen Bereichen
Aufnahmekampagnen eines urbanen Raumes geben einen
Dank der automatischen Bildanordnung im Hypergraphen
VBS2 exportiert werden können (Abbildung 5). Zur Interpre-
rekonstruiert. Dies beinhaltet eine automatische Orientie-
guten visuellen Eindruck der Gebäude und ihrer Umgebung.
und einer effizienten Implementierung von Merkmalsextrak-
tation wird zunächst nach vertikalen Ebenen gesucht, um so
rung von tausend und mehr Bildern, die sowohl vom Boden
Ein daraus abgeleitetes 3D-Modell ermöglicht zusätzlich
tion, Schätzung der relativen Kameraorientierungen und
die Wände des Gebäudes zu erkennen. Aus einer Liste vorge-
als auch luftgestützt aufgenommen worden sein können.
neben Sichtbarkeitsberechnungen und Simulationen eine
hierarchisch strukturierter Bündelausgleichung können jetzt
gebener Dachmodelle wird mit einem statistischen Verfahren
Es werden hoch genaue, sehr dichte 3D-Oberflächenmodelle
Betrachtung des urbanen Raumes aus beliebigen Richtungen
große, unsortierte Bildmengen orientiert werden. In den
die plausibelste Dachkonfiguration bestimmt. Abschließend
abgeleitet und Gebäudeteile wie Fassaden und Dächer
und damit ein deutlich besseres Lagebild. Diese Fähigkeit
Experimenten konnten Überfliegungen in verschiedenen
wird nach weiteren prominenten 3D-Strukturen direkt vor oder
erkannt.
erschließt sich das Zentrum für Geoinformationswesen der
Flughöhen, aber auch Bilder aus Flügen mit starken Drehun-
hinter den Wänden und Dachflächen gesucht (Abbildung 6).
Bundeswehr (ZGeoBw) in Euskirchen mit diesem Forschungs-
gen der Aufnahmeplattform relativ zueinander orientiert
und Entwicklungsprojekt.
werden. Ein großer Datensatz enthält z. B. 1473 Bilder eines
die gut in andere Anwendungen wie die Simulationssoftware
Falcon8-Fluges über dem Übungsdorf Bonnland (AbbilZur Erstellung der 3D-Modelle aus Bildern werden am Institut
dung 1).
für Angewandte Informatik der UniBwM aktuelle Forschungsergebnisse aus Computer Vision und Photogrammetrie zusam-
In enger Kooperation mit dem Institut für Robotik und
mengeführt. Damit können auch bei schwierigen Aufnahme-
Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raum-
konfigurationen korrekte hoch genaue 3D-Modelle zeitnah
fahrt (DLR) werden für alle Bildpaare Tiefenkarten mittels
erzeugt werden. Das Forschungsprojekt baut auf einer ersten
semiglobalen Matchings (SGM) bestimmt. Diese Tiefenkarten
Phase auf (siehe Wehrwissenschaftliche Forschung Jahres-
werden mit einem probabilistischen Verfahren fusioniert.
bericht 2009, S. 88 – 89), in der kleine Bildverbände erfolgreich
So wird eine hochgenaue und sehr dichte 3D-Punktwolke
orientiert werden konnten.
sowie ein trianguliertes Oberflächenmodell erstellt. Im Gegensatz zu 2,5D-Darstellungen können damit Balkone und
Abb. 1: Orientierung von 1473 Bildern mehrerer
Falcon8-Befliegungen über Bonnland
(TrÜbPl Hammelburg)
Abb. 2: Texturiertes 3D-Modell der UniKirche in
Neubiberg, bestehend aus 6 Millionen Dreiecken
Abb. 3: Hoch aufgelöstes 3D-Modell der
Eingangstür der UniKirche, bestehend aus
23 Millionen Dreiecken, ohne Textur
Abb. 4: Hoch aufgelöstes 3D-Modell der
Eingangstür der UniKirche, bestehend aus
23 Millionen Dreiecken, mit Textur
Abb. 5: 2.5D-Modelle der Kirche Seefeld und
des Hauses 51 aus Bonnland auf Grundlage
einer Geländedatenbasis von GeoInfoSIM,
dargestellt mit der Simulationssoftware VBS2
Abb. 6: Gebäudemodell mit extrahierten Wänden,
einem Mansarddach, Balkonen und Türen
106
107
Dr.-Ing. Karsten Schulz
Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung,
Ettlingen
TRAmtm Dipl.-Ing. (FH) Christoph Deuchler
Euskirchen
vertraut sind. Nach Ausführung startet die Anwendung ein
Dächern. Die Höhenschätzungen des PSI-Algorithmus sind
Steuerprogramm (Ebene 2), das mehrere nachgeordnete Pro-
deutlich genauer als die Höhenlagen gemäß DEM.
