Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2013
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Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2013
2013 – Jahresbericht Wehrwissenschaftliche Forschung Bundesministerium der Verteidigung Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2013 Wehrwissenschaftliche Forschung für deutsche Streitkräfte Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2013 Wehrwissenschaftliche Forschung für deutsche Streitkräfte 13 5 Vorwort 6 7 Brigadegeneral Dr.-Ing. Thomas Czirwitzky Unterabteilungsleiter AIN II und Forschungsbeauftragter Bundesministerium der Verteidigung Wehrwissenschaftliche Forschung für deutsche Streitkräfte 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 8 9 13 Vorwort 06 Wehrwissenschaftliche Forschung für deutsche Streitkräfte 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 48 Neuartiges Konzept zur Nutzung der Terahertz-Spektroskopie für Ferndetektion von Explosivstoffen 14 16 18 20 22 24 26 Werkstoffverhalten bei Laserimpakt Passive Aufklärung mittels Mobilfunk-Basisstationen Simulationsgestützte Bildauswertung in Serious Games 52 54 Neue Composite-Raketenfesttreibstoffe für taktische Raketenantriebe Elektrochemische Detektion von Explosivstoffen im Meer Schneller Nachweis von nuklearen Gefahrstoffen 56 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 74 Zielmaßprognosen mittels numerischer Methoden Vorwort 10 11 13 Teil 2 77 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 Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, Freiburg Dr. Bernd Lexow Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, Efringen-Kirchen Dr. Michael May Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, 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 Forschungsaktivitäten 2013 16 Dipl.-Inform. Christoph Barz Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie, Wachtberg Dr. Markus Antweiler Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie, 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 Forschungsaktivitäten 2013 18 Dipl.-Ing. Reda Zemmari Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie, Wachtberg Priv.-Doz. Dr. Wolfgang Koch Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie, 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) Forschungsaktivitäten 2013 20 21 Dipl.-Phys. Wolfgang Roller Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, Karlsruhe M. Sc. Ehm Kannegieser Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, Karlsruhe Dipl.-Inf. Daniel Szentes M. Sc. Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, 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. Forschungsaktivitäten 2013 22 23 Dr. rer. nat. Dipl.-Met. Detlev Sprung Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, Ettlingen Dr. rer. nat. Dipl.-Phys. Karin Stein Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, 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 Forschungsaktivitäten 2013 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 Forschungsaktivitäten 2013 26 27 Dr. Volker Gettwert Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, Pfinztal-Berghausen Dr. Thomas Keicher Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, Pfinztal-Berghausen Thomas Heintz Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, Pfinztal-Berghausen Volker Weiser Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, 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 Forschungsaktivitäten 2013 28 29 Dipl.-Ing.(FH) Peter Rabenecker Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, Pfinztal-Berghausen Dr. Karsten Pinkwart Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, 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 [email protected] [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 Forschungsaktivitäten 2013 30 31 Wolfram Berky Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen, Euskirchen Dr. Theo Köble Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen, 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) Forschungsaktivitäten 2013 32 33 Jürgen Kohlhoff Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen, Euskirchen Dr. Sabine Müller Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen, 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) Forschungsaktivitäten 2013 34 Dr.-Ing. Markus Peichl Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, Oberpfaffenhofen Dipl.-Ing. Eric Schreiber Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 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 Forschungsaktivitäten 2013 36 37 Dr.-Ing. Gordon Strickert Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Flugsystemtechnik, Braunschweig Florian-Michael Adolf Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Flugsystemtechnik, Braunschweig Dr.-Ing. Franz Andert Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Flugsystemtechnik, 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 Forschungsaktivitäten 2013 38 Dr.-Ing. Dietmar Koch Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie, Stuttgart Steffen Weber Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 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 Forschungsaktivitäten 2013 40 41 Dipl.-Phys. ETH Wolfgang Riede Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Technische Physik, Stuttgart Dipl.-Ing. Paul Allenspacher Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Technische Physik, Stuttgart Dr. rer. nat. Helmut Schröder Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Technische Physik, 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 Forschungsaktivitäten 2013 42 43 PhD Thomas Dautermann Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Flugführung, Braunschweig Dipl.-Ing. Thomas Ludwig Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Flugführung, Braunschweig Dr.-Ing. Robert Geister Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Flugführung, 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 Forschungsaktivitäten 2013 44 Dr.