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Optronik − Was ist das? Die umfassende Einführung in das Thema optoelektronische Geräte.

Gleich am Anfang sei etwas Begriffsklärung betrieben: Strenggenommen bezeichnet der Begriff "Optronik" Gegenstände, die optische Elemente mit solchen der Halbleiterelektronik verbinden. Daher finden sich dafür auch die Begriffe "Optoelektronik" oder "Optotronik". Jedoch wird "Optronik" in diesem Zusammenhang als Oberbegriff auch für alle optischen Gerätschaften genommen, die mehr leisten können, als nur das Absehen zu beleuchten oder das nächtliche Restlicht zu verstärken.

Es geht also auch um die sich zunehmend verstärkende Wechselbeziehung zwischen Mensch und Ding, zwischen prozessualen Abläufen und virtuell transportierten und erzeugten Daten. Kurz: Es geht um die Vernetzung von immer mehr Geräten, die unter- und miteinander kommunizieren. Was etwa für Smartphones, Küchengeräte, Uhren oder Autos gilt, das wird logischerweise nicht vor all den Geräten Halt machen, welche einerseits Behörden und Militär, andererseits aber auch Jäger und Sportschützen nutzen. Und da für diese Art der Netzwerkfunktionalität und damit des Austausches von Informationen ja irgendeine Art von elektrischem Grundprinzip vonnöten ist, wird das im Waffenbereich vor allem alle Geräte betreffen, die Optik und Elektronik vereinen – Zielfernrohre und Ferngläser, Nachtsicht- und Nachtzielgeräte, Range Finder, Laser-Zielgeräte und -Distanzmesser, Waffenkameras sowie Trainings-Geräte. Sie alle werden künftig miteinander kommunizieren. Auch mit den dazu fähigen Gerätschaften von außerhalb der Waffenwelt, also mit Computern, Smartphones oder Tablets. 

Nun, vieles davon ist Zukunftsmusik, nicht aber der Umstand, dass auch zusehends im behördlichen, sportlichen und jagdlichen Bereich elektro-optische Geräte der genannten Typen eingesetzt werden, zunehmend mit Computer- und Internet-fähiger Technik bestückt.

Elektrik + Optik = Optronik

Werbepostkarte für das Luxauge 28
Diese Reklamepostkarte von 1928 warb für das Luxauge 28 der Berliner Firma A. F. Gerdes. Dabei handelt es sich um einen Aufsatz für das Zielfernrohrokular, so dass man batteriegespeist auch nachts zielen konnte.

Die Jahre nach dem Ersten Weltkrieg brachten die erste Verbindung von optischen Gerätschaften mit elektronischen Dreingaben. Kurz nach Kriegsende tüftelten z.B. die deutschen Unternehmen Busch, Fuess und Voigtländer sowie das Prager Werk der auch als Astronomen bekannten Brüder Jan und Josef Fric an Gläsern mit beleuchtetem Absehen, damals noch mit Glühlämpchen, Glasstäbchen und Trockenbatterien bewehrt. Gemäß den Recherchen von Michael Hammer entwickelte Fuess bereits um 1920 einen Scheinwerfer, der auf dem Zielfernrohr befestigt wurde und durch optische Linsen einen fokussierten Lichtstrahl erzeugte. Und die Berliner Firma A. F. Gerdes präsentierte den als "Luxauge 28" bezeichneten, per Taschenbatterie gespeisten Zielfernrohr-Aufsatz. Trotz vollmundiger Reklamesprüche blieben viele frühe optronische Produkte erfolglos, da alsbald als "nicht waidgerecht" klassifiziert – das betraf den auch für Jagdwaffen beworbenen, deutschen Zielscheinwerfer "Lucifer", auch wenn die zugehörige Anzeige einen Akkumulator mit 15 Stunden Lebensdauer verhieß. Anderes war zu empfindlich. Das umfasste die selbstleuchtenden Absehen, zu denen Hammer mitteilt: "Der Draht des Absehens war mit Radiumpulver bestreut. Wurde das Zielfernrohr vor eine Lichtquelle gehalten, lud sich das Radium auf und leuchtete. Aufgrund der begrenzten Leuchtdauer und der beschränkten Lebensdauer (Puder fiel mit der Zeit durch die Erschütterung ab) war das aber ein Flop."

Historische Aufnahme eines Gewehrschützen mit frühem Reflexvisier
Um 1901 entstand dieser Prototyp eines frühen Reflexvisiers, entworfen von J. Emerson Reynolds und G. Rudolf Grubb auf Grundlage eines Patents von Sir Howard Grubb.

