Wyjaśnienie dowodów słabości systemu obrony żelaznej kopuły

Uwaga redaktora: Czytelna odpowiedź na niedawne wiadomości, Israeli Rocket Defense System Failing at a krytycznym zadaniem, mówią eksperci, w którym cytowano Teda Postola, który powiedział, że Żelazna Kopuła nie detonuje skutecznie głowic, była tak negatywna i rozgniewała tak wielu ludzi, zwłaszcza Izraelczyków , że poprosiliśmy profesora Postola o wyjaśnienie, w jaki sposób doszedł do swoich wniosków io przedstawienie swoich danych. Z wdziękiem się zgodził. Poniższy artykuł reprezentuje jego opinię i niekoniecznie jest opinią Przegląd technologii MIT —i nie reprezentuje żadnej zbiorowej oceny dokonywanej przez MIT lub jeden z jej wydziałów, laboratoriów lub centrów. (To dlatego, że jesteśmy redakcyjnie niezależni od Instytutu.)

Wstęp

W pierwszych tygodniach lipca 2014 r. konflikt między Izraelem a Palestyńczykami w Strefie Gazy ponownie się nasilił. Doprowadziło to do nowej rundy zakrojonych na szeroką skalę ataków rakietowych Hamasu, działającego z Gazy, na izraelskie skupiska ludności. Ostatni taki atak rakietowy na dużą skalę między Hamasem a Izraelem miał miejsce w listopadzie 2012 r. Podczas konfliktu w listopadzie 2012 r. na niebie zaobserwowano dużą liczbę zdjęć smug kondensacyjnych Iron Dome. Te smugi kondensacyjne ujawniły, że wskaźnik przechwytywania Iron Dome był bardzo niski – być może tak niski, jak 5 procent lub mniej.

Ten artykuł wyjaśnia, dlaczego geometria smug sfotografowanych na niebie wskazuje, czy próba przechwycenia Iron Dome miała jakąkolwiek szansę na przechwycenie celu rakiety artyleryjskiej.

Pokażę przykładowe dane wskazujące, że wydajność Iron Dome była bardzo niska w listopadzie 2012 r., a podobne dane za lipiec 2014 r., które wskazują, że wydajność Iron Dome prawie półtora roku później prawdopodobnie nie uległa poprawie.

Obecnie trwa zbieranie danych za lipiec 2014 roku. Jednak wszystkie zebrane przeze mnie dane wskazują, że wydajność Iron Dome nie uległa poprawie.

Jednym z najbardziej wymagających problemów w przechwytywaniu rakiety artyleryjskiej jest to, że przechwytujący musi zniszczyć głowicę rakiety. Jeśli przechwytujący uderzy w tylny koniec rakiety, wszystko, co się stanie, to uszkodzenie zużytej rury silnika rakiety, która jest w zasadzie pustą rurą. Uszkodzenie tylnego końca rakiety artyleryjskiej w zasadzie nie ma wpływu na wynik starcia. Odłamki rakiety w zasadzie spadną na ten sam obszar obrony, a głowica prawie na pewno spadnie na ziemię i eksploduje. Te fakty oznaczają, że jedyną sensowną definicją udanego przechwycenia jest zniszczenie głowicy rakiety artyleryjskiej. Jak zostanie pokazane w dalszej dyskusji, zniszczenie głowicy rakiety artyleryjskiej jest znacznie bardziej wymagające niż uszkodzenie innych części rakiety artyleryjskiej lub skuteczne uszkodzenie samolotu, powodując niepowodzenie misji.

Ochrona ludności rozsianej po obszarach chronionych przed niebezpieczeństwem takich ataków rakietowych musi obejmować ochronę przed spadającymi gruzami, które mogą spowodować poważne obrażenia osób, które nie znajdują się w schronach ochronnych.

Jak omówię w dalszej części tego artykułu, Izrael w rzeczywistości ma niezwykle skuteczną obronę przeciwrakietową. Ta obrona to system wczesnego ostrzegania, który informuje ludzi na ziemi, że rakieta leci w ich kierunku, oraz schronienia zaaranżowane tak, aby jednostki mogły łatwo dostać się do ochrony w ciągu kilkudziesięciu sekund od ostrzeżenia. W artykule, o którym mowa w dalszej części tego artykułu, pokazano, że podczas bombardowania Londynu rakietami V-1 i V-2 sekundy wczesnego ostrzeżenia znacznie zmniejszyły ofiary i śmierć w wyniku pojedynczych ataków.

