Een verklaring van het bewijs van zwakke punten in het Iron Dome-verdedigingssysteem

Opmerking van de uitgever: De lezersreactie op een recent nieuwsbericht, Israëlisch raketafweersysteem faalt bij een cruciale taak, zeggen deskundige analisten, waar Ted Postol werd geciteerd om te zeggen dat Iron Dome kernkoppen niet effectief tot ontploffing bracht, was zo negatief en maakte zoveel mensen boos, vooral Israëli's , dat we professor Postol hebben gevraagd uit te leggen hoe hij tot zijn conclusies kwam en zijn gegevens te laten zien. Hij stemde gracieus toe. Het volgende artikel geeft zijn mening weer en is niet noodzakelijk de mening van MIT Technology Review -en vertegenwoordigt geen collectieve beoordeling door MIT of een van zijn afdelingen, laboratoria of centra. (Dat komt omdat we redactioneel onafhankelijk zijn van het Instituut.)

Invoering

Begin juli 2014 laaide het conflict tussen Israël en Palestijnen in Gaza weer op. Dit heeft geresulteerd in een nieuwe ronde van grootschalige raketaanvallen, gelanceerd door Hamas, opererend vanuit Gaza, tegen Israëlische bevolkingscentra. De laatste keer dat dergelijke grootschalige raketaanvallen plaatsvonden tussen Hamas en Israël was in november 2012. Tijdens het conflict in november 2012 werd een groot aantal foto's van de interceptorcontrails van Iron Dome waargenomen in de lucht. Deze contrails onthulden dat de Iron Dome-interceptorsnelheid erg laag was - misschien zo laag als 5 procent of lager.

Dit artikel legt uit waarom de geometrie van de contrails die in de lucht zijn gefotografeerd, aangeeft of een onderscheppingspoging van de Iron Dome al dan niet enige kans had om een ​​artillerieraketdoel te onderscheppen.

Ik zal voorbeeldgegevens laten zien die aangeven dat de Iron Dome-prestaties in november 2012 erg laag waren, en ik zal vergelijkbare gegevens voor juli 2014 laten zien, wat aangeeft dat de Iron Dome-prestaties bijna anderhalf jaar later waarschijnlijk niet zijn verbeterd.

Op dit moment is het verzamelen van de gegevens voor juli 2014 nog in volle gang. Alle gegevens die ik tot nu toe heb verzameld, geven echter aan dat de prestaties van Iron Dome niet zijn verbeterd.

Een van de meest veeleisende problemen bij het onderscheppen van een artillerieraket is dat de interceptor de kernkop op de raket moet vernietigen. Als de interceptor de achterkant van de raket raakt, is het enige dat zal gebeuren schade aan de verbruikte raketmotorbuis, die in feite een lege pijp is. Beschadiging van de achterkant van de artillerieraket heeft in wezen geen effect op de uitkomst van het gevecht. De stukken van de raket zullen in wezen in hetzelfde gebied van de verdachte vallen, en de kernkop zal vrijwel zeker naar de grond gaan en exploderen. Deze feiten betekenen dat de enige betekenisvolle definitie van een succesvol onderscheppen de vernietiging van de raketkop van de artillerie is. Zoals in de volgende discussie zal worden aangetoond, is het vernietigen van de kernkop van de artillerieraket aanzienlijk veeleisender dan het toebrengen van schade aan andere delen van de artillerieraket - of het succesvol beschadigen van een vliegtuig, waardoor zijn missie mislukt.

Het beschermen van een bevolking verspreid over verdedigde gebieden tegen de gevaren van dergelijke raketaanvallen moet gepaard gaan met bescherming tegen vallend puin, dat ernstige verwondingen kan veroorzaken bij personen die zich niet in beschermende schuilplaatsen bevinden.

Zoals ik later in dit artikel zal bespreken, heeft Israël inderdaad een uiterst effectieve raketverdediging. Die verdediging is het systeem voor vroegtijdige waarschuwing dat mensen op de grond vertelt dat er een raket in hun richting reist, en de schuilplaatsen die zo zijn ingericht dat individuen binnen tientallen seconden na waarschuwing gemakkelijk bescherming kunnen krijgen. In een artikel waarnaar verderop in dit artikel wordt verwezen, wordt aangetoond dat tijdens de bombardementen op Londen door V-1- en V-2-raketten, seconden van vroegtijdige waarschuwing het aantal slachtoffers en sterfgevallen als gevolg van individuele aanvallen enorm verminderde.

