En förklaring av bevisen på svagheter i Iron Dome Defense System

Redaktörens anmärkning: Läsarens svar på en nyhet nyligen, Israels raketförsvarssystem misslyckas med en avgörande uppgift, säger expertanalytiker, där Ted Postol citerades för att säga att Iron Dome inte effektivt detonerade stridsspetsar, var så negativ och gjorde så många människor upprörda, särskilt israeler , att vi bad professor Postol att förklara hur han kom till sina slutsatser och att visa sina uppgifter. Han gick graciöst med. Följande artikel representerar hans åsikt, och är inte nödvändigtvis hans åsikt MIT Technology Review — och representerar inte någon kollektiv bedömning av MIT eller någon av dess avdelningar, labb eller centra. (Det beror på att vi är redaktionellt oberoende av institutet.)

Introduktion

Under de första veckorna av juli 2014 har konflikten mellan Israel och palestinier i Gaza åter blossat upp. Detta har resulterat i en ny omgång av storskaliga raketattacker som skjutits upp av Hamas, som opererar från Gaza, mot israeliska befolkningscentra. Senast sådana storskaliga raketattacker inträffade mellan Hamas och Israel var i november 2012. Under novemberkonflikten 2012 observerades ett stort antal fotografier av järnkupolens spärrplan på himlen. Dessa konturer avslöjade att Iron Dome-interceptorfrekvensen var mycket låg - kanske så låg som 5 procent eller lägre.

Den här artikeln förklarar varför geometrin hos de konturer som fotograferas på himlen indikerar huruvida ett avlyssningsförsök från Iron Dome hade någon chans att fånga upp ett artilleriraketmål eller inte.

Jag kommer att visa exempel på data som indikerar att Iron Dome-prestandan var mycket låg i november 2012, och jag kommer att visa liknande data för juli 2014, vilket indikerar att Iron Dome-prestandan nästan ett och ett halvt år senare förmodligen inte har förbättrats.

För närvarande pågår fortfarande insamling av data för juli 2014. Men all data jag hittills har samlat in tyder på att Iron Domes prestanda inte har förbättrats.

Ett av de mest krävande problemen med att fånga upp en artilleriraket är att interceptorn måste förstöra stridsspetsen på raketen. Om interceptorn träffar raketens bakre ände, är allt som kommer att hända skada på det förbrukade raketmotorröret, som i princip är ett tomt rör. Att skada den bakre delen av artilleriraketen har i princip ingen effekt på resultatet av ingreppet. Delarna av raketen kommer i huvudsak att falla i samma anklagade område, och stridsspetsen kommer nästan säkert att gå vidare till marken och explodera. Dessa fakta betyder att den enda meningsfulla definitionen av en framgångsrik avlyssning är förstörelsen av artilleriraketstridsspetsen. Som kommer att visas i diskussionen som följer är att förstöra artilleriraketstridsspetsen avsevärt mer krävande än att skada andra delar av artilleriraketen – eller att framgångsrikt skada ett flygplan, vilket gör att dess uppdrag misslyckas.

Att skydda en befolkning spridd över försvarade områden från farorna med sådana missilattacker måste innebära skydd mot nedfallande skräp, vilket kan orsaka allvarliga skador på individer som inte befinner sig i skyddsrum.

Som jag kommer att diskutera senare i denna artikel, har Israel faktiskt ett extremt effektivt missilförsvar. Det försvaret är det tidiga varningssystemet som talar om för människor på marken att en raket färdas i deras riktning, och skyddsrummen som är arrangerade så att individer enkelt kan komma till skydd inom tiotals sekunder efter varning. I en artikel som hänvisas till senare i denna tidning, visas att under bombningen av London med V-1 och V-2 raketer, minskade sekunders tidig varning avsevärt dödsoffer och dödsfall från individuella attacker.

I det speciella fallet med raketattacker mot Israel är det överväldigande antalet artilleriraketstridsspetsar i intervallet 10 till 20 pund, vilket gör skyddsrummens effektivitet ännu större.

Dessa två faktorer, den lilla storleken på stridsspetsarna och varnings- och skyddssystemet förklarar helt varför det inte har skett några dödsoffer från raketattackerna.

Bedöma huruvida ett järnkupolavlyssningsförsök är framgångsrikt från fotografier av Iron Dome Contrails

Jag ska först visa varför Iron Dome-interceptorn måste närma sig målartilleriraketen från frontal riktning. Jag ska då visa att Iron Dome-interceptorn för alla praktiska ändamål inte har någon chans att förstöra stridsspetsen på inkommande artilleriraketer om interceptorn griper in raketen från sidan eller bakifrån.

Jag kommer sedan att presentera fotografiska bevis på spetsar på himlen, vilket tyder på att Iron Dome-interceptorer mestadels jagade eller engagerade artilleriraketer i sid-på-geometrier.

