Die Entwicklung von Hochenergielaserwaffen hat in den vergangenen Jahren enorme Fortschritte gemacht. Für den letzten Schritt fehlt vor allen Dingen noch der konsequente Wille zur Einführung.
Die zunehmende Komplexität moderner Konfliktbilder hat, in Verbindung mit neuen Technologien, in den vergangenen Jahren eine hohe Anzahl von neuen Waffensystemen hervorgebracht. Insbesondere bei den Wirkmitteln sind vielschichtige Trends und technologische Innovationen sichtbar geworden, die zunehmend die Entwicklungen von eingeführten Abwehrsystemen obsolet werden lässt. Hypersonische Flugkörper und hypersonische Fluggeräte sowie Klein- und Kleinstflugzeuge (small Unmanned Aircraft System, sUAS) erweitern künftig das bekannte Bedrohungsspektrum in der Luftverteidigung. Einhergehend mit neuen Technologien sind immer auch eine Vielzahl von neuen Herausforderungen bei der Einführung und dem operativen Einsatz solcher Systeme verbunden. Jedoch stellen hypersonische Flugkörper und sUAS bei genauerer Betrachtung keine völlig neuen Technologien dar. Vielmehr handelt es sich um hybride Modifikationen, die sich aus verschiedenen evolutionären Entwicklungen von bereits in Nutzung befindlichen Systemen zusammensetzen.
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Laser als Waffensystem
Große Anstrengungen bei der Entwicklung von revolutionären Systemen können derzeit maßgeblich im Bereich der Digitalisierung und der Lasertechnologie festgestellt werden. Aber auch diese Anstrengungen sind nicht vollkommen neu. Mit großem finanziellem Aufwand versuchten beispielsweise die USA in der Vergangenheit, eine bahnbrechende technologische Neuerung mit der Einführung der Lasertechnologie herbeizuführen. Mit der gegen die Sowjetunion gerichteten Politik von US-Präsident sollte im Rahmen der Strategic Defense Initiative (SDI) in der Endphase des Kalten Krieges ein globaler Schutzschirm gegen ballistische Flugkörper ermöglicht werden. Neben kinetischen Wirkmitteln fokussierten sich die USA maßgeblich auf die Entwicklung von Röntgenlasern (Project Excalibur) als Abwehrsystem. Auch wenn aus heutiger Sicht SDI als technologischer und militärischer Misserfolg gewertet werden muss, haben sich aus dieser Initiative eine Vielzahl verschiedener Waffensysteme und Konzeptideen der heutigen Ballistic Missile Defence (BMD) entwickelt. Weitere Rückschläge bei der Einführung der Lasertechnologie mussten 2012 mit dem Ausstieg aus dem Airborne-Laser-Projekt YAL-1 aus Kostengründen hingenommen werden. Zwar wurde dieses System als Technologiedemonstrator weitestgehend zu Ende entwickelt, blieb jedoch den operativen Einsatz unter realen Bedingungen schuldig.
Rückschauend kann festgestellt werden, dass die Systementwicklung bei der Einführung von Laserwaffensystemen (LWS) in der Vergangenheit an den überambitionierten Konzeptideen, dem mangelnden Technologiestand, dem Verkennen von Umwelteinflüssen und den festgelegten Regularien scheiterten. So musste beispielsweise die angenommene Wirkreichweite des Airborne Lasers von 600 auf tatsächliche 300 Kilometer reduziert werden, was zu einer hohen Eigengefährdung des Systems bei gleichzeitiger Reduzierung des Einsatzgebietes führte. Da die Lasertechnologie auf der Grundlage eines chemischen Waffenlasers beruhte, musste ein regelmäßiges Nachtanken der chemischen Substanzen eingeplant werden. Einflüsse durch Vibrationen der Luftfahrzeugtriebwerke und durch die Umwelt wurden mit separaten Apparaturen aufwendig vermessen und kompensiert. Darüber hinaus waren die festgelegten Sicherheitsanforderungen an die verschiedenen Systemanteile derart hoch, dass diese eigentlich nur unter Laborbedingungen erfüllt werden konnten.
Die Bundeswehr hat in den vergangenen Jahren im Rahmen von verschiedenen Untersuchungen und Entwicklungen zusammen mit der deutschen Industrie eine mögliche Realisierung von LWS auf der Grundlage von vorhandener Technologie untersucht. Durch eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Grundlagen- und Schlüsseltechnologien erscheint die Entwicklung eines eigenen Laserwaffensystems derzeit realisierbar. Aber wie sieht es mit den Herausforderungen aus, die in der Vergangenheit regelmäßig zum Projektabbruch geführt haben? Und ist ein solches Waffensystem überhaupt unter den aktuellen haushälterischen Zwängen finanzierbar?
