Gerichtete Energiewaffen (DEW)

Unter „Directed Energy Weapons“ (DEW) versteht man eine Klasse von Technologien zur Abwehr von Drohnen, die anstelle kinetischer Projektile konzentrierte elektromagnetische Energie nutzen, um ein unbemanntes Flugsystem (UAS) zu schwächen, zu beschädigen oder zu zerstören. Im Gegensatz zu herkömmlichen ballistischen Maßnahmen, die auf physikalischen Aufprall beruhen, übertragen DEW-Systeme Energie mit Lichtgeschwindigkeit, um einem Ziel thermische oder elektronische Schäden zuzufügen.

Im Zusammenhang mit C-UAS umfasst DEW zwei Hauptkategorien. Hochenergielaser (HEL) bündeln optische Energie, um Bauteile zu schmelzen oder zu verbrennen, während Hochleistungsmikrowellen (HPM) Strahlungsimpulse aussenden, um die Bordelektronik zu stören. Das US-Verteidigungsministerium definiert diese Systeme als wesentliche Komponenten zur Erreichung einer physischen Neutralisierung ohne den logistischen Aufwand herkömmlicher Munition.

Warum DEW wichtig ist

Waffen mit gerichteter Energie erfüllen die Anforderungen im Bereich C-UAS durch ein “Deep Magazine”. In der Verteidigungsterminologie bezeichnet ein „Deep Magazine“ die Fähigkeit, eine praktisch unbegrenzte Munitionsversorgung – oder in diesem Fall Energieimpulse – bereitzustellen, die lediglich durch die verfügbare Stromversorgung begrenzt ist. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Einsatz bei vernachlässigbaren Kosten pro Schuss.

Für vielfältige Einsatzszenarien bietet DEW in bestimmten Situationen einen deutlichen Vorteil. Während in städtischen Umgebungen „Soft-Kill“-Methoden wie Protokollanalyse oder Störsignale bevorzugt werden, um Kollateralschäden zu vermeiden, dient DEW als notwendige „Hard-Kill“-Ebene für Hochsicherheitsumgebungen wie kerntechnische Anlagen oder vorgeschobene Operationsstützpunkte. Wenn in diesen Zonen eine Drohne nicht auf Drohnenabwehrlösungen reagiert, die auf einer Cyber-Übernahme basieren, wird die durch DEW ermöglichte sofortige physische Neutralisierung zur letzten Verteidigungslinie gegen bewaffnete Nutzlasten.

So funktioniert DEW

Die Funktionsweise von Strahlwaffen beruht auf der Umwandlung elektrischer Energie in einen gebündelten Strahl oder ein Energiefeld. Dieser Prozess erfordert komplexe Mechanismen zur Zielverfolgung und Strahlsteuerung, um sicherzustellen, dass das System die Energie präzise auf das sich bewegende Ziel richtet.

Ablauffolge

1. Erkennung und Verfolgung: Bevor das System Energie freisetzt, muss es das Ziel erkennen und anvisieren. Dies erfordert hochpräzise Sensoren. Die autonomen Funktionen von Sentrycs zur Erkennung und Verfolgung dienen oft als ’Augen“, die diesen Systemen die notwendigen Informationen liefern und sicherstellen, dass das System das Ziel vor dem Angriff eindeutig identifiziert.
2. Strahlerzeugung:
   1. Laser: Elektrische Energie regt ein Verstärkungsmedium (Faser, Festkörper oder chemisches Medium) an, wodurch ein kohärenter Lichtstrahl erzeugt wird.
   1. Mikrowellen: Hochspannungsquellen versorgen Vakuumröhren oder Halbleiterbauelemente mit Strom, um elektromagnetische Impulse zu erzeugen.
3. Atmosphärische Ausbreitung: Die Energie breitet sich in der Atmosphäre aus. Die Systeme müssen adaptive Optik einsetzen, um das durch Luftturbulenzen oder Schwebstoffe verursachte Blooming bzw. die Energieablenkung auszugleichen.
4. Abwehr (Interaktion mit dem Ziel und Ausschaltung):
   1. Thermische Verweilzeit (Laser): Der Laser bleibt auf einen bestimmten Punkt der Drohne gerichtet, beispielsweise einen Rotorarm oder eine Kamera, bis das Material schmilzt oder strukturell versagt.
   1. Elektronische Störungen (Mikrowellen): Das elektromagnetische Feld durchdringt die Abschirmung der Drohne und induziert Spannungsspitzen, die Schaltkreise zerstören oder die Datenverarbeitung stören.

