Was ist ein Magnetanomaliedetektor?

Ein Magnetanomaliedetektor ist ein hochempfindliches Messsystem, das kleine Abweichungen im Erdmagnetfeld erfasst. Bei der U-Boot-Jagd nutzt es den Umstand, dass magnetische Werkstoffe eines U-Bootes das örtliche Magnetfeld verändern können. Die englische Bezeichnung lautet Magnetic Anomaly Detector; die Abkürzung MAD bezeichnet sowohl den Detektor als auch das Verfahren der Magnetic Anomaly Detection.

Das System arbeitet passiv und benötigt weder ausgesendete Schallimpulse noch Radarwellen. Bekannt ist die Technik durch den langen Heckausleger der P-3C Orion. Ein MAD kann einen U-Boot-Verdacht unterstützen und zur näheren Lokalisierung beitragen. Seine Aussagekraft hängt jedoch wesentlich von Abstand, Störquellen und der magnetischen Signatur des Zieles ab.

Was mit einer magnetischen Anomalie gemeint ist

Das Erdmagnetfeld ist ein natürliches Hintergrundfeld, dessen Stärke und Richtung sich von Ort zu Ort unterscheiden. Magnetische Gesteine und technische Objekte können dieses Feld örtlich verändern. Eine solche Abweichung vom erwarteten Hintergrund wird als magnetische Anomalie bezeichnet.

Bei einem U-Boot können insbesondere ferromagnetische Werkstoffe, etwa bestimmte Stähle, zu dieser Abweichung beitragen. Dabei wirken zwei grundlegende Formen der Magnetisierung zusammen: Eine remanente Magnetisierung bleibt im Material erhalten. Eine induzierte Magnetisierung entsteht durch den Einfluss des umgebenden Magnetfeldes.

Der MAD misst deshalb keine besondere Strahlung, die ausschließlich von U-Booten ausgeht. Er erfasst die magnetische Wirkung eines Objektes vor dem natürlichen Hintergrund. Die Stärke dieses Beitrags hängt unter anderem von Werkstoffen, Bauweise, Ausrichtung und Maßnahmen zur Signaturverringerung ab.

Wie aus einer Messung ein Hinweis entsteht

Das zentrale Bauteil ist ein Magnetometer, also ein Instrument zur Messung magnetischer Felder. Eine MAD-Anlage verbindet den empfindlichen Sensor mit Elektronik zur Aufbereitung und Auswertung der Messwerte sowie einer Anzeige für die Besatzung.

Während sich das Luftfahrzeug bewegt, entsteht eine Folge von Messwerten. Befindet sich eine ausreichend starke magnetische Anomalie in der Nähe, kann sich diese als auffällige Veränderung im Signalverlauf zeigen. Die Verarbeitung soll solche Veränderungen vom Hintergrund und von Störungen unterscheiden.

Die Messdaten müssen außerdem zur Position und Bewegung des Luftfahrzeugs passen. Erst dieser Zusammenhang macht eine Auffälligkeit räumlich einordbar. Abhängig von der konkreten Anlage können Anzeigen und akustische Hinweise die Besatzung auf einen Kontakt aufmerksam machen. Weiterentwickelte Auswerteverfahren unterstützen auch die Abschätzung der Lage eines Zieles relativ zum Sensor.

Ein MAD erzeugt dabei kein fotografisches Bild eines U-Bootes. Die Besatzung bewertet Messsignale und deren Zusammenhang mit anderen Informationen.

Warum die Sonde weit hinter dem Flugzeug sitzt

Die hohe Empfindlichkeit des Sensors bringt ein Problem mit sich: Auch das eigene Luftfahrzeug kann die Messung beeinflussen. Magnetische Bauteile, elektrische Anlagen und Änderungen der Fluglage erzeugen oder verändern Störbeiträge.

Bei der P-3C Orion befindet sich der Detektor deshalb in einem verlängerten Heckausleger. Die Bundeswehr beschreibt die Unterbringung in einem Glasfaser-Heckstachel mit Abstand zu anderen elektronischen Komponenten. Für die deutsche P-3C dokumentiert sie den Magnetanomaliedetektor ASQ-81.

