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Waffentechnik: Raketen unter Wasser

Neuartige Torpedos und andere Prototypen künftiger Unterwasserwaffen jagen mit mehreren hundert Kilometern pro Stunde durchs Meer. Ihr Geheimnis ist eine Hülle aus Gasblasen, die bei hohen Geschwindigkeiten entsteht und den Strömungswiderstand drastisch verringert.


Sofort nach der Havarie des russischen U-Boots K-141 "Kursk" im August 2000 – es sank mit seiner hundertköpfigen Besatzung auf den Grund der arktischen Barentssee – kamen Gerüchte auf, die mysteriöse Explosion an Bord hänge mit der Erprobung eines geheimnisvollen Torpedo-Typs zusammen. Einige Monate zuvor war der amerikanische Geschäftsmann Edmond Pope in Moskau unter Spionageverdacht verhaftet worden; es hieß, er habe Baupläne für einen Supertorpedo kaufen wollen. Trotz vieler ungeklärter Details scheinen beide Vorfälle auf eine völlig neue und öffentlich kaum bemerkte Technologie hinzuweisen, mit deren Hilfe Projektile und Tauchboote unter Wasser mehrere hundert Kilometer pro Stunde – gelegentlich sogar Überschallgeschwindigkeit – erreichen können. Zum Vergleich: Die schnellsten herkömmlichen Unterwassersysteme bringen es auf maximal 130 Kilometer pro Stunde.

In den letzten Jahren mehren sich Anzeichen dafür, dass alle größeren Seemächte an der Entwicklung ganzer Arsenale neuartiger Unterwasserwaffen und U-Boote arbeiten, die mit nie da gewesener Geschwindigkeit zu operieren vermögen. Diese Fähigkeit beruht auf einem physikalischen Effekt namens Superkavitation: Hinter einem Körper, der in einen schnellen Wasserstrom eintaucht, entstehen Blasen aus Wasserdampf. Wenn es nun gelingt, den Körper so vollständig mit einer sich selbst erneuernden Gashülle zu umgeben, dass seine Oberfläche kaum mehr mit Flüssigkeit benetzt wird, nimmt der Reibungswiderstand drastisch ab. Solche Systeme könnten die Seekriegführung ähnlich radikal umwälzen wie einst der Übergang von Propellermaschinen zu Düsenjägern und Raketen den Luftkrieg.

Obwohl in die Erforschung der Superkavitation derzeit eher bescheidene Finanzmittel fließen – in den USA rund 50 Millionen Dollar –, ist die Liste möglicher militärischer Anwendungen erstaunlich lang. Sie umfasst extrem schnelle Unterwasserprojektile, mit denen Drehgeschütze, die den MG-Türmen auf Bombern des Zweiten Weltkriegs ähneln, unter Wasser auf Minen, zielsuchende Torpedos, U-Boote und sogar auf tief fliegende Flugzeuge oder Helikopter schießen können. Weitere Optionen sind etwa Hochgeschwindigkeitstorpedos, die Schiffe und andere Torpedos abfangen, sowie ungelenkte Gefechtsbrecher mittlerer Reichweite (midrange unguided engagement breakers) – ein größerer Waffentyp, der einen Konflikt zwischen zwei U-Booten gewaltsam beenden soll. Schließlich sind kleine superschnelle Oberflächenboote denkbar sowie Unterwasserraketen mit Nuklearsprengköpfen, die ganze Flugzeugträger-Verbände auszuschalten vermögen.

Einige Marineexperten glauben, dass Superkavitationssysteme den U-Boot-Krieg grundlegend verändern werden: An die Stelle des leisen Katz-und-Maus-Spiels zwischen großen U-Booten treten lärmende Zweikämpfe zwischen kleinen und schnellen "Unterseejägern" kurzer Reichweite, die von riesigen Träger-U-Booten aus gestartet werden und einander mit Unterwassermunition beschießen.

