mini|Typhoon mit PIRATE, auf der Backbordseite vor dem Cockpit. Im Hintergrund Hitzeflimmern durch die Abwärme des Flugzeuges.

Der EuroFIRST PIRATE () ist das Infrarotzielsystem der Eurofighter Typhoon. Er wird vom EuroFIRST Konsortium, bestehend aus SELEX Galileo, Thales Group und Tecnobit hergestellt. Der Sensor wurde explizit entwickelt, um sowjetische Tarnkappenflugzeuge auch unter schweren elektronischen Gegenmaßnahmen auf große Entfernungen orten zu können. Aufgrund der anspruchsvollen Leistungsanforderungen – der Sensor sollte wie ein Radar im Track-while-scan-Modus Ziele in drei Dimensionen orten, identifizieren und verfolgen können, sowie einen mit dem Radar vergleichbaren Beobachtungsbereich besitzen – kam es zu einer sehr langen Entwicklungsdauer. Vom Beginn der Entwicklung bis zur Auslieferung des ersten Sensors vergingen mehr als 15 Jahre. PIRATE ist der erste elektrooptische Sensor mit dieser Fähigkeit außerhalb Russlands.

PIRATE kann sowohl als Forward Looking Infrared (FLIR), als auch als Infrarotzielsystem (IRST) arbeiten. Bei der Auslieferung 2007 war die Leistungsfähigkeit durch die verfügbare Rechenleistung beschränkt. Im Jahr 2010 erfolgte die Evaluierung von PIRATE gegen Stealth-Kampfflugzeuge vom Typ F-22 Raptor, welche auf „signifikante Entfernung“ geortet werden konnten. Bis zum Jahr 2013 konnte die Ortungsreichweite von PIRATE durch Software-Updates weiter gesteigert werden. Aus Kostengründen wird nicht jeder Eurofighter mit diesem Bauteil bestückt.

Entwicklung Leistungsanforderungen

Analysen, die Ende der achtziger Jahre zum European Fighter Aircraft (EFA) erstellt wurden zeigten, dass die Ortungsreichweite des CAPTOR-Radars durch bekannte sowjetische Tarnkappentechnik und abstandswirksame Störsender auf unter 9 km sinken würde. Ferner wurde damit gerechnet, dass der Gegner zahlenmäßig überlegen sein würde, mindestens 2:1. Da in einem Dogfight meistens die Seite gewinnt, welche mehr Flugzeuge in den Kampf werfen kann, musste die Zahl der Gegner bereits im Anflug dezimiert werden. Um trotzdem Beyond Visual Range Gefechte führen zu können, wurde ein Infrarotzielsystem und Sensorfusion als notwendig erachtet. Die Ausschreibung verlangte, dass das IRST im Zusammenspiel mit Radar arbeiten würde, und deshalb etwa denselben Beobachtungsbereich besitzen sollte. Erfasste Ziele sollten automatisch verfolgt, charakterisiert und die Flugbahn bestimmt werden. Die Ziele sollten dabei auf einem Display wie bei einem Radar dargestellt werden. Ferner sollte dem Piloten ein Infrarotbild des Zieles dargestellt werden können, um dieses visuell zu identifizieren. Das System sollte auch als Forward Looking Infrared arbeiten können, um dem Piloten eine Landehilfe zu geben. Hauptschwierigkeit der Leistungsanforderungen war die Clutterunterdrückung; schätzungsweise würde das Infrarotzielsystem bis zu 1000 Falschziele pro Stunde zurückweisen müssen.

Spanien stieß zwar im September 1985 zum Eurofighter-Konsortium, jedoch wurde das Memorandum of Understanding zur Entwicklung des Infra-Red Search and Track (IRST) Systems erst 1988 unterzeichnet. 1989 bewarben sich dann zwei Industriekonsortien für den Auftrag: FIAR und Thorn-EMI, sowie GEC Avionics und Pilkington und Ferranti. Deutschland entschied 1991, aus Kostengründen nicht an der Entwicklung des Sensors teilzunehmen, behielt sich aber die spätere Nutzung vor. PIRATE lag damals bereits drei Jahre hinter dem Zeitplan. Während Deutschland einen Ausstieg vollzog, bestanden Spanien, Großbritannien und Italien auf dem IRST-System, und waren auch nicht bereit, weniger Performance zu akzeptieren, um die Kosten zu senken. Die britische Firma Thorn-EMI (heute Thales) gewann schließlich im September 1992 mit der italienischen FIAR und Spaniens Eurotronica die Ausschreibung für den Infrarotsensor des Eurofighters, der auf dem Air Defence Alerting Device (ADAD) basiert. Das hierfür gegründete EuroFIRST-Konsortium bestand später aus FIAR, Eurotronica und Pilkington Optronics, welche aus Thorn-EMI hervorging. Somit begann 1992 die Entwicklung des Sensors.

