Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRHypS²tar – Forschungsinitiative: FHR, ISL und DLR erforschen gemeinsam den Einfluss von Hyperschalleffekten auf Radar-Signaturen
Hyperschallwaffen befinden sich bereits in vielen Arsenalen der Welt und stellen auch für uns zunehmend eine Bedrohung dar. Hyperschall bezeichnet Geschwindigkeiten oberhalb der fünffachen Schallgeschwindigkeit, Mach 5. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten spricht man von moderatem Überschallflug zwischen Mach 1 und Mach 5 oder dem Unterschallflug unter Mach 1. Während der Unterschall- und moderate Überschall die Radarreflexion praktisch nicht beeinflusst, kommt es im Hyperschall aufgrund der hohen Reibung und Verdichtung der anströmenden Luft zu Hochtemperatureffekten wie der Bildung von Plasma oder der Ablation von Oberflächen. Beide Effekte können die Reflexion von Radarwellen beeinträchtigen und verändern, ihre Auswirkungen auf die Beobachtung mit Radaren sind aber noch nicht vollständig verstanden. Radarsysteme stellen jedoch ein zentrales Element unserer Luftverteidigung dar und entsprechend ist es notwendig diese Hyperschalleffekte und ihre Auswirkungen genauer zu erforschen, um unseren Luftraum auch in Zukunft zuverlässig vor modernsten Bedrohungen schützen zu können.
Um die ungelösten Fragestellungen in diesem Zusammenhang anzugehen, haben sich Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg, des Deutsch-Französischen Forschungsinstituts ISL in Saint-Louis (Frankreich) und des DLR Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen und Braunschweig in der interdisziplinären Forschungsinitiative Hypersonic Signature Studies for Radar (HypS²tar) zusammengeschlossen. Mit den Hyperschall-Windkanälen, die die Anströmung bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Flughöhen nachbilden können, Rechenclustern für aufwändige numerische Radar- und Aerodynamik-Simulationen, modernsten experimentellen Breitband-Radarsystemen und erfahrenen Experten verfügt HypS²tar über alle notwendigen Voraussetzungen, um Hyperschall-Radar-Signaturen sowohl zu berechnen als auch zu vermessen und die Prozesse besser zu verstehen.
Seit 2020 konnte so eine Vielzahl an Hyperschall-Radardaten in Windkanälen vermessen und nachsimuliert werden. Einer numerischen Machbarkeitsstudie [1] folgten mit den „HypS²tar 1a“-Messungen im August 2021 (Abb.1) die ersten Radarmessungen von Hyperschall-Signaturen einer 15 cm Kugel im ISL Windkanal STB [2]. Die Messtechnik wurde eigens für den Einsatz in der etwa 1 m³ großen Messkammer unter Vakuumbedingungen vor dem Versuch und der Hyperschallströmung während des Versuches entwickelt. Direkt im Anschluss wurde im Oktober desselben Jahres eine 8 cm Kugel im Göttinger HEG (DLR) vermessen („HypS²tar 1b“, Abb. 2). Mit den gewonnenen Erfahrungen wurden im Jahr darauf (2022) die „HypS²tar 1a“-Messungen mit einem verbesserten Aufbau wiederholt („HypS²tar 1c“, Abb. 3). 2023 wurden verschiedene Kegel-Geometrien („HypS²tar 2a“, Abb. 4) und eine HGV-Geometrie aus Braunschweig („HypS²tar 3a“, Abb. 5) im HEG vermessen. Mit „HypS²tar 2b“ wurde 2024 der Einfluss der Turbulenz und Klappen untersucht. Zusätzlich wurden auch Daten aus öffentlichen Quellen verwendet, um das Verständnis zu verbessern. So wurde z.B. das RAM C-II Flugexperiment aus dem Jahre 1968 nachsimuliert und mit den damaligen Messwerten verglichen [3]. Der 1,5 m lange Braunschweiger Wellenreiter „HypS²tar 3b“ ist das neueste Projekt der Initiative (Abb. 6) und wird auch auf der Internationalen Luftfahrtausstellung (ILA) in Berlin 2024 ausgestellt. Für die Vermessung seines Radarquerschnittes wurde er metallisiert.