Wirksam und billig die Raketenabwehr unterlaufen

Andere Fachleute stellen sich eine mehrstufige Kombination aus Superkavitationstorpedo und Raketen mit Nuklearsprengköpfen vor – im Jargon "präventive Langstreckenlenkwaffe" (longrange guided preemptive weapon) genannt –, um damit auf relativ billige und wirksame Weise künftige Raketenabwehrsysteme vom "Star-Wars"-Typ zu unterlaufen. Solche Waffen könnten Hunderte von Kilometern vor der Küste abgefeuert werden, unter Wasser bis zu einem zielnahen Küstenstreifen jagen und erst dort aus dem Wasser aufsteigen; sie würden ihre tödliche Ladung ins Ziel bringen, bevor luft- oder weltraumgestützte Verteidigungssysteme reagieren könnten.

Überraschenderweise existiert, wie wir jetzt wissen, wenigstens eine Superkavitationswaffe schon seit vielen Jahren. Die sowjetische Marine nahm bereits 1977 nach zehnjähriger Entwicklung heimlich den raketengetriebenen Torpedo "Schkwal" (Sturmbö) in Betrieb; er vermag mit mindestens 350 Kilometern pro Stunde in einem selbst erzeugten Gashohlraum durchs Wasser zu "fliegen". Diese nuklear bestückte Unterwasserrakete ist zwar in mancher Hinsicht etwas primitiv und nicht besonders wirkungsvoll, doch als die westlichen Militärmächte Anfang der neunziger Jahre davon erfuhren, waren sie gezwungen, die Superkavitationstechnik ernst zu nehmen.

Bevor derartige Waffen der nächsten Generation tatsächlich eingeführt würden, müssten freilich nicht nur technische Probleme gelöst werden; auch ökologische Bedenken und die Sicherheit der Schifffahrt wären zu beachten. Am schwierigsten dürfte es werden, das erforderliche Geld für die Entwicklung und den Bau solcher Systeme aufzutreiben. Allerdings lehrt die Geschichte, dass für Militärtechnik selbst in Zeiten knapper Kassen stets Geld übrig ist.

"Da bis jetzt nur wenige dieser Geräte wirklich gebaut wurden, geht es uns in vieler Hinsicht ähnlich wie den Flugzeugkonstrukteuren nach dem ersten Flug der Gebrüder Wright", meint Robert Kuklinsky, ein Ingenieur und Hydrodynamik-Forscher am Naval Undersea Warfare Center (NUWC) in Newport (Rhode Island), dem führenden Laboratorium der US-Marine für Superkavitationssysteme. "Aber im Gegensatz zu den Luftfahrtpionieren wissen wir viel mehr über die zu Grunde liegende Physik."

Wie jeder Schwimmer weiß, kostet es beträchtliche Mühe, den Körper im Wasser voranzutreiben. Mit steigendem Tempo wird es immer Kraft raubender, denn die Oberflächenreibung nimmt mit wachsender Geschwindigkeit zu. Noch anstrengender sind Schwimmstöße für Taucher, da der Strömungswiderstand in Wasser tausendfach größer ist als in Luft.

Schiffsbauer und Marine-Ingenieure versuchen darum seit jeher, möglichst stromlinienförmige Hüllen und leistungsstarke Antriebe zu konstruieren. Doch nun haben Wissenschaftler und Ingenieure eine völlig neue Technik entwickelt, um den Strömungswiderstand zu überwinden und ungeahnte Geschwindigkeiten unter Wasser zu erreichen. Die Grundidee ist, die wasserbenetzte Oberfläche des Körpers auf ein Minimum zu reduzieren, indem er sich in einer Gasblase geringer Dichte fortbewegt.

"Wenn eine Flüssigkeit rasch um einen Körper fließt, verringert sich ihr Druck, vor allem an den hinteren Kanten", erklärt Marshall P. Tulin, Direktor des Ocean Engineering Laboratory der Universität von Kalifornien in Santa Barbara und führender Theoretiker der Superkavitation. "Mit zunehmender Geschwindigkeit wird schließlich ein Punkt erreicht, an dem der Druck in der Strömung dem Dampfdruck von Wasser entspricht. Die Flüssigkeit geht in die Gasphase über – sie wird zu Wasserdampf." Mit anderen Worten: Sobald der Druck nicht mehr ausreicht, die Wassermoleküle als Flüssigkeit zusammenzuhalten, dissoziieren sie zu Gas.