Zu dem Zeitpunkt hatten bereits andere Entwicklungen Fuß gefasst: Der irische Optikhersteller Howard Grubb erhielt im Jahr 1900 ein Patent mit der Nummer 12108, das sich auf das erste Reflektor- oder Reflex-Visier bezog (im Deutschen früher auch als "Kollimator-Visier" bekannt). Also eine Zielreinrichtung, bei der, so Grubb, es möglich wäre, "ein Arrangement zu konzipieren, bei dem ein feiner Lichtstrahl wie dasjenige von einem Suchscheinwerfer von einer Waffe in die Richtung ihrer Achse projiziert und so eingestellt werden würde, um mit der Schusslinie zu korrespondieren, so dass, wo auch immer der Lichtstrahl auf ein Objekt aufschlüge, der Schuss treffen würde." 

Damit legte Grubb die Grundlage für die heutigen Reflex- und Holographie-Visiere, die sich derzeit gerade bei Kurzwaffen immer mehr durchsetzen, auch wenn das Funktionsprinzip der hier eingesetzten Optronik von Grubbs Basiskonzept abweicht. Auch die Foto- und Filmtechnik fand ihren Weg zu Waffen: Im 1. Weltkrieg koppelte das Royal Flying Corps erstmals einige speziell angefertigtes Lewis-Maschinengewehre mit Kameras, in den 1920er Jahren nutzten die britischen Flieger solche Apparate standardmäßig zu Übungszwecken.

Infrarot-Geräte und ihre Bedeutung im nächtlichen Kampf

Ebenfalls in die Zwischenkriegszeit fallen die Arbeiten, mit denen der geniale Ungar Kálmán Tihanyi den Weg für Infrarot-Technik und damit auch für Nachtsicht- und Nachtzielgeräte ebnete. Nachdem er sich mit seinem als "Radioskop" bekannten System aus Kamera, Bildaufnahmeröhre und Fernsehapparat um die Entwicklung der TV-Technik verdient gemacht hatte, entwickelte der als Elektroingenieur und Konstrukteur tätige Tihanyi 1929 die erste mit Infrarot-Technik arbeitende und damit nachttaugliche Kamera, konzipiert zum Einsatz bei der Flugabwehr der britischen Armee. Der Clou dabei: Nun konnte man des Nächtens durch die elektronisch bewehrte Optik hindurch auch Dinge sehen, die dem bloßen Auge in der Nachtschwärze verborgen blieben – und das alles, ohne dass der mit einem solchen Gerät ausgerüstete Trupp sich dem Feind dadurch verriet, dass er sich und seine Umgebung strahlend hell illuminierte.

Sturmgewehr 44 mit Zielgerät 1229 Vampir
Deutsches Sturmgewehr 44 in 7,92 x 33 mm, bestückt mit einem Nachtsichtgerät des Typs Zielgerät 1229 Vampir, hier ohne den dazu gehörenden Infrarot-Scheinwerfer auf der Röhre.

Ungefähr 5 Jahre nach Kálmán Tihanyi begann man bei der AEG in Berlin ebenfalls mit der Arbeit an solchen Nachtsicht-tauglichen Beobachtungsinstrumenten. Namentlich Walter Schaffernicht leistete hier die fundamentale Entwicklungsarbeit, an deren Ende dann der Bildwandler stand. Also ein Gerät, das für das menschliche Auge jene Bilder sichtbar macht, die in einem ansonsten nicht sichtbaren Spektralbereich aufgezeichnet wurden. Derlei war für die Entwicklung der TV-Technik unumgänglich, aber natürlich erkannten die Trendsetter beim Militär sofort den potentiellen taktischen Nutzen, den solche elektro-optischen Geräte bieten könnten: "Die weitere Forschung wurde dann aber umgehend auf den nicht sichtbaren Spektralbereich des Ultraroten (in heutiger Terminologie: des Infraroten) ausgedehnt und auf militärische Anwendungen wie Nachtsichtgeräte und -signale, Lichttelephonie, optische Abstandszünder und Zielsuchgeräte konzentriert", heißt es in dem von Helmut Meier herausgegebenen Fachbuch "Rüstungsforschung im Nationalsozialismus – Organisation, Mobilisierung und Entgrenzung der Technikwissenschaften". 