[email protected]
[email protected]
gramme aufruft (Ebene 3), die den verschiedenen Prozessie-
Verfahrensentwicklung für die Gewinnung von Geoinformation
aus sehr hoch aufgelösten raumgestützten SAR-Daten
rungsschritten entsprechen. Ebenen 2 und 3 sind sowohl als
Abbildung 4 zeigt die an den PS-Positionen geschätzten
Win32-Programme verfügbar, als auch als Win64-Programme.
DEM-Fehler. Die Werte sind farbig kodiert vor einem Mittlere-
Alle Anwendungen sind in der Lage die Bilder kachelweise
Amplitudenbild gezeigt. Im Ausschnitt ist ein Hang zu sehen,
zu prozessieren, was die Bearbeitung großer Datensätze er-
wo das DEM einen größeren Fehler aufweist.
möglicht. Metadaten von ERDAS Imagine-Dateien können
auf Ausgabedateien übertragen werden.
Der Großteil des Aufwandes war der Entwicklung einer
Es wurden Algorithmen z. B. für Änderungsdetektion und
Eine Hauptaufgabe des Zentrums für Geoinformationswesen
PSI-Kette inklusive Algorithmen für Koregistrierung und Er-
Persistent Scatterer Interferometrie (PSI) entwickelt und
der Bundeswehr ist die Gewinnung von Geoinformationen aus
zeugung differentieller Interferogramme gewidmet, die fähig
in ERDAS Imagine (Software der Intergraph Corporation)
den Daten eines breiten Spektrums von Sensoren. Der Bereich
sind Spotlight-Daten und Orbits zu handhaben, die nicht die
integriert, die auf Daten sehr hoch aufgelöster raumge-
hoch aufgelöster raumgetragener SAR-Systeme hat mit
übliche Anforderung annähernd paralleler Bahnen erfüllen.
stützter SAR-Systeme (SAR = Synthetic Aperture Radar)
SAR-Lupe, TerraSAR-X bzw. TanDEM-X, COSMO-SkyMed
zugeschnitten sind. PSI detektiert Lageveränderungen und
und RADARSAT-2 enorme Fortschritte zu verzeichnen.
Letzteres wird erreicht, indem eine 3D-Punktwolke am Boden
bestimmt 3D-Geopositionen phasenstabiler Ziele. Es wurde
SAR-Satelliten liefern Information aus unzugänglichen Gebie-
bestimmt wird (Abbildung 2) und die Laufzeitdifferenzen zu
das Potential von PSI untersucht, Passpunkte in unzugäng-
ten und haben den großen Vorteil von Wetter und Tageszeit
Master- und Slave-Orbit von jedem Punkt der Wolke berechnet
lichen Gebieten zu finden.
unabhängig zu sein. In einem gemeinsamen Projekt mit
werden. PSI detektiert phasenstabile Streuer, die sogenannten
dem Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und
Persistent Scatterer (PS), wie Felsen, Pfosten, trihedrale oder
Bildauswertung IOSB wurden auf die Qualität dieser Daten
dihedrale Strukturen an Gebäuden. Für PS erhält man
zugeschnittene Algorithmen entwickelt und in ERDAS Imagine
Änderungen der Lage in Sichtlinie von einigen Millimetern
integriert. Dies umfaßt Anwendungen zur Erzeugung von
bis einigen Zentimetern im Jahr und eine Schätzung der
Einfallswinkelkarten, Schatten- und Layover-Masken, für die
3D-Geoposition. Wegen der sehr hohen Bahngenauigkeit der
Änderungsdetektion und eine PSI-Verarbeitungskette.
neuen SAR-Satelliten haben die PS das Potential wertvolle
Passpunkte in unzugänglichen Gebieten zu liefern.