Airborne Laser von Lockheed Martin
Operative Anforderungen
Den physikalischen Einschränkungen von Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Laser) folgend, muss festgestellt werden, dass die Wirkung eines LWS immer auf die direkte Sichtlinie beschränkt sein wird. Von daher wird für ein bodengebundenes oder seegestütztes System zunächst eine Wirkreichweite (operative Einsatzentfernung) von bis zu zwölf Kilometern festgelegt. In der Folge ist diese Festlegung für die gesamte Wirkkette eines solchen Systems von entscheidender Bedeutung. Alle Systemanteile eines LWS müssen so ausgelegt sein, dass die Prozesse von der Entdeckung eines Ziels, Klassifizierung und Identifizierung einer möglichen Bedrohung bis zum Abschluss einer erfolgreichen Bekämpfung zeitgerecht unterstützt werden können.
Das in Frage kommende Zielspektrum deckt sowohl den See- und Luftraum als auch Ziele an Land ab. Da in diesen Bereichen bereits verschiedene andere Waffensysteme zum Einsatz kommen, ist der Einsatz eines LWS derzeit zunächst komplementär zu bereits in Nutzung befindlichen Waffensystemen zu verstehen. Dabei sind insbesondere hochagile und signaturarme Ziele als vornehmliches Wirkspektrum anzusehen. Dazu bietet die Lasertechnologie erhebliche Vorteile bei der verzugslosen Wirkentfaltung, der sehr hohen Treffgenauigkeit und Skalierbarkeit der Wirkleistung. Das LWS bietet sich daher besonders bei der Bekämpfung von sUAS, Raketen-, Mörser- und Artilleriegeschossen sowie kleinen Überwasserzielen (z.B. Jetskis und RHIBs) und agilen Landfahrzeugen (z.B. Motorräder und Quadss) als Wirkmittel an. Darüber hinaus wird auch die Gefahr von Kollateralschäden im Vergleich zu Flugkörper- und Artilleriesystemen erheblich reduziert.
Aus der grundsätzlichen Festlegung der operativen Anforderungen können damit in Folge die Mindestwirkleistung, die Leistungsfähigkeit des Laserfeintrackers, der die Zieldaten eines externen Sensors übernimmt und einen spezifischen Bereich auf der Oberfläche des Ziels verfolgt, die technische Auslegung der Subsysteme und die Sensorperformanz eines LWS und der in der Wirkkette eingebundenen Teilsysteme abgeleitet werden.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass bei der Bekämpfung eines Zieles die Bindung eines LWS auf dieses Ziel solange notwendig wird, bis das Ziel ausgeschaltet oder neutralisiert ist. Erst nach Abschluss der erfolgreichen Bekämpfung kann das nächste Ziel anvisiert werden. Dieser Herausforderung kann einerseits durch den Vorhalt einer höheren Wirkleistung begegnet werden, da sich die Bekämpfungszeit entsprechend verringern würde. Andererseits könnten auf einem potenziellen Waffenträger mehrere LWS integriert werden, was zu einer beschleunigten Bekämpfung und einer verbesserten Rundumabdeckung führen würde. Ist die Materialbeschaffenheit des zu bekämpfenden Zieles bekannt, können die Wirkleistung und -dauer eines LWS entsprechend optimiert werden.
Laser auf der USS Ponce
Systemauslegung
Da die Bundeswehr die Nutzung von Hochenergielaserwaffensystemen mittelfristig sowohl für seegestützte als auch landgebundene Fähigkeitsträger vorsieht, empfiehlt sich ein modularer Systemaufbau mit verschiedenen LWS-Leistungsklassen. Zwar unterscheiden sich die Systeme in der Auslegung der Hardware, jedoch können der systematische Aufbau sowie Führungssysteme und waffenspezifische Software harmonisiert werden. Grundsätzlich unterscheidet sich die Wirkkette innerhalb eines LWS nicht. Ein hochauflösender Sensor erfasst und verfolgt ein oder mehrere Ziele und die Informationen werden innerhalb eines Führungs- und Waffeneinsatzsystems verarbeitet, aufbereitet und dargestellt. Erkannte Bedrohungen werden für die weitere Verfolgung an das LWS und dessen Feintrackingsystem übergeben. Die Bekämpfung kann in Folge unmittelbar über das Wirklasersystem erfolgen. Es wird keine Berechnung eines Treffpunktvorhalts bei der Bekämpfung notwendig.