Grundlagenforschung

Da die Mechanik auf Basis des ADAD entwickelt wurde, lag die Herausforderung in der Entwicklung der Software, durch welche die radar-ähnliche Fähigkeit des Infrarotzielsystems gewährleistet wird. Praktischerweise konnten die Erfahrungen, die bereits auf dem Gebiet der Radarprozessoren vorlagen, auf das IRST übertragen werden. mini|Stormer HVM der British Army im Sauerland. Die Sensorkuppel des ADAD befindet sich auf dem Turm.

Das Air Defence Alerting Device (ADAD) wurde von der britischen Firma Thorn-EMI für die British Army entwickelt, und im Juli 1993 in Dienst gestellt. Der kleine Infra-Red Search and Track (IRST) Sensor sollte durch horizontale 2D-Scans im Wellenlängenbereich von 8–13 µm helfen, MANPADS-Systeme in ihre Ziele einzuweisen. Zwischen 1999 und 2000 wurden in Großbritannien eine Reihe von Untersuchungen mit dem ADAD-Sensor durchgeführt, um das Problem von Stealth und Störsendern bei der Luftverteidigung in den Griff zu bekommen. Auch im Kosovokrieg wurde jeder NATO-Lufteinsatz von Grumman EA-6 begleitet, was der serbischen Luftverteidigung zu schaffen machte. Als Lösung wurde eine Sensorfusion aus Radar- und Infrarotdaten untersucht. Ferner könnten damit auch Ziele mit Tarnkappentechnik geortet werden, da IRST bei Wellenlängen von 8–12 µm eine gute Empfindlichkeit gegenüber Zielen mit Raumtemperatur besitzen, und so die Außenhaut eines Fluggerätes geortet werden kann. Auch erhitzt sich die Flugzeughaut beim Überschallflug durch die Luftreibung weiter.

In Versuchen von Pilkington Optronics, BAE Systems und der Defence Evaluation and Research Agency (DERA) ließen sich für Radar optimierte Tarnkappenflugzeuge leicht durch IRST-Sensoren orten. Interessanterweise wurde festgestellt, dass die Stealth-Beschichtung mancher Fluggeräte die Luftreibung erhöhte, und damit die Wärmeabstrahlung. Da die Ortung von UAVs und Marschflugkörpern besonders schwierig ist, da diese sehr klein sind und nur wenig Radarrückstrahlfläche und Infrarotemissionen besitzen, konzentrierten sich praktische Versuche des Teams auf diese Ziele. Zuerst wurde eine BQM-74-Drohne, welche einen Marschflugkörper simulierte, durch einen modifizierten ADAD verfolgt. Dieser ließ sie nicht aus den Augen, bis die Drohne am Ende ihrer Flugstrecke den Fallschirm öffnete. Ab diesem Zeitpunkt verhielt sie sich nicht mehr wie ein Flugzeug, sodass sie vom Signalprozessor ignoriert wurde und als Ziel auf dem Display verschwand. Im nächsten Schritt wurde die Diskriminierung von Zielen vor warmem Hintergrund verbessert, konkret wurden mit einem speziellen ADAD Tests durchgeführt, um Helikopter trotz Clutter zu orten. Der Algorithmus stellte dem Operator nur den Helikopter dar, andere Infrarotquellen wurden ignoriert.

Als nächsten Schritt wurde durch Pilkington Optronics und DERA die Track-Fusion erprobt. Dazu wurden zwei ADAD als IRST/IRST-Sensorverbund betrieben, BAE Systems beteiligte sich an den Versuchen, wo ein ADAD mit einem Radar kombiniert wurde. Beide Sensoren orteten Ziele unabhängig voneinander, die Tracks wurden durch Sensorfusion kombiniert. Bei Tests konnten der IRST/IRST-Verbund anfliegende Helikopter erfolgreich orten, sowie die Flugbahn von drei Flugzeugen im Raum nachzeichnen. Durch die hohe Auflösung verglichen mit Radar war die Positionsbestimmung präziser. Die IRST/Radar-Fusion wurde gegen Helikopter getestet, dabei erwies sich die Zielverfolgung als robuster, und die Elevationsbestimmung als präziser. Die Erkenntnisse der ADAD-Versuche flossen in das IRST des Eurofighters ein.