W szczególnym przypadku ataków rakietowych na Izrael przytłaczająca liczba głowic rakiet artyleryjskich mieści się w zakresie od 10 do 20 funtów, co sprawia, że ​​skuteczność schronów jest jeszcze większa.

Te dwa czynniki, mały rozmiar głowic oraz system ostrzegania i schronienia całkowicie wyjaśniają, dlaczego nie było ofiar ataków rakietowych.

Ocena, czy próba przechwycenia żelaznej kopuły powiodła się na podstawie zdjęć smug kondensacyjnych z żelazną kopułą

Najpierw pokażę, dlaczego przechwytujący Iron Dome musi zbliżać się do docelowej rakiety artyleryjskiej od frontu. Następnie pokażę, że przechwytujący Iron Dome nie ma praktycznie żadnych szans na zniszczenie głowicy nadlatujących rakiet artyleryjskich, jeśli przechwytuje rakietę z boku lub z tyłu.

Następnie przedstawię fotograficzne dowody smug kondensacyjnych na niebie, wskazujące, że myśliwce przechwytujące Iron Dome głównie ścigały lub atakowały rakiety artyleryjskie w geometrii bocznej.

Nie wiem, dlaczego Żelazne Kopuły nie strzelały do ​​większości rakiet artyleryjskich przy użyciu odpowiedniej geometrii z przodu. Jest jednak jasne, że system śledzenia i naprowadzania radaru Iron Dome nie działa, ponieważ początkowo wysyła przechwytywacze Iron Dome w celu przechwycenia punktów, co powoduje, że przechwytujący nie jest w stanie uzyskać odpowiedniej geometrii do skutecznego starcia z artylerią. rakiety.

Pokażę zdjęcia smug kondensacyjnych z listopada 2012 r. i lipca 2014 r. wskazujące, że żelazne kopuły nadal zachowują się nieregularnie – co skutkuje nadal bardzo niskimi wskaźnikami przechwycenia.

Ocena znaczenia smug kondensacyjnych z żelazną kopułą

Aby zrozumieć, dlaczego myśliwiec przechwytujący Iron Dome musi zbliżać się do rakiety artyleryjskiej od frontu, konieczne jest posiadanie podstawowej wiedzy na temat przechwytywacza Iron Dome.

Rysunek 1 poniżej pokazuje koncepcyjny obraz frontowego starcia myśliwca przechwytującego Iron Dome przeciwko rakiecie artyleryjskiej Grad. Niebieska przerywana linia emanująca z przedniej części myśliwca przechwytującego Iron Dome przedstawia linię widzenia tzw. lontu laserowego. Celem lontu laserowego jest wytworzenie wiązki światła, która będzie odbijać się od przedniego końca rakiety artyleryjskiej, tak aby przechwytujący mógł określić, że docelowa rakieta artyleryjska jest w trakcie mijania przechwytującego. Jak widać na schemacie, głowica przechwytująca Iron Dome jest umieszczona daleko za zespołem bezpieczników, w odległości około trzech stóp od szczeliny bezpiecznika laserowego. Daje to bezpiecznikowi wystarczająco dużo czasu, aby określić, gdzie znajduje się przód rakiety docelowej, oszacować, ile czasu zajmie przód rakiety artyleryjskiej, aby przejść równolegle do głowicy rakiety artyleryjskiej i zdetonować głowicę Iron Dome.

Opóźnienie czasowe jest dość krytyczne dla wielu zmiennych. Musi uwzględniać nie tylko położenie głowicy rakiety docelowej, ale także prędkość odłamków z głowicy Iron Dome, odległość chybienia, nierównoległą orientację rakiety przechwytującej Iron Dome w stosunku do rakiety artyleryjskiej oraz wysoką prędkość przechwytująca Iron Dome i rakiety artyleryjskiej.

Rysunek 2 pokazuje, w jaki sposób poruszają się odłamki przy założeniu, że prędkość przecinania rakiety przechwytującej i artyleryjskiej Iron Dome wynosi około 1200 metrów na sekundę, a odłamki głowicy Iron Dome są rzutowane z prędkością około 2100 metrów na sekundę prostopadle do osi przechwytywacz Iron Dome. Ponieważ rakieta przechwytująca Iron Dome porusza się z prędkością 1200 metrów na sekundę w stosunku do rakiety artyleryjskiej, należy dodać dodatkową prędkość przekraczania do prędkości bocznej 2100 metrów na sekundę odłamków. Kierunek netto chmury odłamków, który można zobaczyć, gdyby obserwator siedział na rakiecie artyleryjskiej, jest pokazany przez bladoniebieską strzałkę, która przechodzi zarówno przez głowicę Iron Dome, jak i przez głowicę rakiety artyleryjskiej.

