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Technologietrends
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Einige aktuelle Tendenzen in der russischen Panzerbautechnologie 12.04.2021 1. Aktueller Stand bei der Entwicklung russischer Wärmebildgeräte Ein kurzer Blick zurück zu den Anfängen Die sowjetischen Kampfpanzer der Generation nach dem 2. Weltkrieg wurden bereits sehr früh mit Infrarotgeräten für Fahrer, kurze Zeit später auch für den Richtschützen und den Kommandanten ausgestattet. Dabei konnten die sowjetischen Entwickler zum einen auf bereits in den späten 30-er Jahren bis zum Kriegsbeginn gesammelte Erfahrungen zurückgreifen, andererseits konnte wertvolles Wissen aus der im Krieg von der deutschen Wehrmacht erbeuteten Nachtsichtausstattung geschöpft werden.
Bereits
im Jahr 1937 wurde ein Panzer BT-7 erprobt, der mit einem Infrarot-Bildwandlergerät für
den Fahrer
und zwei Infrarotscheinwerfern ausgestattet war. Die Sichtweite
erreichte damals 50 Meter. Im Jahr 1941 entwickelte das selbständige
Konstruktionsbüro des Instituts für Elektrotechnik
die ersten Nachtsichtgeräte für Kraftfahrzeuge, und entwarf
daraus eine tragbare Version des Geräts für die Aufklärungtruppe.
Die Sichtweite betrug allerding nur unbefriedigende 30 Meter.
Die vielversprechenden Entwicklungen wurden durch den Kriegsverlauf
vollständig unterbrochen und erst Ende der 40-er Jahre
wieder aufgenommen.
In den 80-er Jahren erfolgte bei den anderen großen Panzerbaunationen der Übergang auf moderne Wärmebildzielfernrohre, die zunehmend zur Standardausstattung aller neuen und nach und nach auch der modernisierten Kampfpanzer wurden. In der Sowjetunion begann man ebenfalls mit der Entwicklung solcher Wärmebildzielfernrohre. Aus verschiedenen Gründen, wie fehlenden Ressourcen und anderen Schwerpunktsetzungen, blieben die Ergebnisse unbefriedigend. Nur das Wärmebildzielfernrohr AGAVA-2 schaffte es in den mit geringen Stückzahlen gebauten T-80UM1. Die extrem hohen Kosten und die nicht mehr zeitgemäße Leistungsfähigkeit des AGAVA-2 führten zur Einstellung des Projekts. Durch das Ende des Kalten Krieges in den 90-er Jahren entfielen dann auch die Beschränkungen beim Einkauf von militärisch bedeutsamen Erzeugnissen. In den russischen Kampfpanzern konnten nun importierte französische Wärmebildkameras der Firma Thales verwendet werden. Insbesondere die Kamera CATHERINE-FC wurde in größerer Anzahl beschafft und unter anderem im Mehrkanalzielfernrohr SOSNA-U der Firma PELENG aus Belarussland verwendet. Das SOSNA-U mit der CATHERINE-FC wurde dann erfolgreich in den modernisierten Kampfpanzern T-72B3 und im Wärmebildzielfernrohr ESSA des T-90A eingebaut. Im Jahre 2007 erhielt Russland zusätzlich die Möglichkeit, die CATHERINE-FC im Optischen Werk in Vologda in Lizenz herzustellen. Ungeachtet dessen wurde in Russland weiterhin viel Energie die Beherrschung der Wärmebildtechnologie investiert und eine eigene industrielle Basis zur Fertigung von Wärmebildsensoren zu schaffen. Um das Jahr 2010 existierten auf diesem Gebiet bereits einige Patente und Baumuster, beispielsweise der Wärmebildsensor FEM10M mit einer Matrix 4x288 Sensorelemente und einem Sprektralbereich von 7,7 bis 10,5 µm, der ursprünglich für die Optronik eines KAMOV-Kampfhubschraubers vorgesehen war. Inzwischen hatten sich die Beziehungen zwischen Russland und dem Westen, insbesondere zur Europäischen Union wieder abgekühlt. Im Ergebnis des 2014 durch Russland ausgelösten bewaffneten Konflikts mit der Ukraine, bei dem die russischen Streitkräfte auf dem Hoheitsgebiet der Ukraine gegen die ukrainische Armee kämpften, wurden gegen Russland Sanktionen erlassen. In der Folge belegte Frankreich die zur Herstellung von Wärmebildkameras der CATHERINE-Familie notwendigen Wärmebildsensoren mit einem Exportverbot. Damit war die weitere Modernisierung der russischen Kampfpanzer in Frage gestellt. Das Finden einer Alternative erhielt nun in Russland höchste Priorität in Forschung und Industrie.