In het specifieke geval van raketaanvallen op Israël ligt het overweldigende aantal artillerieraketkoppen in het bereik van 10 tot 20 pond, wat de effectiviteit van schuilplaatsen nog groter maakt.

Deze twee factoren, de kleine omvang van de kernkoppen en het waarschuwings- en beschermingssysteem verklaren volledig waarom er geen slachtoffers zijn gevallen bij de raketaanvallen.

Beoordelen of een onderscheppingspoging van Iron Dome al dan niet succesvol is op basis van foto's van Iron Dome-contrails

Ik zal eerst laten zien waarom de Iron Dome-interceptor de doelartillerieraket frontaal moet naderen. Ik zal dan laten zien dat de Iron Dome-interceptor, voor alle praktische doeleinden, geen kans heeft om de kernkop van inkomende artillerieraketten te vernietigen als de interceptor de raket vanaf de zijkant of vanaf de achterkant raakt.

Ik zal dan fotografisch bewijs presenteren van contrails in de lucht, wat aangeeft dat Iron Dome-onderscheppers meestal artillerieraketten achtervolgden of aanvielen in zijwaartse geometrieën.

Ik weet niet waarom de Iron Domes de meeste artillerieraketten niet met de juiste front-on-geometrie aanvielen. Het is echter duidelijk dat het radarvolg- en geleidingssysteem van de Iron Dome niet werkt, aangezien het in eerste instantie Iron Dome-onderscheppers stuurt om punten te onderscheppen die er vervolgens toe leiden dat de onderschepper niet de juiste geometrie kan bereiken voor een succesvol gevecht met de artillerie raketten.

Ik zal foto's van contrails van november 2012 en van juli 2014 laten zien die aangeven dat de Iron Domes zich nog steeds grillig gedragen, wat resulteert in aanhoudend zeer lage onderscheppingspercentages.

De betekenis van Iron Dome-contrails beoordelen

Om te begrijpen waarom de Iron Dome-interceptor de artillerieraket vanuit een frontale richting moet naderen, is het noodzakelijk om een ​​rudimentair begrip te hebben van de Iron Dome-interceptor.

Afbeelding 1 hieronder toont een conceptueel beeld van een frontale confrontatie door een Iron Dome-interceptor tegen een Grad-artillerieraket. De blauwe stippellijn die uit het voorste gedeelte van de Iron Dome-interceptor komt, geeft de zichtlijn weer van wat een laserzekering wordt genoemd. Het doel van de laserzekering is om een ​​lichtstraal te creëren die door de voorkant van de artillerieraket wordt gereflecteerd, zodat de interceptor kan bepalen dat de doelartillerieraket bezig is de interceptor te passeren. Zoals te zien is in het diagram, is de kernkop in de Iron Dome-interceptor ruim achter de zekeringeenheid geplaatst, op een afstand van ongeveer één meter van de laser-zekeringopening. Dit geeft de lont voldoende tijd om te bepalen waar de voorkant van de doelraket zich bevindt, in te schatten hoe lang het duurt voordat de voorkant van de artillerieraket evenwijdig aan de kernkop van de artillerieraket passeert en de Iron Dome-kernkop tot ontploffing te brengen.

De timingvertraging is vrij kritisch voor veel variabelen. Het moet niet alleen rekening houden met de locatie van de kernkop van de doelraket, maar ook voor de snelheid van de fragmenten van de Iron Dome-kernkop, de misserafstand, de niet-parallelle oriëntatie van de Iron Dome-interceptor ten opzichte van de artillerieraket, en de hoge passeersnelheid van de Iron Dome-interceptor en de artillerieraket.

Figuur 2 laat zien hoe de fragmenten bewegen, aangenomen dat de kruissnelheid van de Iron Dome interceptor en artillerieraket ongeveer 1.200 meter per seconde is en de fragmenten van de Iron Dome kernkop worden geprojecteerd met ongeveer 2.100 meter per seconde loodrecht op de as van de Iron Dome-interceptor. Omdat de Iron Dome-interceptor met 1200 meter per seconde beweegt ten opzichte van de artillerieraket, moet de extra kruissnelheid worden opgeteld bij de laterale snelheid van 2100 meter per seconde van de fragmenten. De netto richting van de wolk van fragmenten, zoals te zien zou zijn als een waarnemer op de artillerieraket zou zitten, wordt weergegeven door de lichtblauwe pijl die zowel door de Iron Dome-kernkop als door de kernkop van de artillerieraket gaat.