Rysunek 3 pokazuje wynik, jeśli wszystko działa zgodnie z przeznaczeniem. Istnieje jednak szereg możliwych wyników, w których sukces jest bardzo prawdopodobny, a poza tym zakresem możliwość sukcesu drastycznie maleje.

Jak widać po strzałce oznaczonej 1500 metrów na sekundę na rysunkach 2 i 3, większa prędkość przeprawy może spowodować znaczną zmianę kierunku netto chmury odłamków. W związku z tym zapalnik musi określić najlepszy czas na detonację głowicy na podstawie prędkości przejścia, odległości celu rakiety artyleryjskiej podczas przechodzenia przez przechwytujący Iron Dome oraz różnych opóźnień zapalników związanych z detonacją głowicy przechwytującej Iron Dome.

Ze względu na niepewność co do dokładnej prędkości i geometrii skrzyżowania, nawet doskonały lont może nie umieścić śmiertelnych fragmentów na głowicy bojowej rakiety artyleryjskiej.

Ponadto, o ile odległość między głowicą Iron Dome a głowicą rakiety artyleryjskiej jest mała (mniej więcej metr), będzie znacznie zmniejszona szansa, że ​​fragment głowicy Iron Dome uderzy, przebije się i spowoduje detonacja rakiety artyleryjskiej.

Tak więc frontowe starcie nie gwarantuje, że pocisk przechwytujący Iron Dome zniszczy głowicę rakiety artyleryjskiej.

Rysunki 4 i 4A pokazują konsekwencje awarii czasu zapalnika w momencie, w którym prawie na pewno doszło do starcia między rakietą przechwytującą Iron Dome a rakietą artyleryjską pokazaną na zdjęciach na ziemi. Jak widać oglądając fotografię na ryc. 4, w miejscu, w którym spadła rakieta, doszło do znacznych uszkodzeń. To uszkodzenie było prawie na pewno spowodowane detonacją małej głowicy bojowej rakiety. Rysunek 4A pokazuje powiększony przedni koniec rakiety, gdzie widać dziury w zużytej i pustej obudowie silnika rakietowego, która znajdowała się bezpośrednio za głowicą. To zdjęcie pokazuje zatem przykład udanej próby przechwycenia Iron Dome.

W tym przypadku jest prawie pewne, że rakieta artyleryjska została zaatakowana przez przechwytujący Iron Dome, który prawidłowo zbliżał się do przodu rakiety artyleryjskiej. Niestety, komendy czasowe z bezpiecznika spowodowały, że fragmenty eksplodującej głowicy Iron Dome trafiły w rakietę artyleryjską po jej przejściu. Stosunkowo niska gęstość dziur w tylnym korpusie rakiety artyleryjskiej sugeruje, że spotkanie miało również stosunkowo dużą odległość chybienia — być może kilka metrów.

To zdjęcie ilustruje, jak nawet gdy rakieta przechwytująca Iron Dome znajduje się na właściwej trajektorii frontu, nadal może nie zniszczyć głowicy bojowej rakiety artyleryjskiej.

Rysunki 5, 6, 7 i 8 pokazują szczegółowe diagramy wektorowe, które pokazują, jak pocisk przechwytujący Iron Dome poradziłby sobie, gdyby uderzył w rakietę artyleryjską z różnych kierunków. Na tych wykresach prędkości są pokazane w stopach na sekundę, a nie w metrach na sekundę używanych na rysunkach 1, 2 i 3.

Rysunek 5 pokazuje prawie do przodu kierunek zaangażowania (zwróć uwagę, że wszystkie prędkości wektora są teraz wyrażone w stopach na sekundę). Dokładny przegląd geometrii starcia wykaże, że nawet umiarkowanie odchylony od frontu kierunek podejścia drastycznie zmniejszy prawdopodobieństwo wystrzelenia odłamków z głowicy Iron Dome na głowicę rakiety artyleryjskiej. Pokazuje to zatem, że geometria czołowa jest bardzo wrażliwa na małe błędy pozaczołowe, które mogą być wynikiem błędów głównego systemu sterowania w prowadzeniu i kontroli przechwytywacza Iron Dome.