Technologien und Varianten: Laser vs. Mikrowellen

Im DEW-Spektrum unterteilt die Branche die Technologien nach ihrem Wirkmechanismus und ihrem Einsatzbereich.

Hochenergielaser (HEL)

HEL-Systeme richten einen schmalen Strahl auf ein einzelnes Ziel. Es handelt sich um Präzisionsinstrumente, die dazu dienen, bestimmte Komponenten gezielt zu zerstören.

• Mechanismus: Der primäre Wirkmechanismus ist die thermische Ablation.
• Kapazität: Diese Systeme sind auf den Angriff einzelner Ziele ausgelegt und benötigen eine Verweildauer (mehrere Sekunden langes Anvisieren), um eine Drohne außer Gefecht zu setzen.
• Bereitstellung: Das Angebot reicht von ortsfesten über fahrzeugmontierte bis hin zu tragbaren Geräten, wobei die Leistungsanforderungen die Einsatzmöglichkeiten der tragbaren Versionen häufig einschränken.

Hochleistungsmikrowellen (HPM)

HPM-Systeme strahlen einen breiteren Energiekegel aus, mit dem mehrere Ziele gleichzeitig getroffen werden können.

• Mechanismus: Die Folge ist eine elektronische Störung oder ein Durchbrennen.
• Kapazität: Diese Systeme ermöglichen eine Mehrziel- und Schwarmabwehr mit einem sofortigen Lichtgeschwindigkeitseffekt, der keine Verweilzeit erfordert.
• Bereitstellung: Aufgrund des hohen Strombedarfs sind große, ortsfeste oder in Containern untergebrachte Lösungen die Regel.

Diese Technologien ergänzen den flexiblen Einsatz anderer C-UAS-Ebenen. Während ein Laser chirurgische Präzision bietet, verfügt ein HPM-System über eine Flächenabwehrfähigkeit, die gegen Schwärme wirksam ist – vorausgesetzt, die Umgebungsbedingungen lassen hochleistungsstarke elektromagnetische Emissionen zu, ohne die Kommunikation der eigenen Truppen zu stören.

Rolle bei Maßnahmen zur Abwehr von Drohnen

Energie-Waffen gehören zur Stufe „Kinetic/Hard-Kill“ der Kill-Chain, die aus Erkennung, Verfolgung, Identifizierung und Abwehr besteht. Sie kommen selten als eigenständige Lösungen zum Einsatz, da sie nicht selbstständig zwischen Freund und Feind unterscheiden können.

Der effektive Einsatz von DEW erfordert die Integration in ein Führungs- und Leitsystem (C2), das mit Daten von hochpräzisen Identifikationssensoren gespeist wird. Hier kommt der protokollbasierten Erkennung eine entscheidende Rolle zu. Bevor ein Kommandant einen Laserangriff genehmigt, der das Risiko von Augenschäden oder Bränden birgt, muss er sich vergewissern, dass es sich bei dem Ziel um ein feindliches Ziel handelt.

In einer mehrschichtigen Verteidigungsarchitektur:

1. Ebene 1 (Großraum): Die Drohne wird mittels Hochfrequenzerkennung (RF) identifiziert.
2. Ebene 2 (Soft Kill): Protokollanalyse oder Störversuche, um die Kontrolle über die Drohne zu übernehmen oder sie sicher zu landen.
3. Ebene 3 (Hard Kill): Ist die Drohne autonom (“dark”) und reagiert nicht, setzen die Bediener DEW ein, um die Flugkonstruktion physisch zu zerstören.

Stärken und Grenzen von DEW

DEW stellt zwar einen technologischen Sprung in der Ballistik dar, ist jedoch kein Allheilmittel für alle Herausforderungen im Bereich der Luftsicherheit.