Blasenbildung erwünscht

"Unter gewissen Bedingungen, vor allem hinter scharfen Kanten, entstehen Hohlräume aus Wasserdampf und Luft mit ungefähr konstantem Druck. Das nennen wir natürliche Kavitation", sagt Tulin. "Der Hohlraum ist so geformt, dass an seinen Grenzen konstanter Druck herrscht; seine Form wird von der Gestalt des umströmten Körpers, dem Druck im Hohlraum und der Schwerkraft bestimmt." Normalerweise ist die Kavitation unerwünscht, weil sie die Strömung verzerrt und dadurch Pumpen, Turbinen, Tragflächen und Schiffsschrauben ihrer Wirksamkeit beraubt. Außerdem entstehen beim rapiden Kollaps der Blasen heftige Stoßwellen, die Metallflächen eindellen und erodieren.

Die Superkavitation ist eine extreme Form der Kavitation, bei der sich eine einzige Blase bildet und das bewegte Objekt fast komplett umhüllt. Bei Geschwindigkeiten oberhalb von 50 Metern pro Sekunde erzeugen stumpfnasige Kavitatoren und am Bug montierte Gasdüsen solche Gastaschen geringen Drucks – so genannte Superkavitäten. Schlanke achsensymmetrische Körper bilden lang gestreckte ellipsenförmige Blasen, die am Bug beginnen und hinten in einer Art Schleppe auslaufen.

Die Länge dieser elliptischen Hohlräume hängt von der Geschwindigkeit ab; sie schließen sich bald wieder unter dem Druck des umgebenden Wassers und hinterlassen eine Region komplexer, instabiler Strömungen. Mathematische Modelle der Superkavitation scheitern oft an dem, was Tulin "das Durcheinander am Ende" nennt, das heißt an der so genannten Kollaps- oder Verschlussregion der Kavität. In Wirklichkeit sind die Druckverhältnisse in den Gasblasen auch nicht konstant – laut Tulin eine Ursache vieler Modellierungsprobleme.

In den fünfziger Jahren konzentrierte sich die amerikanische Superkavitationsforschung auf Hochgeschwindigkeits-schiffsschrauben und Tragflügelboote, doch dann verlegte sich die US-Marine auf andere Unterwassertechnologien mit dem Ziel optimaler Tarnung statt höchster Geschwindigkeiten. Aus diesem Grund besitzt die Marine gegenwärtig keine Superkavitationswaffen und versucht nun, den Vorsprung der russischen Marine aufzuholen. Die einschlägige Forschung wird vom Office for Naval Research (ONR) in Arlington (Virginia) geleitet und richtet sich auf zwei Arten von Superkavitationswaffen: Geschosse und Torpedos.

Zur ersten Gruppe gehört RAMICS (Rapid Airborne Mine Clearance System), eine schnell einsetzbare helikoptergestützte Waffe, die knapp unter Wasser treibende Seeminen mit Superkavitationsprojektilen beschießt. Die flachnasigen 20-Millimeter-Geschosse werden von einem Schnellfeuergeschütz mit modernstem Zielgerät abgeschossen und müssen so geformt sein, dass sie sowohl in Luft als auch in Wasser stabile Flugbahnen beschreiben. Die US-Marine plant außerdem ein auf Kriegsschiffen stationiertes Waffensystem kurzer Reichweite vom RAMICS-Typ, das dem Kielwasser folgende Torpedos zu zerstören vermag.