Ten konkretny schemat (rysunek 5) pokazuje, jak ważne jest, aby główny system naprowadzania i kontroli umieszczał przechwytujący we właściwym miejscu, zanim rozpocznie proces naprowadzania na docelową rakietę artyleryjską.

Rysunki 6, 7 i 8 przedstawiają szczegółowe diagramy wektorowe dla potyczek przechwytujących, które zbliżają się do docelowej rakiety artyleryjskiej z boku lub z tyłu. Dokładna inspekcja geometrii wiązki wykrywającej bezpieczniki i rozprysk fragmentów głowicy Iron Dome pokazuje, że istnieją dwa bardzo poważne problemy z tego rodzaju potyczkami.

Po pierwsze, jeśli zapalnik wykryje rakietę artyleryjską, nie ma możliwości określenia, gdzie znajduje się głowica na rakiecie artyleryjskiej. Po drugie, jest prawie pewne, że nawet jeśli lont wybuchnie przypadkowo w momencie, gdy głowica może znajdować się w strumieniu głowicy Iron Dome, odległość między głowicą Iron Dome a głowicą rakiety artyleryjskiej będzie prawie we wszystkich okolicznościach bardzo duże, co skutkuje bardzo małą gęstością odłamków w miejscu położenia głowicy rakiety artyleryjskiej. Biorąc pod uwagę niewielką liczbę fragmentów, które może rozproszyć głowica Iron Dome, przekłada się to na bardzo dużą szansę, że żaden fragment nie trafi w głowicę. Co jeszcze trudniejsze, rzutowany obszar głowicy jest bardzo mały, ponieważ będzie napotykany z przodu lub z tyłu, a nie z boku. Ponadto odłamki z dużym prawdopodobieństwem uderzą w powierzchnie metalowe, które znajdują się pod bardzo małymi kątami tarcia w stosunku do kierunku ruchu odłamka. Spowoduje to, że fragmenty będą miały tendencję do odbijania się od powłoki lub prawie nie przekazują energii do celu. W związku z tym rysunki 6, 7 i 8 pokazują, że ze względów praktycznych prawdopodobieństwo, że pocisk przechwytujący Iron Dome może zniszczyć głowicę zaangażowanej rakiety artyleryjskiej, jest zasadniczo zerowe.

Co pokazują dane dotyczące wydajności Iron Dome w listopadzie 2012 i lipcu 2014?

Rysunki 9, 10 i 11 pokazują smugi kondensacyjne na niebie, które wskazują, że myśliwce przechwytujące Iron Dome próbowały zaatakować docelowe rakiety artyleryjskie, ścigając je od tyłu lub atakując je z boku.

Geometrię starcia można łatwo ustalić, ponieważ rakiety artyleryjskie spadają pod dużymi kątami elewacji w stosunku do ziemi — być może od 60 do 70 stopni w stosunku do pionu. Ten kąt powrotny wynika z oporu aerodynamicznego, który spowalnia rakietę artyleryjską i ostatecznie powoduje jej upadek pod stosunkowo stromym kątem.

Rysunki 12 i 13 przedstawiają zdjęcia, które miały być wykonane w lipcu 2014 roku. Znalazłem zdjęcia z listopada 2012 roku, które zostały błędnie oznaczone jako pochodzące z lipca 2012 roku, więc jestem w trakcie sprawdzania, czy zebrane zdjęcia zostały faktycznie zrobione w określone ramy czasowe. Te dwie fotografie zostały sprawdzone jako pochodzące z lipca 2014 roku.

Rysunek 14 pokazuje bardzo przybliżone oszacowanie oparte na moich obserwacjach z listopada 2012 roku, kiedy widziałem prawdopodobnie nie więcej niż 10 do 20 procent smug żelaznych kopuł, które wskazywały na geometrię zaangażowania, która była z przodu.

Jak pokazano w szacunkach wydajności, jeśli założymy, że geometria starcia i 20 procent starć było z przodu, wtedy oszacowałem, że prawdopodobieństwo zniszczenia głowicy bojowej SCUD może wynosić od 0,3 do 0,6. Tak więc, jeśli wszystkie inne zaangażowania skutecznie skutkowały zerowym prawdopodobieństwem przechwycenia, wówczas wskaźnik przechwycenia byłby mniej więcej

0,2 × (0,3 lub 0,6) = 0,06 do 0,12

Jest to wskaźnik przechwycenia, zdefiniowany jako zniszczenie głowicy rakiety artyleryjskiej, na poziomie od 6 do 12 procent.