Bereits mit Beginn des 2. Weltkrieges führte die Wehrmacht solche Geräte ein – um bei den Nachtsichtgeräten zu bleiben: bei den Panzern experimentierte man damit; so fanden ab 1943/44 erste Versuche mit Nachtsichtgeräten auf Infrarot-Basis sowie Distanzmessgeräten statt, montiert in Panzerkampfwagen V, also dem Panther. Ausgangspunkt der Entwicklungsarbeit war dabei das Fahrgerät 1250 (FG 1250) mit einer Reichweite bis 600 m, einem Infrarot-Suchlicht im Durchmesser von 300 mm und einem Bildwandler (BiWa). Jedoch sah mancher traditionell gesonnene Offizier keinen großen Nutzen im Projekt Infrarot-Technologie, weswegen da vieles sehr schleppend verlief. Und selbst bereits ausgerüstete Panther mussten wohl auch wieder abgerüstet werden, ehe sie von Bad Fallingbostel aus nach Osten verlegt wurden. Zudem war die IR-Technik alles andere als ausgereift, sondern vielmehr extrem empfindlich, etwa gegen Feuchtigkeit, auch kämpfte man mit der Lebens- und Leistungsdauer der notwendigen Batterien.

Auch beim Sturmgewehr 44 tüftelte man mit einer solchen Apparatur – das Zielgerät 1229 Vampir wurde in einer Stückzahl von 310 Geräten an die Wehrmacht ausgeliefert, freilich kamen die so bestückten Gewehre wohl nicht vor Februar 1945 in Dienst. Das ZG 1229 Vampir umfasste außer der mit IR-Scheinwerfer bewehrten Optik noch eine Batterie, welche die Kleinigkeit von nur 13 500 Gramm auf die Waage brachte. Weswegen der so beglückte Soldat den Energiespender auf dem Rücken aufgeschnallt mitführen musste. Das IR-Gerät selber wurde bei C. G. Haenel in Suhl mittels Klemmmontage am Gewehr befestigt und ging dann so zur Truppe.

Infrarot-Geräte: Die Entwicklung außerhalb Deutschlands

T3 mit Zubehör im Koffer
Ein T3, ein dem mit Infrarot-Nachtsichtgerät M 2 Sniperscope nachtsichttauglich hergerichteten M 2 Carbine. Versteigert beim US-Auktionshaus Rock Island Auctions, lag der Schätzwert bei 15 000 bis 30 000 Dollar.

Natürlich arbeitete man seit den 1930er Jahren auch im Ausland an solchen Systemen. Die Sowjets etwa schickten 1942 ihre Experimental-Version namens PAU-2 in die Truppenversuche. Und auch in den USA entstanden Infrarot-Optiken, hier vor allem in Kombination mit dem Karabiner M 1. Ende 1943 hatten die Techniker das "Sniperscope T120" soweit, dass erste Stücke an die Truppe gingen. Dabei handelte es sich um einen unter dem Gewehrschaft montierten Infrarot-Filter, gekoppelt mit einem Sechs-Volt-Licht. Dieses Set lieferte genug von außen unsichtbares Licht über eine Distanz von ungefähr 120 m hinweg. Und diese Verbindung von Zielfernrohr und Lichtquelle war das erste ansatzweise praxistaugliche und sozusagen ambulant von einem Mann einsetzbare Nachtsichtgerät. Wobei man das Wort "praxistauglich" aus heutiger Sicht anders beschreiben würde: Man stelle sich einen der damals beim US-Militär üblichen, gerade mal zweieinhalb Kilo schweren Carbine 30 M1 vor, der nun mit den beiden sperrigen optronischen Bauteilen bewehrt ist, unten der kuchentellergroße IR-Scheinwerfer, oben ein mächtiges Glas, beides mit einem sperrigen Kabel verbunden und zusammen über 3 kg schwer – ohne die knapp 13 kg des Batteriepacks.

Schon im Jahr 1944 kam die verbesserte Ausführung namens "Snooperscope, M1" (Schnüfflerglas), im Folgejahr das leicht verbesserte "Sniperscope, M2". Zwar hatte man hier die Leistungsfähigkeit gesteigert und das Arrangement der benötigten Teile überarbeitet, dennoch blieben die damit ausgerüsteten GIs alles andere als beweglich. Denn das Gewicht lag unverändert hoch. Und so blieben derartige Instrumente auch amerikanischerseits im 2. Weltkrieg eine Randerscheinung. 

Das zeigt der Blick auf die damit ausgerüsteten Gewehre vom Typ Carbine 30 M1: Das US-Zeugamt entwickelte auf dessen Basis den für diese optronischen Gerätschaften vorgesehenen T3 Carbine.