-Ing. Erwin Lindermeir Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 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. Forschungsaktivitäten 2013 46 47 Dr. Benedikt Risse Deutsch-Französisches Forschungsinstitut, Saint-Louis Dr. Denis Spitzer Deutsch-Französisches Forschungsinstitut, 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) Forschungsaktivitäten 2013 48 49 Dr. Bernd Fischer Deutsch-Französisches Forschungsinstitut, 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 Forschungsaktivitäten 2013 50 51 Dipl.-Inf. André Brahmann Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Hamburg, Fakultät für Maschinenbau Dipl.-Ing. (FH) Uwe Chalupka Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Hamburg, Fakultät für Maschinenbau Dipl.-Ing. Matthias Knapp Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Hamburg, Fakultät für Maschinenbau Prof. Dr.-Ing. habil. Hendrik Rothe Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Hamburg, Fakultät für Maschinenbau [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] 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) Forschungsaktivitäten 2013 52 53 Dipl.-Inform. Dennis Faßbender Universität der Bundeswehr München, Institut für Technik Autonomer Systeme Carsten Fries, M. Sc. Universität der Bundeswehr München, Institut für Technik Autonomer Systeme Dipl.-Ing. Thorsten Lüttel Universität der Bundeswehr München, Institut für Technik Autonomer Systeme Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Wünsche Universität der Bundeswehr München, Institut für Technik Autonomer Systeme [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] 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 Forschungsaktivitäten 2013 54 55 Max Hübner Universität der Bundeswehr München, Institut für Mechanik und Statik Norbert Gebbeken Universität der Bundeswehr München, Institut für Mechanik und Statik Lars Rüdiger Universität der Bundeswehr München, Institut für Mechanik und Statik [email protected] [email protected] [email protected] 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 Forschungsaktivitäten 2013 56 57 Univ.-Prof. Dr. Axel Lehmann Universität der Bundeswehr München, 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 [email protected] [email protected] 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) Forschungsaktivitäten 2013 58 59 Professor Dr. Carlo Masala Universität der Bundeswehr München, Institut für Politikwissenschaften Professor Dr. Stefan Pickl Universität der Bundeswehr München, 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- [email protected] [email protected] 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) Forschungsaktivitäten 2013 60 61 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Conrad Boley Universität der Bundeswehr München, Institut für Bodenmechanik und Grundbau Dipl.-Ing. Jörg Zimbelmann Universität der Bundeswehr München, Institut für Bodenmechanik und Grundbau Dipl.-Ing. (FH) Heidi Noack Bundesministerium für Verteidigung, Referat IUD I 2 [email protected] [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) Forschungsaktivitäten 2013 62 63 ORR Herr Björn Klein Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz, Munster ORR‘in Frau Dr. Vanessa Kunde Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz, 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)) Forschungsaktivitäten 2013 64 65 Dipl.-Ing. (FH) Lars Wolf Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz, Munster Dipl-Phys. Ronald Rambousky Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz, Munster Dr.-Ing. Frank Sabath Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz, 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 Forschungsaktivitäten 2013 66 67 Dr. Birgit Hülseweh Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz, 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 Forschungsaktivitäten 2013 68 69 TORR Dr.-Ing. Jens Holtmannspötter Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe, Erding TORR Dr. Timo Hofmann Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe, Erding Hptm Dipl.-Ing. Jean Christjan Meyer Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe, 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) Forschungsaktivitäten 2013 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 Forschungsaktivitäten 2013 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 Forschungsaktivitäten 2013 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. Forschungsaktivitäten 2013 78 PD Dr. Gregor Grass, Dipl.-Biol. Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, München Dr. med. vet. Matthias Hanczaruk Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, 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) Forschungsaktivitäten 2013 80 81 OFA PD Dr. Gerhard Dobler Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, 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) Forschungsaktivitäten 2013 82 Maj Dr. Eva Felder Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, 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 Forschungsaktivitäten 2013 84 85 OTL Dr. Georg Reiter Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundeswehr, München Lt (SanOA) Susanne Müller Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundeswehr, München OTA Prof. Dr. Thiermann Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundeswehr, 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 Forschungsaktivitäten 2013 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. Institut für Radiobiologie der Bundeswehr in Verbindung mit der Universität Ulm, München [email protected] [email protected] NATO Biodosimetrie Studie 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 NATO Biodosimetrie Studie 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“) Forschungsaktivitäten 2013 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 Forschungsaktivitäten 2013 90 91 OSA Thomas Wunderlich Schifffahrtmedizinisches