Figuur 3 laat de uitkomst zien als alles werkt zoals bedoeld. Er is echter een scala aan mogelijke uitkomsten waarbij succes zeer waarschijnlijk is, en buiten dat bereik neemt de kans op succes drastisch af.

Zoals te zien is aan de pijl met 1500 meter per seconde in figuren 2 en 3, kan de hogere oversteeksnelheid resulteren in een significante verandering in de netto richting van de wolk van fragmenten. De lont moet dus de beste tijd bepalen om de kernkop tot ontploffing te brengen op basis van de kruissnelheid, de afstand van het artillerieraketdoel bij het passeren van de Iron Dome-interceptor en de verschillende fusievertragingen die gepaard gaan met het tot ontploffing brengen van de kernkop van de Iron Dome-interceptor.

Vanwege de onzekerheden in de exacte oversteeksnelheid en oversteekgeometrie, kan zelfs een perfecte lont er niet in slagen om dodelijke fragmenten op de kernkop van de artillerieraket te plaatsen.

Bovendien, tenzij de afstand tussen de Iron Dome-raketkop en de kernkop van de artillerieraket klein is (ongeveer een meter of zo), zal er een sterk verminderde kans zijn dat een fragment van de Iron Dome-kernkop zal raken, doordringen en veroorzaken de ontploffing van de raketkop van de artillerie.

Een front-on gevecht garandeert dus niet dat de Iron Dome-interceptor de kernkop op de artillerieraket zal vernietigen.

Figuur 4 en figuur 4A tonen de gevolgen van een storing in de timing van de zekering in wat vrijwel zeker een verloving was tussen een Iron Dome-interceptor en de artillerieraket die op de foto's op de grond wordt getoond. Zoals te zien is op de foto in figuur 4, is er aanzienlijke schade in het gebied waar de raket viel. Deze schade was vrijwel zeker te wijten aan de ontploffing van de kleine kernkop van de raket. Figuur 4A toont de uitvergrote voorkant van de raket, waar gaten te zien zijn in de uitgerekte en lege behuizing van de raketmotor die zich direct achter de kernkop bevond. Deze foto toont daarom een ​​voorbeeld van wat een succesvolle Iron Dome-onderscheppingspoging had kunnen zijn.

In dit geval is het vrijwel zeker dat de artillerieraket werd aangevallen door een Iron Dome-interceptor die de artillerieraket frontaal goed naderde. Helaas resulteerden de timingopdrachten van de lont erin dat fragmenten van de exploderende Iron Dome-kernkop de artillerieraket raakten nadat de kernkop was gepasseerd. De relatief lage dichtheid van gaten in het achterlichaam van de artillerieraket suggereert dat de ontmoeting ook een relatief hoge miss-afstand had - mogelijk enkele meters.

Deze foto illustreert hoe zelfs wanneer de Iron Dome-interceptor zich in een goede front-on baan bevindt, hij er nog steeds niet in kan slagen de kernkop van een doelartillerieraket te vernietigen.

Figuren 5, 6, 7 en 8 tonen gedetailleerde vectordiagrammen die aangeven hoe de Iron Dome-interceptor zou presteren als deze vanuit verschillende richtingen een artillerieraket zou aanvallen. In deze diagrammen worden de snelheden weergegeven in voet per seconde, in plaats van de meters per seconde die worden gebruikt in de figuren 1, 2 en 3.

Figuur 5 toont een bijna front-on aangrijpingsrichting (opnieuw, merk op dat alle vectorsnelheden nu in voet per seconde zijn). Een zorgvuldige beoordeling van de geometrie van het gevecht zal onthullen dat zelfs een matig scheve off-frontale naderingsrichting de kans drastisch zal verkleinen dat fragmenten van de Iron Dome-kernkop op de kernkop van de artillerieraket worden gespoten. Dit toont daarom aan dat de front-on-geometrie erg gevoelig is voor kleine off-frontale fouten die het gevolg kunnen zijn van fouten door het hoofdbesturingssysteem in de geleiding en besturing van de Iron Dome-interceptor.