Wie kamen Laser und Waffe zusammen?

Nun, noch bis in die 1970er Jahre blieb es bei aus heutiger Sicht unglaublich sperrigen Gerätschaften, wenn es um Optiken mit Infrarot-Einheit ging. Unten das Glas, oben drauf die Infrarot-Lichtquelle, und alles zusammen mit der Energieeinheit zirka 10 bis 13 kg schwer. Aber aller Unhandlichkeit zum Trotz wurde Technik darin verfeinert, ihre Zuverlässigkeit, Einsatzdauer und Reichweite stetig verbessert. Aus taktischen Gründen traten im Laufe der Zeit immer kompaktere "passive" Wärmebildgeräte an die Stelle der älteren, "aktiven" Nachtsichttechnologie. Auch ersann man neue funktionstüchtige Apparate: 1964 erfand John D. Myers unter Verwendung eines Rubinlasers das, was gemeinhin als erster Prototyp eines Laser-Rangefinders gilt.

Der erste an einem Panzer genutzte Rangefinder fand sich wohl um 1972 unter der Bezeichnung KDT-1 an einem sowjetischen T-62. Im Bereich der Handfeuerwaffen markierte die seit Beginn der 1970er Jahre gebaute Kleinkaliber-Maschinenpistole Voere 180 American (auch: AM180 Automat) den Beginn des Einsatzes von Laser-Zielgeräten. Jedoch bot das rein äußerlich von weitem einer Thompson-Maschinenpistole ähnelnde Kleinkaliber-Gewehrchen vom Prinzip her nach wie vor dasselbe Bild wie gut 30 Jahre zuvor die Gewehre mit Nachtsichttechnik: Unter dem Vorderschaft hing ein Zusatzinstrument, mittels dessen sich ein roter Punkt auf das jeweilige Ziel lenken ließ – freilich handelte es sich bei dem Teil noch um etwas, dessen Größe an einen Backstein erinnerte.

Der Transistor beschleunigt die Optronik-Entwicklung

Weaver Qwikpoint
Ein frühes Rotpunkt-Visier war das Weaver Qwikpoint, zu Beginn der 1970er Jahre in den USA eingeführt.

Fragt sich also, wie es schließlich gelang, hier zu der heute üblichen extrem verkleinerten Bauweise zu gelangen. Auch das begann im 2. Weltkrieg, als Ingenieure verkleinerte Elektronenröhren entwickelten. Und als danach die Raketentechnik fortschritt, da wuchs auch der Bedarf an zuverlässigen elektronischen Systemen für Steuerung und Kommunikation – idealerweise zierlich und noch zierlicher. Die Lösung lag in der Entwicklung der Transistor-Technik und damit Halbleiter-Gerätschaften, über die sich vor allem niedrige elektrische Spannungen und Ströme leiten lassen. So hatte der in der heutigen Ukraine geborene, geniale jüdische Techniker Julius Edgar Lilienfeld schon um 1925 das Prinzip des sogenannten Feldeffekttransistors entdeckt und darauf ein Patent erhalten. Lilienfeld stellte wohl auch als erster das damit verbundene Konzept eines nicht nur stromschaltenden, sondern auch stromverstärkenden Bauteils vor. 

Aimpoint 2000 auf einem MKE T94
1985 kam es auf den Markt: Das Aimpoint Modell 2000, hier auf MKE-Halbautomat T94 mit Stanag-Montage.

Von da führte der Weg unter Beteiligung einer Vielzahl deutscher und amerikanischer Techniker über die variantenreiche Transistortechnik der späten 40er und frühen 50er Jahre. Ein Gebiet, für das die bei Bell Laboratories tätigen US-Techniker John Bardeen, Walter Brattain und William Bradford Shockley 1956 sogar den Nobel-Preis für Physik erhielten. Hatten sie bei ihren Forschungen anfangs noch halbleiterfähige Germanium-Kristalle benutzt, so kamen schon 1954 sogenannte Bipolartransistoren, bei denen das im Quarzsand vorkommende Halbmetall Silizium verbaut wurde – bis heute das bevorzugte Material in der Halbleiterherstellung. Von diesen Transistortypen führte dann der Weg zu den sogenannten integrierten Schaltkreisen, welche Ende der 1950er Jahre entwickelt wurden. Als Pioniere gelten zwei unabhängig voneinander arbeitende US-Fachleute, zum einen Jack Kilby bei Texas Instruments, zum anderen Robert Noyce bei Fairchild Semiconductor, einem der Gründungsunternehmen der heutigen Hightech-Hochburg Silicon Valley in Kalifornien. Und diese integrierten Schaltkreise bilden die Basis von Speicher-Chip und Mikroprozessor, weil sie heute Schaltungen im zehnstelligen Bereich auf dem Raum weniger Quadratmillimeter beherbergen können.

