"Das Meer ist weit und die Fische können darauf springen" ist nur eine schöne Vorstellung der U-Boot-Unterwassernavigation

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: Dahui

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Am 2. Oktober 2021 kam es auf dem US-amerikanischen Angriffs-Atom-U-Boot USS Connecticut der Seawolf-Klasse zu einem Unterwasser-Kollisionsunfall.

Neben Sonarsystemen sind moderne U-Boote auch auf mehrere Systeme angewiesen, die sich gegenseitig ergänzen und überprüfen, um sicherzustellen, dass Unterwasser-U-Boote sicher auf einem vorgegebenen Kurs und in einer vorgegebenen Tiefe navigieren können.

Der rote Teil zeigt den möglichen Schaden an der USS Connecticut an (Fotoquelle: CCTV News)

Sie fragen sich vielleicht: Warum kommt es trotz der Tatsache, dass U-Boote über eine derart fortschrittliche Technologie zur Navigation, Ortung und Kollisionsvermeidung verfügen, immer noch hin und wieder zu Kollisionsunfällen zwischen U-Booten und Überwasserschiffen, zwischen U-Booten und sogar zwischen U-Booten und Unterwasserbergen auf dem Meeresboden?

Lassen Sie uns heute weiter über die „gefährlichen Faktoren“ sprechen, die die Sicherheit der Unterwassernavigation von U-Booten gefährden.

„Das Meer ist tief und die Straße ist schmal“, die sichere Tiefe der U-Boot-Navigation ist begrenzt

U-Boote, insbesondere Atom-U-Boote, sind groß, ihr Unterwasserraum ist begrenzt und die Topographie des Meeresbodens sowie die Gewässer, in denen die U-Boote operieren, sind komplex und veränderlich. Tatsächlich ist es für nukleare Angriffs-U-Boote, die Hunderte von Metern lang sind, eine Unterwasserverdrängung von Zehntausenden von Tonnen haben und unter Wasser eine Geschwindigkeit von über 30 Knoten erreichen können, schwierig, eine sichere Navigation zu gewährleisten.

Daten zeigen, dass die durchschnittliche Tiefe der vier größten Ozeane der Welt wie folgt beträgt: Der Pazifische Ozean beträgt etwa 4.000 Meter, der Atlantische Ozean etwa 3.600 Meter, der Indische Ozean etwa 3.800 Meter und der Arktische Ozean etwa 1.200 Meter. Können sich U-Boote bei einer so großen Wassertiefe ungehindert darin bewegen und in den fünf Ozeanen Schildkröten fangen?

Entgegen der allgemeinen Intuition ist der Ozean zwar sehr tief, der Unterwasser-Navigationsbereich für U-Boote jedoch sehr klein. Man kann sagen, dass U-Boote im Ozean nur sehr begrenzten Bewegungsspielraum haben.

Der Meeresbereich, in dem ein U-Boot unter Wasser navigiert, wird in der Tiefe ausgedrückt, die üblicherweise in Periskoptiefe, Arbeitstiefe und Grenztiefe unterteilt wird.

Die Periskoptiefe beträgt im Allgemeinen etwa 10 Meter. Das Periskop des U-Boots hebt sich und taucht aus dem Wasser auf, wodurch Radar, visuelle Beobachtung, Aufklärung und Kommunikation auf der Meeresoberfläche und in der Luft möglich sind. Allerdings sind U-Boote schlecht getarnt und sicher und können leicht von Gegnern entdeckt und verfolgt werden. Außerdem kollidieren sie leicht mit Überwasserschiffen, Unterwasser-Fischernetzen usw. oder verfangen sich in ihnen.

Atom-U-Boot der Virginia-Klasse USS Indiana (Fotoquelle: China National Defense News)

Die Endtiefe ist die maximale sichere Tauchtiefe des U-Bootes ohne bleibende Verformung der druckfesten Hülle des U-Bootes. Abhängig von der Leistungsfähigkeit der U-Boote in den verschiedenen Ländern liegt sie grundsätzlich zwischen 300 und 600 Metern. In dieser Tiefe bleiben U-Boote normalerweise für kurze Zeit während Tests oder Notfallsituationen. Wenn sie sich längere Zeit in extremer Tiefe aufhalten oder bei der Navigation unsachgemäß vorgegangen wird und ein Teil des Rumpfes die extreme Wassertiefe überschreitet, kann der äußere Druck des Meerwassers die schwachen Teile des Rumpfes durchbrechen und in das U-Boot eindringen, was im Ernstfall zum Sinken des U-Bootes führen kann.