Integration und Auslieferung

1998 wurde Pilkington Optronics von Thomson-CSF geschluckt, die später in Thales Group umbenannt wurde, und die Stelle von FIAR wurde in der Zwischenzeit von SELEX Galileo eingenommen. Spaniens Eurotronica wurde durch Tecnobit ersetzt. Im Sommer 2000 wurde das PIRATE-System erstmals in den veröffentlichten Spezifikationen des Eurofighters erwähnt. In Labortests wurde der Sensor auf einen Zwei-Achsen-Tisch montiert um die Bewegungen des Flugzeuges zu simulieren, und IR-Ziele verschiedenster Formen durch einen Kollimator in den Spiegel projiziert, um die Parameter zu prüfen. Dabei wurden Temperaturunterschiede bis 0,01 K erprobt, und das Rauschen im Sensor reduziert. Für (O-Ton) „Hack-Flugtests“ zur Optimierung der Software wurde eine modifizierte Dassault Falcon 20 verwendet, die Eurofighter-Testflüge erfolgten meist mit DA7 ab 2002. Der Eurofighter Typhoon sollte zu dieser Zeit bereits in Produktion gehen, dies verzögerte sich jedoch bis 2003. Die Auslieferung des PIRATE sollte parallel dazu beginnen.

2001 wurde mit den Flugtests begonnen, indem bei Überführungsflügen zwischen Turin und Sardinien die FLIR-Funktion erprobt wurde. Später wurden auch Gelegenheitsziele mit dem FLIR beobachtet, um die Integration in die Anzeigeelemente des Eurofighter abzustimmen. Anfangs war das Bild zu blass, besonders bei einförmigen Hintergründen, weswegen das Histogramm geändert werden musste. Die Prototyp-Software wurde dazu so geschrieben, dass diese während des Fluges angepasst werden konnte. Bei harten Manövern kam es auch zu hellem Flackern auf der Anzeige, was Softwareänderungen nötig machten. Ferner waren die Temperaturänderungen während des Fluges größer als im Labor angenommen, sodass die Algorithmen zur Temperaturkompensation komplett umgeschrieben werden mussten. Das teilweise unterschiedliche Verhalten von Pixeln auf dem Detektor führte zu schlieren im Bild, welche durch eine verbesserte Software entfernt wurden. Dazu wurde das Detektorelement nun vor der Auslieferung erprobt, um schlechte Pixel zu markieren. Abschließend wurden Landungen mit PIRATE als FLIR durchgeführt, um Notlandungen in feindlichem Gebiet, sumpfigen oder sandigen Gebieten, und Landungen auf improvisierten Landeplätzen zu demonstrieren. Aufgrund der Flugsicherheitsvorschriften fanden diese Landungen aber nie in kompletter Dunkelheit statt, da auf zivile Flughäfen zurückgegriffen wurde.

Da zur damaligen Zeit praktisch keine Fachliteratur zu dem Problem des Infrarotzielsystems existierte, entschied man sich für einen einfachen Ansatz: Der Sensor wurde im FLIR-Modus einfach aktiviert, und man wollte sehen, was er entdecken konnte. Dabei wurde festgestellt, dass Look-up-Szenarien (d. h. die Ziele liegen über dem Horizont) wesentlich angenehmer waren, da bei Look-down-Szenarien (d. h. die Ziele liegen unter dem Horizont) das Ziel aus dem IR-Hintergrund extrahiert werden muss. Folglich begann man zuerst am Look-up-Problem zu arbeiten. 2004 wurde der Sensor zum ersten Mal als IRST eingesetzt: Dabei wurde ein Ziel, das mit CAPTOR gefunden wurde von PIRATE im STT-Modus für 200 Sekunden verfolgt. Allerdings war zum damaligen Zeitpunkt die Falschalarmrate (FAR) zu hoch, es wurden auch Ziele gemeldet, die gar nicht existierten. Nach harten und kontroversen Diskussionen entschied man den Schwellenwert zu erhöhen, und sich langsam an (O-Ton) „extreme Ortungsreichweiten“ heranzuarbeiten. Der neue Schwellenwert wurde festgelegt, indem der Sensor auf das Dach des Herstellergebäudes montiert wurde, und der Verkehr des nahe gelegenen Zivilflughafens verfolgt wurde. Der durch diese Methode gewonnene Schwellenwert war so konservativ, dass in anschließenden Flugtests mit einem kooperativen Ziel dieses nur auf eine Handvoll Meilen verfolgt werden konnte. Dafür war die Falschalarmrate (FAR) praktisch Null. Nun stellte sich heraus, dass das Tracking schwierig war, wenn das Ziel zwischen zwei Scanstreifen lag und manövrierte. Eine präzisere Fertigung, eine Neupositionierung des Derotations-Prismas und eine Überarbeitung des Algorithmus waren die Lösung. mini|DA7 im Steigflug. MMX603 trug die Hauptlast der Testflüge für PIRATE