En forklaring af beviserne på svagheder i Iron Dome Defence System

Redaktørens note: Læsernes svar på en nylig nyhedshistorie, Israelsk raketforsvarssystem fejler ved en afgørende opgave, siger ekspertanalytikere, hvor Ted Postol blev citeret for at sige, at Iron Dome ikke effektivt detonerede sprænghoveder, var så negativ og vred så mange mennesker, især israelere , at vi bad professor Postol om at forklare, hvordan han kom til sine konklusioner og vise sine data. Han indvilligede. Den følgende artikel repræsenterer hans mening og er ikke nødvendigvis den MIT Technology Review — og repræsenterer ikke nogen kollektiv vurdering fra MIT eller en af ​​dets afdelinger, laboratorier eller centre. (Det er fordi vi er redaktionelt uafhængige af instituttet.)

Introduktion

I de første uger af juli 2014 er konflikten mellem Israel og palæstinensere i Gaza igen blusset op. Dette har resulteret i en ny runde af store raketangreb lanceret af Hamas, der opererer fra Gaza, mod israelske befolkningscentre. Sidste gang sådanne store raketangreb fandt sted mellem Hamas og Israel var i november 2012. Under konflikten i november 2012 blev der observeret et stort antal fotografier af Iron Dome-interceptor-kontrailer på himlen. Disse kontrasider afslørede, at Iron Dome-interceptorhastigheden var meget lav - måske så lav som 5 procent eller derunder.

Dette papir forklarer, hvorfor geometrien af ​​de kontrailer, der er fotograferet på himlen, indikerer, hvorvidt et Iron Dome-opskæringsforsøg havde nogen chance for at opsnappe et artilleriraketmål.

Jeg vil vise eksempler på data, der indikerer, at Iron Dome-ydelsen var meget lav i november 2012, og jeg vil vise lignende data for juli 2014, hvilket indikerer, at Iron Dome-ydelsen næsten halvandet år senere sandsynligvis ikke er blevet forbedret.

På nuværende tidspunkt er indsamling af data for juli 2014 stadig i gang. Men alle de data, jeg indtil videre har indsamlet, indikerer, at Iron Dome's ydeevne ikke er blevet forbedret.

Et af de mest krævende problemer ved at opsnappe en artilleriraket er, at opfangeren skal ødelægge sprænghovedet på raketten. Hvis interceptoren rammer bagenden af ​​raketten, vil der kun ske skader på det brugte raketmotorrør, som dybest set er et tomt rør. Beskadigelse af bagenden af ​​artilleriraketten har i det væsentlige ingen effekt på resultatet af angrebet. Stykkerne af raketten vil i det væsentlige falde i det samme anklagede område, og sprænghovedet vil næsten helt sikkert gå videre til jorden og eksplodere. Disse kendsgerninger betyder, at den eneste meningsfulde definition af en vellykket aflytning er ødelæggelsen af ​​artilleriraketsprænghovedet. Som det vil blive vist i den efterfølgende diskussion, er ødelæggelse af artilleriraketsprænghovedet betydeligt mere krævende end at skade andre dele af artilleriraketten - eller med held beskadige et fly, hvilket forårsager fejl i dets mission.

Beskyttelse af en befolkning spredt over forsvarede områder mod farerne ved sådanne missilangreb skal involvere beskyttelse mod nedfaldende affald, som kan forårsage alvorlige skader på personer, der ikke er i beskyttende beskyttelsesrum.

Som jeg vil diskutere senere i denne artikel, har Israel faktisk et ekstremt effektivt missilforsvar. Det forsvar er det tidlige varslingssystem, der fortæller folk på jorden, at en raket rejser i deres retning, og de shelters, der er indrettet, så enkeltpersoner nemt kan komme til beskyttelse inden for ti sekunder efter advarsel. I en artikel, der henvises til senere i dette papir, er det vist, at under bombningen af ​​London med V-1 og V-2 raketter, reducerede sekunders tidlig varsling i høj grad antallet af ofre og dødsfald fra individuelle angreb.