Wärmebildgeräte russischer Entwicklung und Produktion Die bereits vor den
Sanktionen ins Auge gefasste "Importsubstitution"
für viele als strategisch bedeutsam eingestufte Erzeugnisse
wurde nun weiter intensiviert. Es zeigte sich, dass die Entwicklung
und die Technologie
zur Herstellung der Wärmebildgeräte äußerst anspruchsvoll
ist und jahrzehntelange Erfahrung erfordert. Es kristallisierten
sich zwei Problemfelder heraus. Zwar konnten um 2018 die
ersten Wärmebildsensoren russischer Entwicklung in größerer
Anzahl
hergestellt werden. Jedoch zeigte sich, dass die Qualität
der von den Bildsensoren erzeugten Bilder nicht im gewünschten Maße die
Anforderungen für ein Panzerzielfernrohr
erfüllten. Außerdem war die Herstellungsqualität bei den Bildsensoren
unerwünscht großen Schwankungen unterworfen. So mussten beispielsweise
Wege gefunden werden, um zu gewährleisten,
dass die Dicke der entscheidenden
Materialschicht der Bildsensoren einen bestimmten Wert nicht
überschreitet, wobei sich das Einhalten einer gleichbleibenden
Schichtdicke im Produktionsprozess unerwartet schwierig gestaltete.
In gewöhnlich gut unterrichteten russischen Kreisen wurde
mehrfach darüber berichtet, dass für die russische
Wärmebildkameras, zumindest anfangs, auch Wärmebildsensoren aus China beschafft wurden.
Es ist ebenfalls bekannt, dass aus China eine große Zahl Mikro-Kühlaggregate
vom Typ SCI04R zur Herabkühlen der Wärmebildsensoren
beschafft wurden, wobei diese Kühlertyp ursprünglich auf ein
Erzeugnis aus Israel zurück geführt wird.
Ein drittes Problem besteht in der vollständigen Beherrschung der Technologie zur gezielten Nutzung verschiedener Spektralbereiche. Die Praxis zeigt, dass Wärmebildsensoren im mittelwelligen Bereich, also etwa zwischen 3 - 5 µm, gute Eigenschaften bei erhöhter Luftfeuchte aufweisen. Jedoch ist die Entfernung in der die Wärmestahlung eines Objekt gerade noch aufgenommen werden kann, geringer als bei den Geräten des langwelligen Bereiches von etwa 8 - 12 µm. Die Bildsensoren des langwelligen Infrarotbereiches ermöglichen weitaus größere Beobachtungsentfernungen. Von diesen Werten hängt auch die Entfernung ab, in der das erkannte Objekt bereits in seiner Klassifizierung, zum Beispiel Kampfpanzer oder Schützenpanzer, unterschieden werden kann. Kann bei weiterer Annährung des Zielobjekts der konkrete Typ bestimmt werden kann, ist die Identifizierungsentfernung erreicht. Das Militär ist aus den genannten Gründen davon überzeugt, dass die langwelligen Wärmebildsensoren für Zielfernrohre weiterhin das Optimum darstellen. Das russische Unternehmen ORION hat nun um das Jahr 2020 den Wärmebildsensor FEM18M-03 so weit zur Serienreife gebracht, dass die russischen Miltärs offensichtlich bereits waren, den Geräten mit dem FEM18M-03 eine Zulassung zu erteilen. Dieser Bildsensor verfügt über eine gekühlte Matrix von 640 x 512 Sensorelementen aus Indium-Antimonid und arbeitet mit 3,6 - 4,9 µm im mittelwelligen Spektralbereich. Die maximale Erkennungsentfernung wird mit 3500 Metern angegeben. Das erzeugte Bild kann analog und auch digitalisiert an die Hauptelektronik und dann an die Monitore von Richtschütze und Kommandant ausgeben werden. Der Bildsensor ist dabei als Kernbaugruppe der russischen Wärmebildkamera TPK-K an Stelle der französischen Wärmebildkamera CATHERINE-FC im Zielfernrohr SOSNA-U eingebaut. Die TPK-K ist zur Gewährleistung der vollen Kompatibilität zum SOSNA-U in der äußeren Gestaltung und in den Abmaßen der CATHERINE nachgestaltet.