Die Integration in ERDAS Imagine wurde als Drei-Ebenen-
Abb. 1: Drei-Ebenen-Architektur der Integration in ERDAS Imagine
Architektur realisiert (Abbildung 1). Wird die Anwendung auf-
Abbildung 3 zeigt ein Testergebnis, für welches Nivellement-
gerufen, so öffnet sich ein in einer ERDAS Imagine-spezifischen
Messungen verfügbar waren. Das zur Prozessierung der Daten
Skriptsprache programmierter Dialog (Ebene 1). Das garantiert
verwendete Digital Elevation Model (DEM) weicht beträcht-
eine einfache Handhabung für Nutzer, die mit ERDAS Imagine
lich von der Ground Truth ab, insbesondere für Streuer auf
Abb. 2: Bestimmung der 3D-Punktwolke am Boden
Abb. 3: Vergleich der Punkthöhen gemäß dem zur Prozessierung
benutzten DEM, entsprechend der Ground Truth aus Nivellement
und abgeleitet vom PSI-Algorithmus
Abb. 4: An den PS-Positionen sind die DEM-Fehler
farbig kodiert vor einem Mittlere-Amplitudenbild
gezeigt. Im Ausschnitt ist ein Hang zu sehen, wo
das DEM einen größeren Fehler aufweist
109
5
Anhang
Adressen und Kontakte
Bundesministerium
der Verteidigung
Postfach 13 28
53003 Bonn
Internet: www.bmvg.de
Abteilung Ausrüstung, Informationstechnik
und Nutzung - AIN II 1
Tel.: +49 (0) 228 / 99 24 - 41 23
Fax: +49 (0) 228 / 99 24 - 35 94
E-Mail: [email protected]
Abteilung Führung Streitkräfte - FüSK II 4
Tel.: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 96 34
Fax: +49 (0) 30 / 18 24 - 68 13
Abteilung Führung Streitkräfte - FüSK II 6
Tel.: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 96 61
Fax: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 97 00
Abteilung Strategie und Einsatz - SE I 2
Tel.: +49 (0) 228 / 99 24 - 96 50
Fax: +49 (0) 228 / 99 24 - 77 87
Abteilung Personal - P I 5
Tel.: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 95 31
Fax: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 95 40
Abteilung Personal - P III 5
Tel.: +49 (0) 228 / 99 24 - 51 54
Fax: +49 (0) 228 / 99 24 - 13 35
110
Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
(BAAINBw)
Ferdinand-Sauerbruch-Straße 1
56073 Koblenz
Tel.: +49 (0) 261 / 400 - 0
Fax: +49 (0) 261 / 400 - 3866
E-Mail:
[email protected]
Internet: www.baainbw.de
Helmut-Schmidt-Universität /
Universität der Bundeswehr Hamburg
Postfach 70 08 22
22008 Hamburg
Tel.: +49 (0) 40 / 65 41 - 1
Fax: +49 (0) 40 / 65 41 - 28 69
Internet: www.hsu-hh.de
Universität der Bundeswehr München
Werner-Heisenberg-Weg 39
85577 Neubiberg
Tel.: +49 (0) 89 / 60 04 - 0
Fax: +49 (0) 89 / 60 04 - 35 60
Internet: www.unibw.de
111
Wehrtechnische Dienststelle
für Kraftfahrzeuge und Panzer
(WTD 41)
Kolonnenweg
54296 Trier - Grüneberg
Tel.: +49 (0) 651 / 91 29 - 0
Fax: +49 (0) 651 / 91 29 - 26 00
Internet: www.baainbw.de/wtd41
für Schutz- und Sondertechnik
(WTD 52)
Oberjettenberg
83458 Schneizlreuth
Tel.: +49 (0) 86 51 / 79 - 0
Fax: +49 (0) 86 51 / 16 - 00
für Luftfahrzeuge – Musterprüfwesen
für Luftfahrtgerät der Bundeswehr