Die technologischen Herausforderungen innerhalb einer solchen Wirkkette liegen einerseits bei der hochauflösenden Voreinweisung über einen (separaten) Sensor, andererseits auf der Stabilität des Feintrackings und der Zielverifikation des LWS. Eingeführte Systeme verfügen in der Regel nicht über eine Trackgenauigkeit, die eine Voreinweisung derart sicherstellt, dass das Feintracking verzugslos unter allen Umweltbedingungen und Entfernungsbereichen erfolgen kann. Insbesondere gegen hochagile Ziele wird diese technologische Befähigung als unabdingbar angesehen.
Die Lasertechnologie an sich hat in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte erfahren. Waren in der Vergangenheit maßgeblich chemische Substanzen zum Betrieb eines Hochenergielasers notwendig, die einen hohen Energie- und Platzbedarf erforderten, ist mit einer neuen Generation von diodengepumpten Festkörperlasern auf der Basis von Glasfasern ein maßgeblicher technologischer Fortschritt erzielt worden. Die Funktionsfähigkeit solcher Faserlasersysteme ist inzwischen in Demonstratoren nachgewiesen. Im Rahmen von Forschungsanstrengungen der Bundeswehr haben die Firmen MBDA Deutschland und Rheinmetall diese Technologie auf der Grundlage von industriellen Lasersystemen zu Hochenergiewaffenlasersystemen weiterentwickelt. Derzeit werden diese Laserquellen weiterentwickelt, um eine höhere Leistung bei gleichzeitiger Verbesserung der Strahlengüte erreichen zu können. Diese Laserquellen können dann als Moduleinheit sowohl in eingeführte als auch in künftige Fähigkeitsträger integriert werden. Eine Herausforderung besteht derzeit noch in der technologischen Stabilität solcher Laserquellen bei einer Langzeitanwendung unter realen Bedingungen.
Die für den Betrieb eines LWS benötigte Energie kann an Bord von Schiffen und Booten kontinuierlich erzeugt werden. Auch stehen dort Kaltwassersätze bereit, die für eine Kühlung des LWS herangezogen werden können. Zusätzlich benötigte Energie kann ggf. in Energiepuffern vorgehalten werden und stellt grundsätzlich keine große Herausforderung dar. Für bodengebundene Anwendungen ist diese Energie anwendungsabhängig auszulegen. LWS mit größerem Energiebedarf benötigen von daher eine zusätzliche externe Versorgung, da die Energie nicht direkt auf den Fähigkeitsträgern erzeugt werden kann. Gleiches gilt für die Kühlsysteme, da die Erzeugung der leistungsstarken Laserstrahlung mit hohen Verlustwärmemengen verbunden ist.
Funktionaler Aufbau eines LWS
Umwelteinflüsse
Die Leistungsfähigkeit eines LWS ist von den Witterungsbedingungen wie starkem Regen und Schneefall sowie Nebel abhängig und weiteren Einschränkungen unterworfen. Auch haben eine hohe Konzentration von Sandpartikeln oder starke Luftverschmutzungen entsprechende Einflüsse auf die Performanz eines Lasers. Aus den Erprobungen der Demonstratoren in der Vergangenheit ist jedoch ersichtlich, dass diese Einflüsse in der Regel zwar zu einer Reduktion der Wirkreichweite bei gleichbleibender Leistung führen, die Einflüsse aber mit verschiedenen Maßnahmen kompensiert oder abgeschwächt werden können. Beispielsweise kann die Zielverfolgung des LWS über ein gated viewing mit spezieller Bildsoftware verbessert werden. Diese kann Nebel oder Störfaktoren im Hintergrund ausblenden und so selbst Ziele mit niedriger visueller Signatur sichtbar machen. Grundsätzlich ist festzustellen, dass Einschränkungen durch Umwelteiflüsse für einen großen Teil der potenziellen anderen Waffensysteme ebenfalls gilt und nicht nur auf ein LWS zutrifft.
Weitere äußere Einflüsse wie atmosphärische Turbulenzen und waffensystemspezifische Vibrationen sind aufgrund der geplanten Einsatzreichweite eines LWS zunächst nachrangig, könnten aber bei der Integration in einem Luftfahrzeug wieder an Interesse gewinnen. Dessen ungeachtet sind bei einem seegestützten LWS immer die Einflüsse durch Rollen und Stampfen sowie Seewasser und Salzgehalt der Luft auf die Systemanteile der Wirkkette zu berücksichtigen. Diese externen Effekte haben in der Vergangenheit mehrfach zu Verzögerung und notwendigen Modifikationen bei der Einführung von Systemen geführt. Die bisher durchgeführten industriellen Erprobungen wurden unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt, weshalb kaum Langzeiterfahrungen existieren. Letztlich können diese Herausforderungen nur dort untersucht und gelöst werden, wo sie im operativen Einsatz ausgelöst werden: an Bord von Schiffen und Booten der Marine.