"… ein großes Geschoss mit einer Rakete am Ende"

Der nächste Schritt ist ein reines Unterwasser-Geschützsystem mit so genannter Adaptable High-Speed Undersea Munition (AHSUM). Diese Superkavitationsprojektile sollen das Ziel durch ihre bloße Wucht vernichten und von stromlinienförmigen Geschütztürmen auf dem Rumpf getauchter U-Boote, auf der Unterseite von Schiffsrümpfen oder auf nachgeschleppten Minenräumschlitten abgefeuert werden. Das sonargesteuerte AHSUM-System soll das unterseeische Gegenstück zum Phalanx-Waffensystem werden – einer radargesteuerten Schnellfeuerkanone, die Schiffe vor angreifenden Cruise Missiles schützt.

Zur zweiten Waffengruppe gehört ein Torpedo mit 370 Kilometer pro Stunde Höchstgeschwindigkeit. Die systemtechnischen Herausforderungen sind enorm; der ONR-Programm-Manager Kam Ng nennt unter anderem Startvorgang, Hydrodynamik, Akustik, Lenkung und Steuerung sowie Antrieb. NUWC Newport leistet den Großteil der Forschung und wird unterstützt vom Applied Research Laboratory der Pennsylvania State University (kurz ARL/Penn State), der Universität von Florida sowie den Firmen Anteon und Lockheed Martin.

ARL/Penn State simuliert per Computer die Strömungsdynamik des Torpedos. "Wir versuchen die Verhältnisse nachzustellen, unter denen der Torpedo funktionieren soll, nämlich eine zweiphasige Strömung aus Wasser und Gas", erklärt Ng. "Wir wollen wissen, wie sich das Wasser verhält, wie die Gaskavität aussieht und wie wir erreichen, dass der Hohlraum den Körper jederzeit umhüllt. Nicht nur die Simulation ist kompliziert, sondern auch die Grundlagenphysik: Wir haben es hier nicht mit Strömung einer einzigen Phase zu tun, sondern mit etwas viel Komplexerem."

Anhand der russischen Schkwal-Unterwasserrakete lässt sich der Aufbau eines Superkavitationssystems der ersten Generation konkret erläutern. Mit vermutlich 8 Metern Länge und 2700 Kilogramm Gewicht ist der Torpedo "eigentlich ein großes Geschoss mit einer Rakete am Ende", scherzt Jurij N. Sawtschenko; er leitet die Forschungsgruppe des Ukrainischen Instituts für Hydromechanik in Kiew, wo die meisten Grundlagen der Superkavitationswaffentechnik erstmals entwickelt wurden.

Grundsätzlich besteht der Torpedo aus einem zylindrischen Rumpf, der ein Feststoff-Raketentriebwerk enthält und sich nach vorne kegelförmig verjüngt; dort sitzt der Sprengkopf. Die große Raketendüse hinten wird von acht kleinen Zylindern umringt – angeblich Startraketen, die den Torpedo schon auf Superkavitationsgeschwindigkeit beschleunigen, bevor das Haupttriebwerk zündet. Zwischen zwei Starterdüsen liegt vermutlich eine Spule mit Steuerungsdraht, der sich entrollt, während der Torpedo durchs Wasser schießt. Mit diesem Draht kann die U-Boot-Besatzung die Waffe lenken und den Sprengkopf zünden.

Über den Bug ist wenig bekannt. Fachleute glauben, dass die Torpedospitze eine flache Scheibe von kreisförmiger oder elliptischer Form trägt. Dies ist die wichtigste Komponente: der Kavitator, der den gasgefüllten Hohlraum um den Rumpf erzeugt. Die Kavitatorscheibe ist auf der Oberseite leicht vorwärts geneigt, um durch einen günstigen Angriffswinkel dem Vorderteil des Geräts Auftrieb zu verleihen. Vermutlich sind die Kanten der Scheibe sehr scharf, damit eine möglichst saubere, kaum turbulente Grenze zwischen Gas und Wasser entsteht – Hydrodynamiker sprechen dann von einer "glasigen" Kavität. Direkt hinter dem Kavitator sitzen mehrere Ventilationsringe, die Raketenabgase und Dampf in die Kavitationsblase ausstoßen, um sie zu vergrößern. Vor dem hinteren Drittel des Torpedos ragen vier abspreizbare Zylinder schräg rückwärts. Sie sehen zwar ein wenig wie Flossen aus, dienen aber als gefederte Gleitkufen, die das Hinterende des Torpedos stabilisieren, indem sie es von der Grenzfläche der Gasblase zur Mitte hin drücken. Westliche Experten glauben, dass der Schkwal eine langsame Präzessionsbewegung im Innern des Hohlraums ausführt und unterwegs immer wieder von den "Wänden" abprallt.