Der Abstand vermindert den Einfluss der Plattform, beseitigt ihn aber nicht vollständig. Deshalb gehört auch die magnetische Kompensation zur Systemtechnik. Darunter versteht man Verfahren, mit denen bekannte oder abschätzbare Störbeiträge des Trägers berücksichtigt und verringert werden.

Die Einbaulage allein entscheidet somit nicht über die Qualität einer Anlage. Ebenso wichtig sind die Verarbeitung der Messdaten, die Berücksichtigung von Flugbewegungen und eine geeignete Abstimmung des Sensors auf das Luftfahrzeug.

Weshalb der Abstand so entscheidend ist

Die magnetische Wirkung eines begrenzten Objektes nimmt mit wachsendem Abstand stark ab. Ein empfindlicher Sensor kann deshalb nicht beliebig große Entfernungen überbrücken. Für die luftgestützte U-Boot-Jagd ist der MAD vor allem ein Mittel zur Untersuchung eines bereits eingegrenzten Bereichs.

Maßgeblich ist der räumliche Abstand zwischen Sensor und Ziel. Dazu tragen die Höhe des Luftfahrzeugs über dem Wasser, die Tauchtiefe des U-Bootes und ein möglicher seitlicher Versatz bei. Allein aus der Flughöhe lässt sich daher keine Entdeckungswahrscheinlichkeit ableiten.

Eine allgemein gültige Reichweitenangabe wäre irreführend. Die Erfassbarkeit hängt von mehreren Faktoren ab:

• der magnetischen Signatur des gesuchten Objektes,
• dem Abstand und der Lage von Sensor und Ziel zueinander,
• dem natürlichen magnetischen Hintergrund,
• Störungen durch das Luftfahrzeug und seine Ausrüstung,
• der Empfindlichkeit und Signalverarbeitung der eingesetzten Anlage.

Herstellerangaben zu bestimmten Geräten sind deshalb stets unter ihren jeweiligen Voraussetzungen zu betrachten. Sie beschreiben keine garantierte Entdeckungsentfernung für jedes U-Boot.

Wie der MAD andere Sensoren ergänzt

Bei der U-Boot-Jagd werden Informationen aus mehreren Quellen zusammengeführt. Sonarbojen erfassen Unterwasserschall und können je nach Ausführung passiv arbeiten oder aktiv Schall aussenden. Ein MAD untersucht dagegen eine magnetische Eigenschaft des Zieles.

Diese unterschiedlichen Messprinzipien ergänzen sich. Ein akustischer Hinweis kann einen Verdachtsbereich ergeben, in dem eine magnetische Untersuchung zusätzliche Informationen liefert. Umgekehrt muss ein magnetischer Hinweis anhand weiterer Erkenntnisse bewertet werden.

Der MAD ist dabei nicht auf das Motor- oder Propellergeräusch des U-Bootes angewiesen. Ein akustisch leises Ziel kann weiterhin eine magnetische Signatur besitzen. Daraus folgt allerdings keine sichere Erkennung: Der magnetische Beitrag muss am Sensor noch ausreichend deutlich vom Hintergrund unterscheidbar sein.

Seine Stärke liegt somit in einer zusätzlichen, physikalisch andersartigen Informationsquelle. Die großräumige Suche, die längerfristige Kontaktverfolgung und die Bewertung eines möglichen Zieles bleiben Aufgaben des gesamten Aufklärungssystems.

Warum nicht jede Auffälligkeit ein U-Boot ist

Magnetische Anomalien haben zahlreiche Ursachen. Magnetische Gesteine am Meeresboden, Wracks, Anker und andere eisenhaltige Gegenstände können ebenfalls Veränderungen hervorrufen. Magnetometer werden gerade deshalb auch bei der geologischen Erkundung und der Suche nach Schiffswracks eingesetzt.

