Wie können U-Boote im Tiefseekampf „scharfe Augen und Ohren“ entwickeln? ——Die wissenschaftlichen Prinzipien von U-Booten aus der Operation Jiaolong

Als Fortsetzung von „Operation Red Sea“, dem Kassenschlager des Frühlingsfests 2018, wurde „Operation Jiaolong“ während des Frühlingsfests im Jahr der Schlange veröffentlicht. Der Film knüpfte nicht nur an die Spannung des Vorgängerfilms an, sondern nutzte zum ersten Mal in der Geschichte der chinesischen Leinwand auch die U-Boot-Streitkräfte der chinesischen Volksbefreiungsarmee als Protagonisten und zeigte die spannenden Tiefseeoperationen dieser „mysteriösen Streitmacht“.

Im Film taucht das Jiaolong-Kommando-Team in die geheimnisvolle Tiefseewelt ein und führt das Publikum in ein Reich, das sich völlig vom Festland unterscheidet. Der hohe Druck, die niedrige Temperatur und die Dunkelheit der Tiefsee reichen aus, um die Menschen einzuschüchtern, aber die Soldaten haben keine Angst. Sie steuern moderne U-Boote und bewegen sich leise unter den Wellen vorwärts.

Die im Film gezeigten fortschrittlichen U-Boot-Technologien wie Anti-Torpedo-Torpedos, Superkavitations-Torpedos, supraleitende Magnetofluide, wellenloser Pumpenantrieb und Unterwasser-Transportboote sind für das Publikum eine Offenbarung.

Der militärische Einsatz von U-Booten besteht darin, ihre Fähigkeit, unter Wasser zu lauern, voll auszunutzen, unerwartet „Intrigen gegen“ den Feind zu schmieden und ihn anzugreifen, wenn er unvorbereitet ist, was als versteckte Mordabsicht bezeichnet werden kann. Kennen Sie die Geschichte der U-Boot-Entwicklung? Wie sinken und schwimmen U-Boote frei? Warum werden U-Boote beim Tauchen nicht durch den Wasserdruck zerquetscht? Wie erreichen U-Boote im Wasser „scharfes Gehör und scharfe Augen“?

Lassen Sie uns heute gemeinsam darauf antworten

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▲Ausstellung im Marinemuseum

Die Geburtsgeschichte der „Gehirnöffnung“

Der Legende nach existierte das Konzept des „Unterwassertauchens“ bereits zur Zeit Alexanders des Großen vor Christus. Das damalige Tauchgerät war wie in der Abbildung unten dargestellt und konnte eigentlich nicht als U-Boot angesehen werden.

Die Geschichte ziviler U-Boote lässt sich bis ins Jahr 1620 zurückverfolgen. Damals bauten niederländische Wissenschaftler erfolgreich das erste „U-Boot“ der Menschheitsgeschichte, das von 12 paddelnden Matrosen gesteuert werden konnte und in der Themse im Vereinigten Königreich bereits viele Male in über fünf Meter tiefes Wasser getaucht war.

▲Das erste „Tauchschiff“ der Menschheitsgeschichte

Im Laufe der nächsten 100 Jahre nutzten Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern ihre Vorstellungskraft, um eine Vielzahl von Tauchbooten zu bauen. Einige sahen aus wie große Kisten, andere wie Bälle und manche sogar wie Kessel. Große Durchbrüche in Technologie und Anwendung blieben jedoch aus. Erst der Ausbruch des Amerikanischen Unabhängigkeitskrieges Ende des 18. Jahrhunderts gab der Entwicklung von U-Booten neuen Schwung.

▲U-Boot „Kettle“

Der US-Amerikaner David Bushnell entwickelte das U-Boot „Turtle“, das wie eine große Kugel aussieht. Der Wassertank wird durch Treten mit Wasser gefüllt und durch einen handgekurbelten Propeller angetrieben. Es kann 6 Meter unter Wasser tauchen und 30 Minuten bleiben.

▲U-Boot „Schildkröte“

Spät in der Nacht des 7. September 1776 ertönte vor dem Hafen von New York plötzlich ein lautes Geräusch aus dem Wasser in der Nähe des Kriegsschiffs „Eagle“ der britischen Royal Navy, das für die Blockade des Hafens verantwortlich war. Britische Kriegsschiffe lichteten die Anker, als sie die Explosion hörten, doch ein ungebetener Gast, das U-Boot USS Turtle, das zuvor unter den Kiel des Kriegsschiffs getaucht war, war unter der Führung von Sergeant Ezra Lee von der US-Armee bereits schnell evakuiert worden.