I det særlige tilfælde af raketangreb mod Israel er det overvældende antal artilleriraketsprænghoveder i intervallet 10 til 20 pund, hvilket gør beskyttelsesrums effektivitet endnu større.

Disse to faktorer, sprænghovedernes lille størrelse og varslings- og læsystemet forklarer fuldstændig, hvorfor der ikke har været nogen tilskadekomne fra raketangrebene.

Vurdere, om et forsøg på at aflytte en Iron Dome er vellykket eller ej, ud fra fotografier af Iron Dome Contrails

Jeg vil først vise, hvorfor Iron Dome-interceptoren skal nærme sig målartilleriraketten fra frontal retning. Jeg vil så vise, at Iron Dome interceptoren for alle praktiske formål ikke har nogen chance for at ødelægge sprænghovedet på indkommende artilleriraketter, hvis interceptoren går i indgreb med raketten fra siden eller bagfra.

Jeg vil derefter præsentere fotografiske beviser for kontrailer på himlen, hvilket indikerer, at Iron Dome-interceptorer for det meste jagtede eller engagerede artilleriraketter i side-on geometrier.

Jeg ved ikke, hvorfor Iron Domes ikke indgreb de fleste artilleriraketter med den rette front-on-geometri. Det er dog tydeligt, at Iron Dome-radarsporings- og styringssystemet ikke virker, da det i første omgang sender Iron Dome-aflytningsanordninger for at opsnappe punkter, der så resulterer i, at interceptoren ikke er i stand til at opnå den rigtige geometri til et vellykket indgreb mod artilleriet raketter.

Jeg vil vise fotografier af kontrailer fra november 2012 og fra juli 2014, hvilket indikerer, at Iron Domes stadig opfører sig uregelmæssigt - hvilket resulterer i fortsat meget lave aflytningstal.

Vurdering af betydningen af ​​Iron Dome Contrails

For at forstå, hvorfor Iron Dome-interceptoren skal nærme sig artilleriraketten fra frontal retning, er det nødvendigt at have en rudimentær forståelse af Iron Dome-interceptoren.

Figur 1 nedenfor viser et konceptuelt billede af et front-on-engagement af en Iron Dome-interceptor mod en Grad artilleriraket. Den blå stiplede linje, der udgår fra den forreste sektion af Iron Dome-interceptoren, viser sigtelinjen for det, der kaldes en lasersikring. Formålet med lasersikringen er at skabe en lysstråle, der vil reflektere fra den forreste ende af artilleriraketten, så interceptoren kan fastslå, at målartilleriraketten er i færd med at passere interceptoren. Som det kan ses af diagrammet, er sprænghovedet i Iron Dome-interceptoren placeret et godt stykke bag ved sikringsaggregatet, en afstand på cirka tre fod fra laser-sikringsåbningen. Dette giver lunten nok tid til at bestemme, hvor fronten af ​​målraketten er, estimere, hvor lang tid det vil tage for fronten af ​​artilleriraketten at passere parallelt med artillerirakettens sprænghoved, og detonere Iron Dome sprænghovedet.

Tidsforsinkelsen er ret kritisk for mange variabler. Det skal ikke kun tage højde for placeringen af ​​målrakettens sprænghoved, men også for hastigheden af ​​fragmenterne fra Iron Dome sprænghovedet, miss-afstanden, den off-parallelle orientering af Iron Dome-interceptoren i forhold til artilleriraketten og den høje forbipasserende hastighed af Iron Dome-interceptoren og artilleriraketten.

Figur 2 viser, hvordan fragmenterne bevæger sig, under den antagelse, at krydsningshastigheden for Iron Dome-interceptoren og artilleriraketten er omkring 1.200 meter i sekundet, og fragmenterne fra Iron Dome-sprænghovedet projiceres med omkring 2.100 meter i sekundet vinkelret på aksen af Iron Dome interceptor. Fordi Iron Dome-interceptoren bevæger sig med 1.200 meter pr. sekund i forhold til artilleriraketten, skal den ekstra krydsningshastighed lægges til fragmenternes sidehastighed på 2.100 meter pr. sekund. Nettoretningen af ​​skyen af ​​fragmenter, som det ville ses, hvis en observatør sad på artilleriraketten, er vist af den lyseblå pil, der passerer gennem både Iron Dome sprænghovedet og artillerirakettens sprænghoved.