(WTD 61)
Flugplatz
85077 Manching
Tel.: +49 (0) 84 59 / 80 - 1
Fax: +49 (0) 84 59 / 80 - 20 22
für Schiffe und Marinewaffen,
Maritime Technologie und Forschung
(WTD 71)
Berliner Straße 115
24340 Eckernförde
Tel.: +49 (0) 43 51 / 467 - 0
Fax: +49 (0) 43 51 / 467 - 15 0
Forschungsbereich für Wasserschall
und Geophysik (FWG) der WTD 71
Berliner Straße 115
24340 Eckernförde
Tel.: +49 (0) 431 / 607 - 0
Fax: +49 (0) 431 / 607 - 41 50
E-Mail: WTD71F&[email protected]
für Informationstechnologie und Elektronik
(WTD 81)
Bergstraße 18
91171 Greding
Tel.: +49 (0) 84 63 / 65 20
Fax: +49 (0) 84 63 / 65 26 07 - 707
für Waffen und Munition
(WTD 91)
Am Schießplatz
49716 Meppen
Tel.: +49 (0) 59 31 / 43 - 0
Fax: +49 (0) 59 31 / 43 - 20 91
E-Mail:
[email protected]
Wehrwissenschaftliches Institut
für Schutztechnologien – ABC-Schutz
(WIS)
Humboldtstraße 100
29633 Munster
Tel.: +49 (0) 51 92 / 136 - 201
Fax: +49 (0) 51 92 / 136 - 355
Internet: www.baainbw.de/wis
Wehrwissenschaftliches Institut
für Werk- und Betriebsstoffe
(WIWeB)
Institutsweg 1
85424 Erding
Tel.: +49 (0) 81 22 / 95 90 - 0
Fax: +49 (0) 81 22 / 95 90 - 39 02
E-Mail:
[email protected]
Internet: www.baainbw.de/wiweb
112
Zentrum für Geoinformationswesen
der Bundeswehr
Frauenberger Straße 250
53879 Euskirchen
Tel.: + 49 (0) 22 51 / 953 - 0
Fax: + 49 (0) 22 51 / 953 - 50 55
E-Mail:
[email protected]
Schifffahrtmedizinisches Institut
der Marine
Kopperpahler Allee 120
24119 Kronshagen
Tel.: + 49 (0) 431 / 54 09 - 17 00
Fax: + 49 (0) 431 / 54 09 - 17 78
Internet: www.marine.de
Zentrum für Militärgeschichte und Sozialwissenschaften
der Bundeswehr
Zeppelinstraße 127/128
14471 Potsdam
Tel.: +49 (0) 331 / 97 14 - 550
Fax: +49 (0) 331 / 97 14 - 507
Internet: www.zmsbw.de
Zentrales Institut des Sanitätsdienstes der
Bundeswehr Koblenz
Laborabteilung IV – Wehrmedizinische
Ergonomie und Leistungsphysiologie –
Andernacher Straße 100
56070 Koblenz
Tel.: + 49 (0) 261 / 896 - 74 04
Fax: + 49 (0) 261 / 896 - 74 09
Internet:
www.sanitaetsdienst-bundeswehr.de
Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr
Neuherbergstraße 11
80937 München
Tel.: + 49 (0) 89 / 99 26 92 -39 82
Fax: + 49 (0) 89 / 99 26 92 -39 83
E-Mail:
[email protected]
Institut für Pharmakologie und Toxikologie der
Bundeswehr
80937 München
Tel.: +49 (0) 89 / 31 68 - 29 26
Fax: +49 (0) 89 / 31 68 - 23 33
E-Mail:
InstitutfuerPharmakologieundToxikologie
@bundeswehr.org
in Verbindung mit der Universität Ulm
80937 München
Tel.: + 49 (0) 89 / 99 26 92 - 22 51
Fax: + 49 (0) 89 / 99 26 92 - 22 55
E-Mail:
[email protected]
Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin
der Luftwaffe
Flughafenstraße 1
51147 Köln
Tel.: + 49 (0) 22 03 / 90 81 61 - 0
Fax: + 49 (0) 22 03 / 90 81 61 - 6
E-Mail:
ZentrLuRMedLwWissKoordinationLuRMedBw
@bundeswehr.org
Deutsch-Französisches
Forschungsinstitut Saint-Louis
Postfach 1260
79547 Weil am Rhein
5, rue du Général Cassagnou