Die Einsatztiefe ist die Tiefe, in der ein U-Boot über längere Zeit sicher navigieren und Torpedoraketen abfeuern kann usw. Um eine Entdeckung durch Satelliten, U-Boot-Abwehrflugzeuge usw. zu verhindern und Kollisionen mit Supertankern mit einem Tiefgang von 20 bis 30 Metern, im Wasser schleppenden Fischerbooten usw. zu vermeiden, wählen konventionelle U-Boote üblicherweise eine Wassertiefe von etwa 60 bis 100 Metern und Atom-U-Boote üblicherweise eine Wassertiefe von etwa 100 bis 300 Metern als sichere Einsatztiefe.

Derzeit beträgt die Rumpflänge konventioneller U-Boote in der Regel etwa 80 Meter, die von nuklearen Angriffs-U-Booten etwa 100 Meter und die von strategischen U-Booten etwa 150 Meter. Theoretisch beträgt die sichere Einsatztiefe eines U-Boots lediglich 60 bis 300 Meter unter Wasser, d. h., ein konventionelles U-Boot kann nur in einem Unterwasserraum operieren, der etwa dreimal so lang ist wie seine Rumpflänge, und ein Atom-U-Boot kann nur in einem Unterwasserraum operieren, der etwa doppelt so lang ist wie seine Rumpflänge.

Obwohl der ferne Ozean riesig und bodenlos erscheint, ist der schiffbare Raum für U-Boote relativ begrenzt, da sich nahe der Meeresoberfläche nur eine sehr flache Wasserschicht befindet.

Es gibt viele Ursachen für Kollisionen, und U-Boote haben bei der Unterwassernavigation mit vielen Schwierigkeiten zu kämpfen

Der Ozean ist riesig, aber die Unterwassernavigation ist für U-Boote sehr gefährlich. Die Beschreibung „Der Himmel ist hoch und die Vögel fliegen frei, das Meer ist weit und die Fische springen frei“ trifft auf unter Wasser fahrende U-Boote im Allgemeinen nicht zu.

Neben der Begrenzung der sicheren Tiefe der U-Boot-Navigation haben auch die Topographie des Meeresbodens, die Wasserbewegungen und sich unter Wasser bewegende Objekte einen großen Einfluss auf die Sicherheit der U-Boot-Navigation und schränken diese ein und stellen eine große Gefahr für diese dar. Von einem U-Boot, das sich mutig in das „Unterwasserlabyrinth“ wagt, kann man sagen, dass „überall Gefahren lauern und auf Schritt und Tritt spannende Unfälle passieren.“

Erstens ist die Topographie des Meeresbodens sehr komplex und vielfältig.

Man kann sagen, dass einige Landformen auch unter dem Meer existieren, während einige Landformen auf dem Meeresboden möglicherweise nicht an Land existieren. Zu den üblichen Landschaftsformen auf dem Meeresboden gehören Hänge, Gräben, Täler, Terrassen, Becken, Seeberge, Meereshügel, Unterwasserschluchten, Mittelozeanische Rücken, Senken, Unterwasserebenen und fächerförmige Ansammlungen usw. Je komplexer die Topografie des Meeresbodens, desto größer die Veränderungen der Meeresströmungen und Gezeiten, desto rauer die Unterwassernavigationsumgebung und desto geringer die Sicherheit der U-Boot-Navigation.

Schematische Darstellung der komplexen Meeresbodentopographie

(Bildquelle: https://www.maritimeherald.com/2018/secret-pictures-of-the-deep-sea-finally-revealed/)

Wenn beispielsweise ein U-Boot in einer Unterwasserschlucht fährt und die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung in der Schlucht zu hoch ist, wird das U-Boot leicht gegen die Küste oder ein Riff gedrückt. Dabei werden die Auswirkungen plötzlicher Veränderungen der Meeresbodentopographie durch Vulkane, Tsunamis und künstliche Bauten auf die U-Boot-Navigation nicht berücksichtigt.

Zweitens sind die Veränderungen im Meerwasser sehr schnell und komplex.

Meerwasser ist in ständiger Strömung und Veränderung, und die Strömungsänderungen des Meerwassers sind zu verschiedenen Zeiten, in verschiedenen Tiefen, in verschiedenen Meeresgebieten und bei unterschiedlicher Meeresbodentopographie und Landform äußerst unterschiedlich. So wird sich beispielsweise die Geschwindigkeit der Meeresströmungen in engen Wasserstraßen deutlich erhöhen, an steilen Küsten werden die Gezeitenwechsel deutlicher sichtbar und in der Nähe von Gräben und Tiefseebergen werden Wirbel (Strudel am Meeresboden) mit extrem starker Sogwirkung entstehen.

Wenn ein unter Wasser fahrendes U-Boot aus einem Gebiet mit stabilen Meeresströmungen plötzlich in Gewässer mit großen Schwankungen gerät, kann es durch unsachgemäße Bedienung oder unzeitgemäße Reaktion zu einer Neigung oder Stampfbewegung kommen, zu einer plötzlichen Kursänderung oder sogar zu einer Kollision mit Riffen oder Felswänden oder zur Berührung mit dem Meeresboden.