Wendige Unterwasser-Manöver

Der Schkwal gilt als eher schlichte Konstruktion, weil er sich nur geradeaus zu bewegen vermag. Künftige Superkavitationstorpedos sollen unter Wasser manövrieren können, indem sie mit Steuerungsflossen die Kavität durchstoßen oder Schwenkdüsen einsetzen. Bei allen Manövern gilt es unbedingt, den Rumpf in der künstlichen Blase zu halten. Andernfalls würde ihn die Wucht des Aufpralls auf die umgebende Wasserwand sofort in "eine platt gedrückte Cola-Dose" verwandeln, meint Ivan Kirschner, Ingenieur am Engineering Technology Center der Firma Anteon in Mystic (Connecticut).

"Selbst dreidimensionale Dreh- und Kippmanöver wären möglich, wenn der Kavitator in zwei Ebenen gleichzeitig verschoben oder gedreht würde", sagt Kirschner, "doch wären solche Geräte komplizierter". Auch der Einsatz von kleinen beweglichen Hilfstragflächen in Bugnähe wird erwogen.

Superkavitationsgeräte könnten sehr wendig sein, falls ihre Steuerflächen präzise zusammenarbeiten würden, meint Kuklinsky vom NUWC. Prinzipiell geht es darum, die Kavität durch Bewegungen gelenkig montierter Kavitatornasen oder Steuerflächen so zu verformen, dass die gewünschten Seitenkräfte auftreten und der Torpedo damit gesteuert werden kann. Wenn die Kontrollsysteme an Bug und Heck so synchronisiert arbeiten, dass "das Hinterende mit dem mitkommt, was der Bug tut, sind sehr enge Kurven möglich", stellt Kuklinsky fest.

Zu diesem Zweck ist eine verlässliche Feedback-Kontrolle in Echtzeit erforderlich, die den Zustand der Kavität am Heck des Torpedos laufend registriert und angemessen auf Veränderungen reagiert. Wenn Superkavitationssysteme ohne solche Hilfen in ihren Gasblasen dahinrasen, prallen sie mit dem Heck häufig gegen die Innenwand des Hohlraums. Dieses "Schwanzschlag-Phänomen" lässt sich auf Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Versuchsgeräten immer wieder beobachten. Das ONR unterstützt deshalb die Entwicklung eines Schwanzschlag-Sensors aus mikroelektromechanischen Bauteilen, der gelegentliche Wandkontakte des Heckteils aufzeichnen soll.

Für künftige Geräte besonders wichtig ist der glatte Übergang zwischen normaler Tauchfahrt und Superkavitation. Dabei wird ein zunächst unvollständiger Hohlraum durch künstliches Belüften aufrechterhalten und vergrößert. Auf diese Weise lässt sich eine kleine natürliche Kavität, die bei niedriger Geschwindigkeit an der Nase entstanden ist, zu einer großen Hülle aufblasen, die den gesamten Körper umgibt. Umgekehrt werden Bremsvorgänge sanfter, wenn die Blase durch Gaszufuhr verstärkt wird, damit sie nicht abrupt zusammenbricht, sondern allmählich schrumpft.

Superkavitationstorpedos erzeugen die erforderliche Schubkraft mit Raketenmotoren, doch herkömmliche Triebwerke haben zwei große Nachteile: Ihr Aktionsradius ist begrenzt, und die Schubleistung nimmt mit der Tauchtiefe – wegen des wachsenden Außendrucks – immer mehr ab. Zur Lösung des ersten Problems werden neuartige Antriebe mit hoher Energiedichte entwickelt; das zweite lässt sich vielleicht mit einer speziellen Propellerschraube umgehen.