Figur 3 viser resultatet, hvis alt fungerer efter hensigten. Der er dog en række mulige udfald, hvor succes er meget sandsynlig, og ud over det interval formindskes muligheden for succes drastisk.

Som det kan ses af pilen markeret med 1.500 meter i sekundet i figur 2 og 3, kan den højere krydsningshastighed resultere i en væsentlig ændring i nettoretningen af ​​skyen af ​​fragmenter. Således skal lunten bestemme det bedste tidspunkt at detonere sprænghovedet baseret på krydsningshastigheden, afstanden af ​​artilleriraketmålet, når det passerer forbi Iron Dome-interceptoren, og de forskellige fusionsforsinkelser, der er forbundet med at detonere Iron Dome-interceptorens sprænghoved.

På grund af usikkerheden i den nøjagtige krydsningshastighed og krydsningsgeometri, kan selv en perfekt lunte undlade at sætte dødelige fragmenter på artillerirakettens sprænghoved.

Medmindre afstanden mellem Iron Dome sprænghovedet og sprænghovedet på artilleriraketten er lille (ca. en meter eller deromkring), vil der være en meget formindsket chance for, at et fragment fra Iron Dome sprænghovedet vil ramme, trænge ind og forårsage detonationen af ​​artilleriraketsprænghovedet.

Et front-on engagement garanterer således ikke, at Iron Dome-interceptoren vil ødelægge sprænghovedet på artilleriraketten.

Figur 4 og figur 4A viser konsekvenserne af en fejl i sikringstidspunktet i, hvad der næsten helt sikkert var et indgreb mellem en Iron Dome-interceptor og artilleriraketten vist på jorden på billederne. Som det kan ses ved at inspicere fotografiet i figur 4, er der betydelige skader i området, hvor raketten faldt. Denne skade skyldtes næsten helt sikkert detonationen af ​​rakettens lille sprænghoved. Figur 4A viser den forstørrede forende af raketten, hvor der kan ses huller i det brugte og tomme raketmotorhus, der var umiddelbart bag sprænghovedet. Dette fotografi viser derfor et eksempel på, hvad der kunne have været et vellykket Iron Dome-aflytningsforsøg.

I dette tilfælde er det næsten sikkert, at artilleriraketten var engageret af en Iron Dome-interceptor, der var ordentligt nærmer sig artilleriraketten front-on. Desværre resulterede timing-kommandoerne fra lunten i, at fragmenter fra det eksploderende Iron Dome sprænghoved ramte artilleriraketten efter sprænghovedet var passeret. Den relativt lave tæthed af huller i artillerirakettens bagkroppen antyder, at stødet også havde en relativt høj missedstand - muligvis flere meter.

Dette fotografi illustrerer, hvordan selv når Iron Dome-interceptoren er i en ordentlig front-on-bane, kan den stadig ikke ødelægge sprænghovedet på en målartilleriraket.

Figur 5, 6, 7 og 8 viser detaljerede vektordiagrammer, der angiver, hvordan Iron Dome-interceptoren ville fungere, hvis den greb en artilleriraket fra en række forskellige retninger. I disse diagrammer er hastighederne vist i fod pr. sekund, snarere end meter pr. sekund, der er brugt i figur 1, 2 og 3.

Figur 5 viser en næsten front-on indgrebsretning (igen, bemærk, at alle vektorhastigheder nu er i fod pr. sekund). En omhyggelig gennemgang af angrebets geometri vil afsløre, at selv en moderat skæv off-frontal tilgangsretning drastisk vil reducere chancerne for, at fragmenter fra Iron Dome sprænghovedet kan blive sprøjtet på sprænghovedet af artilleriraketten. Dette viser derfor, at front-on-geometrien er meget følsom over for små off-frontale fejl, der kan være resultatet af fejl fra masterkontrolsystemet i styringen og styringen af ​​Iron Dome-interceptoren.