Darüber hinaus können plötzliche Änderungen der Meerwasserdichte dazu führen, dass U-Boote tödliche Unfälle erleiden, weil sie in die Tiefe stürzen.

Aufgrund von Unterschieden im Salzgehalt, der Temperatur usw. des Meerwassers in verschiedenen Regionen weist die Dichte des Meerwassers mit zunehmender Tiefe nicht immer eine gleichmäßige Verteilung auf. Ändert sich die Dichte des Meerwassers mit zunehmender Tiefe plötzlich, entsteht in vertikaler Richtung eine Dichtesprungschicht. Wenn die Dichte des Meerwassers im oberen Teil der Sprungschicht geringer ist als die im unteren Teil, nimmt der Auftrieb des Meerwassers von oben nach unten stark zu, und zwischen der oberen und unteren Schicht bildet sich eine Barriere, und das U-Boot hat das Gefühl, den Meeresboden zu berühren.

Schematische Darstellung der Dichtesprungschicht (Bildquelle: Referenz 1)

Obwohl diese Sprungschicht im übertragenen Sinne als „weicher, flüssiger Meeresboden“ bezeichnet wird, entsteht eine Sprungschicht mit negativem Dichtegradienten, wenn die Dichte des Meerwassers über der Sprungschicht größer ist als die des Meerwassers darunter. Der Auftrieb des Meerwassers nimmt von oben nach unten stark ab und das U-Boot sinkt steil auf den Meeresboden (d. h., es verliert an Tiefe). Wenn die Tiefe nicht rechtzeitig kontrolliert werden kann, wird das U-Boot zerstört und die Menschen an Bord sterben, wenn es die maximale Tiefe erreicht.

Kollisionsursachen gibt es viele, und auch in Zukunft werden Unterwasserkollisionen schwer zu vermeiden sein

Zusätzlich zu den oben analysierten Faktoren, die zu U-Boot-Kollisionen führen können, können eine verspätete Aktualisierung der Seebodenkarten, plötzliche Geländeänderungen ohne Vorwarnung, falsche Navigationspositionierung, hydroakustische Vergeltungsschläge, maßgeschneiderte U-Boot-Abwehrhindernisse und bewegliche Objekte, die sich auf einer schmalen Straße begegnen, zu einem „engen Kontakt“ mit unter Wasser fahrenden U-Booten führen, den Rumpf und die Instrumente beschädigen, Personal verletzen und sogar irreparable Verluste wie die Zerstörung des U-Boots, Todesfälle und ein Leck an nuklearen Brennstoffen verursachen.

Es ist erwähnenswert, dass es innerhalb der Einsatztiefe des U-Boots auch Unterwasserbereiche mit intensiver Aktivität gibt, wie etwa schwimmende Unterwasser-Eisberge, Schulen schwimmender Wale und eine zunehmende Zahl unbemannter Tauchboote.

Aus der Analyse vorhandener statistischer Daten geht hervor, dass die Wahrscheinlichkeit von Unterwasserkollisionen in Seegebieten relativ hoch ist, in denen die absolute Zahl der Atom-U-Boote und die Zahl der Segelboote groß sind. Während des Kalten Krieges war beispielsweise die Barentssee der Sowjetunion das Seegebiet mit der höchsten Wahrscheinlichkeit für Kollisionen von Atom-U-Booten.

Mit der zunehmenden Anzahl von Atom-U-Booten und den Unterwasseraktivitäten vieler Länder werden in Zukunft immer mehr Atom- und konventionelle U-Boote im Unterwasserraum in einer Höhe operieren, die nur etwa das Zwei- bis Dreifache ihrer eigenen Länge beträgt. Es besteht weiterhin die Möglichkeit einer Kollision zwischen U-Booten sowie zwischen U-Booten und anderen beweglichen Objekten und festen Unterwasserobjekten.

Insbesondere kann die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zwischen Atom-U-Booten unter bestimmten Umständen steigen. In diesem Fall steigt neben dem erhöhten Risiko von Unfällen mit Atom-U-Booten wahrscheinlich auch die Möglichkeit eines nuklearen Lecks unter Wasser.

Aus diesem Grund sollten wir im Interesse des Weltfriedens und der Entwicklung sowie der Sicherheit der Menschen in unseren Nachbarländern wachsamer sein und im Voraus Vorkehrungen gegen verschiedene Unfälle treffen, die beim Einsatz von U-Booten passieren können.

Quellen:

(1) Zhang Jianhua, Huang Haifeng, Hu Kun, Liu Guangxu. Untersuchungen zum Einfluss der Dichtesprungschicht auf U-Boot-Manöver und Gegenmaßnahmen[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2021, 42(04): 118-122.