Jag vet inte varför järnkupolerna inte inblandade de flesta artilleriraketer med den rätta front-on-geometrin. Det är dock tydligt att Iron Dome-radarspårnings- och styrsystemet inte fungerar, eftersom det till en början skickar Iron Dome-interceptorer för att avlyssna punkter som sedan resulterar i att interceptorn inte kan uppnå rätt geometri för ett framgångsrikt ingrepp mot artilleriet raketer.

Jag kommer att visa fotografier av konturer från november 2012 och från juli 2014 som indikerar att järnkupolerna fortfarande beter sig oregelbundet – vilket resulterar i fortsatt mycket låga avlyssningshastigheter.

Bedöma innebörden av Iron Dome Contrails

För att förstå varför Iron Dome-interceptorn måste närma sig artilleriraketen från frontal riktning är det nödvändigt att ha en rudimentär förståelse av Iron Dome-interceptorn.

Figur 1 nedan visar en konceptuell bild av ett front-on ingrepp av en Iron Dome interceptor mot en Grad artilleriraket. Den blå streckade linjen som utgår från den främre delen av Iron Dome-interceptorn visar siktlinjen för vad som kallas en lasersäkring. Syftet med lasersäkringen är att skapa en ljusstråle som reflekteras från artilleriraketens främre ände så att interceptorn kan fastställa att målartilleriraketen håller på att passera interceptorn. Som framgår av diagrammet är stridsspetsen i Iron Dome-interceptorn placerad långt bakom säkringsenheten, ett avstånd på ungefär tre fot från lasersäkringsöppningen. Detta ger säkringen tillräckligt med tid för att bestämma var fronten av målraketen är, uppskatta hur lång tid det kommer att ta för fronten av artilleriraketen att passera parallellt med artilleriraketens stridsspets och detonera Iron Dome-stridsspetsen.

Tidsfördröjningen är ganska kritisk för många variabler. Den måste ta hänsyn inte bara till platsen för målraketens stridsspets utan också för hastigheten på fragmenten från Iron Dome-stridsspetsen, missavståndet, den off-parallella orienteringen av Iron Dome-interceptorn i förhållande till artilleriraketen och den höga passerar hastigheten för Iron Dome-interceptorn och artilleriraketen.

Figur 2 visar hur fragmenten rör sig, under antagandet att korsningshastigheten för Iron Dome-interceptor och artilleriraket är cirka 1 200 meter per sekund och fragmenten från Iron Dome-stridsspetsen projiceras med cirka 2 100 meter per sekund vinkelrätt mot axeln på Iron Dome interceptor. Eftersom Iron Dome-interceptorn rör sig med 1 200 meter per sekund i förhållande till artilleriraketen, måste den extra korsningshastigheten läggas till fragmentens sidohastighet på 2 100 meter per sekund. Nätriktningen för molnet av fragment, som skulle ses om en observatör satt på artilleriraketen, visas av den ljusblå pilen som passerar genom både Iron Dome-stridsspetsen och artilleriraketens stridsspets.

Figur 3 visar utfallet om allt fungerar som det är tänkt. Det finns dock en rad möjliga utfall där framgång är mycket sannolikt, och bortom det intervallet minskar möjligheten till framgång drastiskt.

Som framgår av pilen märkt 1 500 meter per sekund i figurerna 2 och 3 kan den högre korsningshastigheten resultera i en betydande förändring av fragmentmolnets nettoriktning. Sålunda måste säkringen bestämma den bästa tiden för att detonera stridsspetsen baserat på korsningshastigheten, avståndet för artilleriraketmålet när det passerar förbi Iron Dome-interceptorn och de olika smältningsfördröjningar som är förknippade med att detonera Iron Dome-interceptorns stridsspets.

På grund av osäkerheterna i den exakta korsningshastigheten och korsningsgeometrin kan till och med en perfekt säkring misslyckas med att sätta dödliga fragment på artilleriraketens stridsspets.

Dessutom, om inte avståndet mellan Iron Dome-stridsspetsen och artilleriraketens stridsspets är litet (ungefär en meter eller så), kommer det att vara en avsevärt minskad chans att ett fragment från Iron Dome-stridsspetsen kommer att träffa, penetrera och orsaka detonationen av artilleriraketstridsspetsen.

Således garanterar inte ett front-on-engagemang att Iron Dome-interceptorn kommer att förstöra stridsspetsen på artilleriraketen.