Dette særlige diagram (figur 5) viser, hvor vigtigt det er for hovedstyre- og kontrolsystemet at placere interceptoren på det rigtige sted, før den begynder den egentlige målsøgningsproces mod en målartilleriraket

Figur 6, 7 og 8 viser detaljerede vektordiagrammer for interceptorindgreb, der nærmer sig målartilleriraketten fra siden eller bagfra. En omhyggelig inspektion af geometrien af ​​den sikringsfølende stråle og sprøjtemønsteret af fragmenterne fra Iron Dome sprænghovedet viser, at der er to meget alvorlige problemer med denne slags indgreb.

Først og fremmest, hvis lunten opdager artilleriraketten, har den ingen mulighed for at bestemme, hvor sprænghovedet er på artilleriraketten. For det andet er det næsten sikkert, at selvom lunten detonerer ved et tilfælde på et tidspunkt, hvor sprænghovedet kan være i sprøjtemønsteret af Iron Dome sprænghovedet, vil afstanden mellem Iron Dome sprænghovedet og artilleriraket sprænghovedet under næsten alle omstændigheder være meget store, hvilket resulterer i en meget lav tæthed af fragmenter ved placeringen af ​​artilleriraketsprænghovedet. I betragtning af det lille antal fragmenter, der kan spredes af Iron Dome sprænghovedet, udmønter dette sig i en meget stor chance for, at intet fragment vil ramme sprænghovedet. Gør tingene endnu vanskeligere, det projicerede område af sprænghovedet er meget lille, da det vil blive stødt på forfra eller bagfra i stedet for fra siden. Desuden er det meget sandsynligt, at fragmenter rammer metaloverflader, der har meget lave græsningsvinkler i forhold til retningen af ​​fragmentets bevægelse. Dette vil resultere i, at fragmenter har tendens til at hoppe af skallen eller næsten ingen energi overfører til et mål. Derfor viser figur 6, 7 og 8, at for alle praktiske formål er sandsynligheden for, at Iron Dome-interceptoren kan ødelægge sprænghovedet på den indkoblede artilleriraket, i det væsentlige nul.

Hvad viser dataene om Iron Domes præstation i november 2012 og juli 2014?

Figur 9, 10 og 11 viser træk på himlen, der indikerer, at Iron Dome-interceptorer forsøgte at gå i indgreb med målartilleriraketter enten ved at jage dem bagfra eller ved at angribe dem fra siden.

Indgrebets geometri er let at etablere, fordi artilleriraketterne falder i høje højdevinkler i forhold til jorden - måske 60 til 70 grader i forhold til lodret. Denne regntry-vinkel skyldes aerodynamisk modstand, som bremser artilleriraketten og til sidst får den til at falde i en relativt stejl vinkel.

Figur 12 og 13 viser fotografier, der formodes at være taget i juli 2014. Jeg har fundet fotografier fra november 2012, der er blevet fejlmærket som værende fra juli 2012, så jeg er i gang med at verificere, at de indsamlede fotografier rent faktisk er taget i angivne tidsrammer. Disse to fotografier er tjekket ud som værende fra juli 2014.

Figur 14 viser et meget groft skøn baseret på mine observationer i november 2012, hvor jeg måske ikke så mere end 10 til 20 procent af Iron Dome-kontrails, der indikerede en indgrebsgeometri, der var front-on.

Som vist i præstationsgættet, hvis vi antager, at engagementsgeometrien og 20 procent af engagementerne var front-on, så estimerede jeg på det tidspunkt, at sandsynligheden for at ødelægge et SCUD sprænghoved kunne være mellem 0,3 og 0,6. Således, hvis alle andre engagementer reelt resulterede i en nulsandsynlighed for aflytning, ville opsnapningsraten være ca.

0,2 × (0,3 eller 0,6) = 0,06 til 0,12

Det er en aflytningsrate, defineret som ødelæggelse af artilleri-raketsprænghovedet, på mellem 6 og 12 procent.

