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Die Forschungsbehörde des U.S. Verteidigungsministeriums Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) untersucht im Rahmen des Enhanced Night Vision in eyeglass form (ENVision)-Programms Technologien, wie Nachtsichtbrillen der nächsten Generation leichter und mit einem deutlich größeren Sichtbereich konstruiert werden könnten. Dies geht aus einer Ankündigung der DARPA von Ende Januar hervor.

Die Überlegenheit der U.S. Streitkräfte in den Konflikten und Kriegen der letzten drei Jahrzehnte ist zu einem großen Teil technologisch begründet. Dazu zählen auch Nachtsicht-Technologien, die den US-Soldaten einen Vorteil auf dem Gefechtsfeld gegenüber den Gegnern beschert haben. Daher wurden Operationen vielfach bei Nacht durchgeführt. Dies gilt vor allem für die Spezialkräfte. Diese Technologie ermöglicht es Piloten, in stockfinsteren Nächten Tiefflugeinsätze zu fliegen. Auch Bodentruppen können Operationen gegen den Gegner in der Dunkelheit durchführen. Doch der Vorsprung der USA schwindet seit Jahren. Zum einen hat der militärische Gegner aufgerüstet und selbst irreguläre Kräfte nutzen mittlerweile Nachtsichttechnik. Zum anderen haben die genutzten Technologien einen hohen Reifegrad erreicht.

Moderne, derzeit in Nutzung befindliche Nachtsichtsysteme konnten in den vergangenen Jahrzehnten leistungstechnisch immer weiter verbessert werden. Bei sinkendem Gewicht wurden durch die Weiterentwicklung der Röhrentechnologie und die Fusion von Bilddaten aus unterschiedlichen Spektralbereichen (Infrarot und Restlicht) deutliche Fortschritte in der Leistungsfähigkeit der Nachtsichtsysteme erzielt. Bedingt durch den technischen Ansatz, dass der Träger der Systeme durch Röhren blicken muss, wird das Sichtfeld des Nutzers durch den „Tunnelblick“ – das Standard-Sehfeld von Nachtsichtbrillen liegt bei rund 40 bis 50 Grad – deutlich eingeschränkt. Insbesondere das periphere Sehen leidet enorm. Gefahren können nicht, oder nur durch ständiges Abstreifen des gesamten Sichtfeldes erkannt werden. Dies kostet in einer potenziellen Gefahrensituation nicht nur wertvolle Zeit, sondern belastet auch die Nackenmuskulatur des Trägers. Selbst die leichtesten Nachtsichtbrillen wiegen noch rund 500 Gramm. Hinzu kommen Helmg, Gehörschutz und weitere Peripheriegeräte. Bei einer stundenlangen Operation bedeutet das eine hohe Belastung. Das Gesamtgewicht ist dabei nur ein Teilaspekt, denn die Gewichtsbelastung der Nachtsichtbrillen wird durch die Hebelwirkung und einseitig nach vorne wirkende Masse zusätzlich negativ beeinflusst. Beide Nachteile könnten durch den ENVision-Ansatz bald der Vergangenheit angehören.

Aufbauend auf den jüngsten wissenschaftlichen Fortschritten in der Photonik und bei optischen Materialien, die im Defense Sciences Office (DSO) der DARPA entwickelt wurden, zielt ein neues Projekt darauf ab, Nachtsichtsysteme der nächsten Generation zu entwickeln, die so leicht und kompakt sind wie eine herkömmliche Brille. Diese sollen ein breites Sichtfeld über mehrere Infrarot (IR)-Spektralbänder bieten, ohne dass für jedes IR-Band eine eigene Optik benötigt wird. Dabei soll mehr als eine Standard-Nachtsicht (I2) erreicht werden. Die neue Technologie soll auch durch Nebel, Staub und andere Hindernisse (bspw. Glas) hindurchblicken und thermische Bilder erzeugen können. Ein erster „Proposers Day“ für an dem Programm interessierte Technologieanbieter wurde bereits am 21. Januar per Webinar durchgeführt.

Aktuelle Nachtsichtbrillen bieten nur einen schmalen Ausschnitt des IR-Bereichs (typischerweise Nah-IR). Dies schränkt das Spektrum von Bedrohungen ein, die der Betrachter bei Nacht sehen kann. Bisherige Bemühungen, das Sichtfeld und die IR-Bandbreite zu erweitern, führten dazu, dass die Anzahl der Optiken erhöht wurde. Dies wiederum erhöhte Größe und Gewicht.

Mit dem ENVision-Programm soll das Paradigma durchbrochen werden, dass eine höhere Leistung nur durch ein höheres Gewicht erreicht werden kann. „Die DARPA-Investitionen der letzten zehn Jahre haben zu Durchbrüchen in den Bereichen planare Optik, Detektionsmaterialien und neuartige Licht-Materie-Wechselwirkungen geführt. ENVision wird diese Fortschritte nutzen, um unter anderem verbesserte Nachtsichtgeräte in leichten Brillenformfaktoren zu entwickeln“, sagt Rohith Chandrasekar, Programm-Manager im Defense Sciences Office der DARPA.

Im Rahmen von ENVision wird auch die Möglichkeit der Nachtsicht mittels direkter Photonen-Umwandlung und –Verstärkung untersucht. Das derzeitige Funktionsprinzip von Nachtsichtröhren sieht vor, dass die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren Photonen des Nah-IR-Spektrums mittels einer Photokathode in Elektronen umgewandelt werden. Diese Elektronen werden im Anschluss mittels einer Mikrokanalplatte um das Zigtausendfache verstärkt und anschließend auf einem Phosphorbildschirm in ein für das menschliche Auge wahrnehmbares Licht umgewandelt. Dieser Prozess soll deutlich vereinfacht werden.

DARPA

Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ist eine Behörde innerhalb des U.S. Verteidigungsministeriums. Sie ist für große, wegweisende Forschungs-Projekte der Streitkräfte verantwortlich. Das jährliche Budget soll rund drei Milliarden US-Dollar betragen.

André Forkert