Figur 4 och figur 4A visar konsekvenserna av ett fel i säkringstidpunkten i vad som nästan säkert var ett ingrepp mellan en Iron Dome-interceptor och artilleriraketen som visas på marken i bilderna. Som man kan se genom att inspektera fotografiet i figur 4 finns det betydande skador i området där raketen föll. Denna skada berodde nästan säkert på detonationen av raketens lilla stridsspets. Figur 4A visar den förstorade främre änden av raketen, där hål kan ses i det förbrukade och tomma raketmotorhöljet som fanns omedelbart bakom stridsspetsen. Detta fotografi visar därför ett exempel på vad som kan ha varit ett lyckat Iron Dome-avlyssningsförsök.

I det här fallet är det nästan säkert att artilleriraketen var inkopplad av en Iron Dome-interceptor som närmade sig artilleriraketen på rätt sätt front-on. Tyvärr resulterade timingkommandona från säkringen i att fragment från den exploderande Iron Dome-stridsspetsen träffade artilleriraketen efter att stridsspetsen hade passerat. Den relativt låga tätheten av hål i artilleriraketens bakkropp antyder att mötet också hade ett relativt högt missavstånd - möjligen flera meter.

Det här fotografiet illustrerar hur även när Iron Dome-interceptorn är i en ordentlig front-on-bana, kan den fortfarande misslyckas med att förstöra stridsspetsen på en målartilleriraket.

Figurerna 5, 6, 7 och 8 visar detaljerade vektordiagram som indikerar hur Iron Dome-interceptorn skulle prestera om den kopplade in en artilleriraket från en mängd olika riktningar. I dessa diagram visas hastigheterna i fot per sekund, snarare än de meter per sekund som används i figurerna 1, 2 och 3.

Figur 5 visar en ingreppsriktning nästan framåt (återigen, observera att alla vektorhastigheter nu är i fot per sekund). En noggrann genomgång av insatsens geometri kommer att avslöja att även en måttligt sned off-frontal inflygningsriktning drastiskt kommer att minska chanserna att fragment från Iron Dome-stridsspetsen kan sprayas på artilleriraketens stridsspets. Detta visar därför att front-on-geometrin är mycket känslig för små off-frontala fel som kan vara resultatet av fel från huvudstyrsystemet i styrningen och styrningen av Iron Dome interceptor.

Detta speciella diagram (figur 5) visar hur viktigt det är för befälhavarens väglednings- och kontrollsystem att placera interceptorn på rätt plats innan den påbörjar den faktiska målsökningsprocessen mot en målartilleriraket

Figurerna 6, 7 och 8 visar detaljerade vektordiagram för interceptoringrepp som närmar sig målartilleriraketen från sidan eller bakifrån. En noggrann inspektion av geometrin hos den säkringsavkännande strålen och spraymönstret för fragmenten från Iron Dome-stridsspetsen visar att det finns två mycket allvarliga problem med den här typen av ingrepp.

För det första, om säkringen upptäcker artilleriraketen, har den inget sätt att avgöra var stridsspetsen är på artilleriraketen. För det andra är det nästan säkert att även om tändstiftet detonerar av en slump vid en tidpunkt då stridsspetsen kan vara i sprutmönster för Iron Dome-stridsspetsen, kommer avståndet mellan Iron Dome-stridsspetsen och artilleriraketstridsspetsen under nästan alla omständigheter att vara mycket stor, vilket resulterar i en mycket låg densitet av fragment på platsen för artilleriraketstridsspetsen. Med tanke på det lilla antalet fragment som kan spridas av Iron Dome-stridsspetsen, innebär detta en mycket stor chans att inget fragment kommer att träffa stridsspetsen. För att göra saken ännu svårare är stridsspetsens projicerade område mycket litet, eftersom det kommer att mötas framifrån eller bakifrån snarare än från sidan. Dessutom är det mycket troligt att fragment träffar metallytor som har mycket låga betesvinklar i förhållande till fragmentets rörelseriktning. Detta kommer att resultera i att fragment tenderar att studsa från skalet eller överföra nästan ingen energi till ett mål. Följaktligen visar figurerna 6, 7 och 8 att sannolikheten för att Iron Dome-interceptorn kan förstöra stridsspetsen på den inkopplade artilleriraketen i princip är noll för alla praktiska ändamål.

Vad visar data om Iron Domes prestanda i november 2012 och juli 2014?

Figurerna 9, 10 och 11 visar konturer i himlen som indikerar att Iron Dome-interceptorer försökte fånga in målartilleriraketer antingen genom att jaga dem bakifrån eller genom att attackera dem från sidan.

Geometrierna för ingreppet är lätta att fastställa eftersom artilleriraketerna faller i höga höjdvinklar i förhållande till marken - kanske 60 till 70 grader i förhållande till vertikalen. Denna nederbördsvinkel beror på aerodynamiskt motstånd, vilket saktar upp artilleriraketen och så småningom får den att falla i en relativt brant vinkel.

