September 28, 2021

Wetter als Machtverstärker: Das Wetter im Jahre 2025 beherrschen

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Ein Forschungspapier
Vorgelegt für die

Luftwaffe im Jahr 2025

von

Oberst Tamzy J. House
Oberstleutnant James B. Near, Jr.
LTC William B. Shields (USA)
Major Ronald J. Celentano
Major David M. Husband
Major Ann E. Mercer
Major James E. Pugh

August 1996

Disclaimer

„2025“ ist eine Studie, die auf Anweisung des Generalstabschefs der Luftwaffe durchgeführt wurde, um die Konzepte, Fähigkeiten und Technologien zu untersuchen, die die Vereinigten Staaten benötigen, um auch in Zukunft die dominierende Luft- und Raumfahrtmacht zu bleiben. Dieser am 17. Juni 1996 vorgelegte Bericht wurde in der Schule des Verteidigungsministeriums der akademischen Freiheit und im Interesse der Förderung von Konzepten im Zusammenhang mit der nationalen Verteidigung erstellt. Die in diesem Bericht geäußerten Ansichten sind die der Autoren und spiegeln nicht die offizielle Politik oder Position der United States Air Force, des Verteidigungsministeriums oder der Regierung der Vereinigten Staaten wider. Dieser Bericht enthält fiktive Darstellungen von zukünftigen Situationen/Szenarien. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen oder Ereignissen sind unbeabsichtigt und dienen nur der Veranschaulichung. Diese Publikation wurde von Sicherheits- und Politikprüfungsbehörden geprüft, ist nicht klassifiziert und zur Veröffentlichung für die Öffentlichkeit freigegeben.

Zusammenfassung

Im Jahr 2025 können die US-Luft- und Raumfahrtstreitkräfte das Wetter beherrschen, indem sie sich neue Technologien zunutze machen und die Entwicklung dieser Technologien auf Anwendungen für die Kriegsführung ausrichten. Eine solche Fähigkeit bietet den Kämpfern Werkzeuge, mit denen sie das Schlachtfeld auf nie dagewesene Weise gestalten können. Sie bietet Möglichkeiten zur Beeinflussung von Operationen über das gesamte Konfliktspektrum hinweg und ist für alle möglichen Zukunftsszenarien von Bedeutung. Der Zweck dieses Papiers ist es, eine Strategie für den Einsatz eines zukünftigen Wetterbeeinflussungssystems zu skizzieren, um militärische Ziele zu erreichen, und nicht, einen detaillierten technischen Fahrplan zu erstellen.

Die Wetterbeeinflussung ist ein risikoreiches und lohnendes Unterfangen und birgt ein Dilemma, das der Atomspaltung nicht unähnlich ist. Während einige Teile der Gesellschaft immer zögern werden, sich mit kontroversen Themen wie der Wetteränderung zu befassen, werden die enormen militärischen Möglichkeiten, die sich aus diesem Bereich ergeben könnten, auf unsere eigene Gefahr hin ignoriert. Von der Verbesserung befreundeter Operationen oder der Störung feindlicher Operationen durch die Veränderung natürlicher Wettermuster in kleinem Maßstab bis hin zur vollständigen Beherrschung der globalen Kommunikation und der Kontrolle des Gegenraums bietet die Wettermodifikation dem Kämpfer eine breite Palette möglicher Optionen, um einen Gegner zu besiegen oder zu erpressen. Einige der potenziellen Fähigkeiten, die ein System zur Wetterbeeinflussung einem Oberbefehlshaber (CINC) bieten könnte, sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Für eine integrierte Wetterbeeinflussungsfähigkeit sind technologische Fortschritte in fünf Hauptbereichen erforderlich: (1) fortgeschrittene nichtlineare Modellierungstechniken, (2) Rechenkapazität, (3) Informationserfassung und -übertragung, (4) ein globales Sensorarray und (5) Wetterinterventionstechniken. Einige Eingriffsinstrumente existieren bereits heute, andere werden in Zukunft entwickelt und verfeinert.

Tabelle 1

FEINDLICHE KRÄFTE SCHWÄCHENSTÄRKUNG DER EIGENEN KRÄFTE
NiederschlagsverbesserungNiederschlagsvermeidung
Kommunikationswege überflutenLOC aufrechterhalten/verbessern
PGM/Recce-Effektivität verringernSichtbarkeit aufrechterhalten
Komfortniveau/Moral senken Komfortniveau/Moral erhalten
SturmverstärkungSturmmodifikation
Verweigerungsoperationen Schlachtfeldumgebung wählen
NiederschlagsverweigerungWeltraumwetter
Verweigerung frischen WassersVerbesserung der Kommunikationszuverlässigkeit
Dürre auslösenFeindliche Übertragungen abfangen
Raumfahrtaktiva revitalisieren
WeltraumwetterNebel- und Wolkenerzeugung
Kommunikation/Radar störenVerborgenheit erhöhen
Weltraumaktiva abschalten/zerstören
Beseitigung von Nebel und Wolken Beseitigung von Nebel und Wolken
Verborgenheit verweigernAufrechterhaltung des Flugplatzbetriebs
Erhöhte Anfälligkeit für PGM/Recce Verbesserung der PGM-Effektivität
Feindliche Wetteraktivitäten erkennenGegen feindliche Fähigkeiten verteidigen

Die derzeitigen Technologien, die in den nächsten 30 Jahren ausgereift sein werden, werden jedem, der über die notwendigen Ressourcen verfügt, die Möglichkeit bieten, Wettermuster und ihre entsprechenden Auswirkungen zumindest auf lokaler Ebene zu verändern. Die gegenwärtigen demografischen, wirtschaftlichen und ökologischen Trends werden zu einer globalen Belastung führen, die vielen Ländern oder Gruppen den nötigen Anstoß geben wird, diese Fähigkeit zur Wettermodifikation in die Tat umzusetzen.

In den Vereinigten Staaten wird die Wetterbeeinflussung wahrscheinlich zu einem Teil der nationalen Sicherheitspolitik werden, die sowohl im Inland als auch international Anwendung findet. Unsere Regierung wird eine solche Politik, je nach ihren Interessen, auf verschiedenen Ebenen verfolgen. Diese Ebenen könnten unilaterale Maßnahmen, die Beteiligung an einem Sicherheitsrahmen wie der NATO, die Mitgliedschaft in einer internationalen Organisation wie der UNO oder die Beteiligung an einer Koalition umfassen. Geht man davon aus, dass unsere nationale Sicherheitsstrategie im Jahr 2025 die Wettermodifikation einschließt, so wird ihr Einsatz in unserer nationalen Militärstrategie selbstverständlich folgen. Neben den bedeutenden Vorteilen, die eine solche operative Fähigkeit mit sich bringen würde, besteht eine weitere Motivation für die Wettermodifikation darin, potenzielle Gegner abzuschrecken und zu bekämpfen.

In diesem Papier zeigen wir, dass die geeignete Anwendung von Wettermodifikation eine nie dagewesene Dominanz im Kampfgebiet ermöglichen kann. In Zukunft werden solche Operationen die Überlegenheit in der Luft und im Weltraum verstärken und neue Optionen für die Gestaltung des Gefechtsfeldes und die Wahrnehmung des Gefechtsfeldes bieten.1 „Die Technologie ist da und wartet darauf, dass wir sie nutzen“2; im Jahr 2025 können wir „das Wetter beherrschen“.

Fußnoten

[1] Die in diesem Papier beschriebenen Fähigkeiten zur Wetteränderung entsprechen den Einsatzumgebungen und Aufgaben, die für die Luft- und Raumfahrtkräfte im Jahr 2025 relevant sind, wie sie von AF/LR, einem dem CSAF unterstellten Büro für Langfristplanung, definiert wurden [basierend auf dem AF/LR PowerPoint-Briefing „Air and Space Power Framework for Strategy Development (jda-2lr.ppt)“].

[2] General Gordon R. Sullivan, „Moving into the 21st Century: America’s Army and Modernization“, Military Review (Juli 1993), zitiert in Mary Ann Seagraves und Richard Szymber, „Weather a Force Multiplier“, Military Review, November/Dezember 1995, 75.


Kapitel 1

Einführung

Szenario: Stellen Sie sich vor, dass die USA im Jahr 2025 gegen ein reiches, aber inzwischen konsolidiertes, politisch mächtiges Drogenkartell in Südamerika kämpfen. Das Kartell hat Hunderte von in Russland und China gebauten Kampfflugzeugen gekauft, die unsere Versuche, ihre Produktionsanlagen anzugreifen, erfolgreich vereitelt haben. Aufgrund ihrer zahlenmäßigen Überlegenheit und ihrer inneren Linien kann das Kartell mehr als 10 Flugzeuge für jedes unserer in die Luft bringen. Darüber hinaus nutzt das Kartell das französische Ortungs- und Verfolgungssystem SPOT (System probatoire d’observation de la terre), das im Jahr 2025 in der Lage sein wird, multispektrale Bilder mit einer Auflösung von einem Meter nahezu in Echtzeit zu übermitteln. Die USA wollen den Feind auf einem ungleichen Spielfeld bekämpfen, um das volle Potenzial unserer Flugzeuge und Munition auszuschöpfen.

Meteorologische Analysen zeigen, dass es im äquatorialen Südamerika das ganze Jahr über täglich nachmittags Gewitter gibt. Unsere Nachrichtendienste haben bestätigt, dass Kartellpiloten nur ungern bei Gewitter oder in der Nähe von Gewittern fliegen. Daher hat unser Wetterunterstützungselement (Weather Force Support Element, WFSE), das zum Luftoperationszentrum (AOC) des Oberbefehlshabers (CINC) gehört, die Aufgabe, Gewitterbahnen vorherzusagen und Gewitterzellen über kritischen Zielgebieten auszulösen oder zu verstärken, die der Feind mit seinen Flugzeugen verteidigen muss. Da unsere Flugzeuge im Jahr 2025 allwettertauglich sind, ist die Bedrohung durch Gewitter für unsere Streitkräfte minimal, und wir können den Himmel über dem Ziel wirksam und entschlossen kontrollieren.

Das WFSE verfügt über die notwendigen Sensor- und Kommunikationsfähigkeiten, um Wetterveränderungen zu beobachten, zu erkennen und darauf zu reagieren, um die militärischen Ziele der USA zu unterstützen. Diese Fähigkeiten sind Teil eines fortschrittlichen Gefechtsfeldsystems, das den Kriegsführungs-CINC unterstützt. In unserem Szenario beauftragt der CINC das WFSE mit der Durchführung von Sturmverstärkungs- und Verdeckungsoperationen. Der WFSE modelliert die atmosphärischen Bedingungen und prognostiziert mit 90-prozentiger Sicherheit die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Veränderung durch Wolkenerzeugung und -aussaat aus der Luft.

Im Jahr 2025 werden unbemannte Luft- und Raumfahrzeuge (UAV) routinemäßig für Wetterbeeinflussungsoperationen eingesetzt. Durch den Abgleich der gewünschten Angriffszeiten mit den Wind- und Gewittervorhersagen und der voraussichtlichen Umlaufbahn des SPOT-Satelliten erstellt das WFSE Einsatzprofile für jedes UAV. Das WFSE steuert jedes UAV anhand von Informationen, die nahezu in Echtzeit von einem vernetzten Sensorarray stammen.

Vor dem Angriff, der mit den vorhergesagten Wetterbedingungen koordiniert wird, beginnen die UAVs mit der Erzeugung von Wolken und der Aussaat. Die UAVs verbreiten eine Zirruswolke, um die gegnerische Sicht- und Infrarotüberwachung zu verhindern. Gleichzeitig erzeugen Mikrowellenstrahler eine örtlich begrenzte Szintillation, um die aktive Erfassung durch Radarsysteme mit synthetischer Apertur (SAR) zu stören, wie z. B. das kommerziell erhältliche kanadische satellitengestützte Such- und Rettungssystem (SARSAT), das ab 2025 allgemein verfügbar sein wird. Andere Cloud Seeding-Operationen bewirken, dass sich ein aufziehendes Gewitter über dem Ziel verstärkt, wodurch die Verteidigungsmöglichkeiten des Gegners stark eingeschränkt werden. Der WFSE überwacht die gesamte Operation in Echtzeit und stellt den erfolgreichen Abschluss einer weiteren sehr wichtigen, aber routinemäßigen Wettermodifizierungsmission fest.

Dieses Szenario mag weit hergeholt erscheinen, aber bis 2025 liegt es im Bereich des Möglichen. Das nächste Kapitel befasst sich mit den Gründen für die Wetteränderung, definiert den Umfang und untersucht die Trends, die sie in den nächsten 30 Jahren möglich machen werden.


Kapitel 2

Erforderliche Fähigkeiten

Warum sollten wir mit dem Wetter herumspielen wollen?

General Gordon Sullivan, ehemaliger Generalstabschef der Armee, sagte: „Mit dem technologischen Sprung ins 21. Jahrhundert werden wir in der Lage sein, den Feind bei Tag und Nacht und bei jedem Wetter zu sehen und ihn unerbittlich zu verfolgen.“1 Eine globale, präzise, robuste, systematische Fähigkeit zur Wetterbeeinflussung in Echtzeit würde den Oberbefehlshabern der Streitkräfte einen starken Multiplikator zur Erreichung ihrer militärischen Ziele an die Hand geben. Da das Wetter in allen möglichen Zukünften eine Rolle spielen wird, wäre eine Wetterbeeinflussungsfähigkeit universell einsetzbar und über das gesamte Konfliktspektrum hinweg von Nutzen. Die Fähigkeit, das Wetter selbst in kleinem Maßstab zu beeinflussen, könnte es von einem Kräfteminderer zu einem Kräftevervielfacher machen.