Zukünftige optoelektronische Entwicklungen

2 GLOCK M.O.S.-Pistolen auf der SHOT Show 2015
Mit solchen Vorführstücken läutete die Firma Glock auf der SHOT Show 2015 das Zeitalter ihrer Pistolen mit Modular Optic System ein.

Mit diesen Entwicklungen waren die Grundlagen für das gelegt, was jeder Leser aus eigenem Erleben kennen dürfte, nämlich die derzeit allgegenwärtige "smarte Elektronik" in allen vorstellbaren Geräten vom mobilen Telefon bis hin zum Küchengerät. Beim Militär bildet die Optronik zusammen mit der smarten Rechnertechnik einen Baustein für die Soldatensysteme, die eigens für die "vernetzte Operationsführung" entwickelt werden und bei denen zudem die jeder Lage anpassbare Modularität als Trumpf sticht. 

Und nicht nur im militärischen, sondern auch im zivilen Umfeld gibt es zunehmend Optiken mit integrierter Optronik oder sogar Feuerleitrechnern. So spiegelten schon 2013 Geräte wie die Trijicon Continuously Computed Aiming Solution (CSAS) permanent Angaben zu Winkel, Luftdruck, Distanz und Zielbewegung ein, um so die Chance auf einen Erstschuss-Treffer zu erhöhen. Hersteller wie etwa Yukon Advanced Optics Worldwide aus Litauen vertreiben unter dem Markennamen Pulsar mit allen smarten Schikanen ausgerüstete Wärmebild-Zielfernrohre. Und 2012 stellte das texanische Unternehmen Tracking Point ihre Precision Guided Firearm vor, eine Kombination aus Waffe, Munition und netzwerktauglicher Optik. Der Schütze zielt, misst dabei via Laser die Distanz, betätigt den Abzug und "trackt" (verfolgt) das Ziel. Der Pfiff: Der Rechner muss erkennen, dass Ziel- und Treffpunkt akkurat übereinander liegen, erst dann gibt er den Abzug frei, auf dass der Schuss brechen kann. Natürlich lässt sich diese Optik auch mit Smartphone und Tablet koppeln. 

Tracking Point Precision Guided Firearm
Tracking Point verspricht mit dem System Precision Guided Firearm narrensichere Schüsse auf Extremdistanz. Kernstück: eine Hightech-Optik namens Networked Tracking Scope, gekoppelt mit dem Abzug der Büchse.

Längst arbeiten Unternehmen wie Viridian Weapon Technologies an netzwerktauglichen Kurzwaffenkameras wie der FACT Duty und FACT Micro, wobei die Abkürzung für "Fast Access Camera Technology" steht. Derlei lässt sich etwa fest an Polizeiwaffen anbringen und soll dann die Szenerie bei Einsatz oder gar Schuss dokumentieren. Schon 2013 stellten  Beretta Defense Technologies und Intellitronika das auf die Polizeiarbeit zugeschnittene I-Protect vor, beschrieben als das erste voll integrierte vernetzte System, basierend auf einer Reihe elektronischer Vorrichtungen, die sich an Waffe und/oder Uniform anbringen lassen. Insgesamt lässt sich auch bei der mit Waffen zu verbandelnden Optronik der Trend zu maximaler Modularität und steter Verkleinerung feststellen. 

Es wird sicher noch dauern, bis diese und andere so entstandene Geräte allgemein nutzbar sein werden. Viel hängt hier weniger an technischen Möglichkeiten als vor allem an rechtlichen Rahmenbedingungen, die weithin etwa den zivilen Gebrauch z.B. von Nachtsicht- und Nachtzielgeräten so ausschließen, wie sie das bei lampenbewehrten Schusswaffen tun. Mag sein, dass solche Regelungen früher die Wilderei beschneiden sollten. Heute muten sie veraltet an, weil es längst andere Möglichkeiten gibt. Allein schon bei der Jagd wäre das Abschaffen der antiquierten Verbote ein Gewinn, da der mit der Optronik einhergehende Nutzen sich positiv bei der Ansprache des Wildes und beim Antragen des Schusses auswirken würde – kurz:

Es würde die Waidgerechtigkeit beim Erlegen des Wildes erhöhen.

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