Neben der Lizenz für die CATHERINE-FC hatte Russland bekanntlich auch eine Lizenz für die deutlich leistungsfähigere CATHERINE-XP erworben. Auch hier entfiel die Möglichkeit einer Lizenzproduktion wegen der Sanktionen. Aus russischen wissenschaftlichen Publikationen aus dem Jahr 2015 war zu entnehmen, dass zu diesem Zeitpunkt die Wärmebildkamera TPVK-A für den Einsatz im T-14 ARMATA vorgesehen war. Dieses Wärmebildkamera sieht der französischen CATHERINE-XP äußerst ähnlich. Es ist naheliegend, dass die in der Holding SHVABE zusammengefassten Entwickler und Herstellerwerke unverzüglich begannen eine Alternative zu schaffen. Die im Ergebnis geschaffene TPVK-A wurde publikumswirksam auf der Ausstellung ARMEE-2020 in Moskau präsentiert. Gemäß der Werbeplakate am Ausstellungsstand soll die TPVK-A im Hauptzielfernrohr des Richtschützen Verwendung finden. Für das Panoramazielfernrohr des Kommandanten ist die Modifikation TPVP-A-PCS vorgesehen. Russischen offiziellen Presseberichten zufolge hatte es bei den abschließenden Arbeiten bis ins Jahr 2020 am T-14 ARMATA nicht unbedeutende Verzögerungen gegeben, die sogar zu juristischen Auseinandersetzungen führten, wobei neben anderen Problemfeldern insbesondere ungelöste Fragen bei den Zielfernrohren genannt wurden. Es liegt die Vermutung nahe, dass die Wärmebildzielfernrohre noch nicht die geforderten Parameter erreichten.
Der bis 2020 erreichte Entwicklungsstand bei russischen Wärmebildkameras erlaubt inzwischen, die weitere Modernisierung der T-72 Flotte auf die Rüststufe T-72B3M weiterzuführen. Eine kleine Serie von Kampfpanzern T-80BV ist ebenfalls in dieses Modernisierungsprogramm aufgenommen worden. An Stelle des bisherigen Infrarot-Nachtzielfernrohres TPN-3 ist nun beim T-80BVM das Mehranalzielfernrohr SOSNA-U eingebaut. Als Wärmebildkamera wird die selbst entwickelte TPK-K verbaut. Im Gegensatz zum T-72B3 wurde hier jedoch das ursprüngliche Hauptzielfernrohr 1G42 entfernt. An seiner Stelle wird nun ein Hilfszielfernrohr der Typenreihe 1P67 eingesetzt, das bei abhängiger Stabilisierung das Schießen bei Tag erlaubt, oder gegebenenfalls bei Nacht mit Strichplattenbeleuchtung und externer Gefechtsfeldbeleuchtung. Dies ist ein Novum im russischen Panzerbau, weil echte Hilfszielfernrohre letztmalig in den schweren Kampfpanzern der 50-er Jahre Verwendung fanden. Der Kommandant des T-80BVM kann wie beim T-72B3 den Richtschützen vollständig übersteuern, wenn er über seinen Monitor den Wärmebildkanal des SOSNA-U nutzt. Mit dem SOSNA-U ist es nun auch für den T-80BVM möglich Panzerabwehrlenkflugkörper 9M119 INVAR über einen Laser-Leitstrahl auf bis zu 5000 m Entfernung zu verschießen.