Die Menschen wollten schon immer etwas für das Wetter tun. In den USA berichten Zeitungsarchive bereits 1839 von Menschen mit ernsthaften und kreativen Ideen, wie man Regen machen könnte.2 1957 erkannte der beratende Ausschuss des Präsidenten für Wetterkontrolle ausdrücklich das militärische Potenzial der Wettermodifikation an und warnte in seinem Bericht, dass sie zu einer wichtigeren Waffe als die Atombombe werden könnte.3

Die seit 1947 geführte Kontroverse über die möglichen rechtlichen Folgen der absichtlichen Veränderung großer Sturmsysteme führte jedoch dazu, dass in Zukunft nur wenige Experimente mit Stürmen durchgeführt werden konnten, die das Potenzial hatten, das Land zu erreichen.4 1977 verabschiedete die UN-Generalversammlung eine Resolution, die den feindlichen Einsatz von Umweltmodifikationstechniken verbot. Das daraus resultierende „Übereinkommen über das Verbot der militärischen oder sonstigen feindseligen Nutzung von Umweltmodifikationstechniken (ENMOD)“ verpflichtete die Unterzeichner, von jeglicher militärischen oder sonstigen feindseligen Nutzung von Wettermodifikationstechniken abzusehen, die weitreichende, lang anhaltende oder schwerwiegende Auswirkungen haben könnte.5 Diese beiden Ereignisse haben die Forschung im Bereich der Wettermodifikation zwar nicht zum Erliegen gebracht, aber ihr Tempo und die Entwicklung damit verbundener Technologien erheblich gebremst und gleichzeitig dazu geführt, dass man sich in erster Linie auf Unterdrückungs- und nicht auf Intensivierungsmaßnahmen konzentriert.

Der Einfluss des Wetters auf militärische Operationen ist seit langem bekannt. Während des Zweiten Weltkriegs sagte Eisenhower:

In Europa ist schlechtes Wetter der schlimmste Feind der Luftoperationen. Ein Soldat sagte einmal: „Das Wetter ist immer neutral“. Nichts könnte unwahrer sein. Schlechtes Wetter ist natürlich der Feind derjenigen Seite, die Projekte in Angriff nehmen will, für die gutes Wetter erforderlich ist, oder derjenigen Seite, die über große Trümpfe verfügt, wie z.B. starke Luftstreitkräfte, die für wirksame Operationen auf gutes Wetter angewiesen sind. Wenn wirklich schlechtes Wetter dauerhaft anhalten würde, bräuchten die Nazis nichts anderes, um die Küste der Normandie zu verteidigen!6

Auch bei den jüngsten Militäroperationen hat das Wetter eine wichtige Rolle gespielt. Während des ersten Einsatzes zur Unterstützung der Friedensoperation in Bosnien wurde eine beträchtliche Anzahl von Einsätzen in Tuzla wegen des Wetters abgebrochen. Während der Operation Wüstensturm bat General Buster C. Glosson seinen Wetteroffizier, ihm mitzuteilen, welche Ziele innerhalb von 48 Stunden frei sein würden, um sie in den Air Tasking Order (ATO) aufnehmen zu können.7 Die derzeitige Vorhersagefähigkeit beträgt jedoch nur 85 Prozent der Genauigkeit für höchstens 24 Stunden, was den Anforderungen des ATO-Planungszyklus nicht gerecht wird. Mehr als 50 Prozent der F-117-Einsätze wurden über ihren Zielen wetterbedingt abgebrochen, und die A-10 flogen in den ersten beiden Tagen der Kampagne aufgrund der geringen Bewölkung nur 75 von 200 geplanten Luftnahunterstützungseinsätzen (CAS).8 Der Einsatz von Wettermodifikationstechnologie, um eine Lücke über den Zielen zu schließen, die lang genug ist, damit die F-117 angreifen und Bomben auf die Ziele abwerfen können, oder um den Nebel von der Landebahn in Tuzla zu beseitigen, wäre ein sehr effektiver Kraftverstärker gewesen. Die Wettermodifikation hat eindeutig das Potenzial, auf operativer Ebene militärisch genutzt zu werden, um die Auswirkungen von Nebel und hinderlichen Reibungen auf die Operationen der eigenen Truppen zu verringern und auf die des Gegners erheblich zu verstärken.

Was verstehen wir unter „Wettermodifikation“?

Heute versteht man unter Wettermodifikation die Veränderung von Wetterphänomenen in einem begrenzten Gebiet für einen begrenzten Zeitraum.9 Innerhalb der nächsten drei Jahrzehnte könnte sich das Konzept der Wettermodifikation auf die Fähigkeit ausweiten, Wettermuster durch die Beeinflussung ihrer bestimmenden Faktoren zu formen.10 Um in den nächsten 30 Jahren eine solche hochpräzise und einigermaßen präzise Wettermodifikation zu erreichen, müssen einige schwierige, aber nicht unüberwindbare technische und rechtliche Hürden überwunden werden.

Technologisch gesehen müssen wir ein solides Verständnis der Variablen haben, die das Wetter beeinflussen. Wir müssen in der Lage sein, die Dynamik ihrer Beziehungen zu modellieren, die möglichen Ergebnisse ihrer Interaktionen abzubilden, ihre tatsächlichen Echtzeitwerte zu messen und ihre Werte zu beeinflussen, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Die Gesellschaft muss die Ressourcen und die Rechtsgrundlage für die Entwicklung einer ausgereiften Fähigkeit bereitstellen. Wie könnte all dies geschehen? Das folgende fiktive Szenario zeigt, wie die Wetteränderung bis 2025 sowohl technisch machbar als auch gesellschaftlich wünschenswert werden könnte.

Bis zum Jahr 2005 werden die technologischen Fortschritte in der Meteorologie und die Nachfrage nach präziseren Wetterinformationen durch die globale Wirtschaft zur erfolgreichen Identifizierung und Parametrisierung der wichtigsten Variablen führen, die das Wetter beeinflussen. Bis 2015 werden die Fortschritte bei den Rechenkapazitäten, den Modellierungstechniken und der Verfolgung atmosphärischer Informationen zu einer äußerst genauen und zuverlässigen Wettervorhersage führen, die anhand des realen Wetters überprüft wird. Im folgenden Jahrzehnt wird die Bevölkerungsdichte die weltweite Verfügbarkeit und die Kosten von Nahrungsmitteln und nutzbarem Wasser unter Druck setzen. Massive Verluste an Menschenleben und Eigentum im Zusammenhang mit natürlichen Wetterkatastrophen werden zunehmend inakzeptabel. Dieser Druck veranlasst Regierungen und/oder andere Organisationen, die in der Lage sind, aus den technologischen Fortschritten der letzten 20 Jahre Kapital zu schlagen, dazu, eine hochgenaue und einigermaßen präzise Wetterbeeinflussung anzustreben. Die zunehmende Dringlichkeit, die Vorteile dieser Fähigkeit zu nutzen, führt zu Gesetzen und Verträgen sowie zu einigen einseitigen Maßnahmen, die die Risiken, die für die Validierung und Verfeinerung dieser Fähigkeit erforderlich sind, akzeptabel machen. Im Jahr 2025 wird die Welt oder werden Teile davon in der Lage sein, lokale Wettermuster zu gestalten, indem sie die Faktoren beeinflussen, die das Klima, den Niederschlag, Stürme und deren Auswirkungen, Nebel und den nahen Weltraum betreffen. Diese hochpräzisen und einigermaßen präzisen zivilen Anwendungen der Technologie zur Wetterbeeinflussung haben offensichtliche militärische Implikationen. Dies gilt insbesondere für die Luft- und Raumfahrtstreitkräfte, denn das Wetter kann sich zwar auf alle Operationsmedien auswirken, aber es wirkt in unserem Medium.

Der Begriff Wetterbeeinflussung kann für viele Menschen, sowohl für Zivilisten als auch für Militärangehörige, eine negative Konnotation haben. Es ist daher wichtig, den in diesem Papier zu betrachtenden Bereich zu definieren, damit potenzielle Kritiker oder Befürworter weiterer Forschung eine gemeinsame Diskussionsgrundlage haben.

Im weitesten Sinne lässt sich die Wettermodifikation in zwei Hauptkategorien unterteilen: Unterdrückung und Verstärkung von Wettermustern. In extremen Fällen kann es sich um die Schaffung völlig neuer Wettermuster, die Abschwächung oder Kontrolle schwerer Stürme oder sogar um eine weitreichende und/oder lang anhaltende Veränderung des globalen Klimas handeln. In den mildesten und am wenigsten umstrittenen Fällen kann es darum gehen, Niederschläge, Wolken oder Nebel für kurze Zeit in einem kleinen Gebiet zu erzeugen oder zu unterdrücken. Andere Anwendungen von geringer Intensität könnten die Veränderung und/oder Nutzung des nahen Weltraums als Medium zur Verbesserung der Kommunikation, zur Störung aktiver oder passiver Sensoren oder zu anderen Zwecken umfassen. Bei der Durchführung der Untersuchungen für diese Studie wurde zunächst eine möglichst breite Auslegung der Wettermodifikation angestrebt, um ein möglichst breites Spektrum an Möglichkeiten für unser Militär im Jahr 2025 in Betracht zu ziehen. Aus mehreren Gründen, die im Folgenden beschrieben werden, konzentriert sich dieses Papier jedoch in erster Linie auf lokalisierte und kurzfristige Formen der Wettermodifikation und darauf, wie diese in die Kriegsführungsfähigkeit einbezogen werden könnten. Zu den erörterten Hauptbereichen gehören die Erzeugung und Auflösung von Niederschlag, Wolken und Nebel, die Modifizierung lokal begrenzter Sturmsysteme sowie die Nutzung der Ionosphäre und des nahen Weltraums für die Kontrolle des Weltraums und die Beherrschung der Kommunikation. Diese Anwendungen stehen im Einklang mit CJCSI 3810.01, „Meteorologische und ozeanographische Operationen“11.

Extreme und umstrittene Beispiele für Wetterveränderungen – Erzeugung von Wetter auf Bestellung, großflächige Klimaveränderungen, Erzeugung und/oder Kontrolle (oder „Steuerung“) von schweren Stürmen usw. – wurden im Rahmen dieser Studie untersucht, werden hier aber nur kurz erwähnt, da nach Einschätzung der Autoren die technischen Hindernisse, die ihre Anwendung verhindern, innerhalb von 30 Jahren unüberwindbar erscheinen.12 Wäre dies nicht der Fall, wären solche Anwendungen in diesem Bericht als potenzielle militärische Optionen aufgeführt worden, trotz ihres umstrittenen und potenziell bösartigen Charakters und ihrer Unvereinbarkeit mit bestehenden UN-Abkommen, die die USA unterzeichnet haben.

Andererseits reichen die in diesem Bericht vorgeschlagenen Anwendungen zur Wetterbeeinflussung von technisch erprobt bis potenziell durchführbar. Sie ähneln sich jedoch insofern, als dass keine von ihnen derzeit von unseren Einsatzkräften genutzt wird oder genutzt werden soll. Sie ähneln sich auch in ihrem potenziellen Wert für den Kämpfer der Zukunft, wie wir in den folgenden Kapiteln zu vermitteln hoffen. Im nächsten Kapitel wird ein fiktives integriertes System beschrieben, das Instrumente zur Wetteränderung enthält; wie diese Instrumente eingesetzt werden könnten, wird dann im Rahmen des Operationskonzepts in Kapitel 4 erörtert.

Fußnoten

[1] Gen Gordon R. Sullivan, “Moving into the 21st Century: America’s Army and Modernization,”
Military Review (July 1993) quoted in Mary Ann Seagraves and Richard Szymber, “Weather a Force
Multiplier,” Military Review, November/December 1995, 75.


[2] Horace R. Byers, “History of Weather-modification,” in Wilmot N. Hess, ed. Weather and Climate
Modification, (New York: John Wiley & Sons, 1974), 4.


[3] William B. Meyer, “The Life and Times of US Weather: What Can We Do About It?” American
Heritage 37, no. 4 (June/July 1986), 48.


[4] Byers, 13.


[5] US Department of State, The Department of State Bulletin. 74, no. 1981 (13 June 1977): 10.


[6] Dwight D Eisenhower. “Crusade in Europe,” quoted in John F. Fuller, Thor’s Legions (Boston:
American Meterology Society, 1990), 67.


[7] Interview of Lt Col Gerald F. Riley, Staff Weather Officer to CENTCOM OIC of CENTAF Weather
Support Force and Commander of 3rd Weather Squadron, in “Desert Shield/Desert Storm Interview Series,”
by Dr William E. Narwyn, AWS Historian, 29 May 1991.


[8] Thomas A. Keaney and Eliot A. Cohen. Gulf War Air Power Survey Summary Report (Washington
D.C.: Government Printing Office, 1993), 172.


[9] Herbert S. Appleman, An Introduction to Weather-modification (Scott AFB, Ill.: Air Weather
Service/MAC, September 1969), 1.


[10] William Bown, “Mathematicians Learn How to Tame Chaos,” New Scientist, 30 May 1992, 16.