Moje najlepsze oszacowanie jest takie, że mniej niż 20 procent potyczek, o których udało mi się uzyskać dane, było w rzeczywistości z przodu i nie mam żadnych informacji o rzeczywistych odległościach chybienia ani o tym, czy geometrie prób zaangażowania były zbliżone do antyrównoległych. Tak więc stwierdzenie, że wydajność przechwytywania Iron Dome wydaje się wynosić prawdopodobnie 5 procent lub mniej.

Przykład takiego obliczenia przedstawiono na rysunku 14.

Dlaczego ofiary ataków rakietowych w Izraelu są tak niskie?

Artykuł opublikowany w czasopiśmie Natura w 1993 roku zabrał głos w debacie na temat skuteczności systemu obrony przeciwrakietowej Patriot podczas wojny w Zatoce Perskiej w 1991 roku. W tym czasie pojawiały się te same pytania — dlaczego uszkodzenia były tak niskie i dlaczego było tak mało ofiar? (Wszystkie raporty wskazują teraz, że była tylko jedna ofiara z bezpośrednich skutków ataków SCUD. Ta ofiara została spowodowana przez pocisk Patriot, który zanurkował na ziemię, próbując przechwycić pocisk SCUD.)

W przypadku ataków SCUD na Izrael wystrzelono znacznie mniej rakiet (prawdopodobnie około 40), ale głowice bojowe pocisków były znacznie większe – około 500 funtów. Niemniej jednak wiele głowic SCUD spadło na otwartych przestrzeniach, wyrządzając stosunkowo niewielkie uszkodzenia. W przypadkach, gdy głowice spadły w pobliżu budynków, środki obrony cywilnej zasadniczo chroniły ludność przed skutkami uderzenia SCUD.

Rysunki 15, 16 i 17 pokazują uszkodzenia w Izraelu spowodowane atakami rakietowymi artylerii w listopadzie 2012 r. i lipcu 2014 r. Jak widać oglądając zdjęcia, nawet gdy rakiety uderzają w budynki, uszkodzenia są zwykle dość zlokalizowane. Nie oznacza to, że osoby w obszarze ataku rakietowego nie zostałyby ranne ani zabite, gdyby znajdowały się wystarczająco blisko miejsca uderzenia, ale jest bardzo jasne, że głowice nie są wystarczająco duże, aby spowodować ofiary lub śmierć tych, którzy są odpowiednio osłonięte.

Dla kontrastu, liczby 17 i 18 pokazują wyniki ataków bombowych w Gazie w lipcu 2014 r. Dokładny uzysk bomb jest niepewny, ale wydaje się, że prawdopodobnie mieszczą się one w kategorii od 1000 do 2000 funtów. W takich przypadkach próby schronienia ludności mogą się nie powieść, ponieważ niewiele schronów jest w stanie wytrzymać szkody, jakie mogą wyrządzić tak duże bomby.

To znowu ilustruje, że mały rozmiar głowic rakiet artyleryjskich i zdolność do szybkiego ostrzegania populacji o nadchodzących małych głowicach jest niezwykle wydajną obroną, która działa znacznie skuteczniej niż Żelazna Kopuła.

Theodore Postol jest profesorem nauki, technologii i polityki bezpieczeństwa narodowego w Programie Nauki, Technologii i Społeczeństwa na MIT.

Rysunek 1

Rysunek 2

Rysunek 3

Rysunek 4

Rysunek 4A

Rysunek 5

Rysunek 6

Rysunek 7

Cyfra 8

Rysunek 9 (listopad 2012)

Rysunek 10 (listopad 2012)

Rysunek 11 (listopad 2012)

Rysunek 12 (10 lipca 2014)

Dwie rakiety zestrzelone nad Sderot w czwartek. (Źródło zdjęcia: Mitch Ginsburg/Times of Israel)

Rysunek 13 (8 lipca 2014)

Zdjęcie zrobione we wtorek, 8 lipca

Rysunek 14

Rysunek 15

Rysunek 16

Rakieta eksplodowała w pobliżu drogi w radzie regionalnej Sdot Negev, powodując uszkodzenia drogi, ale bez obrażeń. (lipiec 2014)

Rysunek 17

Dach zaatakowanej obory

Żelazna Kopuła przechwyciła również rakietę wystrzeloną w południowym mieście Netivot, również w rejonie Gazy. Mieszkańcy twierdzą, że w rejonie Aszdod zginęło około 10 krów, a wiele innych zostało rannych po tym, jak rakieta uderzyła w oborę w lokalnym moszawie.

Rysunek 18

Rysunek 19

ukryć