Dit specifieke diagram (figuur 5) laat zien hoe belangrijk het is voor het hoofdgeleidings- en controlesysteem om de interceptor op de juiste locatie te plaatsen voordat het daadwerkelijke startproces tegen een doelartillerieraket begint.

Figuren 6, 7 en 8 tonen gedetailleerde vectordiagrammen voor interceptorgevechten die de doelartillerieraket vanaf de zijkant of vanaf de achterkant naderen. Een zorgvuldige inspectie van de geometrie van de lontdetectiestraal en het sproeipatroon van de fragmenten van de Iron Dome-raketkop laat zien dat er twee zeer ernstige problemen zijn bij dit soort gevechten.

Ten eerste, als de lont de artillerieraket detecteert, kan deze niet bepalen waar de kernkop zich op de artillerieraket bevindt. Ten tweede is het vrijwel zeker dat zelfs als de lont bij toeval ontploft op een moment dat de kernkop zich in het sproeipatroon van de Iron Dome-kernkop bevindt, de afstand tussen de Iron Dome-kernkop en de artillerieraketkop in bijna alle omstandigheden zal zijn zeer groot, wat resulteert in een zeer lage dichtheid van fragmenten op de locatie van de artillerieraketkop. Gezien het kleine aantal fragmenten dat door de Iron Dome-raketkop kan worden verspreid, vertaalt dit zich in een zeer grote kans dat geen enkel fragment de kernkop zal raken. Wat de zaken nog moeilijker maakt, is dat het geprojecteerde gebied van de gevechtslading erg klein is, omdat het van voren of van achteren zal worden bereikt in plaats van vanaf de zijkant. Bovendien is het zeer waarschijnlijk dat fragmenten metalen oppervlakken raken die zich onder zeer lage graashoeken bevinden ten opzichte van de richting van de beweging van het fragment. Dit zal ertoe leiden dat fragmenten de neiging hebben om van de schaal af te stuiteren of bijna geen energie naar een doelwit over te brengen. Daarom laten de figuren 6, 7 en 8 zien dat voor alle praktische doeleinden de kans dat de Iron Dome-interceptor de kernkop van de betrokken artillerieraket kan vernietigen in wezen nul is.

Wat laten de gegevens zien over de prestaties van Iron Dome in november 2012 en juli 2014?

Figuren 9, 10 en 11 tonen contrails in de lucht die aangeven dat Iron Dome-onderscheppers probeerden doelartillerieraketten aan te vallen, hetzij door ze van achteren te achtervolgen of door ze vanaf de zijkant aan te vallen.

De geometrie van het gevecht kan gemakkelijk worden vastgesteld omdat de artillerieraketten onder grote elevatiehoeken ten opzichte van de grond vallen - misschien 60 tot 70 graden ten opzichte van verticaal. Deze reëntry-hoek is te wijten aan aerodynamische weerstand, die de artillerieraket vertraagt ​​​​en er uiteindelijk voor zorgt dat deze onder een relatief steile hoek valt.

Figuren 12 en 13 tonen foto's die in juli 2014 zouden zijn genomen. Ik heb foto's van november 2012 gevonden die verkeerd zijn gelabeld als zijnde van juli 2012, dus ik ben bezig om te verifiëren dat de verzamelde foto's daadwerkelijk in de opgegeven termijnen. Deze twee foto's zijn uitgecheckt als zijnde van juli 2014.

Afbeelding 14 toont een zeer ruwe schatting op basis van mijn waarnemingen in november 2012, toen ik misschien niet meer dan 10 tot 20 procent van de Iron Dome-contrails zag die een verlovingsgeometrie aangaven die frontaal was.

Zoals blijkt uit de schatting van de prestaties, als we aannemen dat de geometrie van de opdracht en 20 procent van de opdrachten frontaal waren, schatte ik op dat moment de waarschijnlijkheid van het vernietigen van een SCUD-kernkop tussen 0,3 en 0,6. Dus als alle andere opdrachten effectief zouden resulteren in een kans op onderschepping van nul, dan zou de onderscheppingssnelheid ongeveer . zijn

0,2 × (0,3 of 0,6) = 0,06 tot 0,12

Dat is een onderscheppingspercentage, gedefinieerd als vernietiging van de artillerieraketkop, tussen 6 en 12 procent.