[11] CJCSI 3810.01, „Meteorologische und ozeanographische Operationen“, 10. Januar 95. Diese CJCS-Instruktion legt die Grundsätze für die Durchführung meteorologischer und ozeanographischer Operationen fest und weist ihnen Verantwortlichkeiten zu. Sie definiert auch die Begriffe „weiträumig“, „langanhaltend“ und „schwerwiegend“, um diejenigen Aktivitäten zu identifizieren, die den US-Streitkräften gemäß den Bestimmungen des UN-Umweltveränderungsübereinkommens untersagt sind. Weiträumig bedeutet, dass ein Gebiet in der Größenordnung von mehreren hundert Kilometern abgedeckt wird; lang anhaltend bedeutet, dass es über einen Zeitraum von mehreren Monaten oder etwa einer Saison andauert; und schwerwiegend bedeutet, dass Menschenleben, natürliche und wirtschaftliche Ressourcen oder andere Güter ernsthaft oder erheblich gestört oder geschädigt werden.
[12] Die Besorgnis über die unbeabsichtigten Folgen des Versuchs, das Wetter zu „kontrollieren“, ist durchaus berechtigt. Das Wetter ist ein klassisches Beispiel für ein chaotisches System (d. h. ein System, das sich nie genau wiederholt). Ein chaotisches System ist auch äußerst empfindlich: Kleinste Unterschiede in den Bedingungen haben große Auswirkungen auf die Ergebnisse. Laut Dr. Glenn James, einem weithin bekannten Chaosexperten, kann der technische Fortschritt vielleicht eine Möglichkeit bieten, vorherzusagen, wann Wetterumschwünge eintreten werden und wie groß der Input sein muss, um diese Umschwünge zu bewirken; es wird jedoch nie möglich sein, Veränderungen, die als Folge unserer Eingaben auftreten, genau vorherzusagen. Die chaotische Natur des Wetters schränkt auch unsere Fähigkeit ein, genaue langfristige Vorhersagen zu machen. Der renommierte Physiker Edward Teller stellte kürzlich Berechnungen vor, die er anstellte, um die Verbesserung der langfristigen Wettervorhersage zu bestimmen, die sich aus einer Satellitenkonstellation ergeben würde, die kontinuierliche atmosphärische Messungen über ein weltweites 1 km2-Raster liefert. Ein solches System, das derzeit noch zu teuer ist, würde die Langfristvorhersagen von derzeit nur fünf Tagen auf etwa 14 Tage verbessern. Es ist klar, dass der Fähigkeit des Menschen, die Natur zu kontrollieren, physikalische Grenzen gesetzt sind, aber das Ausmaß dieser physikalischen Grenzen bleibt eine offene Frage. Quellen: G. E. James, „Chaos Theory: The Essentials for Military Applications,“ in ACSC Theater Air Campaign Studies Coursebook, AY96, 8 (Maxwell AFB, Ala: Air University Press, 1995), 1-64. Die Berechnungen von Teller werden in Referenz 49 dieser Quelle zitiert.


Kapitel 3

Systembeschreibung

Unsere Vision ist, dass das Militär bis 2025 das Wetter auf einer Mesoskala (<200 km2) oder Mikroskala (unmittelbarer lokaler Bereich) beeinflussen kann, um operative Fähigkeiten wie die in Tabelle 1 aufgeführten zu erreichen. Diese Fähigkeit wäre das synergetische Ergebnis eines Systems, das aus (1) hochqualifizierten Wetterspezialisten (WFS) besteht, die Mitglieder des Wetterunterstützungselements (WFSE) des CINC sind; (2) Zugangspforten zum globalen Wetternetz (GWN), wo weltweite Wetterbeobachtungen und -vorhersagen nahezu in Echtzeit aus zivilen und militärischen Quellen bezogen werden; (3) ein dichtes, hochpräzises lokales Wettererfassungs- und Kommunikationssystem; (4) eine fortschrittliche computergestützte lokale Wetteränderungsmodellierungs- und -vorhersagefähigkeit innerhalb des Zuständigkeitsgebiets (AOR); (5) bewährte Wetteränderungsinterventionstechnologien; und (6) eine Rückkopplungsfähigkeit.

Das globale Wetternetzwerk

Das GWN soll eine evolutionäre Erweiterung des derzeitigen militärischen und zivilen weltweiten Wetterdatennetzes sein. Bis 2025 wird es ein Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetz mit erweiterter Bandbreite sein, das mit Wetterbeobachtungen nahezu in Echtzeit versorgt wird, die von einem dichteren und genaueren weltweiten Beobachtungsnetz stammen, das sich aus stark verbesserten Boden-, Luft-, See- und Weltraumsensoren ergibt. Das Netz wird auch Zugang zu Vorhersagezentren auf der ganzen Welt bieten, wo hochentwickelte, maßgeschneiderte Vorhersage- und Datenprodukte, die aus Wettervorhersagemodellen (global, regional, lokal, spezialisiert usw.) auf der Grundlage der neuesten nichtlinearen mathematischen Techniken generiert werden, den GWN-Kunden zur Nutzung in nahezu Echtzeit zur Verfügung gestellt werden.

Wir stellen uns vor, dass bis 2025 Wettervorhersagemodelle im Allgemeinen und mesoskalige Wetteränderungsmodelle im Besonderen in der Lage sein werden, alle wettererzeugenden Variablen und ihre wechselseitige Dynamik nachzubilden und sich in strengen Messversuchen mit empirischen Daten als äußerst genau zu erweisen. Das Gehirn dieser Modelle werden fortschrittliche Software- und Hardwarefunktionen sein, die schnell Billionen von Umweltdatenpunkten aufnehmen, sie in brauchbaren Datenbanken zusammenführen, die Daten durch die Wettervorhersagemodelle verarbeiten und die Wetterinformationen über das GWN in nahezu Echtzeit verbreiten können.1 Dieses Netz ist in Abbildung 3-1 schematisch dargestellt.

Der strategische Plan der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) für den Zeitraum 1995-2005 ist ein Beleg für die sich entwickelnde Fähigkeit zur Wettermodellierung und -vorhersage sowie für das GWN. Er enthält Programmelemente zur „Verbesserung der kurzfristigen Warn- und Vorhersagedienste, zur Umsetzung saisonaler bis zwischenjährlicher Klimavorhersagen und zur Vorhersage und Bewertung dekadischer bis hundertjähriger Veränderungen“2, enthält jedoch keine Pläne für die Modellierung von Wetterveränderungen oder die Entwicklung von Veränderungstechnologien. Zu den Plänen der NOAA gehören umfangreiche Datenerfassungsprogramme wie das Next Generation Radar (NEXRAD) und Doppler-Wetterüberwachungssysteme, die überall in den USA eingesetzt werden. Die Daten dieser Erfassungssysteme werden in über 100 Vorhersagezentren eingespeist, die sie mit dem Advanced Weather Interactive Processing System (AWIPS) verarbeiten, das Datenkommunikation, -verarbeitung und -anzeige für umfassende Vorhersagen ermöglicht. Darüber hinaus hat die NOAA einen Cray C90-Supercomputer geleast, der über 1,5×1010 Operationen pro Sekunde ausführen kann und bereits für ein Hurrikan-Vorhersagesystem verwendet wurde.3

Anwendung der Wettermodifikation auf militärische Operationen

Wie wird das Militär im Allgemeinen und die USAF im Besonderen eine Wetteränderungsfähigkeit verwalten und einsetzen? Wir stellen uns vor, dass dies durch das Wetterunterstützungselement (Weather Force Support Element, WFSE) geschieht, dessen Hauptaufgabe darin besteht, die kriegführenden CINCs zusätzlich zur aktuellen Vorhersageunterstützung mit Wettermodifizierungsoptionen zu unterstützen. Obwohl das WFSE überall operieren könnte, solange es Zugang zum GWN und den bereits erörterten Systemkomponenten hat, wird es höchstwahrscheinlich eine Komponente innerhalb des AOC oder dessen Äquivalent für 2025 sein. Mit der Absicht des CINC als Leitlinie formuliert das WFSE Wetteränderungsoptionen unter Verwendung der vom GWN, dem lokalen Wetterdatennetz und dem Wetteränderungsvorhersagemodell bereitgestellten Informationen. Zu den Optionen gehören die Reichweite der Wirkung, die Erfolgswahrscheinlichkeit, die aufzuwendenden Ressourcen, die Verwundbarkeit des Gegners und die damit verbundenen Risiken. Der CINC wählt auf der Grundlage dieser Eingaben eine Wirkung aus, und der WFSE setzt dann den gewählten Kurs um, indem er die richtigen Veränderungsinstrumente auswählt und sie einsetzt, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Sensoren erkennen die Veränderung und geben Daten über das neue Wettermuster an das Modellierungssystem weiter, das seine Vorhersage entsprechend aktualisiert. Das WFSE überprüft die Wirksamkeit seiner Bemühungen, indem es die aktualisierten aktuellen Bedingungen und die neue(n) Vorhersage(n) aus dem GWN und dem lokalen Wetterdatennetz abruft, und plant bei Bedarf Folgeeinsätze. Dieses Konzept ist in Abbildung 3-2 dargestellt.

Die Mitarbeiter des WFSE müssen Experten für Informationssysteme sein und die Kunst der offensiven und defensiven Informationskriegsführung beherrschen. Sie sollten auch über ein tiefgreifendes Verständnis des GWN und ein Verständnis dafür verfügen, wie Wetterveränderungen eingesetzt werden können, um die Bedürfnisse eines CINC zu erfüllen.

Da das GWN ein Knotenpunktnetz ist, wäre dieses Konzept sehr flexibel. So könnte beispielsweise jedem Einsatzgebiet ein WFSE zugewiesen werden, um den Oberbefehlshaber direkt zu unterstützen. Das System wäre auch überlebensfähig, da mehrere Knotenpunkte mit dem GWN verbunden wären.

Als Produkt des Informationszeitalters wäre dieses System am anfälligsten für einen Informationskrieg. Jedes WFSE würde die aktuellsten defensiven und offensiven Informationsfähigkeiten benötigen. Defensive Fähigkeiten wären für das Überleben notwendig. Offensivfähigkeiten könnten Spoofing-Optionen bieten, um virtuelle Wetterbedingungen in den Sensor- und Informationssystemen des Gegners zu schaffen, so dass es wahrscheinlicher wird, dass er Entscheidungen trifft, die zu Ergebnissen führen, die eher unserer als ihrer Wahl entsprechen. Sie würden auch die Möglichkeit bieten, unsere Wetterveränderungsaktivitäten zu maskieren oder zu verschleiern.

Zwei Schlüsseltechnologien sind notwendig, um ein integriertes, umfassendes, reaktionsschnelles, präzises und wirksames System zur Wetteränderung zu schaffen. Fortschritte in der Wissenschaft des Chaos sind für dieses Unterfangen von entscheidender Bedeutung. Ein weiterer Schlüssel zur Durchführbarkeit eines solchen Systems ist die Fähigkeit, das äußerst komplexe nichtlineare System des globalen Wetters so zu modellieren, dass das Ergebnis von Änderungen der Einflussgrößen genau vorhergesagt werden kann. Forscher haben im Labor bereits erfolgreich nichtlineare Systeme mit nur einer Variablen kontrolliert und gehen davon aus, dass die derzeitigen mathematischen Techniken und Computerkapazitäten Systeme mit bis zu fünf Variablen bewältigen könnten. Fortschritte in diesen beiden Bereichen würden es möglich machen, regionale Wettermuster durch kleine, kontinuierliche Änderungen an einem oder mehreren Einflussfaktoren zu beeinflussen. Mit genügend Vorlaufzeit und den richtigen Bedingungen wäre es denkbar, Wetter „auf Bestellung“ zu bekommen.4

Die Entwicklung einer echten Wetteränderungsfähigkeit erfordert verschiedene Eingriffsmöglichkeiten, um die entsprechenden meteorologischen Parameter in vorhersehbarer Weise zu verändern. Dieser Bereich muss von den Streitkräften auf der Grundlage spezifischer erforderlicher Fähigkeiten entwickelt werden, wie sie in Tabelle 1 in der Zusammenfassung aufgeführt sind. Ein solches System würde ein Sensorarray und ein lokalisiertes Gefechtsfelddatennetz umfassen, um die für die Erkennung von Eingriffseffekten und die Bereitstellung von Rückmeldungen erforderliche Feinauflösung zu gewährleisten. Dieses Netz würde Boden-, Luft-, See- und Weltraumsensoren sowie menschliche Beobachtungen umfassen, um die Zuverlässigkeit und Reaktionsfähigkeit des Systems auch bei gegnerischen Gegenmaßnahmen zu gewährleisten. Es würde auch spezifische Interventionsinstrumente und -technologien umfassen, von denen einige bereits existieren und andere noch entwickelt werden müssen. Einige dieser vorgeschlagenen Instrumente werden im folgenden Kapitel mit dem Titel „Einsatzkonzept“ beschrieben. Der gesamte Wetteränderungsprozess wäre eine Echtzeitschleife aus kontinuierlichen, angemessenen, gemessenen Eingriffen und Rückmeldungen, die das gewünschte Wetterverhalten bewirken können.

Fußnoten

[1] SPACECAST 2020, Space Weather Support for Communications, white paper G (Maxwell AFB,
Ala.: Air War College/2020, 1994).


[2] Rear Adm Sigmund Petersen, “NOAA Moves Toward The 21st Century,” The Military Engineer 20,
no. 571 (June-July 1995): 44.


[3] Ibid.


[4] William Brown, “Mathematicians Learn How to Tame Chaos,” New Scientist (30 May 1992): 16.


Kapitel 4

Konzept der Operationen

Der wesentliche Bestandteil des Systems zur Wetterbeeinflussung sind die Interventionstechniken, die zur Veränderung des Wetters eingesetzt werden. Die Zahl der spezifischen Eingriffsmethoden ist nur durch die Vorstellungskraft begrenzt, aber mit wenigen Ausnahmen geht es darum, entweder Energie oder Chemikalien auf die richtige Weise, am richtigen Ort und zur richtigen Zeit in den meteorologischen Prozess einzubringen. Die Eingriffe können so konzipiert sein, dass sie das Wetter auf verschiedene Weise verändern, z. B. durch die Beeinflussung von Wolken und Niederschlag, Sturmstärke, Klima, Raum oder Nebel.