F-68300 Saint-Louis
Tel.: + 33 (0) 389 / 69 50 - 00
Fax: + 33 (0) 389 / 69 50 - 02
Internet: www.isl.eu
Bundeswehrkrankenhaus Berlin
Scharnhorststraße 13, 10115 Berlin
Tel.: +49 (0) 30 / 28 41 - 0
Fax: +49 (0) 30 / 28 41 - 10 43
Internet:
www.bundeswehrkrankenhaus-berlin.de
113
Fraunhofer-Verbund
Verteidigungs- und
Sicherheitsforschung VVS
Eckerstraße 4
79104 Freiburg
Tel.: +49 (0) 761 / 27 14 - 351
Fax: +49 (0) 761 / 27 14 - 400
E-Mail:
[email protected]
Internet: www.vvs.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für
Kurzzeitdynamik,
Ernst-Mach-Institut EMI
Eckerstraße 4
79104 Freiburg
Tel.: +49 (0) 761 / 27 14 - 351
Fax: +49 (0) 761 / 27 14 - 400
Internet: www.emi.fraunhofer.de
Hochfrequenzphysik und
Radartechnik FHR
Fraunhoferstraße 20
53343 Wachtberg
Tel.: +49 (0) 228 / 94 35 - 227
Fax: +49 (0) 228 / 94 35 - 627
Internet: www.fhr.fraunhofer.de
Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie
FKIE
Fraunhoferstraße 20
53343 Wachtberg
Tel.: +49 (0) 228 / 94 35 - 103
Fax: +49 (0) 228 / 94 35 - 685
Internet: www.fkie.fraunhofer.de
Angewandte Festkörperphysik
IAF
Tullastraße 72
79108 Freiburg
Tel.: +49 (0) 761 / 51 59 - 458
Fax: +49 (0) 761 / 51 59 - 714 58
Internet: www.iaf.fraunhofer.de
Chemische Technologie ICT
Joseph-von-Fraunhofer-Straße 7
76327 Pfinztal
Tel.: +49 (0) 721 / 46 40 - 401
Fax: +49 (0) 721 / 46 40 - 442
Internet: www.ict.fraunhofer.de
NaturwissenschaftlichTechnische Trendanalysen INT
Postfach 14 91
53864 Euskirchen
Tel.: +49 (0) 22 51 / 18 - 0
Fax: +49 (0) 22 51 / 18 - 277
Internet: www.int.fraunhofer.de
Optronik, Systemtechnik und
Bildauswertung IOSB
Standort Karlsruhe
Fraunhoferstraße 1
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 (0) 721 / 60 91 - 210
Fax: +49 (0) 721 / 60 91 - 413
Standort Ettlingen
Gutleuthausstraße 1
76275 Ettlingen
Tel.: +49 (0) 7243 / 992 - 131
Fax: +49 (0) 7243 / 992 - 299
Internet: www.iosb.fraunhofer.de
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Institut für Antriebstechnik DLR AT
Linder Höhe
51147 Köln
Tel.: +49 (0) 2203 / 601 - 21 44
Fax: +49 (0) 2203 / 673 - 10
Internet: www.dlr.de/at
Institut für Bauweisen und
Strukturtechnologie DLR BT
Pfaffenwaldring 38-40
70569 Stuttgart
Tel.: +49 (0) 711 / 6862 - 8182
Fax: +49 (0) 711 / 6862 - 227
Internet: www.dlr.de/bt
Institut für Flugführung DLR FL
Lilienthalplatz 7
38108 Braunschweig
Tel.: +49 (0) 531 / 295 - 2500
Fax: +49 (0) 531 / 295 - 2550
Internet: www.dlr.de/fl
Institut für Flugsystemtechnik DLR FT
Lilienthalplatz 7
38108 Braunschweig
Tel.: +49 (0) 531 / 295 - 26 00
Fax: +49 (0) 531 / 295 - 28 64
Internet: www.dlr.de/ft
Institut für Hochfrequenztechnik und
Radarsysteme DLR HR
Oberpfaffenhofen
82234 Weßling
Tel.: +49 (0) 81 53 / 28 23 05
Fax: +49 (0) 81 53 / 28 11 35
Internet: www.dlr.de/hr
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin
DLR ME
Linder Höhe
51147 Köln
Tel.: +49 (0) 22 03 / 601 - 35 24
Fax: +49 (0) 22 03 / 69 62 12