Stärken

• Kostenasymmetrie: Ein Laserschuss kostet nur ein paar Cent an Strom, während Raketen Tausende kosten.
• Deep Magazine: Solange ein Generator oder eine Batterie Strom liefert, kann die Waffe feuern.
• Geschwindigkeit: Energie breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, was die Vorhaltberechnung für sich schnell bewegende Ziele vereinfacht.
• Präzision (HEL): Laser können gezielt auf bestimmte Teile einer Drohne, wie beispielsweise die Kamera oder die Nutzlast, gerichtet werden, um die Bedrohung unschädlich zu machen, ohne dabei die gesamte Flugkonstruktion zu zerstören.

Einschränkungen

• Umweltempfindlichkeit: Regen, Nebel, Rauch und Staub beeinträchtigen Laser erheblich, da sie den Strahl streuen und die Leistung am Zielort verringern.
• Sichtlinie: DEW erfordert eine direkte, ungehinderte Sicht auf das Ziel. Im Gegensatz zu Methoden zur Protokollübernahme können sie Drohnen, die hinter Gebäuden oder Bäumen verborgen sind, nicht unschädlich machen.
• Risiken im Zusammenhang mit Sicherheiten: Auch wenn sie sicherer sind als explodierende Raketen, können fehlgeleitete Laserschüsse Meilen weit fliegen und Piloten blenden oder Satelliten beschädigen. HPM kann unbeabsichtigt die Elektronik verbündeter Systeme in der Umgebung außer Betrieb setzen, was das Ziel, keine Signalstörungen für die zivile Infrastruktur zu verursachen, in Frage stellt.
• Herabfallende Trümmer: DEW führt zu einem unkontrollierten Absturz, der in dicht besiedelten Gebieten Sicherheitsrisiken mit sich bringt.

Regulatorische und betriebliche Aspekte

Der Einsatz von DEW unterliegt strengen Vorschriften und ist derzeit vor allem auf militärische und bundespolitische Verteidigungszwecke beschränkt.

• Rechtsgrundlage: Nicht-föderalen Einrichtungen ist es in den USA und der EU aufgrund von Sicherheitsrisiken – wie beispielsweise der Gefahr von Augenverletzungen in Entfernungen von mehreren Kilometern – grundsätzlich untersagt, DEW zu betreiben.

• Frequenzverwaltung: HPM-Systeme überfluten Frequenzen mit Energie, was zu regulatorischen Hürden hinsichtlich unbeabsichtigter Signalstörungen bei Krankenhausgeräten oder in der Flugsicherung führt.

• Flugsicherheit: Die Systeme müssen durch Geofencing oder mechanische Einschränkungen so gesteuert werden, dass sie die lokale Infrastruktur nicht beeinträchtigen und das Risiko für bemannte Luftfahrzeuge minimieren.

Neue Trends bei gerichteten Energiewaffen

Die DEW-Landschaft entwickelt sich rasant weiter, da die Leistungsdichte zunimmt und die Bauformen immer kleiner werden.

• Miniaturisierung: Die Technologie entwickelt sich von Einheiten in der Größe von Schiffscontainern hin zu Systemen, die auf taktischen Fahrzeugen montiert werden, was einen flexibleren Einsatz in mobilen Konvois ermöglicht.
• KI-gestützte Zielgruppenansprache: Durch die Integration von maschinellem Lernen wird automatisch die anfälligste Stelle einer Drohne – beispielsweise das Batteriegehäuse – identifiziert, um die Verweildauer zu minimieren.
• Hybridsysteme: In der Branche ist eine Konvergenz von „Cyber-over-RF“ (CoRF) und DEW zu beobachten. Zukünftige Systeme könnten RF-Daten nutzen, um das Drohnenmodell zu identifizieren und anschließend die Laserleistung automatisch genau auf das für die Ausschaltung erforderliche Niveau anzupassen, wodurch Effizienz und autonomer Betrieb gewährleistet werden.
• Gegen-Schwarm-HPM: Dank der Fortschritte bei Festkörpergeneratoren eignen sich Mikrowellenwaffen zunehmend besser zum Schutz von Konvois vor koordinierten Schwarmangriffen.