Niederschlag

Seit Jahrhunderten wünscht sich der Mensch die Möglichkeit, den Niederschlag zu einem Zeitpunkt und an einem Ort seiner Wahl zu beeinflussen. Bis vor kurzem war der Erfolg bei der Verwirklichung dieses Ziels minimal; es könnte sich jedoch eine neue Chance ergeben, die sich aus der Entwicklung neuer Technologien und dem zunehmenden weltweiten Interesse an der Behebung von Wasserknappheit durch die Verbesserung der Niederschlagsmenge ergibt. Daher plädieren wir dafür, dass das Verteidigungsministerium die zahlreichen Möglichkeiten (und auch die Auswirkungen) untersucht, die sich aus der Entwicklung einer Fähigkeit zur Beeinflussung des Niederschlags oder der Durchführung einer „selektiven Niederschlagsmodifikation“ ergeben. Obwohl die Fähigkeit zur langfristigen Beeinflussung von Niederschlägen (d.h. über mehrere Tage hinweg) noch nicht vollständig verstanden ist. Im Jahr 2025 werden wir sicherlich in der Lage sein, den Niederschlag in einem bestimmten Gebiet kurzfristig zu erhöhen oder zu verringern.

Bevor die Forschung in diesem Bereich erörtert wird, ist es wichtig, die Vorteile einer solchen Fähigkeit zu beschreiben. Während viele militärische Operationen durch Niederschlag beeinflusst werden können, ist die Bodenmobilität am stärksten betroffen. Die Beeinflussung des Niederschlags könnte sich in zweierlei Hinsicht als nützlich erweisen. Erstens könnte eine Verstärkung des Niederschlags die Befahrbarkeit von Feindgelände durch dessen Verschlammung verringern und gleichzeitig die Moral des Feindes beeinträchtigen. Zweitens könnte die Unterdrückung von Niederschlägen die Befahrbarkeit für die eigenen Truppen erhöhen, indem ein ansonsten schlammiges Gebiet ausgetrocknet wird.

Wie groß ist die Möglichkeit, diese Fähigkeit zu entwickeln und bis 2025 in taktischen Operationen einzusetzen? Näher als man denken könnte. Seit vielen Jahren wird auf dem Gebiet der Niederschlagsmodifikation geforscht, und ein Teil der daraus resultierenden Technologie wurde bei Operationen während des Vietnamkriegs eingesetzt.1 Diese ersten Versuche bilden die Grundlage für die weitere Entwicklung einer echten Fähigkeit zur selektiven Niederschlagsmodifikation.

Interessanterweise hat sich die US-Regierung bewusst dafür entschieden, nicht mehr auf dieser Grundlage aufzubauen. Wie bereits erwähnt, haben internationale Abkommen die USA daran gehindert, wetterverändernde Maßnahmen zu erforschen, die weitreichende, lang anhaltende oder schwerwiegende Auswirkungen haben könnten. Es gibt jedoch (innerhalb der Grenzen bestehender Verträge) Möglichkeiten für eine kurzfristige, örtlich begrenzte Veränderung des Niederschlags mit begrenzten und potenziell positiven Ergebnissen.

Diese Möglichkeiten gehen auf unsere eigenen früheren Experimente mit der Veränderung von Niederschlägen zurück. So heißt es in einem Artikel im „Journal of Applied Meteorology“:

Die Bemühungen um eine Wetteränderung im letzten Vierteljahrhundert zielten in erster Linie darauf ab, Veränderungen auf der Wolkenskala durch Ausnutzung des Sättigungsdampfdruckunterschieds zwischen Eis und Wasser zu erreichen. Dies ist nicht zu kritisieren, aber es ist an der Zeit, dass wir auch die Möglichkeit einer Wetteränderung auf anderen Zeit-Raum-Skalen und mit anderen physikalischen Hypothesen in Betracht ziehen.2

Die Studie von William M. Gray et al. untersuchte die Hypothese, dass sich „durch die gezielte Nutzung des Sonnenabsorptionspotenzials von Rußstaub erhebliche positive Einflüsse erzielen lassen“3. Die Studie ergab schließlich, dass diese Technologie zur Verstärkung von Niederschlägen auf der Mesoskala, zur Erzeugung von Zirruswolken und zur Verstärkung von Kumulonimbuswolken (Gewitterwolken) in ansonsten trockenen Gebieten eingesetzt werden könnte.

Die Technologie kann wie folgt beschrieben werden. So wie ein schwarzes Teerdach an einem sonnigen Tag leicht Sonnenenergie absorbiert und anschließend Wärme abstrahlt, absorbiert auch Ruß leicht Sonnenenergie. Wenn er in mikroskopisch kleiner Form oder als „Staub“ in der Luft über einem großen Gewässer verstreut wird, erwärmt sich der Kohlenstoff und heizt die Umgebungsluft auf, wodurch die Verdunstung aus dem darunter liegenden Gewässer zunimmt. Wenn sich die Umgebungsluft erwärmt, steigen Luftpakete auf, und der in den aufsteigenden Luftpaketen enthaltene Wasserdampf kondensiert schließlich und bildet Wolken. Im Laufe der Zeit werden die Wolkentröpfchen immer größer, da immer mehr Wasserdampf kondensiert, und schließlich werden sie zu groß und schwer, um in der Schwebe zu bleiben, und fallen als Regen oder andere Formen von Niederschlag.4 Die Studie weist darauf hin, dass diese Technologie zur Verstärkung des Niederschlags am besten „windwärts von Küsten mit auflandiger Strömung“ funktionieren würde. Schnee am Südrand der Großen Seen ist ein natürliches Phänomen, das auf einer ähnlichen Dynamik beruht.

Kann diese Art der Niederschlagsverbesserungstechnologie auch militärisch genutzt werden? Ja, wenn die richtigen Bedingungen gegeben sind. Wenn wir zum Beispiel das Glück haben, in Windrichtung des anvisierten Schlachtfelds über ein relativ großes Gewässer zu verfügen, könnte Kohlenstoffstaub in die Atmosphäre über diesem Gewässer eingebracht werden. Unter der Voraussetzung, dass die Dynamik in der Atmosphäre günstig ist, wird die aufsteigende gesättigte Luft schließlich Wolken und Regenschauer über dem Land bilden.5 Obwohl die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Gewässer in Windrichtung des Schlachtfelds befindet, nicht vorhersehbar ist, könnte sich die Technologie unter den richtigen Bedingungen als enorm nützlich erweisen. Erst weitere Experimente werden zeigen, inwieweit die Verstärkung des Niederschlags kontrolliert werden kann.

Wenn die Techniken zur Verbesserung des Niederschlags erfolgreich entwickelt sind und auch die natürlichen Voraussetzungen gegeben sind, müssen wir auch in der Lage sein, den Kohlenstoffstaub an den gewünschten Ort zu bringen. Der Transport in einer vollständig kontrollierten, sicheren, kosteneffizienten und zuverlässigen Weise erfordert Innovation. Es wurden bereits zahlreiche Ausbreitungstechniken untersucht, aber die bequemste, sicherste und kosteneffektivste Methode, die diskutiert wird, ist die Verwendung von Nachbrenner-Triebwerken, die Kohlenstoffpartikel erzeugen, während sie durch die Zielluft fliegen. Diese Methode basiert auf der Einspritzung von flüssigem Kohlenwasserstoff in die Verbrennungsgase des Nachbrenners. Diese direkte Erzeugungsmethode erwies sich als wünschenswerter als eine andere plausible Methode (d. h. der Transport großer Mengen von zuvor erzeugtem und entsprechend dimensioniertem Kohlestaub in die gewünschte Höhe).

Die Kohlenstoffstaub-Studie hat gezeigt, dass eine Verstärkung des Niederschlags in kleinem Maßstab möglich ist und unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen erfolgreich verifiziert wurde. Seit Durchführung der Studie sind keine militärischen Anwendungen dieser Technologie bekannt. Wir können jedoch Vermutungen darüber anstellen, wie diese Technologie in Zukunft eingesetzt werden könnte, indem wir einige der Plattformen untersuchen, die im Jahr 2025 für eine wirksame Ausbringung von Kohlenstoffstaub oder anderen wirksamen Modifikationsmitteln zur Verfügung stehen könnten.

Eine von uns vorgeschlagene Methode würde die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Technologie weiter maximieren, indem das menschliche Element praktisch eliminiert wird. Bislang wurde viel an UAVs gearbeitet, die den Fähigkeiten pilotierter Flugzeuge sehr nahe kommen (wenn auch nicht ganz). Würde man diese UAV-Technologie mit Tarnkappen- und Kohlestaubtechnologien kombinieren, könnte das Ergebnis ein UAV-Flugzeug sein, das auf dem Weg zum Zielgebiet für den Radar unsichtbar ist und an jedem beliebigen Ort spontan Kohlestaub erzeugen kann. Um jedoch die Anzahl der für die Durchführung der Mission erforderlichen UAVs zu minimieren, müsste ein neues und effizienteres System zur Erzeugung von Kohlestaub entwickelt werden, das eine Nachfolgetechnologie für die bereits erwähnten Nachbrenner-Triebwerke darstellt. Um die Tarnkappentechnologie effektiv nutzen zu können, muss dieses System auch in der Lage sein, den Kohlestaub zu verteilen und gleichzeitig die Infrarot-Wärmequelle der Drohne zu minimieren (oder zu eliminieren).

Neben dem Einsatz von Tarnkappen-Drohnen und der Technologie zur Absorption von Kohlenstoffstaub zur Verstärkung von Niederschlägen könnte diese Methode auch zur Niederschlagsunterdrückung eingesetzt werden. Obwohl in der oben erwähnten Studie die Möglichkeit des Wolkenimpfens zur Niederschlagsunterdrückung nicht eingehend untersucht wurde, besteht diese Möglichkeit durchaus. Würden Wolken geimpft (mit chemischen Keimen, die den heute verwendeten ähnlich sind, oder vielleicht mit einem wirksameren Mittel, das durch weitere Forschung entdeckt wird), bevor sie in Windrichtung an einem gewünschten Ort ankommen, könnte das Ergebnis eine Unterdrückung des Niederschlags sein. Mit anderen Worten, der Niederschlag könnte „gezwungen“ werden, zu fallen, bevor er im gewünschten Gebiet ankommt, wodurch das gewünschte Gebiet „trocken“ wird. Die strategischen und operativen Vorteile einer solchen Vorgehensweise wurden bereits erörtert.

Nebel

Im Allgemeinen ist für eine erfolgreiche Nebelauflösung eine Art von Heiz- oder Saatverfahren erforderlich. Welches Verfahren am besten funktioniert, hängt von der Art des Nebels ab, der auftritt. Vereinfacht ausgedrückt gibt es zwei Grundtypen von Nebel – kalten und warmen Nebel. Kaltnebel tritt bei Temperaturen unter 0 Grad Celsius auf. Die bekannteste Technik zur Auflösung von kaltem Nebel ist die Beaufschlagung der Luft mit Mitteln, die das Wachstum von Eiskristallen fördern.6

Warmer Nebel tritt bei Temperaturen über 0 Grad Celsius auf und ist für 90 Prozent der nebelbedingten Probleme im Flugbetrieb verantwortlich.7 Die bekannteste Technik zur Nebelauflösung ist das Erhitzen, da ein geringer Temperaturanstieg in der Regel ausreicht, um den Nebel zu verdampfen. Da Heizen in der Regel nicht praktikabel ist, ist die nächst effektivere Technik das hygroskopische Seeding.8 Beim hygroskopischen Seeding werden Mittel verwendet, die Wasserdampf absorbieren. Diese Technik ist am effektivsten, wenn sie aus der Luft durchgeführt wird, kann aber auch vom Boden aus erfolgen.9 Um optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen vorab Informationen über Nebeltiefe, Flüssigwassergehalt und Wind vorliegen.10

Jahrzehntelange Forschung zeigt, dass die Nebelauflösung eine effektive Anwendung von Wettermodifikationstechnologien ist, die nachweislich enorme Einsparungen sowohl für die militärische als auch für die zivile Luftfahrt mit sich bringt.11 Lokale Gemeinden haben ebenfalls Interesse an der Anwendung dieser Techniken gezeigt, um die Sicherheit von Hochgeschwindigkeitsautobahnen zu verbessern, die durch Gebiete mit häufig auftretendem, dichtem Nebel führen.12

Es gibt einige neu entstehende Technologien, die wichtige Anwendungen für die Nebelzerstreuung haben könnten. Wie bereits erörtert, ist die Erhitzung die wirksamste Methode der Nebelauflösung für die am häufigsten auftretende Art von Nebel. Leider hat sich diese Methode in den meisten Situationen als unpraktisch erwiesen und wäre für Notfalleinsätze bestenfalls schwierig. Die Entwicklung von Technologien für gerichtete Strahlungsenergie, wie Mikrowellen und Laser, könnte jedoch neue Möglichkeiten eröffnen.

Laborexperimente haben gezeigt, dass Mikrowellen für die Wärmeableitung von Nebel wirksam sind. Die Ergebnisse deuten jedoch auch darauf hin, dass die erforderlichen Energieniveaus den US-Grenzwert für die große Leistungsdichte von 100 Watt/m2 überschreiten und sehr teuer wären.13 In Feldversuchen mit Lasern wurde die Fähigkeit nachgewiesen, warmen Nebel auf einem Flugplatz mit Null-Sicht zu zerstreuen. Mit einer Leistung von 1 Watt/cm2, was in etwa dem US-Grenzwert für die große Leistungsdichte entspricht, erhöhte das System die Sichtweite innerhalb von 20 Sekunden auf eine Viertelmeile.14 Lasersysteme, die im Abschnitt „Weltraumbetrieb“ dieser AF 2025-Studie beschrieben werden, könnten diese Fähigkeit sicherlich als eine ihrer vielen möglichen Anwendungen bieten.

