 Highspeed in der Tiefe
Unter Wasser bewegt sich fast alles etwas langsamer. Nur der deutsche "Barracuda" nicht. Er schießt mit 800 km/h durch die Tiefe und ist damit der modernste Vorreiter einer neuen Unterwasser- Technologie: Der Superkavitation
Von Volker Lange
Als im August 2000 das russische U-Boot Kursk auf den Grund der arktischen Barentsee sank, riss es über einhundert Menschen in den Tod. Das russische Militär reagierte prompt: Die Bergung der "Kursk" sei "eine militärische, keine zivile Operation", betonte der Sprecher der Nordmeerflotte, die Geheimhaltungsregeln würden bei den Aktionen "strikt eingehalten". Man lehne deshalb jegliche Hilfe aus dem Ausland strikt ab. Schon bald gab es erste Gerüchte, an Bord habe sich eine gewaltige Explosion ereignet: Ein Torpedo mit einer neuen Technologie sei an Bord gewesen und vorzeitig explodiert.
Ein solches Torpedo hatte wenige Jahre zuvor die westliche Welt aufgeschreckt. Nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion im Jahr 1991 wurden Gerüchte laut, dass man im Osten über ein neuartiges Torpedo verfügte, dem die Nato nichts entgegen zu setzen hatte. Mit über 350 Kilometer sollte es viermal so schnell wie herkömmliche Unterwassersysteme sein. Seine Name: „Shkval“ (Sturmböe). Seine Technik: Im Gegensatz zu herkömmlichen Torpedos sollte in einer selbst erzeugten Gasblase gleichsam durchs Wasser fliegen.
Moderne Torpedos sind nicht nur hochkomplexe, sondern für die Schifffahrt auch sehr gefährliche Waffensysteme. Ausgestattet mit leistungsstarken Antrieben, hochempfindlichen Sensoren und viel Elektronik können sie wie Abwehrraketen ihr Ziel selbständig finden und zerstören. Konventionelle Torpedos haben nur eine einzige, dafür aber entscheidende Schwachstelle: Sie sind vergleichsweise langsam.
Jeder Schwimmer kennt das Phänomen aus leidvoller Erfahrung: Man braucht viel Energie, seinen Körper durch das Wasser zu transportieren. Wasser hat einen hohen Widerstand, etwa 1000 mal soviel wie Luft. Das bedeutet: Je schnell man schwimmen will, um so mehr Energie muss man aufbringen. Und der Energiebedarf steigt mit der dritten Potenz. Das bedeutet: Will man im Wasser die Geschwindigkeit verdoppeln, braucht man acht mal so viel Kraft dazu.
Doch es gibt eine Lösung für dieses Problem: Superkavitation. Das Wort „Kavitation“ ist vom lateinischen Wort cavus - hohl – abgeleitet. Gemeint ist damit die Bildung von Blasen in einer Flüssigkeit. Solche Blasen entstehen nicht nur, wenn man eine Flüssigkeit erwärmt (etwa im Kochtopf), sondern auch, wenn der Druck in einer Flüssigkeit stark absinkt. Dann werden die Moleküle nicht mehr zusammengehalten und fliegen auseinander. Damit entstehen auch große und kleine Dampfblasen. Steigt der Druck wieder an, fallen diese Blasen schlagartig in sich zusammen – sie implodieren. Dabei können Druckspitzen bis 1000 bar und hohe Temperaturen bis 5500°C entstehen.
Für Ingenieure ist das ein großes Problem. Kavitation entsteht zum Beispiel an sich schnell drehenden Schiffsschrauben oder in Pumpen, weil sich dort an bestimmten Stellen kurzfristig extremer Unterdruck bilden kann. Durch die enormen Druckspitzen kann Kaviation sogar Schiffschrauben aus hochfestem Stahl beschädig. In Extremfällen kann in einer solchen Dampfblase eine Schiffsschraube sogar den Kontakt zum Wasser verlieren und wie im Leerlauf durchdrehen.
Solche Luftblasen im Wasser bieten sich allerdings für ein sehr interessantes Gedankenexperiment an: Was wäre, wenn man eine solche Luftblase so aufblähen kann, dass sie das gesamte Objekt umhüllt? Ein Körper hätte dann kaum noch Berührung mit dem dichten Medium, er könnte durch Wasser schießen wie eine heiße Nadel durch Butter.
Anfang der Sechziger machte sich der russische Ingenieur und Waffentechniker Mikhail Merkulov am Institut für Hydrodynamik (NII-24 ) in Kiew an die Arbeit. Viele Fragen galt es zu klären: Wie musste die Nase des Torpedos aussehen? Sie ist schließlich das einzige Teil, dass beim „Flug“ mit dem Wasser in Berührung kommt. Wie sollte der Antrieb aussehen? Eine Schiffsschraube kam nicht in Frage, da sie in der Luftblase wirkungslos wäre. Also blieb nur ein Raketentriebwerk. Konnte man vielleicht mit Hilfe seiner Abgase die Bildung der künstlichen Kavitation noch unterstützen?
Ende der 70er Jahre konnte Merkulov der Parteiführung stolz einen Prototypen vorstellen: Das Torpedo wurde in einem Abschußrohr auf 180 km/h beschleunigt. Hatte sich dann die Kavitationsblase gebildet, zündeten die Raketenmotoren. Ab jetzt flog das Projektil in einer Blase aus Wasserdampf und fast jeder Reibungswiderstand war aufgehoben. Nur die Spitze des Torpedos stemmte sich noch gegen das Wasser. Diese Spitze war so geformt, dass sie die Bildung der Kavitationsblase unterstützte. So konnte der neuartige „Flugkörper“ Geschwindigkeiten über 350 Kilometer erreichen und war damit allen Torpedos der Nato weit überlegen.