Figurerna 12 och 13 visar fotografier som ska ha tagits i juli 2014. Jag har hittat fotografier från november 2012 som har felmärkts som från juli 2012, så jag håller på att verifiera att de insamlade fotografierna faktiskt togs i angivna tidsramar. Dessa två fotografier har checkat ut som från juli 2014.

Figur 14 visar en mycket grov uppskattning baserad på mina observationer i november 2012, då jag såg kanske inte mer än 10 till 20 procent av Iron Dome-kontrails som indikerade en ingreppsgeometri som var front-on.

Som visas i prestandagissningen, om vi antar att engagemangsgeometrin och 20 procent av engagemangen var front-on, så uppskattade jag vid den tiden att sannolikheten för att förstöra en SCUD-stridsspets kan vara mellan 0,3 och 0,6. Således, om alla andra engagemang effektivt resulterade i en noll sannolikhet för avlyssning, skulle avlyssningshastigheten vara ungefär

0,2 × (0,3 eller 0,6) = 0,06 till 0,12

Det är en avlyssningsfrekvens, definierad som förstörelse av artilleri-raketstridsspetsen, på mellan 6 och 12 procent.

Min bästa uppskattning är att färre än 20 procent av engagemangen jag kunde få data om faktiskt var front-on, och jag har ingen information om de faktiska missavstånden eller om engagemangsförsökets geometrier var nära antiparallella. Således tycks påståendet att avlyssningsprestandan för Iron Dome troligen vara 5 procent eller mindre.

Ett exempel på en sådan beräkning visas i figur 14.

Varför är israeliska dödsoffer från raketattacker så låga?

En artikel publicerad i tidskriften Natur 1993 tog upp debatten om prestandan för Patriot-missilförsvaret under Gulfkriget 1991. Vid den tiden väcktes samma frågor – varför var skadorna så låga och varför var det så få offer? (Alla rapporter tyder nu på att det bara var en skadad från de direkta effekterna av SCUD-attackerna. Denna olycka orsakades av en Patriot-missil som dök till marken i ett försök att fånga upp en SCUD-missil.)

När det gäller SCUD-attackerna var det många färre raketer som avfyrades mot Israel (kanske runt 40), men stridsspetsarna på missilerna var mycket större – cirka 500 pund. Ändå föll många SCUD-stridsspetsar i öppna områden och gjorde relativt liten skada. I fall där stridsspetsar föll nära byggnader, skyddade civilförsvarsåtgärderna i huvudsak befolkningen från konsekvenserna av SCUD-påverkan.

Figurerna 15, 16 och 17 visar skador i Israel från artilleriraketattacker under november 2012 och juli 2014. Som man kan se genom att inspektera fotografierna, även när raketerna råkar träffa byggnader, tenderar skadorna att vara ganska lokaliserade. Det betyder inte att individer i området för raketattacken inte skulle skadas eller dödas om de var tillräckligt nära nedslagsplatsen, men det är mycket tydligt att stridsspetsarna inte är av tillräcklig storlek för att orsaka dödsoffer eller dödsfall för dem som är ordentligt skyddade.

Däremot visar figurerna 17 och 18 resultaten av bombattackerna i Gaza i juli 2014. Den exakta avkastningen av bomberna är osäkra, men det verkar som om de troligen är i kategorin 1 000 till 2 000 pund. I dessa fall kan försök att skydda befolkningen misslyckas, eftersom få skyddsrum kan upprätthålla den skada som kan orsakas av så stora bomber.

Så återigen illustrerar detta att artilleriraketstridsspetsarnas ringa storlek och förmågan att snabbt varna befolkningar för dessa ankommande små stridsspetsar är ett extremt kapabelt försvar som fungerar mycket mer effektivt än Iron Dome.

Theodore Postol är professor i vetenskap, teknologi och nationell säkerhetspolitik i programmet för vetenskap, teknologi och samhälle vid MIT.

Figur 1

figur 2

Figur 3

Figur 4

Figur 4A

Bild 5

Bild 6

Bild 7

Figur 8

Figur 9 (november 2012)

Figur 10 (november 2012)

Figur 11 (november 2012)

Figur 12 (10 juli 2014)

Två raketer sköts ner över Sderot på torsdag. (Fotokredit: Mitch Ginsburg/Times of Israel)

Figur 13 (8 juli 2014)

Bilden tagen tisdagen den 8 juli

Bild 14

Bild 15

Bild 16

En raket exploderade nära en väg i Sdot Negev Regional Council och orsakade skador på vägen men inga personskador. (juli 2014)

Bild 17

Tak på attackerad ladugård

Iron Dome fångade också en raket som avfyrades mot den södra staden Netivot, också i Gaza-regionen. I Ashdod-området dog ett tiotal kor och många andra skadades efter att en raket träffade en ladugård på en lokal moshav, sa invånarna.

Bild 18

Bild 19

Dölj