"Um auf Superkavitationsgeschwindigkeit zu kommen, braucht man eine Menge Leistung", erläutert Forscher Sawtschenko. "Damit Raketen den größtmöglichen Aktionsradius erreichen, muss man Treibstoffe hoher Energiedichte verbrennen, die maximalen Schub erzeugen." Er schätzt, dass ein typisches Feststoff-Raketentriebwerk bestenfalls einige Dutzend Kilometer Reichweite und Geschwindigkeiten von 200 Metern pro Sekunde schafft. Nachdem Sawtschenko Antriebssysteme mit Dieselaggregaten, Elektromotoren, Atomreaktoren und Gasturbinen untersucht hatte, kam er zu dem Schluss, dass "nur Gasturbinen und Strahltriebwerke mit Metallbrennstoffen – Aluminium, Magnesium oder Lithium – in Frage kommen, die Wasser aus der Umgebung als Oxidations- und Kühlmittel verwenden."

Aluminium ist der energiereichste dieser Metalltreibstoffe und obendrein relativ billig. Es erzeugt Reaktionstemperaturen bis zu 10600 Grad Celsius. "Man kann die Reaktion beschleunigen, indem man das Metall verflüssigt (das heißt schmilzt) und Wasserdampf verwendet", meint Sawtschenko. Ein Konstruktionsplan für ein Triebwerk sieht vor, Aluminiumplatten mit der Wärme der Verbrennungskammer bei 675 Grad Celsius zu schmelzen und gleichzeitig Meerwasser zu verdampfen. Über Turbinen sollen die Verbrennungsprodukte schließlich Propeller antreiben.

Ein solcher Motor ist in Russland nach dortigen Medienberichten schon entwickelt worden. Auch in den Vereinigten Staaten hat man Erfahrungen mit diesem Antriebstyp. Forscher am ARL/Penn State erproben ein Wasser-Staustrahltriebwerk, das Aluminium verbrennt; es war ursprünglich als zusätzlicher Antrieb für ein Schiff der Marine gedacht.

Wie man in einer Blase in den Krieg zieht

Bei der amerikanischen Version wird Aluminiumpulver in Meerwasser eingespeist, das in einer Wirbel-Brennkammer rotiert. Durch die rasante Kreisbewegung reiben sich die Aluminiumpartikel aneinander und schmirgeln die reaktionsträge Oxidschicht an ihrer Oberfläche ab. Dadurch kommt eine intensive exotherme Reaktion in Gang, bei der elementares Aluminium oxidiert wird. Der entstehende Hochdruckdampf schießt dann entweder aus einer Raketendüse oder treibt über eine Turbine eine Propellerschraube an.

Im Versuchsbetrieb können Propeller 20 Prozent mehr Schub liefern als bloße Raketentriebwerke – theoretisch sogar den Schub verdoppeln, meint Sawtschenko. Erprobt wurden Turbinensysteme mit einem einzigen Rumpfpropeller sowie ein Paar gegensinnig rotierender Propeller, die um die Außenhülle des Torpedos kreisen und dadurch die Grenze zwischen Gas und Wasser erreichen. Sawtschenko betont jedoch, dass "noch viel Forschungsarbeit über die richtige Wechselwirkung zwischen Propeller und Kavität zu tun bleibt".

Schon jetzt haben die Superkavitationswaffen eine gewisse Neubewertung der Seekriegsstrategie angeregt. Als die Existenz des Schkwal-Torpedos bekannt wurde, begann man über seinen Zweck zu spekulieren. Einige westliche Geheimdienste meinen, der Schkwal sei entwickelt worden, damit die lauten und technisch primitiveren Diesel-U-Boote der damaligen Sowjetunion auf einen Überraschungsangriff durch extrem leise amerikanische U-Boote reagieren könnten. Wenn die Schraubengeräusche eines angreifenden Torpedos herkömmlicher Bauart zu hören wären, würde der Schkwal gestartet, um den Angreifer zum Ausweichen zu zwingen und dadurch vielleicht den Steuerungsdraht des näher kommenden Torpedos zu kappen. Letztlich diene der Schkwal dem Zerstören feindlicher U-Boote – insbesondere, wenn er mit einem taktischen Nuklearsprengkopf bestückt sei.