Was die Seeding-Techniken anbelangt, so sind Verbesserungen bei den Materialien und den Verabreichungsmethoden nicht nur plausibel, sondern wahrscheinlich. Derzeit werden intelligente Materialien auf der Grundlage der Nanotechnologie entwickelt, deren Kernstück eine Gigaops-Computerleistung ist. Sie könnten ihre Größe an die optimale Größe für eine bestimmte Nebelsituation anpassen und sogar während des Prozesses Anpassungen vornehmen. Sie könnten auch ihre Ausbreitungseigenschaften verbessern, indem sie ihren Auftrieb anpassen, miteinander kommunizieren und sich selbst im Nebel steuern. Durch die Integration in ein größeres Sensornetz können sie sofortige und kontinuierliche Rückmeldungen über ihre Wirksamkeit geben und auch ihre Temperatur und Polarität ändern, um ihre Ausbringungswirkung zu verbessern.15 Wie bereits erwähnt, könnten UAVs für die Lieferung und Verteilung dieser intelligenten Materialien eingesetzt werden.

Jüngste Experimente im Forschungslabor der Armee haben gezeigt, dass es möglich ist, Nebel zu erzeugen. Sie verwendeten kommerzielle Geräte, um dichten Nebel in einem Bereich von 100 Metern Länge zu erzeugen. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass Nebel einen großen Teil des UV/IR/sichtbaren Spektrums blockieren und damit die von IR-Waffen ausgehende Strahlung wirksam maskieren können.16 Diese Technologie würde es einer kleinen Militäreinheit ermöglichen, eine Entdeckung im IR-Spektrum zu vermeiden. Nebel könnte schnell erzeugt werden, um die Bewegung von Panzern oder Infanterie zu verbergen, oder er könnte militärische Operationen, Einrichtungen oder Ausrüstung verbergen. Solche Systeme könnten auch nützlich sein, um die Beobachtung sensibler Operationen im rückwärtigen Bereich durch elektro-optische Aufklärungsplattformen zu verhindern.17

Stürme

Die Beeinflussung von Stürmen zur Unterstützung militärischer Ziele ist die aggressivste und umstrittenste Art der Wetterbeeinflussung. Die von Stürmen verursachten Schäden sind in der Tat horrend. Ein Tropensturm hat beispielsweise die Energie von 10.000 Wasserstoffbomben mit einer Megatonne.18 1992 zerstörte der Hurrikan Andrew die Homestead AFB in Florida vollständig, führte zur Evakuierung der meisten Militärflugzeuge im Südosten der USA und verursachte Schäden in Höhe von 15,5 Milliarden Dollar.19 Wie aufgrund der Energie eines Sturms zu erwarten, zeigt die aktuelle wissenschaftliche Literatur jedoch, dass der Fähigkeit des Menschen, Sturmsysteme zu verändern, eindeutige physikalische Grenzen gesetzt sind. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache sowie politischer, ökologischer, wirtschaftlicher, rechtlicher und moralischer Erwägungen werden wir unsere Analyse von Stürmen auf lokal begrenzte Gewitter beschränken und daher keine größeren Sturmsysteme wie Hurrikane oder intensive Tiefdrucksysteme berücksichtigen.

Zu jedem beliebigen Zeitpunkt gibt es etwa 2.000 Gewitter. Tatsächlich bilden sich täglich 45.000 Gewitter mit Starkregen, Hagel, Mikrobursts, Scherwinden und Blitzen.20 Jeder, der schon einmal mit einem Verkehrsflugzeug geflogen ist, hat wahrscheinlich mitbekommen, wie weit Piloten gehen, um Gewitter zu vermeiden. Wie gefährlich Gewitter sind, zeigte sich im August 1985, als ein Jumbo-Jet abstürzte und 137 Menschen in den Tod riss, nachdem er während einer Regenböe in die Scherwinde eines Mikrobursts geraten war.21 Diese Naturgewalten wirken sich auf alle Flugzeuge aus, und selbst die modernsten Kampfflugzeuge von 1996 versuchen alles, um einem Gewitter auszuweichen.

Wird schlechtes Wetter auch im Jahr 2025 noch eine Gefahr für die Luftfahrt darstellen? Die Antwort lautet leider „ja“, aber die prognostizierten technologischen Fortschritte in den nächsten 30 Jahren werden das Gefahrenpotenzial verringern. Computergesteuerte Flugsysteme werden in der Lage sein, Flugzeuge durch schnell wechselnde Winde zu „steuern“. Die Flugzeuge werden auch mit hochpräzisen Messsystemen ausgestattet sein, die das Flugzeug sofort „kartieren“ und automatisch durch den sichersten Teil einer Sturmzelle leiten können. Die Flugzeuge sollen über eine gehärtete Elektronik verfügen, die den Auswirkungen von Blitzeinschlägen widerstehen kann, und möglicherweise auch in der Lage sein, ein umgebendes Elektropotentialfeld zu erzeugen, das Blitzeinschläge neutralisiert oder abwehrt.

Unter der Annahme, dass die USA einige oder alle der oben skizzierten technischen Fortschritte bei Flugzeugen erzielen und den technologischen „Wettervorsprung“ gegenüber ihren potenziellen Gegnern aufrechterhalten, können wir als Nächstes untersuchen, wie wir das Wetter im Kampfgebiet verändern könnten, um unseren technischen Vorsprung optimal zu nutzen.

Technologien zur Wettermodifikation könnten Techniken beinhalten, die die Freisetzung latenter Wärme in der Atmosphäre erhöhen, zusätzlichen Wasserdampf für die Entwicklung von Wolkenzellen bereitstellen und für eine zusätzliche Erwärmung der Oberfläche und der unteren Atmosphäre sorgen, um die atmosphärische Instabilität zu erhöhen. Entscheidend für den Erfolg jedes Versuchs, eine Gewitterzelle auszulösen, sind die lokal und regional vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen. Die Atmosphäre muss bereits bedingt instabil sein und die großräumige Dynamik muss die Entwicklung vertikaler Wolken begünstigen. Der Schwerpunkt der Bemühungen um eine Wetteränderung besteht darin, zusätzliche „Bedingungen“ zu schaffen, die die Atmosphäre so instabil machen, dass sich Wolken und schließlich Gewitterzellen entwickeln. Der Weg der sich entwickelnden oder verstärkten Gewitterzellen hängt nicht nur von der mesoskaligen Dynamik des Sturms ab, sondern auch von den regionalen und synoptischen (globalen) atmosphärischen Strömungsmustern in dem Gebiet, die derzeit nicht der menschlichen Kontrolle unterliegen.

Wie bereits angedeutet, sind die technischen Hürden für die Entwicklung von Gewittern zur Unterstützung von Militäroperationen offensichtlich größer als bei der Verstärkung von Niederschlägen oder der Auflösung von Nebel, wie bereits beschrieben. Ein Bereich der Sturmforschung, der für militärische Operationen von großem Nutzen wäre, ist die Modifizierung von Blitzen. Die meisten Forschungsanstrengungen zielen auf die Entwicklung von Techniken zur Verringerung des Auftretens von Blitzen oder der damit verbundenen Gefahren ab. Dies ist eine wichtige Forschungsarbeit für militärische Operationen und den Schutz von Ressourcen, aber ein gewisser offensiver militärischer Nutzen könnte durch Forschung zur Erhöhung des Potenzials und der Intensität von Blitzen erzielt werden. Zu den zu untersuchenden Konzepten gehören die Erhöhung der grundlegenden Effizienz des Gewitters, die Stimulierung des Auslösemechanismus, der den Blitz auslöst, und die Auslösung von Blitzen, wie derjenige, der 1968 in Apollo 12 einschlug.22 Mögliche Mechanismen, die zu untersuchen wären, wären Möglichkeiten, die elektropotentiellen Eigenschaften über bestimmten Zielen zu verändern, um Blitzeinschläge auf den gewünschten Zielen auszulösen, wenn das Gewitter über deren Standort hinwegzieht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Fähigkeit, das Wetter im Kampfgebiet durch die Auslösung oder Verstärkung von Gewitterzellen zu verändern, es uns ermöglichen würde, die technologischen „Wetter“-Fortschritte unserer Flugzeuge aus dem Jahr 2025 zu nutzen; dieser Bereich hat ein enormes Potenzial und sollte in künftigen Forschungs- und Konzeptentwicklungsprogrammen behandelt werden.

Nutzung des „Nahraums“ für die Raumfahrtkontrolle

In diesem Abschnitt werden Möglichkeiten zur Kontrolle und Modifizierung der Ionosphäre und der weltraumnahen Umgebung zur Verstärkung der Streitkräfte erörtert, insbesondere zur Verbesserung unserer eigenen Kommunikations-, Erfassungs- und Navigationsfähigkeiten und/oder zur Beeinträchtigung der Fähigkeiten unseres Gegners. Eine kurze technische Beschreibung der Ionosphäre und ihrer Bedeutung für die derzeitigen Kommunikationssysteme ist in Anhang A enthalten.

Bis zum Jahr 2025 könnte es möglich sein, die Ionosphäre und den nahen Weltraum zu modifizieren, wodurch sich eine Vielzahl potenzieller Anwendungen ergeben würde (siehe unten). Bevor jedoch eine Veränderung der Ionosphäre möglich wird, sind eine Reihe von Fortschritten bei der Vorhersage und Beobachtung des Weltraumwetters erforderlich. Viele dieser Erfordernisse wurden in der Spacecast 2020-Studie „Space Weather Support for Communications“ beschrieben.23 Einige der Vorschläge aus dieser Studie sind in Anhang B enthalten; es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass unsere Fähigkeit, den nahen Weltraum durch aktive Modifikation zu nutzen, vom erfolgreichen Erreichen zuverlässiger Beobachtungs- und Vorhersagefähigkeiten abhängt.

Chancen der Weltraumwettermodifikation

Die Veränderung des weltraumnahen Umfelds ist für die Beherrschung des Gefechtsraums von entscheidender Bedeutung. General Charles Horner, ehemaliger Oberbefehlshaber des US-Raumfahrtkommandos, beschrieb seinen schlimmsten Albtraum als „ein ganzes Marinebataillon auf einer fremden Landezone ausgelöscht zu sehen, weil er nicht in der Lage war, dem Feind aus dem Weltraum generierte Informationen und Bilder vorzuenthalten“.24 Eine aktive Modifikation könnte eine „technologische Lösung“ bieten, um die aktiven und passiven Überwachungs- und Aufklärungssysteme des Feindes zu stören. Kurz gesagt, eine operative Fähigkeit zur Veränderung der weltraumnahen Umgebung würde die Überlegenheit im Weltraum im Jahr 2025 sicherstellen; diese Fähigkeit würde es uns ermöglichen, den Kampfraum durch verbesserte Kommunikations-, Erfassungs-, Navigations- und Präzisionseinsatzsysteme zu gestalten und zu kontrollieren.

Wir sind uns zwar darüber im Klaren, dass der technologische Fortschritt die Bedeutung bestimmter elektromagnetischer Frequenzen für die US-Luft- und Raumfahrtstreitkräfte im Jahr 2025 zunichte machen könnte (z. B. Radiofrequenz- (RF), Hochfrequenz- (HF) und Höchstfrequenz- (VHF) Bänder), aber die nachstehend beschriebenen Fähigkeiten sind dennoch relevant. Unsere nicht-amerikanischen Gegner werden höchstwahrscheinlich immer noch auf diese Frequenzen für Kommunikation, Sensorik und Navigation angewiesen sein und wären daher extrem anfällig für Störungen durch Weltraumwetterveränderungen.

Dominanz in der Kommunikation durch ionosphärische Modifikation

Die Veränderung der Ionosphäre zur Verbesserung oder Störung der Kommunikation ist in jüngster Zeit zum Gegenstand aktiver Forschung geworden. Laut Lewis M. Duncan und Robert L. Showen wurden in der ehemaligen Sowjetunion (FSU) theoretische und experimentelle Forschungen in diesem Bereich auf einem wesentlich höheren Niveau durchgeführt als vergleichbare Programme im Westen.25 Es gibt eine starke Motivation für diese Forschung, denn

induzierte ionosphärische Veränderungen können den Betrieb von Funksystemen, die auf die Ausbreitung durch die veränderte Region angewiesen sind, beeinflussen oder sogar stören. Die kontrollierte Erzeugung oder beschleunigte Ableitung ionosphärischer Störungen kann genutzt werden, um neue Ausbreitungspfade zu schaffen, die sonst nicht zur Verfügung stehen und für ausgewählte HF-Missionen geeignet sind.26

Es wurde eine Reihe von Methoden zur Veränderung der Ionosphäre erforscht oder vorgeschlagen, darunter die Injektion chemischer Dämpfe und die Erwärmung oder Aufladung durch elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlen (z. B. Ionen, neutrale Teilchen, Röntgenstrahlen, MeV-Teilchen und energiereiche Elektronen).27 Es ist wichtig anzumerken, dass viele Techniken zur Veränderung der oberen Atmosphäre bereits erfolgreich experimentell demonstriert wurden. Zu den von der FSU eingesetzten bodengestützten Modifikationstechniken gehören die vertikale HF-Erwärmung, die schräge HF-Erwärmung, die Mikrowellenerwärmung und die Modifikation der Magnetosphäre.28 Zu den bedeutenden militärischen Anwendungen solcher Operationen gehören die Erzeugung von Niederfrequenz-Kommunikation (LF), die leitungsgebundene HF-Kommunikation und die Schaffung einer künstlichen Ionosphäre (auf die weiter unten näher eingegangen wird). Darüber hinaus haben auch die Entwicklungsländer den Nutzen der Ionosphärenmodifikation erkannt: „In den frühen 1980er Jahren führte Brasilien ein Experiment zur Veränderung der Ionosphäre durch chemische Injektion durch“29.