Für die Modernisierung der Schützenpanzer BMP-3 und gleichartiger Fahrzeuge bietet das Unternehmen VOMZ aus Vologda die Feuerleitanlage PPND B03S03 SODEMA an. Das Hauptzielfernrohr ist modular aufgebaut und umfasst das eigentliche Zielfernrohr mit Laser-Entfernungsmesser, die Laser-Leitstrahlbaugruppe, die Wärmebildkamera TETSA, den Monitor zum Betrachten des Wärmebildkanals, die Richtgriffeinrichtung, den digitalen ballistischen Rechner, die üblichen Sensoren für die Ermittlung der Bedingungen für das Schießen und die entsprechenden Verbindungsbaugruppen. Nach letzten Informationen erhalten die BMP-3 zukünftig im Rahmen der Hauptinstandsetzung diese Modernisierung der Feuerleitanlage. Das Moskauer Unternehmen PERGAM entwickelt im Rahmen der russischen Initiative zur Ersetzung ausländischer Technologieimporte ebenfalls Wärmebildkameras und die zu ihrem Einsatz notwendigen Baugruppen. Dabei werden zum einen Wärmebildkameras mit ungekühltem Bildsensor entwickelt, aber auch solche mit gekühltem Bildsensor. Hier spielt das Verhältnis von gefordertem Leistungsumfang und Kosten eine große Rolle. Für nicht wenige Einsatzbereiche, wie in der allgemeinen Geländeüberwachung sind die Forderungen an die Bildqualität und Sichtweite nicht ganz so hoch wie beispielsweise bei den militärischen Zielfernrohren für Kampffahrzeuge. Von nicht unbedeutender Wichtigkeit sind für den effektiven Einsatz der Wärmebildkameras die vorgeordneten optischen Systeme, wie zum Beispiel Zoom-Objektive. PERGAM stattet seine Kameras daher werksmäßig bereits mit solchen Baugruppen aus. Die ungekühlte AXION Kamera von PERGAM kann mit einem 25 - 225 mm Objektiv ein Kraftfahrzeug vom Typ PKW auf eine Entfernung von bis zu 6 km erkennen und eine Person auf bis zu 4 km.
Inzwischen ist mit dem Unternehmen TsNII TSIKLON als Teil der Holding ROSELEKTRONIKA ein weiterer Entwickler von Wärmebildkameras mit gekühlten Wärmebildsensoren aktiv. ROSTEKH weist darauf hin, dass diese Wärmebildkamera, wie im Bild 16, erstmalig vollständig aus russischen Bauteilen besteht. Das Sensorfeld von 640x512 Pixeln soll bei hoher Bildauflösung Objekte in einer Entfernung von bis zu 3500 m auch im weiten Sichtfeld von 10,5 x 7,8 Grad sicher erkennen lassen. Im Moment befindet sich die Kamera noch im Erprobungsstadium, es soll nun ein Serienmodell gefertigt werden. Fotos zeigen, dass sich auf den Leiterplatten weiterhin auch nichtrussische Bauteile finden, wie beispielsweise von der Schweizer Firma TRACO ELECTRONIC AG.
2. Aktueller Stand bei der Entwicklung russischer Feuerleitanlagen Solche Wärmebildkameras, wie weiter oben im Teil 1 genannt, werden in vielen neuen optronischen Geräten zu finden sein, die zunehmend auch in russischen Kampffahrzeugen eingesetzt werden. Das bekannte Konstruktionsbüro KBP TULA hat sich eine solche Optronik patentieren lassen. Die Patentbeschreibung bezeichnet die Einrichtung mit diesen optronischen Geräten als Informationsmanagement- und Steuerungskomplex für Kampffahrzeuge. Das bedeutet nicht weniger, als dass diese Einrichtung nicht nur eine Feuerleitanlage zur Aufklärung und Bekämpfung von Zielen darstellt, sondern dazu bestimmt ist, die vollständigen digitalen Informations- und Datenströme im Waffen- bzw. Turmmodul mit Waffenrichtanlage und Waffenanlage, dem Bordcomputer sowie zu den abgesetzten Bedienerplätzen zur erfassen, zu steuern und zu überwachen.