Die neue Waffe hatte aber auch gravierende Nachteile: Mit vermutlich 8 Metern Länge und 2700 Kilogramm Gewicht war sie wie ein großes Geschoss mit einer Rakete am Ende: Sie konnte nur stur geradeaus „fliegen“. Doch die Vorteile der Schnelligkeit überwogen und so wurde die neuartige Waffe in großen Stückzahlen gebaut und, so heißt es zumindest, zur Standardbewaffnung sowjetischer U-Boote.
Eine Gruppe deutscher Wissenschaftler und Techniker bastelte unterdessen in Überlingen am Bodensee bereits seit geraumer Zeit an einer ganz ähnlichen Technik. Denn die Erforschung der Superkavitation hat nicht nur in der Sowjetunion, sondern auch im Westen eine lange und wechselvolle Geschichte.
Bereits während des zweiten Weltkrieges hatte man die ersten theoretischen und experimentellen Überlegungen angestellt, wie man das Phänomen der Kavitation für Unterwasserwaffen ausnutzen können. Auch nach dem Ende des Krieges wurde in Deutschland, Italien, Großbritannien und den USA intensiv daran geforscht, es wurden sogar insgesamt fünfzehn Patente angemeldet. Die technischen Hürden waren aber gewaltig und so entschied man sich im Pentagon in den Sechzigern, anderen Technologien der Vorzug zu geben. Die Superkavitations-Forschung geriet zuerst in den USA, dann auch in Europa vorübergehend ins Abseits. Doch beim Überlinger Flugkörperspezialisten „Diehl BTG Defence“ war man Ende der achtziger Jahre so weit, an die Entwicklung eines Prototypen zu gehen. Im Gegensatz zur „Shkval“ sollte der „Barracuda“, so der Arbeitsname des Projektes, vor allem als Abfangwaffe konzipiert werden.
Dazu musste der „Unterwasserflugkörper“ vor allem lenkbar sein und möglichst selbständig sein Ziel finden. Keine leichte Aufgabe. Die Forscher mussten eine bewegliche „Raketenspitze“ entwickeln, mit der sie ihren „Flugkörper“ lenken konnten. Denn die Spitze des „Barracuda“ ist die einzige Stelle, die Kontakt mit dem Wasser hat. Mit dem Lenksystem im Kopf der Unterwasserrakete kann diese nicht nur seitwärts, sondern auch nach oben oder unten gesteuert werden.
Doch damit tauchte ein weiteres Problem auf: Die Größe und die Form der Kavitationsblase hängt vom Wasserdruck ab. Der Wasserdruck steigt an, je tiefer man im Wasser hinabsinkt. Bei steigendem Druck wird die Blase jedoch kleiner, der Strömungswiderstand steigt und das Gefährt wird abgebremst. Wollte man ein einen Unterwasserflugkörper also in einem größeren Tiefenbereich einsetzen, musste die Blase künstlich vergrößert werden. Mit einem ausgetüftelten System bekamen die deutschen Techniker auch dieses Problem in den Griff. Sie leiten gezielt eine genau berechnete Menge Gas in die Kavitationsblase und blähen sie so, je nach Wassertiefe, künstlich auf.
Die langjährige Tüftelei hat sich ausgezahlt. Der „Barracuda“ hat bereits eine ganze Reihe erfolgreicher Tests hinter sich gebracht. Und ganz nebenbei konnte man auch noch einen neuen Geschwindigkeitsrekord aufstellen. Mit bis zu 800 Stundenkilometer kann der „Unterwasserflugkörper“ made in Germany durch das Wasser schießen und dank seiner Lenkbarkeit sogar einen „Shkval“ abfangen.
„Mit unserer Technik sind wir international konkurrenzlos“, freut sich Projektleiter Wilhelm Hinding. „und den Amerikanern sind wir nach unserem Wissen zehn Jahre voraus“! Nicht mal ein U-Boot braucht man, um den „Barracuda“ loszuschießen. „Wir können ihn auch in der Luft starten und ihn erst dann ins Wasser eintauchen lassen.“ Entsprechend groß war auch das Interesse, als der Supertorpedo aus Deutschland kürzlich auf der Waffenmesse Imdex in Singapur (17.-20. Mai 2005) erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wurde.
Noch weiß man nicht einmal genau, wo und wie sich außer bei der Abwehr von Torpedos der „Barracuda“ sonst noch sinnvoll einsetzen lässt. Denn eines hat er mit dem „Shkval“ gemeinsam: Es braucht gewaltige Energie, um mit so hoher Geschwindigkeit durchs Wasser zu fliegen. Deshalb glaubt Wilhelm Hinding auch nicht, dass es in absehbarer Zeit Hochgeschwindigkeits-U-Boote gibt. „Physikalisch ist das möglich, mit heutigen Triebwerken wäre es wirtschaftlich jedoch völlig unsinnig.“
Robert Kulinsky, Forscher am amerikanischen Naval Undersea Warfare Center (NUWC) ist trotzdem davon überzeugt, dass gerade eine Revolution in der Technik des Unterwasser-Verkehrs stattfindet: „Wir stehen heute da, wo einst die Flugzeugkontrukteure nach dem ersten Flug der Gebrüder Wright waren: Ganz am Anfang einer enormen Entwicklung!“ |