Mit bedste skøn er, at færre end 20 procent af de engagementer, jeg var i stand til at få data om, faktisk var front-on, og jeg har ingen oplysninger om de faktiske miss-afstande, eller om engagement-forsøgs geometrierne var tæt på antiparallelle. Udsagnet om, at Iron Dome's aflytning ser ud til at være sandsynligvis 5 procent eller mindre.

Et eksempel på en sådan beregning er vist i figur 14.

Hvorfor er antallet af israelske tab fra raketangreb så lavt?

En artikel publiceret i tidsskriftet Natur i 1993 behandlede debatten om præstationen af ​​Patriot-missilforsvaret i Golfkrigen i 1991. På det tidspunkt blev de samme spørgsmål rejst - hvorfor var skaderne så lave, og hvorfor var der så få ofre? (Alle rapporter tyder nu på, at der kun var et offer fra de direkte virkninger af SCUD-angrebene. Dette tab var forårsaget af et Patriot-missil, der duede til jorden i et forsøg på at opsnappe et SCUD-missil.)

I tilfældet med SCUD-angrebene var der mange færre raketter afsendt mod Israel (måske omkring 40), men sprænghovederne på missilerne var meget større - omkring 500 pund. Ikke desto mindre faldt mange SCUD-sprænghoveder i åbne områder og gjorde relativt lidt skade. I tilfælde, hvor sprænghoveder faldt i nærheden af ​​bygninger, beskyttede civilforsvarsforanstaltningerne i det væsentlige befolkningen mod konsekvenserne af SCUD-påvirkningen.

Figur 15, 16 og 17 viser skader i Israel fra artilleriraketangreb i november 2012 og juli 2014. Som det kan ses ved at inspicere fotografierne, har skaderne en tendens til at være ret lokaliserede, selv når raketterne rammer bygninger. Dette betyder ikke, at personer i området for raketangrebet ikke ville blive såret eller dræbt, hvis de var tæt nok på nedslagsstedet, men det er meget tydeligt, at sprænghovederne ikke er af tilstrækkelig størrelse til at forårsage ofre eller dødsfald for dem, der er ordentligt beskyttet.

I modsætning hertil viser figur 17 og 18 resultaterne af bombeangreb i Gaza i juli 2014. Det nøjagtige udbytte af bomberne er usikre, men det ser ud til, at de sandsynligvis er i kategorien 1.000 til 2.000 pund. I disse tilfælde kan forsøg på at beskytte befolkningen meget vel mislykkes, da få krisecentre kan opretholde det niveau af skade, der kunne påføres af så store bomber.

Så igen illustrerer dette, at den lille størrelse af artilleriraketsprænghovederne og evnen til hurtigt at advare befolkninger om disse ankommende små sprænghoveder er et ekstremt dygtigt forsvar, der fungerer langt mere effektivt end Iron Dome.

Theodore Postol er professor i videnskab, teknologi og national sikkerhedspolitik i programmet i videnskab, teknologi og samfund ved MIT.

figur 1

Figur 2

Figur 3

Figur 4

Figur 4A

Figur 5

Figur 6

Figur 7

Figur 8

Figur 9 (november 2012)

Figur 10 (november 2012)

Figur 11 (november 2012)

Figur 12 (10. juli 2014)

To raketter bliver skudt ned over Sderot torsdag. (Fotokredit: Mitch Ginsburg/Times of Israel)

Figur 13 (8. juli 2014)

Billedet er taget tirsdag den 8. juli

Figur 14

Figur 15

Figur 16

En raket eksploderede nær en vej i Sdot Negev Regional Council og forårsagede skader på vejen, men ingen personskade. (juli 2014)

Figur 17

Tag på angrebet kostald

Iron Dome opsnappede også en raket, der blev affyret mod den sydlige by Netivot, også i Gaza-regionen. I Ashdod-området døde omkring 10 køer, og mange andre blev såret, efter at en raket ramte en kostald på en lokal moshav, sagde beboerne.

Figur 18

Figur 19

skjule