Obwohl dieser „Überraschungsangriff“ nicht erfolgreich war, markierte er den Beginn des U-Boot-Kampfes und erweiterte das damalige Schlachtfeld der Menschheit vom Land und der Oberfläche auf das Unterwasser. Mit der fortschreitenden Entwicklung der industriellen Revolution wurden Dampfmaschinen auch in U-Booten eingesetzt. Die Manövrierfähigkeit der mit Dampfmaschinen ausgestatteten U-Boote wurde erheblich verbessert und U-Boote leiteten auch eine Phase rasanter Entwicklung ein.

Ende des 19. Jahrhunderts kombinierte ein in Irland geborener Ingenieur namens John Philip Holland die drei Technologien Elektromotoren, Batterien und Verbrennungsmotoren und wandte sie auf U-Boote an. Danach schuf er durch kontinuierliche technologische Verbesserungen schließlich im Jahr 1897 das legendäre U-Boot „Holland Nr. 6“, das von einem Benzinmotor und einer Batterie angetrieben wurde. Dieses U-Boot gilt als Vorläufer der modernen U-Boote, und Holland wird auch als „Vater der modernen U-Boote“ verehrt.

Im Jahr 1900 wurde die Holland das erste U-Boot, das offiziell von der US-Marine in Dienst gestellt wurde. Im Jahr 1905 waren bereits sechs U-Boote im Einsatz. Danach wurde das Holland-U-Boot von Großbritannien und Japan gekauft und kopiert, was die moderne U-Boot-Ära einläutete.

Das Geheimnis des freien Sinkens und Schwimmens von U-Booten

U-Boote können tauchen, schwimmen und sogar frei im Wasser schweben. Das Prinzip ist eigentlich eine Art Bionik. Im Körper des Fisches befindet sich ein Organ namens Schwimmblase, das sich unter der Kontrolle der Muskeln zusammenziehen oder ausdehnen kann. Wenn die Schwimmblase mit Luft gefüllt und ausgedehnt ist, ist der Auftrieb des Fisches im Wasser größer als die Schwerkraft und der Fisch schwimmt; Wenn die Schwimmblase verkleinert wird, ist der Auftrieb des Fisches geringer als die Schwerkraft und der Fisch sinkt.

Davon inspiriert installierte man auch bei U-Booten einen blasenartigen Rumpf, also den Rumpf auf beiden Seiten des U-Boots, der als Hauptballastwassertank bezeichnet wird. Die Funktion des Hauptballastwassertanks besteht darin, durch Befüllen und Ablassen von Wasser das Tauchen und Auftauchen des U-Boots zu ermöglichen. Beim Abtauchen füllt sich der Hauptballasttank mit Wasser, die Luft wird aus dem Tank abgelassen, das Eigengewicht des U-Bootes erhöht sich und der Rumpf sinkt. Beim Auftauchen wird das Wasser im Hauptballasttank mithilfe von Hochdruckgas aus dem U-Boot gedrückt, wodurch das Eigengewicht des U-Boots reduziert wird und das Auftauchen des U-Boots ermöglicht wird.

Um den Status des U-Boots besser kontrollieren zu können, wurden auf dem U-Boot auch zusätzliche Ballastwassertanks wie Schwerwassertanks und Schnelltauchtanks installiert. Beispielsweise ändert sich nach dem Abschuss eines Torpedos oder einer Rakete das Gewicht des U-Boots, und dann müssen Schwerwassertanks hinzugefügt werden, um das Gewicht der abgefeuerten Torpedos und Raketen auszugleichen. In einer Notsituation, in der ein schneller Tauchgang erforderlich ist, reicht der Hauptballasttank allein nicht aus, und es wird zusätzlich die Hilfe des Schnelltauchtanks benötigt, um die Tauchgeschwindigkeit des U-Boots zu erhöhen. Darüber hinaus sind die meisten U-Boote mit horizontalen Rudern, auch Höhenruder genannt, ausgestattet, die während der Fahrt auf das Wasser einwirken und dadurch ein Drehmoment erzeugen, das dem U-Boot eine Auf- und Abwärtsbewegung sowie eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung ermöglicht.