Andere informierte Kreise behaupten, es handele sich um eine Offensivwaffe, die einen größeren nuklearen Sprengsatz inmitten eines Flugzeugträgerverbandes zur Explosion bringen und dadurch einen gesamten Flottenteil vernichten solle. In einem Nuklearkrieg könnte der Torpedo sogar gegen einen Hafen oder ein küstennahes Landziel gerichtet werden.

"Da gegen eine solche Waffe keine Gegenmaßnahmen bekannt sind", schrieb David Miller im April 1995 in der Zeitschrift "Jane’s Intelligence Review" unter dem Titel "Supercavitation: Going to War in a Bubble" (etwa: Superkavitation: Wie man in einer Blase in den Krieg zieht), "könnte ihre Stationierung wichtige Auswirkungen auf künftige Marineoperationen haben, sowohl über als auch unter Wasser, und den Flottenverbänden des Westens erhebliche Nachteile bringen".

In den letzten Jahren hat Russland, das bekanntlich knapp bei Kasse ist, den Schkwal-Torpedo auf internationalen Waffenmessen in Abu Dhabi und Athen offen zum Kauf angeboten – sehr zum Missfallen des Pentagons. Gut informierte Quellen behaupten beispielsweise, dass mehrere Schkwals an den Iran verkauft wurden.

Ebenso beunruhigend ist ein Bericht vom August 1998, wonach China rund vierzig Schkwal-Torpedos von Kasachstan gekauft haben soll. Damit könnte Peking im Krisenfall amerikanische Seestreitkräfte in der Straße von Taiwan bedrohen. Meldungen aus China, die von Informanten der US-Marine bestätigt worden sein sollen, besagten außerdem, an Bord der gesunkenen "Kursk" sei ein chinesischer U-Boot-Offizier gewesen – angeblich, um den Test einer neuen Schkwal-Version zu beobachten.

Der US-Geheimdienst hat mehrere Hinweise erhalten, dass Russland an einem verbesserten Modell der Schkwal mit deutlich größerer Reichweite arbeitet. Die russische Nachrichtenagentur Itar-Tass berichtete im Februar 1998, die russische Pazifikflotte habe vor, demnächst einen "modernisierten" Schkwal zu testen.

Der Untergang der "Kursk", der Pope-Spionageprozess und die ungeklärten Begleitumstände beider Ereignisse bestätigen, dass das Ende des Kalten Krieges keineswegs das Ende des geheimen Rüstungswettlaufs um einen Vorsprung bei etwaigen künftigen militärischen Konflikten bedeutet. Der russische Superkavitationstorpedo wird nicht die letzte Überraschung bleiben, die aus einem undurchsichtigen Meer von Geheimhaltung auftaucht.

Literaturhinweis


"Mit Überschall im Unterseeboot" von Frank Grotelüschen in: mare, Heft 24, Februar/März 2001.


Wie entsteht Superkavitation?


Wenn Wasser schnell um einen getauchten Körper fließt, sinkt der Flüssigkeitsdruck auf die umströmten Oberflächen. Bei Geschwindigkeiten über 50 Meter pro Sekunde fällt er so stark, dass Kavitation auftritt: Das Wasser dissoziiert zu Dampf und bildet hinter dem Objekt Gasblasen. Falls eine einzige große Blase den Gegenstand vollständig umhüllt, spricht man von Superkavitation. Schlanke achsensymmetrische Körper wie der extrem schnelle russische Schkwal-Torpedo erzeugen lang gestreckte elliptische Hohlräume . Die nebenstehende Fotografie zeigt eine Tragfläche, die in einem Wasserkanal der Universität von Grenoble (Frankreich) mit hoher Geschwindigkeit von rechts unten umströmt wird; über und hinter der Tragfläche entsteht eine Superkavität. Ein an der Pennsylvania State University entwickeltes Computermodell zeigt eine partielle Kavitation, die an einem stumpfen Bug erzeugt wird, sich ablöst und erneut bildet.