Im Folgenden werden einige lohnende Möglichkeiten, die sich aus der Veränderung der Ionosphäre oder des nahen Weltraums ergeben könnten, kurz beschrieben. Es sollte betont werden, dass diese Liste nicht vollständig ist; die Veränderung der Ionosphäre ist ein Bereich mit vielen potenziellen Anwendungen, und es gibt auch wahrscheinliche Nebenanwendungen, die man sich noch nicht vorstellen kann.

Ionosphärenspiegel für punktgenaue Kommunikation oder OTH-Radarübertragung (Over-the-Horizon). Die Eigenschaften und Grenzen der Ionosphäre als Reflexionsmedium für Hochfrequenzstrahlung sind in Anhang A beschrieben. Der größte Nachteil bei der Abhängigkeit von der Ionosphäre zur Reflexion von Funkwellen ist ihre Variabilität, die auf das normale Weltraumwetter und Ereignisse wie Sonneneruptionen und geomagnetische Stürme zurückzuführen ist. Die Ionosphäre wurde als zerknittertes Wachspapier beschrieben, dessen relative Position sich je nach Wetterbedingungen hebt und senkt. Auch die Oberflächentopografie des zerknitterten Papiers ändert sich ständig, was zu Schwankungen in den Reflexions-, Brechungs- und Durchlässigkeitseigenschaften führt.

Die Schaffung einer künstlichen einheitlichen Ionosphäre wurde erstmals Mitte der 1970er Jahre von dem sowjetischen Forscher A. V. Gurevich vorgeschlagen. Ein künstlicher Ionosphärenspiegel (Artificial Ionospheric Mirror, AIM) würde als präziser Spiegel für elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Frequenz oder eines Frequenzbereichs dienen. Damit wäre er sowohl für die punktgenaue Kontrolle der Kommunikation der eigenen Seite als auch für das Abfangen feindlicher Übertragungen geeignet.

Dieses Konzept wurde von Paul A. Kossey et al. in einem Artikel mit dem Titel „Artificial Ionospheric Mirrors (AIM)“30 ausführlich beschrieben. Die Autoren beschreiben, wie man den Ort und die Höhe des Bereichs der künstlich erzeugten Ionisierung mithilfe von gekreuzten Mikrowellenstrahlen (MW), die den atmosphärischen Zusammenbruch (Ionisierung) neutraler Spezies bewirken, genau steuern könnte. Die Auswirkungen einer solchen Kontrolle sind enorm: Man wäre nicht mehr den Unwägbarkeiten der natürlichen Ionosphäre ausgesetzt, sondern hätte stattdessen eine direkte Kontrolle über die Ausbreitungsumgebung. Im Idealfall könnte das AIM schnell aufgebaut werden und würde dann nur für eine kurze Betriebszeit aufrechterhalten werden. Eine schematische Darstellung des Cross-Beam-Ansatzes zur Erzeugung eines AIM ist in Abbildung 4-1 dargestellt.31

Ein AIM könnte theoretisch Funkwellen mit Frequenzen von bis zu 2 GHz reflektieren, was fast zwei Größenordnungen über den von der natürlichen Ionosphäre reflektierten Wellen liegt. Die MW-Strahlerleistung, die für ein solches System benötigt wird, ist etwa eine Größenordnung höher als bei den modernsten Systemen von 1992; es wird jedoch erwartet, dass eine solche Leistung bis 2025 leicht zu erreichen ist.

NORMALE REFLEKTIERENDE SCHICHTEN DER IONOSPHÄRE
(100-300 km)

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Abbildung 4-1. Crossed-Beam-Ansatz zur Erzeugung eines künstlichen Ionosphärenspiegels

Diese Technologie würde nicht nur eine punktgenaue Kommunikationskontrolle und potenzielle Abhörmöglichkeiten bieten, sondern auch die Kommunikation auf bestimmten Frequenzen ermöglichen. Abbildung 4-2 zeigt, wie ein bodengestützter Strahler eine Reihe von AIMs erzeugen könnte, von denen jedes auf eine ausgewählte Übertragungsfrequenz zugeschnitten wäre. Eine solche Anordnung würde die verfügbare Bandbreite für die Kommunikation erheblich erweitern und auch das Problem der Interferenz und des Übersprechens beseitigen (indem man den erforderlichen Leistungspegel verwenden kann).

Künstliche Ionosphärenspiegel

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Abbildung 4-2. Künstliche Ionosphärenspiegel-Punkt-zu-Punkt-Kommunikation

Kossey et al. beschreiben auch, wie AIMs eingesetzt werden könnten, um die Leistungsfähigkeit von OTH-Radar zu verbessern:

Ein AIM-basiertes Radar könnte mit einer Frequenz betrieben werden, die so gewählt wird, dass die Zielerfassung optimiert wird und nicht durch die vorherrschenden ionosphärischen Bedingungen eingeschränkt wird. In Verbindung mit der Möglichkeit, die Wellenpolarisation des Radars zu steuern, um Clutter-Effekte abzuschwächen, könnte dies zu einer zuverlässigen Erkennung von Marschflugkörpern und anderen schlecht beobachtbaren Zielen führen.32

Eine schematische Darstellung dieses Konzepts ist in Abbildung 4-3 zu sehen. Zu den potenziellen Vorteilen gegenüber herkömmlichen OTH-Radaren gehören die Frequenzsteuerung, die Abschwächung von Polarlichteffekten, der Betrieb über kurze Entfernungen und die Erfassung von Zielen mit kleinerem Querschnitt.

IONOSPHÄRE

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Abbildung 4-3. Künstlicher Ionosphärenspiegel – Konzept für die Überwachung über dem Horizont.

Störung von Kommunikation und Radar durch ionosphärische Kontrolle. Eine Variante der oben vorgeschlagenen Fähigkeit ist die Veränderung der Ionosphäre zur Störung der gegnerischen Kommunikations- oder Radarübertragungen. Da die HF-Kommunikation direkt von den Eigenschaften der Ionosphäre gesteuert wird, könnte ein künstlich geschaffener Ionisationsbereich die elektromagnetischen Übertragungen des Gegners stören. Auch ohne künstliche Ionisationsfelder führt eine Hochfrequenzmodifikation zu großflächigen ionosphärischen Veränderungen, die die HF-Ausbreitungseigenschaften verändern. Die Forschung zur Beherrschung dieser Schwankungen könnte sich auszahlen, da sowohl eine Verbesserung als auch eine Beeinträchtigung der HF-Kommunikation möglich ist. Offensive Interferenzen dieser Art wären wahrscheinlich nicht von natürlichem Weltraumwetter zu unterscheiden. Diese Fähigkeit könnte auch genutzt werden, um die Quelle feindlicher elektromagnetischer Übertragungen genau zu lokalisieren.

Die VHF-, UHF- und SHF-Satellitenkommunikation könnte durch die künstliche Erzeugung ionosphärischer Szintillation gestört werden. Dieses Phänomen verursacht Schwankungen in der Phase und Amplitude von Funkwellen über ein sehr breites Band (30 MHz bis 30 GHz). Die HF-Modifikation erzeugt Unregelmäßigkeiten in der Elektronendichte, die Szintillation in einem breiten Frequenzbereich verursachen. Die Größe der Unregelmäßigkeiten bestimmt, welches Frequenzband betroffen ist. Die Kontrolle des Spektrums der künstlichen Unregelmäßigkeiten, die bei der HF-Modifikation erzeugt werden, sollte ein Hauptziel der Forschung in diesem Bereich sein. Außerdem könnte es möglich sein, das Wachstum natürlicher Unregelmäßigkeiten zu unterdrücken, was zu einem geringeren Ausmaß an natürlicher Szintillation führt. Die Erzeugung künstlicher Szintillation würde es uns ermöglichen, Satellitenübertragungen in ausgewählten Regionen zu stören. Wie die oben beschriebene HF-Störung wären solche Aktionen wahrscheinlich nicht von natürlich auftretenden Umweltereignissen zu unterscheiden. Abbildung 4-4 zeigt, wie künstlich ionisierte Regionen genutzt werden könnten, um die HF-Kommunikation durch Dämpfung, Streuung oder Absorption zu stören (Abb. 4.4a) oder die Satellitenkommunikation durch Szintillation oder Energieverlust zu beeinträchtigen (Abb. 4-4b) (aus Ref. 25).

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Abbildung 4-4. Szenarien für eine Verschlechterung der Telekommunikation

Explosion/Abschaltung von Raumfahrzeugen, die sich in der Nähe des Weltraums bewegen. Die Ionosphäre könnte an einem bestimmten Punkt künstlich aufgeladen oder mit Strahlung beaufschlagt werden, so dass sie für Satelliten oder andere Weltraumstrukturen unwirtlich wird. Das Ergebnis könnte von der vorübergehenden Unbrauchbarmachung des Ziels bis zu seiner vollständigen Zerstörung durch eine induzierte Explosion reichen. Natürlich hängt der effektive Einsatz einer solchen Fähigkeit von der Möglichkeit ab, sie selektiv auf ausgewählte Regionen im Weltraum anzuwenden.

Aufladen von Weltraum-Aktivposten durch raumnahe Energieübertragung. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Fähigkeit zur Schädigung könnten Bereiche der Ionosphäre möglicherweise verändert oder im Ist-Zustand zur Wiederbelebung von Weltraumanlagen genutzt werden, z. B. durch Aufladen ihrer Energiesysteme. Die natürliche Ladung der Ionosphäre kann dazu dienen, den größten Teil oder die gesamte Energiezufuhr für den Satelliten bereitzustellen. In den letzten zehn Jahren gab es eine Reihe von Abhandlungen über die elektrische Aufladung von Raumfahrzeugen; einem Autor zufolge ist jedoch „das Problem der Aufladung von Fahrzeugen trotz der erheblichen Anstrengungen, die auf diesem Gebiet sowohl theoretisch als auch experimentell unternommen wurden, bei weitem noch nicht vollständig verstanden“.33 Obwohl die technische Herausforderung beträchtlich ist, würde sich die Nutzung der elektrostatischen Energie zur Betankung der Energiezellen des Satelliten sehr lohnen, da sie eine Verlängerung der Lebensdauer von Raumfahrzeugen zu relativ geringen Kosten ermöglichen würde. Darüber hinaus könnte die Nutzung der Fähigkeit starker HF-Radiowellen, Elektronen auf relativ hohe Energien zu beschleunigen, auch die Zerstörung feindlicher Weltraumanlagen durch gezielten Beschuss mit HF-induzierten Elektronenstrahlen erleichtern. Wie bei der künstlichen Störung der HF-Kommunikation und der induzierten Szintillation wäre die Schädigung gegnerischer Raumfahrzeuge durch solche Techniken praktisch nicht von natürlichen Umgebungseffekten zu unterscheiden. Die Untersuchung und Optimierung von HF-Beschleunigungsmechanismen sowohl für freundliche als auch für feindliche Zwecke ist ein wichtiger Bereich für künftige Forschungsbemühungen.

Künstliches Wetter

Während die meisten Versuche, das Wetter zu verändern, von bestimmten vorherrschenden Bedingungen abhängen, ist es möglich, einige Wettereffekte künstlich zu erzeugen, unabhängig von den vorherrschenden Bedingungen. Virtuelles Wetter könnte beispielsweise durch die Beeinflussung der Wetterinformationen erzeugt werden, die ein Endnutzer erhält. Deren Wahrnehmung von Parameterwerten oder Bildern aus globalen oder lokalen meteorologischen Informationssystemen würde von der Realität abweichen. Dieser Unterschied in der Wahrnehmung würde den Endnutzer dazu veranlassen, schlechtere operative Entscheidungen zu treffen.

Die Nanotechnologie bietet auch Möglichkeiten zur Schaffung von Wettersimulationen. Eine Wolke oder mehrere Wolken aus mikroskopisch kleinen Computerpartikeln, die alle miteinander und mit einem größeren Kontrollsystem kommunizieren, könnten enorme Möglichkeiten bieten. Zusammengeschaltet, atmosphärisch schwimmfähig und mit der Fähigkeit zur Navigation in drei Dimensionen ausgestattet, könnten solche Wolken so gestaltet werden, dass sie eine breite Palette von Eigenschaften aufweisen. Sie könnten ausschließlich optische Sensoren blockieren oder sich so anpassen, dass sie für andere Überwachungsmethoden undurchlässig werden. Sie könnten auch eine elektrische Potentialdifferenz in der Atmosphäre erzeugen, die sonst nicht vorhanden wäre, um gezielte und zeitlich abgestimmte Blitzeinschläge zu ermöglichen. Selbst wenn die erreichte Leistung nicht ausreicht, um eine wirksame Schlagwaffe zu sein, könnte das Potenzial für psychologische Operationen in vielen Situationen fantastisch sein.

Ein großer Vorteil des Einsatzes von Wettersimulationen zur Erzielung eines gewünschten Effekts besteht darin, dass sie im Gegensatz zu anderen Ansätzen die Ergebnisse absichtlicher Handlungen als die Folgen natürlicher Wetterphänomene erscheinen lassen. Darüber hinaus ist es potenziell relativ kostengünstig zu machen. Laut J. Storrs Hall, einem Wissenschaftler an der Rutgers University, der auf dem Gebiet der Nanotechnologie forscht, könnten die Produktionskosten für diese Nanopartikel etwa so hoch sein wie der Preis für ein Pfund Kartoffeln.34 Darin sind natürlich die Forschungs- und Entwicklungskosten nicht enthalten, die in erster Linie vom privaten Sektor getragen werden und bis 2025 und wahrscheinlich schon früher als verlorene Kosten betrachtet werden.