Wie U-Boote den Wasserdruck bekämpfen

U-Boote sind normalerweise rund oder tropfenförmig. Der Vorteil einer solchen Struktur besteht darin, dass der Druck des Meerwassers gleichmäßig in alle Richtungen verteilt werden kann, sodass der von ihr ausgeübte Wasserdruck konstant ist und ungleichmäßige Kräfte kaum auftreten können. Gleichzeitig kann es auch den Navigationswiderstand im Wasser wirksam verringern und die durch die Reibung mit Wasser entstehenden Geräusche reduzieren.

Natürlich reicht die Rumpfform allein nicht aus, um dem Druck des Meerwassers standzuhalten. Beim Bau eines U-Boots wird hochfester Stahl benötigt, um den ringförmigen Rippenrahmen des U-Boots zu bauen und anschließend den Rumpf mit druckfesten Platten zu umwickeln, um den Effekt des Wasserdruckausgleichs zu erzielen.

Druckfeste Platten werden bei der Konstruktion überwiegend aus Verbundgitterbaustahl hergestellt. Sie können es anhand eines Beispiels verstehen. Wenn wir ein Fensterloch mit einem Stück Zeitungspapier abdecken, wird es leicht vom Wind weggeweht. Wenn wir dann hinter der Zeitung noch eine Siebschicht anbringen, ist es noch viel besser. Wenn der Schirm mit kreuz und quer verlegten Drähten befestigt ist, kann der Wind eindringen. Tatsächlich ist auch das Herstellungsprinzip der U-Boot-Druckplatten dasselbe. Die derzeit weltweite Druckkörperstärke von U-Booten ermöglicht im Allgemeinen eine Tauchtiefe von 300 bis 1.200 Metern.

U-Boot-Positionierungstool

Wenn ein U-Boot auf der Meeresoberfläche „auf dem Rücken“ liegt, verwendet es im Allgemeinen ein Periskop, um den Zustand der Meeresoberfläche direkt zu beobachten. Das Prinzip des Periskops besteht darin, das Licht mithilfe zweier Spiegel zweimal zu reflektieren und dann in das Auge zu brechen. Der Grund, warum ein Periskop die Wasseroberfläche unter Wasser relativ klar erkennen kann, liegt darin, dass die beiden Planspiegel parallel zueinander stehen und mit der Horizontalen einen 45-Grad-Winkel bilden. Die Szene wird zweimal gespiegelt und abgebildet, sodass die Szene auf der Meeresoberfläche sichtbar wird. Mit der Entwicklung der optoelektronischen Technologie beginnen optoelektronische Masten nun allmählich, herkömmliche Periskope zu ersetzen. Optoelektronische Masten sind monitorähnliche Geräte, die oben auf dem Mast angebracht sind. Der vom Monitor überwachte Bereich kann direkt auf dem Bildschirm in der U-Boot-Kabine betrachtet werden, was die Sicht der „Augen“ des U-Boots noch besser macht.

Wenn ein U-Boot im Ozean „taucht“, können aufgrund der dunklen Meeresumgebung weder das Periskop noch der optoelektronische Mast die Umgebung klar erkennen. In diesem Moment sind die „Ohren“ des U-Boots, das Sonar, sehr nützlich. Da die Schalldämpfung im Meer relativ gering ist und der Schall umkehrt und zurückkehrt, wenn er auf ein großes Hindernis im Meer trifft, nutzt das Sonar die oben genannten Eigenschaften der Schallausbreitung und -reflexion im Wasser, um den Schall durch eine Reihe elektronischer Geräte umzuwandeln und zu verarbeiten und so Informationen wie Existenz, Standort, Art und Bewegungsrichtung von Unterwasserzielen zu erhalten. In der Tiefsee ist Sonar wie ein Paar empfindlicher „Ohren“ in der Dunkelheit. Durch diese „Ohren“ können U-Boote andere große Ziele im Ozean erkennen und ihnen ausweichen und sie angreifen.

Als wichtige Kraft der modernen Marine spiegelt die Entwicklung und Anwendung der U-Boot-Technologie nicht nur die Kristallisation menschlicher Weisheit wider, sondern ist auch eine wichtige Garantie für die nationale Sicherheit sowie die maritimen Rechte und Interessen. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt in Wissenschaft und Technologie werden zukünftige U-Boote moderner und intelligenter sein und weiterhin die nationale Sicherheit und den Frieden auf den Meeren in der Tiefsee schützen.

Quelle: China Daily, Marinemuseum der chinesischen Volksbefreiungsarmee, China Maritime Museum, CCTV Military usw.

Herausgeber: David Duan