Für die militärische Auswertung ist diese Mehrdeutigkeit entscheidend. Ein auffälliges Signal beweist zunächst, dass eine magnetische Besonderheit gemessen wurde. Es beantwortet für sich allein weder die Frage nach einem U-Boot noch nach dessen Zugehörigkeit.

Auch der Hintergrund ist nicht überall gleich. Magnetische Karten zeigen regionale Unterschiede und geologisch bedingte Strukturen. Solche Kenntnisse helfen, Messungen im jeweiligen Seegebiet einzuordnen.

Eine einzelne Auffälligkeit muss daher in das vorhandene Lagebild eingeordnet werden. Navigation, Signalverlauf, Umgebungsinformationen und Ergebnisse anderer Sensoren bestimmen gemeinsam, wie belastbar der Hinweis ist. Ein ausgebliebenes MAD-Signal schließt ein U-Boot ebenfalls nicht aus.

Wie U-Boote ihre magnetische Signatur verringern

Die magnetische Erkennbarkeit ist auch auf der Seite des Zieles eine technische Aufgabe. Marineschiffe und U-Boote können Maßnahmen erhalten, die ihre magnetische Signatur reduzieren. Dazu gehören geeignete Werkstoffe und technische Einrichtungen zur Magnetfeldkompensation.

Die US-Marine beschreibt hierfür unter anderem Degaussing-Systeme. Dabei werden Spulen im Schiff oder U-Boot genutzt, deren Magnetfelder die Signatur der Plattform teilweise ausgleichen sollen. Die Wirkung solcher Maßnahmen muss vermessen und auf die Plattform abgestimmt werden.

Magnetisch günstige Werkstoffe bedeuten jedoch nicht automatisch, dass keinerlei messbarer Beitrag vorhanden ist. Auch innere Bauteile und Ausrüstung können magnetische Eigenschaften besitzen. Entscheidend ist die verbleibende Gesamtsignatur unter den jeweiligen Bedingungen.

Für den Detektor zählt damit nicht allein die Größe eines U-Bootes. Ein großes Objekt muss nicht zwangsläufig das stärkere nutzbare Signal liefern, wenn Werkstoffe und Signaturmaßnahmen deutlich voneinander abweichen.

Kleinere Sensoren eröffnen weitere Einbaumöglichkeiten

Das Messprinzip ist nicht auf große Seefernaufklärungsflugzeuge beschränkt. Hersteller entwickeln MAD-Anlagen mit geringerem Gewicht, kleinerem Bauraum und niedrigerem Energiebedarf. Ein Beispiel ist die von CAE als MAD-XR bezeichnete Systemfamilie.

Solche Eigenschaften erleichtern die Integration auch in Hubschrauber, kleinere Flugzeuge oder unbemannte Luftfahrzeuge. Die grundlegenden Anforderungen bleiben dabei bestehen: Der Sensor benötigt eine geeignete Einbauposition, eine wirksame Behandlung der Plattformstörungen und eine Einbindung in die übrige Missionsausrüstung.

Die Ausstattung ist zudem immer am konkreten Muster und Ausrüstungsstand zu prüfen. Für die indische P-8I dokumentiert CAE beispielsweise ein integriertes MAD-System. Daraus lässt sich keine entsprechende Ausstattung jeder anderen P-8-Variante ableiten.

Ein sichtbarer Heckausleger ist daher ein bekanntes Beispiel für die Umsetzung des Verfahrens, aber kein allgemeines Merkmal aller Flugzeuge zur U-Boot-Jagd.

Fazit

Ein Magnetanomaliedetektor macht kleine magnetische Veränderungen für die U-Boot-Jagd nutzbar. Sein Wert liegt in einem zusätzlichen Hinweis, der unabhängig vom akustischen Messprinzip entsteht. Belastbar wird dieser Hinweis durch die Verbindung mit Navigation, Umgebungswissen und anderen Sensoren. Für das Verständnis der Technik sind ihre Grenzen deshalb ebenso wichtig wie ihre hohe Empfindlichkeit.