Mijn beste schatting is dat minder dan 20 procent van de opdrachten waar ik gegevens over kon krijgen, daadwerkelijk front-on waren, en ik heb geen informatie over de daadwerkelijke miss-afstanden of dat de geometrieën van de engagement-poging bijna antiparallel waren. Dus de bewering dat de interceptieprestaties van Iron Dome waarschijnlijk 5 procent of minder lijken te zijn.

Een voorbeeld van een dergelijke berekening is weergegeven in figuur 14.

Waarom zijn de Israëlische slachtoffers van raketaanvallen zo laag?

Een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur in 1993 ging in op het debat over de prestaties van de Patriot-raketverdediging in de Golfoorlog van 1991. In die tijd werden dezelfde vragen gesteld: waarom was de schade zo laag en waarom waren er zo weinig slachtoffers? (Alle rapporten geven nu aan dat er slechts één slachtoffer is gevallen als gevolg van de directe effecten van de SCUD-aanvallen. Dit slachtoffer werd veroorzaakt door een Patriot-raket die naar de grond dook in een poging een SCUD-raket te onderscheppen.)

In het geval van de SCUD-aanvallen waren er veel minder raketten op Israël gelanceerd (misschien ongeveer 40), maar de kernkoppen op de raketten waren veel groter - ongeveer 500 pond. Niettemin vielen veel SCUD-kernkoppen in open gebieden en richtten relatief weinig schade aan. In gevallen waarin kernkoppen in de buurt van gebouwen vielen, beschermden de maatregelen voor civiele bescherming de bevolking in wezen tegen de gevolgen van de SCUD-impact.

Figuren 15, 16 en 17 tonen schade in Israël door artillerieraketten in november 2012 en juli 2014. Zoals te zien is aan de hand van de foto's, is de schade, zelfs als de raketten toevallig gebouwen raken, nogal gelokaliseerd. Dit betekent niet dat personen in het gebied van de raketaanval niet gewond of gedood zouden worden als ze dicht genoeg bij de plaats van inslag zouden zijn, maar het is heel duidelijk dat de kernkoppen niet groot genoeg zijn om slachtoffers of doden te veroorzaken bij degenen die zijn goed beschut.

Daarentegen tonen de figuren 17 en 18 de resultaten van bomaanslagen in Gaza in juli 2014. De exacte opbrengsten van de bommen zijn onzeker, maar het lijkt erop dat ze waarschijnlijk in de categorie van 1.000 tot 2.000 pond vallen. In deze gevallen kunnen pogingen om de bevolking onderdak te bieden mislukken, aangezien maar weinig schuilplaatsen het niveau van schade kunnen aanhouden dat door zulke grote bommen zou kunnen worden toegebracht.

Dus nogmaals, dit illustreert dat de kleine omvang van de artillerieraket kernkoppen en het vermogen om populaties snel te waarschuwen voor deze aankomende kleine kernkoppen een buitengewoon capabele verdediging is die veel effectiever werkt dan Iron Dome.

Theodore Postol is hoogleraar Wetenschap, Technologie en Nationaal Veiligheidsbeleid in het programma Wetenschap, Technologie en Samenleving aan het MIT.

Figuur 1

Figuur 2

figuur 3

Figuur 4

Figuur 4A

Figuur 5

Figuur 6

Figuur 7

Figuur 8

Figuur 9 (november 2012)

Figuur 10 (november 2012)

Figuur 11 (november 2012)

Afbeelding 12 (10 juli 2014)

Boven Sderot worden donderdag twee raketten neergeschoten. (Photo credit: Mitch Ginsburg/Times of Israel)

Afbeelding 13 (8 juli 2014)

Foto gemaakt op dinsdag 8 juli

Afbeelding 14

Afbeelding 15

Afbeelding 16

Een raket explodeerde in de buurt van een weg in de regionale raad van Sdot Negev, die schade aan de weg veroorzaakte, maar geen gewonden. (juli 2014)

Afbeelding 17

Dak van aangevallen koeienstal

Iron Dome onderschepte ook een raket gelanceerd op de zuidelijke stad Netivot, ook in de Gaza-regio. In het Ashdod-gebied stierven zo'n 10 koeien en vele anderen raakten gewond nadat een raket een stal in een lokale moshav had geraakt, zeiden bewoners.

Afbeelding 18

Afbeelding 19

zich verstoppen