Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRHyperschallwaffen sind inzwischen Bestandteil zahlreicher internationaler Waffensysteme und stellen auch für Europa eine wachsende sicherheitspolitische Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund befasst sich das Fraunhofer FHR mit der Weiterentwicklung radarbasierter Detektions und Abwehrverfahren und untersucht im Rahmen der Forschungsinitiative HypS²tar (Hypersonic Signature Studies for Radar) die Wechselwirkungen zwischen Radarwellen und plasma physikalischen Effekten im Hyperschallflug.
Gemeinsam mit den Partnern der interdisziplinären Forschungsinitiative HypS²tar, dem Deutsch-Französischen Forschungsinstituts ISL in Saint-Louis und dem DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen und Braunschweig befasst sich das Fraunhofer FHR mit den Auswirkungen auf die Radarreflexion, die bei Hyperschall - also oberhalb der fünffachen Schallgeschwindigkeit Mach5 - auf der Oberfläche von Objekten entstehen. Die hohe Reibung und Verdichtung der anströmenden Luft führt zu Hochtemperatureffekten wie der Bildung von Plasma oder der Ablation von Oberflächen. Diese können die Reflexion von Radarwellen beeinträchtigen und signifikant verändern. Um Radarsysteme als zentrales Element der Luftverteidigung hierauf einstellen zu können, befasst sich HypS²tar insbesondere mit der Frage wie sich der Radarquerschnitt (RCS) im Hyperschall verhält. Ein belastbares Verständnis dieser Effekte ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, Radarsysteme gezielt an veränderte Signaturen hypersonischer Objekte anzupassen.
Windkanäle von ISL und DLR ermöglichen Messungen
Gemessen wird in Windkanälen am ISL und DLR. „Wir sind europaweit die ersten, die diese Messmöglichkeiten haben. Das Verhalten des RCS zu simulieren war vorher schon möglich, doch die Überprüfung der Simulation geht nur im Experiment - entweder in teuren Flugversuchen oder eben im Hyperschallwindkanal, wo sich ebenfalls Plasma um Objekte herum erzeugen lässt“, berichtet René Petervari, Wissenschaftler in der Abteilung Kognitive Verfahren am Fraunhofer FHR.
Die Windkanalexperimente bringen bereits erfreuliche Ergebnisse mit denen Radar-Plasma-Signatur Simulationen bestätigt werden konnten. „Zurzeit arbeiten wir daran, Fehler zu reduzieren, die Genauigkeit erhöhen und die Nutzbarkeit prüfen“, so Petervari. Hilfreich sind die Ergebnisse beispielsweise bei der Klassifizierung und dem Monitoring von Hyperschall-Flugzeugen und ballistischen Raketen oder der Überwachung von Raumfahrzeugen beim Start bzw. beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre.
Beitrag zu Detektion, Klassifizierung und Überwachung
Die im Rahmen von HypS²tar gewonnenen Messergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis radarbasierter Signaturen unter extremen physikalischen Bedingungen. Sie bilden eine Grundlage für die Weiterentwicklung von Verfahren zur Detektion, Klassifizierung und Verfolgung hypersonischer Objekte und unterstützen darüber hinaus Anwendungen im Bereich der Raumfahrtüberwachung, bei denen vergleichbare Hochtemperatur‑ und Plasmaeffekte auftreten.
Demonstratoren und weitere Perspektiven
Zur experimentellen Untersuchung wurden im Projekt verschiedene Versuchsobjekte entwickelt und eingesetzt, darunter ein 1,5 Meter langer, metallisierter Hyperschall-Wellenreiter, der gezielt für die Vermessung seines Radarrückstreuquerschnitts ausgelegt ist. Solche Demonstratoren dienen sowohl der Validierung numerischer Modelle als auch der Weiterentwicklung messtechnischer Verfahren.
Die im Projekt HypS²tar aufgebauten experimentellen, numerischen und methodischen Kompetenzen bilden eine tragfähige Grundlage für weiterführende Forschungs‑ und Entwicklungsarbeiten. Sie eröffnen Perspektiven für langfristige Kooperationen mit Behörden, Forschungseinrichtungen und industriellen Partnern, insbesondere bei der Auslegung und Bewertung leistungsfähiger Radarsysteme für extreme Einsatzbedingungen.