Internet: www.dlr.de/me
114
Institut für Methodik der Fernerkundung
DLR MF
Oberpfaffenhofen
82234 Weßling
Tel.: +49 (0) 81 53 / 28 26 68
Fax: +49 (0) 81 53 / 28 13 37
Internet: www.dlr.de/imf
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt
Institut für Robotik und Mechatronik
DLR RM
Oberpfaffenhofen
Münchner Straße 20
82234 Weßling
Tel.: +49 (0) 81 53 / 28 39 76
Fax: +49 (0) 81 53 / 28 11 34
Internet: www.dlr.de/rm
Institut für Technische Physik DLR TP
Pfaffenwaldring 38-40
70569 Stuttgart
Tel.: +49 (0) 771 / 68 62 - 302
Fax: +49 (0) 771 / 68 62 - 788
Internet: www.dlr.de/tp
Impressum
HERAUSGEBER
Unterabteilung AIN II
Fontainengraben 150
53123 Bonn
GESTALTUNG UND REALISATION
Konzeptbüro Schneider, Erftstadt
INHALTLICHE BETREUUNG
Fraunhofer INT, Euskirchen
DRUCK
Buch- und Offsetdruckerei Häuser KG, Köln
STAND
April 2014
116
FOTOS
© Bundeswehr/Metternich
© Bundeswehr/Wilke
© BAAINBw
© Bundeswehr/Bier
© Bundeswehr/Wilke
© Bundeswehr/Wolff
© Bundeswehr/Bienert
© Bundeswehr/Schneider
© Bundeswehr/Wilke
Radiometer Physics GmbH, Meckenheim Intranet BAAINBw / ARGE F125 Prof. Dr. Udo Reischl, Universität Regensburg OFA PD Dr. Dobler Maj Dr. Felder RDir Dr. Beinke Radiation Research HpfFw Frank Eggen Bundeswehr Mediendatenbank Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung
der Bundeswehr, Koblenz
Bundesministerium der Verteidigung, Bonn
Bundeswehrkrankenhaus, Psychotraumazentrum, Berlin
Deutsch-Französisches Forschungsinstitut, Saint-Louis
DLR, Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie, Stuttgart
DLR, Institut für Flugführung, Braunschweig
DLR, Institut für Flugsystemtechnik, Braunschweig
DLR, Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme,
Oberpfaffenhofen
DLR, Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, Köln
DLR, Institut für Methodik der Fernerkundung, Oberpfaffenhofen
DLR, Institut für Technische Physik, Stuttgart/Lampoldshausen
Fraunhofer EMI, Freiburg i. Br.
Fraunhofer FKIE, Wachtberg
Fraunhofer IAF, Freiburg i. Br.
Fraunhofer ICT, Pfinztal
Fraunhofer INT, Euskirchen
Fraunhofer IOSB, Karlsruhe, Ettlingen
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, München
Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundeswehr, München
Institut für Radiobiologie der Bundeswehr, München
Schifffahrtmedizinisches Institut der Marine, Kronshagen
Universität der Bundeswehr München
WIS, Munster
WIWeB, Erding
WTD 41, Trier
WTD 52, Oberjettenberg
WTD 71, Kiel
WTD 81, Greding
WTD 91, Meppen
Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr, Euskirchen
Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe, Fürstenfeldbruck
Zentrum für Militärgeschichte und Sozialwissenschaften, Potsdam
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93
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Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2013

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