Institut der Marine, Kronshagen Dr. Wataru Kähler Schifffahrtmedizinisches Institut der Marine, Kronshagen FLA PD Dr. Andreas Koch Schifffahrtmedizinisches Institut der Marine, 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) Forschungsaktivitäten 2013 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. Forschungsaktivitäten 2013 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. Forschungsaktivitäten 2013 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 Universität der Bundeswehr, 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 Forschungsaktivitäten 2013 102 103 Dr. Thomas Prenosil Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr, Euskirchen Dipl. Met. Anna Barbara Herold Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr, 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 Forschungsaktivitäten 2013 104 105 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Helmut Mayer Universität der Bundeswehr, München Dipl.-Ing. Berthold Winck Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr, 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 Forschungsaktivitäten 2013 106 107 Dr.-Ing. Karsten Schulz Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, Ettlingen TRAmtm Dipl.-Ing. (FH) Christoph Deuchler Zentrum für Geoinformationswesen der Bundeswehr, 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 E-Mail: [email protected] Abteilung Führung Streitkräfte - FüSK II 6 Tel.: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 96 61 Fax: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 97 00 E-Mail: [email protected] Abteilung Strategie und Einsatz - SE I 2 Tel.: +49 (0) 228 / 99 24 - 96 50 Fax: +49 (0) 228 / 99 24 - 77 87 E-Mail: [email protected] Abteilung Personal - P I 5 Tel.: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 95 31 Fax: +49 (0) 30 / 18 24 - 8 95 40 E-Mail: [email protected] Abteilung Personal - P III 5 Tel.: +49 (0) 228 / 99 24 - 51 54 Fax: +49 (0) 228 / 99 24 - 13 35 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.baainbw.de/wtd41 Wehrtechnische Dienststelle für Schutz- und Sondertechnik (WTD 52) Oberjettenberg 83458 Schneizlreuth Tel.: +49 (0) 86 51 / 79 - 0 Fax: +49 (0) 86 51 / 16 - 00 E-Mail: [email protected] Internet: www.baainbw.de/wtd52 Wehrtechnische Dienststelle 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.baainbw.de/wtd61 Wehrtechnische Dienststelle 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.baainbw.de/wtd71 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] Internet: www.baainbw.de/wtd71 Wehrtechnische Dienststelle 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.baainbw.de/wtd81 Wehrtechnische Dienststelle 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] Internet: www.baainbw.de/wtd91 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 E-Mail: [email protected] 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 Adressen und Kontakte 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 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] 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 Neuherbergstraße 11 80937 München Tel.: +49 (0) 89 / 31 68 - 29 26 Fax: +49 (0) 89 / 31 68 - 23 33 E-Mail: InstitutfuerPharmakologieundToxikologie @bundeswehr.org Institut für Radiobiologie der Bundeswehr in Verbindung mit der Universität Ulm Neuherbergstraße 11 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 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.emi.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR Fraunhoferstraße 20 53343 Wachtberg Tel.: +49 (0) 228 / 94 35 - 227 Fax: +49 (0) 228 / 94 35 - 627 E-Mail: [email protected] Internet: www.fhr.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE Fraunhoferstraße 20 53343 Wachtberg Tel.: +49 (0) 228 / 94 35 - 103 Fax: +49 (0) 228 / 94 35 - 685 E-Mail: [email protected] Internet: www.fkie.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF Tullastraße 72 79108 Freiburg Tel.: +49 (0) 761 / 51 59 - 458 Fax: +49 (0) 761 / 51 59 - 714 58 E-Mail: [email protected] Internet: www.iaf.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT Joseph-von-Fraunhofer-Straße 7 76327 Pfinztal Tel.: +49 (0) 721 / 46 40 - 401 Fax: +49 (0) 721 / 46 40 - 442 E-Mail: [email protected] Internet: www.ict.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für NaturwissenschaftlichTechnische Trendanalysen INT Postfach 14 91 53864 Euskirchen Tel.: +49 (0) 22 51 / 18 - 0 Fax: +49 (0) 22 51 / 18 - 277 E-Mail: [email protected] Internet: www.int.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.iosb.fraunhofer.de Adressen und Kontakte 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/at Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie DLR BT Pfaffenwaldring 38-40 70569 Stuttgart Tel.: +49 (0) 711 / 6862 - 8182 Fax: +49 (0) 711 / 6862 - 227 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/bt Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Flugführung DLR FL Lilienthalplatz 7 38108 Braunschweig Tel.: +49 (0) 531 / 295 - 2500 Fax: +49 (0) 531 / 295 - 2550 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/fl Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Flugsystemtechnik DLR FT Lilienthalplatz 7 38108 Braunschweig Tel.: +49 (0) 531 / 295 - 26 00 Fax: +49 (0) 531 / 295 - 28 64 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/ft Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/hr Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/me 114 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 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 E-Mail: [email protected] 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/rm Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 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 E-Mail: [email protected] Internet: www.dlr.de/tp Impressum HERAUSGEBER Bundesministerium der Verteidigung 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 Seite 01 01 01 08 09 09 10 11 11 24 64 78 80, 81 82 86 87 93 97