Daher soll ab 2022 auch die Erprobung eines Laserwaffendemonstrators (LWD) an Bord eines Schiffes der Marine erfolgen. Auch wenn dieser nicht komplett in das Schiff integriert wird, verfügt er bereits über alle wesentlichen Systemanteile eines späteren LWS. Diese Erprobung unterscheidet sich daher erheblich von der Erprobung des amerikanischen LWS auf der USS Ponce zwischen 2014 und 2017. Die Erprobung an Bord einer deutschen Fregatte wird die Untersuchung der gesamten Wirkkette unterstützen und bereits auf einer neuartigen Laserquelle beruhen. Erst mit Abschluss der Untersuchungen Ende 2022 wird dann eine Auswahlentscheidung für ein erstes seriennahes LWS getroffen.
Athena für die Drohnenbekämpfung
Sicherheit eines LWS
Die wahrscheinlich größten Herausforderungen bei der Einführung und der operativen Nutzung eines LWS liegen im Bereich der Lasersicherheit und bei der Feststellung der Betriebssicherheit eines solchen Waffensystems. Die geltenden Richtlinien in Bezug auf die Lasersicherheit beziehen sich maßgeblich auf Arbeitsschutzverordnungen aus dem industriellen und medizinischen Umfeld und berücksichtigen isolierte und klar umrissene Anwendungsbereiche. Solche Regeln auf einen Hochenergiewaffenlaser zu übertragen und zur Anwendung zu bringen würden Sicherheitsvorkehrungen mit sich führen, die einen signifikanten Mehraufwand bedeuten. Dieses würde den operativen Einsatz im weiteren Verlauf der Entwicklungen verhindern. Hier sind demnach noch Pionierarbeiten sowohl durch die Bundeswehr als auch durch die Industrie zu leisten.
Nach einer Ausarbeitung des Wissenschaftlichen Dienstes des Deutschen Bundestags ist auch der Einsatz von Laserwaffen in bewaffneten Konflikten im Rahmen des Humanitären Völkerrechts unbedenklich, solange kein unnötiges Leiden durch den Einsatz eines Lasersystems hervorgerufen wird. Darüber hinaus enthält das IV. Zusatzprotokoll vom 13. Oktober 1995 (sogenanntes Blendwaffenprotokoll) zum VN-Waffenübereinkommen das Verbot blindmachender Laserwaffen und den Einsatz von Laserwaffen mit dem Ziel der Blendung. Hochenergielaser sind schon von ihrer Zielrichtung und Leistungsfähigkeit her anders konstruiert als blindmachende Laserwaffen. Insoweit ist der den Einsatz von (Hochenergie-)Laserwaffen gegen Material gemäß den Ausführungen des Blendwaffenprotokolls zulässig.
Letztlich muss aber eine Schädigung eigener und befreundeter Soldatinnen und Soldaten sowie unbeteiligter Dritter vermieden werden. Zur Festlegung eines akzeptierbaren Risikos beim Einsatz von Laserwaffen ist eine nachvollziehbare Risikoabschätzung erforderlich. Im internationalen Rahmen gibt es derzeit unterschiedliche Ansätze bei der Bestimmung eines level of acceptance. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn eine Zusammenarbeit im multinationalen Rahmen anstehen sollte. Darüber finden diese Festlegungen im operativen Einsatz dort Anwendung, wo LWS zum Einsatz kommen sollen. Dies ist bei der Festlegung von Sicherheitsgebieten in multinationalen Verbänden oder bei Nutzung von LWS in Übungsgebieten außerhalb Deutschlands der Fall. Dieser Herausforderung kann nur dann begegnet werden, wenn jeder Partner die Festlegung der Regeln zunächst im eigenen Umfeld klärt, um sie anschließend im multinationalen Rahmen harmonisieren zu können.
Durch die Nutzung eines LWD im kommenden Jahr und die Arbeiten im multinationalen Rahmen werden die Pionierarbeiten für das Festlegen der Sicherheitsbereiche vorangetrieben. Nur durch das Feststellen tatsächlicher Auswirkungen im Bekämpfungsumfeld von Laserwaffen und beim Abgleich der Ergebnisse im internationalen Umfeld werden einvernehmliche Sicherheitsregeln festgeschrieben und im weiteren Verlauf iterativ weiterentwickelt.