Die klassischen Zielfernrohre für Kommandant und Richtschütze können nun gegebenfalls durch außen am Turm angebrachte Optronik-Module ersetzt werden. Diese sind auf ihren Sockeln in zwei Ebenen stabilisiert aufgehängt. Das garantiert die Führung einer unabhängig stabilisierten Visierlinie und für das Gerät des Kommandanten die Möglichkeit zum Einsatz als Rundumsicht-Zielfernrohr mit uneingeschränkter Hunter-Killer-Funktionalität. Durch die Einbindung eines Navigationsgerätes und eines automatisierten Feldführungssystems ist die Übermittlung von Zielkoordinaten in Echtzeit an alle angeschlossenen Fahrzeuge und an die übergeordnete Führungstelle möglich. Eine Freund-Feind-Erkennungsanlage wurde ebenfalls implementiert. Das Bild 19 zeigt ein Blockdiakgramm des Informationsmanagement- und Steuerungskomplexes für Kampffahrzeuge wie er im Patent beschrieben wird. Die einzelnen Geräte und elektronischen Baugruppen sowie die Bedienelemente und Monitore sind durch digitale Datenverbindungen miteinander verbunden, alle Funktionen werden durch einen multifunktionellen Rechner gesteuert, ergänzt durch die Steuerelektronik für die Waffenricht- und stabilisierungsanlage und die notwendigen Elektronikblöcke zur Steuerung der Datenverbindungen und zur Datenverarbeitung.
Die
immer stärkere Hinwendung zu optronischen Systemen bringt
jedoch auch Probleme mit sich. Fällt beispielsweise ein Zielfernrohr mit
unabhängiger Stabilisierung der Visierlinie, bei dem die
Waffenstabilisierung der Visierlinie nachgeführt wird,
durch einen Schaden aus, so fällt zugleich auch
die Waffenstabilisierung
vollständig aus. Das hat zur Folge, dass eine gezielte
Feuerführung aus der Bewegung unmöglich wird und die
Leistungsmerkmale der automatischen Feuerleitanlage nicht mehr
zur Verfügung stehen. Bei der beschriebenen Anlage von
KBP TULA für leichte Kampffahrzeuge steht zumindest eine
der beiden Optroniken weiterhin zur Verfügung und kann
theoretisch die Funktionalität für die Waffenstabilisierungsanlage
als Backup-Gerät übernehmen. Für den Kampfpanzer
T-90M mit seiner Feuerleitanlage KALINA hat das Sonderkonstruktionsbüro
für Gerätebau und Automatisierung BPIR aus Kovrov
die Waffenstabilisierungsanlage soweit modifiziert, dass bei
Ausfall des Hauptzielfernrohres SOSNA-U die Stabilisierung
von Turm und Kanone in der Notbetriebsstufe weiterhin möglich
bleibt, wenn
auch eingeschränkt. Fazit Die Notwendigkeit eine nationale Alternative für die französischen Wärmebildkameras zu finden, führte zur Verstärkung der Anstrengungen zur Schaffung einer eigenen, russischen technologischen Basis für solche Geräte. Es ist bis heute gelungen einsatzfähige Wärmebildgeräte verschiedener Einsatzbereiche zu entwickeln und in Serie herzustellen. Eine große Anzahl dieser Geräte basiert auf relativ einfach herzustellenden ungekühlten Bildsensoren. Auch die erfolgreiche Fertigung von Bildsensoren im mittleren Spektralbereich erlaubt die Fertigung von einsatztauglichen Wärmebildkameras für Zielfernrohre. Allerdings sind die Anforderungen an Zielfernrohre für Kampfpanzer wegen der großen Reichweite der Panzerkanonen von den Militärs deutlich höher angesetzt. Nach internationalen Erfahrungen wird für diesen Zweck der langwellige Spektralbereich als am Besten geeignet angesehen. Die Fertigung von gekühlten Bildsensoren für diesen Spektralbereich erwies sich für die russischen Unternehmen als äußerst anspruchsvoll und