Analyse zur Sicherheit beim Freifeldlasereinsatz

Waffensysteme können mit Simulationsprogrammen ausgelegt und im Labor untersucht und getestet werden. Schließlich sollen sie den Soldaten im Einsatz zur Verfügung stehen. Während für den Einsatz moderner Rohrwaffen jahrzehntelange Erfahrungen vorliegen, kommt bei Laserwaffen ein vollständig anderes physikalisches Wirkprinzip zum Tragen. Bei vielen bisherigen Freifeldanwendungen wird beim Laser oft die Eigenschaft genutzt, primär Information übertragen zu können. Hierbei sind in der Regel eher geringe Laserstrahlintensitäten ausreichend. Oder die Laserstrahlung wird auf geringe Leistungen begrenzt, wie bei einem Laserpointer. Für eine Laserwaffe müssen andere Vorgehensweisen genutzt werden, um die Sicherheit bei einer möglichen Anwendung im Einsatz sicherzustellen. Von diesen neuartigen Analysen könnten auch zivile Laserfreistrahlanwendungen profitieren.

Laser-Gefährdungen und Sicherheitsberechnungen

Lasersysteme mit hohen Leistungen werden stetig weiterentwickelt. Ihre Anwendung im Freifeld birgt situationsabhängig Gefahren für Personen durch direkte und reflektierte Laserstrahlung, die über die Betrachtungen im betrieblichen Arbeitsschutz hinausgehen. Zur Quantifizierung der möglichen Gefährdungen und Risiken entwickelt das Fraunhofer EMI ein Lasersicherheitstool, mit dem ein dynamisches Anwendungsszenario simuliert und die Propagation der Laserstrahlung mit numerischen Verfahren berechnet werden kann. Basierend auf der berechneten Strahlpropagation kann das Tool die notwendigen Sicherheitsabstände und die gefährdeten Bereiche am Boden bestimmen und darstellen.

Reflexionsmessungen und Modellbildung

Bei der Propagationsberechnung nehmen Reflexionen am bestrahlten Ziel eine zentrale Rolle ein. Insbesondere bei der Quantifizierung der Gefährdung durch reflektierte Laserstrahlung ist es wichtig, das komplexe Reflexionsverhalten potenzieller Zielmaterialien und -strukturen in der Simulation realitätsnah abzubilden. Wesentlich sind hierbei unter anderem die Materialsorte, die Oberflächenbeschaffenheit und der Einfallswinkel. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass sich die Oberflächen bestrahlter Objekte während der Einwirkung hochenergetischer Laserstrahlung dynamisch verändern. Zur Charakterisierung des spekularen und diffusen Reflexionsverhaltens werden am Fraunhofer EMI Laborexperimente durchgeführt. Die Reflexionsmessungen werden in geeignete Modelle für die Reflexionsberechnung im Lasersicherheitstool überführt.