Superkavitations-Forschung in aller Welt


Russland: Obwohl weltweit führend in der Superkavitationswaffentechnik, ist unklar, welche Fortschritte das Land in den letzten Jahren gemacht hat. Ein wichtiges Geheimprojekt soll am berühmten Zentralinstitut für Aerohydrodynamik (ZAGI) in Shukowski vorangetrieben werden; dort ist vermutlich die Schkwal-Unterwasserrakete größtenteils entwickelt worden. Westliche Experten glauben, dass die russischen Forscher als Erste Überschallgeschwindigkeiten unter Wasser erreichten; möglicherweise wird am ZAGI auch an Superkavitations-U-Booten geforscht.

Ukraine: Wichtige Grundlagenforschung für den russischen Schkwal-Torpedo hat das Ukrainische Institut für Hydromechanik in Kiew geleistet; zu sowjetischen Zeiten wurde es von Akademiemitglied Georgi Logwinowitsch geleitet, einem Pionier der Superkavitationstheorie. Das Institut verfügt über einen raffinierten Versuchstank, in dem drahtgelenkte Modelle durch Wasser katapultiert oder von Düsentriebwerken beschleunigt werden. Seit dem Ende der Sowjetunion tauschen die Forscher aus Kiew, die für ihre erfolgreichen semianalytischen mathematischen Modelle und umfangreiche Versuchsreihen bekannt sind, einschlägige Informationen mit ihren amerikanischen Kollegen aus.

Frankreich: Seit etwa zehn Jahren leitet die Direction des Recherches, Études et Technique (DRET) ein Programm namens Action Concertée Cavitation. Verlässlichen Quellen zufolge erforscht die französische Regierung energisch und geheim die Superkavitationswaffentechnik. So soll Frankreich von Russland mehrere Schkwals erworben haben. Das Deutsch-Französische Forschungsinstitut in Saint-Louis (Frankreich) führt derzeit erste Tests für Superkavitationsprojektile durch, die aus der Luft gegen Minen abgefeuert werden können.

Deutschland: Das Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung in Koblenz entwickelt gemeinsam mit Forschern der US-Marine neue Kavitator-Konstruktionen und Zielsuchsysteme für Torpedos. Auch wurde die erste Entwicklungsphase für den Prototyp eines Superkavitationstorpedos abgeschlossen, der demnächst in den USA erprobt werden soll.


Anti-Minen-Projektile


Normale Geschosse prallen von der Wasseroberfläche ab oder verlieren unter Wasser sehr rasch ihre Energie. Das Office of Naval Research der US-Marine erprobt daher Superkavitationsgeschosse; damit ließen sich Minen auf Kosten sparende Weise unschädlich machen. So entstand RAMICS (Rapid Airborne Mine Clearance System, schnelles luftgestütztes Minenräumsystem), das für die US-Marine von einem Team unter der Leitung der Firma Raytheon Naval & Maritime Integrated Systems in Portsmouth (Rhode Island) entwickelt wird. RAMICS arbeitet von Helikoptern aus. Mit Hilfe von LIDAR (Light Detection and Ranging, Lichtdetektion und -ortung), einem bildgebenden Lichtradar im blau-grünen Bereich, werden Wasserminen unter der Meeresoberfläche aufgespürt, trotz der Lichtbrechung an der Wasseroberfläche exakt geortet und schließlich mit Superkavitationssalven beschossen, die sowohl in Luft als auch in Wasser eine stabile Schussbahn beschreiben. In den Projektilen steckt eine spezielle Sprengladung, die dafür sorgt, dass die Mine ohne großen Schaden verpufft.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 8 / 2001, Seite 62
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
8 / 2001

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 8 / 2001

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