hat die notwendige Qualität für Serienreife offenbar noch nicht erreicht. Letztlich ist es aber nur eine Frage der Zeit, bis der Anschluss an den derzeitigen internationalen Stand erreicht wird. Es gibt Anzeichen dafür, dass bis dahin die Zielfernrohre SOSNA-U und andere vergleichbare Geräte mit Bildsensoren des mittleren Spektralbereiches ausgestattet werden. Auch wenn einige Leistungsparameter nicht auf höchstem internationalem Niveau liegen, so kann offenbar dennoch eine ausreichends gute Nachtkampffähigkeit gewährleistet werden. Die zunehmende Verwendung moderner optronischer Geräte in Verbindung mit leistungsfähigen digitalen Feuerleitanlagen und digitalen Informationsmanagementsystemen auch in russischen Kampffahrzeugen, zunächst in der Phase ihrer Entwicklung und Vervollkommnung, ist unübersehbar und folgt dem internationalen Trend. Dabei befinden sich die Unternehmen gemeinsam mit dem militärische Beschaffungswesen in einem großen Spannungsfeld zwischen dem verfügbaren Budget, den durch die Hochtechnologien erheblich anwachsenden Kosten und dem für erforderlich gehaltenen Leistungsspektrum der Ausrüstung. Es wird deswegen nicht überraschen, dass allein aus Kostengründen derzeit einer Kampfwertsteigerung bereits vorhandener Kampffahrzeuge aller Art der Vorzug gegeben wird.
Literatur 1. FPA-Dickenmessungen nach der IR-Spektralreflexionsmethode; E. V. Permikina, Journal PRIKLADNAYA FIZIKA Nr 6/2019, S. 68, Russland 2. Entwicklung der Panzerzielfernrohre, A. I. Abramov, Wiss. Techn. Journal KONTENANT Band 16 Nr 3/2017, Russland 3. Robotertechnische Systeme für die taktische Aufklärung, G. A. Patin, A. V. Karev, Journal KONTENANT Band 14 Nr 3/2015, Russland 4. "Wie Russland importierte Wärmebildkameras ersetzt", Mil.Press Voennoe, 22.06.2020, Link 5. Entwicklung von mikrokyrogenen Systemen für Foto-Empfangsgeräte, Journal KONTENANT Band 14 Nr 3/2015, Russland 6. Schaffung eines langlebigen Kryogenerators für Navigationssysteme“, E. S. Navasardyan, Baumann-Universität, Moskau, Mai 2018 7. Design and Performance of Guide Infrared’s RS058 Rotary Stirling Cryocooler, Autorenkollektiv, Wuhan Guide Infrared Co., LTD, China 8. Patent RU 2628027 Informationsmanagement- und Steuerungskomplexes für Kampffahrzeuge 9. Patent RU 2525292 Waffenstabilisator 10. Wärmebildbeobachtungstechnik, Katalog Unternehmen PERGAM, Russland, 11. Werbeprospekte Firma Orion, Russland 12. Werbeprospekte TsNII Tsiklon, Russland
Bilder Bild 1 - https://trinixy.ru/145885-pervye-sovetskie-pribory-nochnogo-videniya-4-foto.html Bild 2 - https://autoar.org/blog/test/ Bild 3 - https://topwar.ru/14990-pervye-sovetskie-pribory-nochnogo-videniya.html Bild 3, 4 - Autor Bild 5, 6 - Internet Bild 7 - http://www.orion-ir.ru Bild 8 - http://www.orion-ir.ru Bild 9 - Intenet Bild 10 - Robotertechnische Systeme für die taktische Aufklärung, G. A. Patin, A. V. Karev, Journal KONTENANT Band 14 Nr 3/2015, Russland Bild 11, 12 - Internet Bild 13 - ic.pics.livejournal.com Bild 14 - Internet, Autor Bild 15 - www.pergam.ru Bild 16 - www.cyclone.su Bild 17, 18 - Autor, nach Patent RU 2628027 Informationsmanagement- und Steuerungskomplexes für Kampffahrzeuge Bild 19 - Autor, nach Patent RU 2628027 Informationsmanagement- und Steuerungskomplexes für Kampffahrzeuge Bild 20 - Autor, nach Patent RU 2526292 Waffenstabilisator für Kampfpanzer, Autorenbearbeitung
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