Lasersicherheit und Gefährdungsgebiete
Zusammenfassung
Wenn auch in der Vergangenheit die Einführung von Laserwaffen regelmäßig gescheitert ist, haben die Anstrengungen bei genauerer Betrachtung zu einem stetigen Lernprozess beigetragen. Standen in der Vergangenheit noch die technologischen Herausforderungen im Zentrum des Interesses, scheinen diese Hürden aus heutiger Sicht beherrschbar und führen nicht zu einem Projektabbruch. Das derzeitig vorgesehene operative Einsatzumfeld ist zunächst auf einen überschaubaren Rahmen („line of sight“) begrenzt und unterscheidet sich von den früheren überambitionierten Konzeptideen. Es kann sich langfristig der Grundsatz bei der Einführung des amerikanischen Aegis-Systems „build a little, test a little, learn a lot” durchsetzen und im Rahmen eines iterativen Entwicklungsprozesses eine solide Finanzierbarkeit über einen längeren Zeitraum gewährleistet werden.
Die Anstrengungen der Industrie in den vergangenen zehn Jahren in der Entwicklung von Hochenergielaserwaffensystemen haben inzwischen zu einem erheblichen technologischen Know-how geführt. Neben finanziellen Mitteln der Bundeswehr wurden auch signifikante Eigenmittel eingebracht, die ein Gelingen des aktuellen Vorhabens in Aussicht stellen. Die Risiken und Herausforderungen bei der Entwicklung des LWS sind weitestgehend über die gesamte Wirkkette bekannt und scheinen beherrschbar. Hierzu wird 2022 insbesondere der LWD zusätzliche Erkenntnisse erbringen, die eine Waffensystemstabilität unter äußeren Einflüssen unter Beweis stellen sollen. Mittelfristig gilt es, die bereits vorhandene Technologie weiterzuentwickeln und zusätzlich einer Militarisierung und Miniaturisierung zu unterwerfen. So kann eine querschnittliche Nutzung von LWS in verschiedenen Fähigkeitsträgern und entsprechenden Leistungsklassen sichergestellt werden.
Die äußeren Einflüsse werden Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit von LWS haben. Diese gilt es während der Testphasen in 2022 weiter zu analysieren und danach mit zielgerichteten Maßnahmen weiter zu mitigieren. Die bereits erreichte Strahlengüte und die Nutzung von gated viewing sind nur erste Schritte in diese Richtung. Die Erprobung in einem maritimen Testumfeld ist besonders geeignet, um alle Systemanteile in einer realen und herausfordernden Einsatzumgebung untersuchen zu können. Nur wenn LWS in dieser Umgebung wirksam und zuverlässig funktionieren, ist der Zeitpunkt für eine querschnittliche Einführung in die Streitkräfte gegeben.
Das Festlegen von Bestimmungen und Regeln, die eine Lasersicherheit für Waffensysteme in operativen Einsätzen feststellen, werden in den nächsten Jahren einen weiteren Schwerpunkt bilden. Diese Herausforderung stellt sich nicht nur für ein deutsches LWS, sondern ist auch bei Partnern und Verbündeten gegenwärtig von erheblichem Interesse. In nationalen und multinationalen Arbeitsgruppen wird nach gemeinsamen Ansätzen und Lösungen gesucht.
Scheinen die dargestellten Herausforderungen noch sehr vielfältig und mögliche Lösungsansätze für einen Außenstehenden teilweise noch vage, kann festgestellt werden, dass die Einführung von Hochenergielaserwaffensystemen weltweit unmittelbar bevorsteht. Das erreichte technologische Know-how und die technische Reife der einzelnen Systemanteile eines LWS sind mittlerweile geeignet für einen weiteren Schritt hin zur Einführung. Mit akzeptablen finanziellen Mitteln würde ein LWS bereits eingeführte Waffensysteme dort ergänzen, wo diese an die physikalischen Grenzen stoßen. Die Einführung von LWS erfordert jedoch die Entschlossenheit, dieses Waffensystem konsequent auf Schiffen und Booten einzurüsten und dies bereits heute planerisch vorzusehen, um den Verlust einer technologischen Spitzenposition der beteiligten Industrie zu verhindern.
Insoweit kann festgestellt werden, dass die größte Herausforderung wahrscheinlich in der Überzeugungsarbeit liegt, neue Hochenergielaserwaffensysteme zeitnah in die Streitkräfte einzuführen. Denn nur in der Nutzung kann ein LWS seinen operativen Mehrwert entfalten und den Weg für Verbesserungen und technologische Weiterentwicklungen bereiten.
Fregattenkapitän Klaus Bohnenstengel ist Dezernent Planung Fähigkeitsentwicklung im Marinekommando Rostock.
Fotos: MBDA, US Navy, Autor, Lockheed Martin
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