Zusammenfassung des Operationskonzepts

Das Wetter wirkt sich auf alles aus, was wir tun, und die Wetterbeeinflussung kann unsere Fähigkeit verbessern, die Luft- und Raumfahrt zu beherrschen. Sie gibt dem Kommandeur Werkzeuge zur Gestaltung des Kampfgebietes an die Hand. Es gibt dem Logistiker Werkzeuge zur Optimierung des Prozesses an die Hand. Sie gibt den Kriegern im Cockpit ein Betriebsumfeld, das buchstäblich auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist. Einige der potenziellen Fähigkeiten, die ein System zur Wetterbeeinflussung für einen Krieg führenden CINC bieten könnte, sind in Tabelle 1 der Zusammenfassung zusammengefasst.)

Fußnoten

[1] Im Rahmen eines 1966 durchgeführten Pilotprogramms, das als Projekt Popeye bekannt ist, wurde versucht, die Monsunzeit zu verlängern, um die Schlammmenge auf dem Ho-Chi-Minh-Pfad zu erhöhen und so die Bewegungen des Feindes zu verringern. Von WC-130-, F4- und A-1E-Flugzeugen aus wurde ein Silberjodid-Kernmittel in die Wolken über Teilen des Weges versprüht, der sich von Nordvietnam durch Laos und Kambodscha nach Südvietnam schlängelte. Die positiven Ergebnisse dieses ersten Programms führten zu weiteren Einsätzen von 1967 bis 1972. Obwohl die Auswirkungen dieses Programms umstritten sind, sind einige Wissenschaftler der Meinung, dass es zu einer erheblichen Verringerung der Möglichkeiten des Feindes führte, Nachschub über den Pfad nach Südvietnam zu bringen. E. M. Frisby, „Weather-modification in Southeast Asia, 1966-1972“, The Journal of Weather-modification 14, no. 1 (April 1982): 1-3.

[2] William M. Gray et al., “Weather-modification by Carbon Dust Absorption of Solar Energy,” Journal
of Applied Meteorology 15 (April 1976): 355.

[3] Ibid.

[4] Ibid.

[5] Ibid., 367.

[6] AWS PLAN 813 Appendix I Annex Alfa (Scott AFB, Ill.: Air Weather Service/(MAC) 14 January
1972), 11. Hereafter cited as Annex Alfa.

[7] Capt Frank G. Coons, “Warm Fog Dispersal—A Different Story,” Aerospace Safety 25, no. 10
(October 1969): 16.

[8] Annex Alfa, 14.

[9] Warren C. Kocmond, “Dissipation of Natural Fog in the Atmosphere,” Progress of NASA Research
on Warm Fog Properties and Modification Concepts, NASA SP-212 (Washington, D.C.: Scientific and
Technical Information Division of the Office of Technology Utilization of the National Aeronautics and
Space Administration, 1969), 74.

[10] James E. Jiusto, “Some Principles of Fog Modification with Hygrosopic Nuclei,” Progress of NASA
Research on Warm Fog Properties and Modification Concepts, NASA SP-212 (Washington, D.C.:
Scientific and Technical Information Division of the Office of Technology Utilization of the National
Aeronautics and Space Administration, 1969), 37.

[11] Maj Roy Dwyer, Category III or Fog Dispersal, M-U 35582-7 D993a c.1 (Maxwell AFB, Ala.: Air
University Press, May 1972), 51.

[12] James McLare, Pulp & Paper 68, no. 8 (August 1994): 79.

[13] Milton M. Klein, A Feasibility Study of the Use of Radiant Energy for Fog Dispersal, Abstract
(Hanscom AFB, Mass.: Air Force Material Command, October 1978).

[14] Edward M. Tomlinson, Kenneth C. Young, and Duane D. Smith, Laser Technology Applications for
Dissipation of Warm Fog at Airfields, PL-TR-92-2087 (Hanscom AFB, Mass.: Air Force Material
Command, 1992).

[15] J. Storrs Hall, “Overview of Nanotechnology,” adapted from papers by Ralph C. Merkle and K. Eric
Drexler, Internet address: http://nanotech.rutgers.edu/nanotech-/intro.html, Rutgers University, November
1995.

[16] Robert A. Sutherland, “Results of Man-Made Fog Experiment,” Proceedings of the 1991 Battlefield
Atmospherics Conference (Fort Bliss, Tex.: Hinman Hall, 3–6 December 1991).

[17] Christopher Centner et al., “Environmental Warfare: Implications for Policymakers and War
Planners” (Maxwell AFB, Ala.: Air Command and Staff College, May 1995), 39.

[18] Louis J. Battan, Harvesting the Clouds (Garden City, N.Y.: Doubleday & Co., 1960), 120.

[19] Facts on File 55, no. 2866 (2 November 95).

[20] Gene S. Stuart, “Whirlwinds and Thunderbolts,” Nature on the Rampage (Washington, D.C.:
National Geographic Society, 1986), 130.

[21] Ibid., 140.

[22] Heinz W. Kasemir, “Lightning Suppression by Chaff Seeding and Triggered Lightning,” in Wilmot
N. Hess, ed., Weather and Climate Modification (New York: John Wiley & Sons, 1974), 623–628.

[23] SPACECAST 2020, Space Weather Support for Communications, white paper G, (Maxwell AFB,
Ala.: Air War College/2020, 1994).

[24] Gen Charles Horner, “Space Seen as Challenge, Military’s Final Frontier,” Defense Issues,
(Prepared Statement to the Senate Armed Services Committee), 22 April 1993, 7.

[25] Lewis M. Duncan and Robert L. Showen, “Review of Soviet Ionospheric Modification Research,” in
Ionospheric Modification and Its Potential to Enhance or Degrade the Performance of Military
Systems,(AGARD Conference Proceedings 485, October, 1990), 2-1.

[26] Ibid.

[27] Peter M. Banks, “Overview of Ionospheric Modification from Space Platforms,” in Ionospheric
Modification and Its Potential to Enhance or Degrade the Performance of Military Systems (AGARD
Conference Proceedings 485, October 1990) 19-1.

[28] Capt Mike Johnson, Upper Atmospheric Research and Modification—Former Soviet Union (U),
DST-18205-475-92 (Foreign Aerospace Science and Technology Center, AF Intelligence Command, 24
September 1992), 3. (Secret) Information extracted is unclassified.

[29] Capt Edward E. Hume, Jr., Atmospheric and Space Environmental Research Programs in Brazil
(U) (Foreign Aerospace Science and Technology Center, AF Intelligence Command, March 1993), 12.
(Secret) Information extracted is unclassified.

[30] Paul A. Kossey et al. “Artificial Ionospheric Mirrors (AIM),” in Ionospheric Modification and Its
Potential to Enhance or Degrade the Performance of Military Systems (AGARD Conference Proceedings
485, October 1990), 17A-1.

[31] Ibid., 17A-7.

[32] Ibid., 17A-10.

[33] B. N. Maehlum and J. Troim, “Vehicle Charging in Low Density Plasmas,” in Ionospheric
Modification and Its Potential to Enhance or Degrade the Performance of Military Systems (AGARD
Conference Proceedings 485, October 1990), 24-1.

[34] Hall.


Kapitel 5

Empfehlungen für die Untersuchung

Wie kommen wir von hier aus dorthin?

Um die Entwicklung der spezifischen operativen Fähigkeiten, die die Wettermodifikation für den Kämpfer bereitstellen könnte, in vollem Umfang zu verstehen, müssen wir ihre Beziehung zu den zugehörigen Kernkompetenzen und die Entwicklung der dafür erforderlichen Technologien untersuchen und verstehen. Abbildung 5-1 fasst die spezifischen operativen Fähigkeiten aus Tabelle 1 zu sechs Kernfähigkeiten zusammen und zeigt ihre relative Bedeutung im Laufe der Zeit auf. So sind beispielsweise Nebel- und Wolkenveränderungen derzeit wichtig und werden es auch noch einige Zeit bleiben, um unsere Mittel vor der Überwachung zu verbergen oder die Sichtbarkeit bei der Landung auf Flugplätzen zu verbessern. In dem Maße jedoch, wie die Abhängigkeit der Überwachungssysteme von der Optik abnimmt und die Flugzeuge eine wirklich globale Allwetterlandefähigkeit erlangen, werden Anwendungen zur Nebel- und Wolkenmodifikation an Bedeutung verlieren.

Im Gegensatz dazu gibt es derzeit noch keine künstlichen Wettertechnologien. In dem Maße, in dem sie entwickelt werden, nimmt die Bedeutung ihrer potenziellen Anwendungen jedoch rasch zu. Zum Beispiel wird die erwartete Verbreitung von Überwachungstechnologien in der Zukunft die Fähigkeit, Überwachung zu verweigern, immer wertvoller machen. In einem solchen Umfeld könnten Wolken aus intelligenten Partikeln, wie sie in Kapitel 4 beschrieben wurden, eine erstklassige Fähigkeit darstellen.

Abbildung 5-1. Ein Fahrplan der Kernkompetenzen für die Wettermodifikation im Jahr 2025.

Zeit

Legende

PMPrecipitation Modification (Niederschlagsmofizierung)(F&C)MFog and Cloud Modification (Nebel- und Wolkenmodifizierung)
SMStorm Modification (Sturmmodifizierung)CWCounter Weather (Gegen- oder Abwehrwetter)
SWMSpace Weather-modification (Weltraumwetter-Modifizierung)AWArtificial Weather (Künstliches Wetter)

Selbst die technologisch fortschrittlichsten Streitkräfte von heute ziehen es normalerweise vor, bei klarem Wetter und blauem Himmel zu kämpfen. Doch mit der zunehmenden Verbreitung von Technologien zur Kriegsführung wird die Seite mit dem technologischen Vorsprung es vorziehen, bei Wetter zu kämpfen, das ihr einen Vorteil verschafft. Die US-Armee hat diesen Ansatz bereits in ihrem Konzept des „Owning the Weather“ angedeutet.1 Dementsprechend wird die Veränderung von Stürmen mit der Zeit immer wichtiger. Auch die Bedeutung der Niederschlagsmodifikation wird wahrscheinlich zunehmen, da nutzbare Wasserquellen in unbeständigen Teilen der Welt immer knapper werden.

Da immer mehr Länder in zunehmendem Maße wetterverändernde Technologien anstreben, entwickeln und nutzen, müssen wir in der Lage sein, ihre Bemühungen zu erkennen und ihren Aktivitäten bei Bedarf entgegenzuwirken. Wie dargestellt, werden die Technologien und Fähigkeiten, die mit einer solchen Wetterabwehr verbunden sind, zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Die Bedeutung der Modifizierung des Weltraumwetters wird mit der Zeit zunehmen. Zunächst wird sie rascher zunehmen, da sich die Technologien, die sie am besten unterstützen oder negieren kann, am schnellsten verbreiten. Später, wenn diese Technologien ausgereift oder veraltet sind, wird die Bedeutung der Weltraumwetterbeeinflussung weiter zunehmen, aber nicht mehr so schnell.

Um die in Abbildung 5-1 dargestellten Kernfähigkeiten zu erreichen, könnten die erforderlichen Technologien und Systeme gemäß dem in Abbildung 5-2 dargestellten Prozess entwickelt werden. Diese Abbildung veranschaulicht den Zeitplan und die Abfolge der Systementwicklung, die erforderlich sind, um bis 2025 eine Wetteränderungsfähigkeit für das Kampfgebiet zu erreichen. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar. Die vertikale Achse gibt an, in welchem Umfang eine bestimmte Technologie zur Wetterbeeinflussung eingesetzt werden soll. Als Hauptnutzer wird das Militär der Hauptentwickler der mit einem Sternchen gekennzeichneten Technologien sein. Der zivile Sektor wird die Hauptquelle für die übrigen Technologien sein.

Abbildung 5-2. Ein Systementwicklungsfahrplan für die Wettermodifikation im Jahr 2025.

Zeit

Legende

ADVAerospace Delivery Vehicles (Fahrzeuge zur Ausbringung in der Luft)DEDirected Energy (Gerichtete Energie)
AIM Artificial Ionospheric Mirrors (Künstliche Iononsphärenspiegel)GWNGlobal Weather Network (Globales Wetternetzwerk)
CHEMChemikalienSCSmart Clouds (Nanotechnology) (Intelligente Wolken (Nanotechnologie))
CBDCarbon Black Dust (Schwarzer Kohlenstoffstaub)SENSORSSensoren
COMMKommunikationVR WXVirtual Weather (Virtuelles Wetter)
COMP MODComputer Modelling (Computermodellierung)WFSEWeather Force Support Element (Elemente zur Unterstützung der Kraft des Wetters)
* Technologien, die vom Verteidigungsministerium entwickelt werden

Schlussfolgerungen

Die begrenzten Ressourcen der Welt und der anhaltende Bedarf werden den Wunsch nach dem Schutz von Menschen und Eigentum und einer effizienteren Nutzung unserer Anbauflächen, Wälder und Weideflächen verstärken. Die Fähigkeit, das Wetter zu beeinflussen, kann sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus verteidigungspolitischen Gründen wünschenswert sein. Das globale Wettersystem wurde als eine Reihe von Sphären oder Blasen beschrieben. Drückt man auf eine Sphäre, wird eine andere aufgebläht.2 Wir müssen wissen, wann eine andere Macht auf eine Sphäre in ihrer Region „drückt“, und wie sich das auf unser eigenes Gebiet oder auf Gebiete auswirkt, die für die USA von wirtschaftlichem und politischem Interesse sind.

Es werden bereits Anstrengungen unternommen, um umfassendere Wettermodelle zu erstellen, in erster Linie, um die Vorhersagen zu verbessern, aber die Forscher versuchen auch, die Ergebnisse dieser Modelle zu beeinflussen, indem sie zur richtigen Zeit und am richtigen Ort kleine Mengen an Energie hinzufügen. Diese Programme sind derzeit noch sehr begrenzt und noch nicht validiert, aber es besteht ein großes Potenzial, sie in den nächsten 30 Jahren zu verbessern.3

Die Lehren aus der Geschichte zeigen, dass es trotz des Risikos irgendwann eine wirkliche Wetteränderungsmöglichkeit geben wird. Der Antrieb ist vorhanden. Die Menschen wollten schon immer das Wetter kontrollieren, und ihr Wunsch wird sie dazu zwingen, ihr Ziel gemeinsam und kontinuierlich zu verfolgen. Die Motivation ist vorhanden. Die potenziellen Vorteile und die Macht sind äußerst lukrativ und verlockend für diejenigen, die über die Mittel verfügen, sie zu entwickeln. Diese Kombination aus Antrieb, Motivation und Ressourcen wird schließlich die Technologie hervorbringen. Die Geschichte lehrt auch, dass wir es uns nicht leisten können, ohne die Fähigkeit zur Wetterbeeinflussung zu sein, sobald die Technologie entwickelt und von anderen genutzt wird. Selbst wenn wir nicht die Absicht haben, sie zu nutzen, werden es andere tun. Um noch einmal den Vergleich mit den Atomwaffen heranzuziehen, müssen wir in der Lage sein, deren Fähigkeiten mit unseren eigenen abzuschrecken oder zu kontern. Deshalb müssen die Wetter-, Geheim- und Nachrichtendienste über die Aktionen anderer auf dem Laufenden bleiben.

Wie in den vorangegangenen Kapiteln gezeigt wurde, ist die Wetterbeeinflussung ein Machtmultiplikator mit enormer Wirkung, der im gesamten Spektrum der Kriegsführung eingesetzt werden kann. Von der Verbesserung befreundeter oder der Störung feindlicher Operationen über die Veränderung natürlicher Wettermuster in kleinem Maßstab bis hin zur vollständigen Beherrschung der globalen Kommunikation und der Kontrolle des Gegenraums bietet die Wettermodifikation dem Kriegsteilnehmer eine breite Palette möglicher Optionen, um einen Gegner zu besiegen oder in die Knie zu zwingen. Auch wenn offensive Bemühungen zur Wetteränderung von den US-Streitkräften sicherlich mit großer Vorsicht und Besorgnis unternommen würden, so ist doch klar, dass wir es uns nicht leisten können, einem Gegner zu erlauben, eine exklusive Wetteränderungsfähigkeit zu erlangen.

Fußnoten

[1] Mary Ann Seagraves and Richard Szymber, “Weather a Force Multiplier,” Military Review,
November/December 1995, 69.

[2] Daniel S. Halacy, The Weather Changers (New York: Harper & Row, 1968), 202.

[3] William Brown, “Mathematicians Learn How to Tame Chaos,” New Scientist, 30 May 1992, 16.


Anhang A

Warum ist die Ionosphäre wichtig?

Die Ionosphäre ist der Teil der Erdatmosphäre, der in einer Höhe von etwa 30 Meilen beginnt und sich über 1.200 Meilen oder mehr ausdehnt. Diese Region besteht aus Schichten freier elektrisch geladener Teilchen, die Radiowellen durchlassen, brechen und reflektieren, so dass diese Wellen über große Entfernungen um die Erde herum übertragen werden können. Die Wechselwirkung der Ionosphäre auf die auftreffende elektromagnetische Strahlung hängt von den Eigenschaften der Ionosphärenschicht, der Geometrie der Übertragung und der Frequenz der Strahlung ab. Für jeden gegebenen Signalweg durch die Atmosphäre gibt es einen Bereich von brauchbaren Frequenzbändern. In diesem Bereich zwischen der maximal nutzbaren Frequenz (MUF) und der niedrigsten nutzbaren Frequenz (LUF) werden Funkwellen von der Ionosphäre reflektiert und gebrochen, ähnlich wie ein Teilspiegel sichtbares Licht reflektieren oder brechen kann.1 Die Reflexions- und Brechungseigenschaften der Ionosphäre ermöglichen die Übertragung von Funksignalen über die direkte „Sichtlinie“ zwischen Sender und Empfänger hinaus. Die ionosphärische Reflexion und Brechung wurde daher fast ausschließlich für die HF-Kommunikation über große Entfernungen (von 3 bis 30 MHz) genutzt. Funkwellen mit Frequenzen von über 30 MHz bis 300 GHz werden in der Regel für Übertragungen verwendet, die eine direkte Sichtverbindung erfordern, wie z. B. die Satellitenkommunikation. Bei diesen höheren Frequenzen breiten sich die Funkwellen durch die Ionosphäre aus, wobei nur ein kleiner Teil der Welle analog zu einer Himmelswelle zurückgestreut wird. Die Nutzung dieser Frequenzen ist für die Kommunikatoren von großem Vorteil, da sie eine wesentlich größere Bandbreite und damit eine höhere Datenübertragungskapazität bieten und weniger anfällig für natürliche Störungen (Rauschen) sind.

Obwohl die Ionosphäre als natürlicher „Spiegel“ für HF-Radiowellen fungiert, befindet sie sich in ständigem Wandel, so dass ihre „Spiegeleigenschaft“ zeitweise eingeschränkt sein kann. Wie das Wetter auf der Erde ändern sich auch die Eigenschaften der Ionosphäre von Jahr zu Jahr, von Tag zu Tag und sogar von Stunde zu Stunde. Diese Schwankungen in der Ionosphäre, die als Weltraumwetter bezeichnet werden, können zu Unzuverlässigkeiten in der boden- und weltraumgestützten Kommunikation führen, die von der Reflexion oder Übertragung in der Ionosphäre abhängt. Die Schwankungen des Weltraumwetters wirken sich darauf aus, wie die Ionosphäre die Ausbreitungs-, Phasen- und Amplitudeneigenschaften von Funkwellen dämpft, absorbiert, reflektiert, bricht und verändert. Diese wetterabhängigen Veränderungen können sich aus bestimmten Weltraumwetterbedingungen ergeben, wie z. B.: (1) die Variabilität der Sonnenstrahlung, die in die obere Atmosphäre eintritt; (2) das Sonnenplasma, das in das Magnetfeld der Erde eintritt; (3) die gravitationsbedingten atmosphärischen Gezeiten, die von Sonne und Mond erzeugt werden; und (4) das vertikale Anschwellen der Atmosphäre aufgrund der Tageserwärmung durch die Sonne.2 Das Weltraumwetter wird auch durch die Aktivität von Sonneneruptionen, die Neigung des geomagnetischen Feldes der Erde und abrupte Veränderungen der Ionosphäre infolge von Ereignissen wie geomagnetischen Stürmen erheblich beeinflusst.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die der Ionosphäre innewohnende Reflektivität ein natürliches Geschenk ist, das der Mensch genutzt hat, um weitreichende Kommunikationsverbindungen zwischen entfernten Punkten auf der Erde herzustellen. Die natürlichen Schwankungen in der Ionosphäre verringern jedoch die Zuverlässigkeit unserer Kommunikationssysteme, die von der ionosphärischen Reflexion und Brechung abhängen (vor allem HF). Höhere Frequenzen wie die UHF-, SHF- und EHF-Bänder werden größtenteils ohne Verzerrungen durch die Ionosphäre übertragen. Diese Bänder unterliegen jedoch auch einer Beeinträchtigung durch ionosphärische Szintillation, ein Phänomen, das durch abrupte Schwankungen der Elektronendichte entlang des Signalpfads hervorgerufen wird und zu einem Ausbleichen des Signals durch rasche Änderungen des Signalpfads und eine Defokussierung der Signalamplitude und/oder -phase führt.

Das Verständnis und die Vorhersage der Variabilität der Ionosphäre und ihres Einflusses auf die Übertragung und Reflexion elektromagnetischer Strahlung ist ein viel untersuchtes wissenschaftliches Forschungsgebiet. Die Verbesserung unserer Fähigkeit zur Beobachtung, Modellierung und Vorhersage des Weltraumwetters wird unsere boden- und weltraumgestützten Kommunikationssysteme wesentlich verbessern. Sowohl im Verteidigungsministerium als auch im kommerziellen Sektor wird intensiv an der Verbesserung der Beobachtung, Modellierung und Vorhersage des Weltraumwetters gearbeitet. Obwohl es noch erhebliche technische Herausforderungen gibt, gehen wir für die Zwecke dieser Studie davon aus, dass es in den nächsten Jahrzehnten zu dramatischen Verbesserungen in diesen Bereichen kommen wird.

Fußnoten

[1] AU-18, Space Handbook, An Analyst’s Guide Vol. II. (Maxwell AFB, Ala.: Air University Press,
December 1993), 196.

[2] Thomas F. Tascione, Introduction to the Space Environment (Colorado Springs: USAF Academy
Department of Physics, 1984), 175.


Anhang B

Forschung zum besseren Verständnis und zur Vorhersage ionosphärischer Effekte

Laut einer SPACECAST 2020-Studie mit dem Titel „Space Weather Support for Communications“ (Unterstützung des Weltraumwetters für die Kommunikation) sind die wichtigsten Faktoren, die unsere Fähigkeit zur Beobachtung und genauen Vorhersage des Weltraumwetters einschränken, (1) die derzeitige Fähigkeit zur Erfassung der Ionosphäre, (2) die Dichte und Häufigkeit von Ionosphärenbeobachtungen, (3) die Ausgereiftheit und Genauigkeit von Ionosphärenmodellen und (4) das derzeitige wissenschaftliche Verständnis der Physik der Kopplungsmechanismen zwischen Ionosphäre, Thermosphäre und Magnetosphäre.1 Der Bericht empfiehlt, unsere Fähigkeit zur vertikalen und räumlichen Messung der Ionosphäre zu verbessern; zu diesem Zweck wurde eine Architektur für die Kartierung der Ionosphäre vorgeschlagen. Ein solches System würde aus Ionosphären-Sonden und anderen Messgeräten bestehen, die auf Satellitenkonstellationen des Verteidigungsministeriums und kommerzieller Anbieter installiert sind (unter besonderer Berücksichtigung des vorgeschlagenen IRIDIUM-Systems und der Aufstockung des GPS), sowie aus einem erweiterten bodengestützten Netz von Ionosphären-Vertikalsonden in den USA und anderen Ländern. Das Verständnis und die Vorhersage der ionosphärischen Szintillation würde auch den Start eines äquatorialen Fernerkundungssatelliten zusätzlich zu den derzeit geplanten oder eingesetzten Konstellationen des Verteidigungsministeriums und kommerzieller Anbieter erfordern.

Der Nutzen eines solchen Systems besteht in einer Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit in der Ionosphäre von derzeit 40-60 % auf voraussichtlich 80-100 %. Die tägliche weltweite Kartierung der Ionosphäre würde die Daten liefern, die für eine genaue Vorhersage der täglichen, weltweiten terrestrischen Ausbreitungseigenschaften der elektromagnetischen Energie im Bereich von 3-300 MHz erforderlich sind. Diese verbesserte Vorhersage würde Satellitenbetreibern und -nutzern helfen und die Betriebseffizienz von Raumfahrtsystemen erhöhen. Sie würde auch die Lokalisierung der Quellen taktischer Funkkommunikation um eine Größenordnung verbessern und die Ortung und Verfolgung feindlicher und befreundeter Plattformen ermöglichen.2 Eine verbesserte Fähigkeit zur Vorhersage ionosphärischer Szintillation würde ein Mittel zur Verbesserung der Kommunikationszuverlässigkeit durch die Nutzung alternativer Strahlenwege oder die Weiterleitung in ungestörte Regionen bieten. Sie würde es den Nutzern auch ermöglichen, festzustellen, ob Ausfälle auf natürliche ionosphärische Schwankungen und nicht auf feindliche Aktionen oder Hardwareprobleme zurückzuführen sind.

Diese Fortschritte bei der Beobachtung, Modellierung und Vorhersage der Ionosphäre würden die Zuverlässigkeit und Robustheit unseres militärischen Kommunikationsnetzes verbessern. Neben den erheblichen Vorteilen für unser bestehendes Kommunikationsnetz sind solche Fortschritte auch eine Voraussetzung für die weitere Nutzung der Ionosphäre durch aktive Veränderungen.

Fußnoten

[1] SPACECAST 2020, Space Weather Support for Communications, white paper G, (Maxwell AFB,
Ala.: Air War College/2020, 1994).

[2] Referenced in ibid.


Anhang C

Akronyme und Definitionen

AOC – Air Operations Center
AOR – Area Of Responsibility
ATO – Air Tasking Order
EHF – Extra High Frequency
GWN – Global Weather Network
HF – High Frequency
IR – Infared
LF – Low Frequency
LUF – Lowest Usable Frequency
Mesoscale – weniger als 200 km2
Microscale – unmittelbare lokale Umgebung
MUF – Maximum Usable Frequency
MW – Mikrowelle
OTH – Over-The-Horizon
PGM – Precision-Guided Munitions
RF – Radio Frequency
SAR – Synthetic Aperture Radar
SARSAT – Search And Rescue Satellite-Aided Tracking
SHF – Super High Frequency
SPOT – Satellite Positioning And Tracking
UAV – Uninhabited Aerospace Vehicle
UV – Ultraviolet
VHF – Very High Frequency
WFS – Weather Force Specialist
WFSE – Weather Force Support Element
WX – Wetter


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