Was ist ein Tauchsonar?

Wie funktioniert ein Tauchsonar?

Das eigentliche Sonargerät befindet sich nicht dauerhaft am Rumpf des Hubschraubers. Es wird mithilfe einer Kabelwinde durch eine Öffnung im Kabinenboden oder an der Unterseite des Luftfahrzeugs ins Wasser abgesenkt. Das Kabel trägt den Sensor und stellt zugleich die Energieversorgung sowie die Datenverbindung zum Missionssystem des Hubschraubers her.

Der Einsatz erfolgt typischerweise in mehreren Schritten:

1. Der Hubschrauber fliegt einen berechneten Suchpunkt an und geht dort in den Schwebeflug.
2. Die Besatzung senkt den Schallwandler auf die vorgesehene Wassertiefe ab.
3. Das Sonar sendet Schallimpulse aus oder überwacht die Unterwassergeräusche.
4. Die zurückkehrenden Signale werden im Missionssystem verarbeitet.
5. Anschließend wird der Sensor eingeholt und der Hubschrauber kann einen weiteren Suchpunkt anfliegen.

Dieses wiederholte Absenken an verschiedenen Positionen wird auch als „Dip-to-Dip“-Verfahren bezeichnet. Dadurch kann ein Hubschrauber innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit ein größeres Seegebiet untersuchen.

Aktive Ortung durch Schallimpulse

Die meisten modernen Tauchsonare arbeiten hauptsächlich im aktiven Modus. Der Sender erzeugt einen Schallimpuls, der sich unter Wasser ausbreitet. Trifft dieser auf den Rumpf eines U-Bootes oder ein anderes Objekt, wird ein Teil der Schallenergie reflektiert und vom Sonar wieder empfangen.

Aus der Laufzeit zwischen Aussendung und Empfang lässt sich die Entfernung berechnen:

Entfernung = Schallgeschwindigkeit \times \Laufzeit x2

Die Division durch zwei ist notwendig, weil der Schall den Weg zum Ziel und wieder zurück zum Sensor zurücklegt. Richtwirkung, Laufzeitmessung, Frequenzanalyse und Dopplerauswertung ermöglichen es, Richtung, Entfernung und relative Bewegung eines Kontaktes zu bestimmen.

Ein einzelnes Echo bedeutet jedoch noch nicht automatisch, dass ein U-Boot eindeutig identifiziert wurde. Auch Meeresboden, Wracks, Fischschwärme, Temperaturgrenzen oder andere Wasserfahrzeuge können akustische Signale erzeugen beziehungsweise reflektieren. Deshalb müssen mehrere Messungen zusammengeführt und mit weiteren Sensorinformationen verglichen werden.

Kann ein Tauchsonar auch passiv arbeiten?

Ein Tauchsonar ist nicht grundsätzlich auf den aktiven Betrieb beschränkt. Einige Systeme können zusätzlich passiv arbeiten und ausschließlich die Geräusche im Wasser aufnehmen. Dabei senden sie selbst keinen Schallimpuls aus.

Im passiven Betrieb können beispielsweise Antriebs-, Propeller-, Pumpen- oder Strömungsgeräusche eines U-Bootes ausgewertet werden. Die passive Suche erschwert jedoch häufig eine schnelle und präzise Entfernungsbestimmung. Welche aktiven und passiven Möglichkeiten vorhanden sind, hängt vom jeweiligen Sonarsystem ab.

Warum wird das Sonar in unterschiedliche Tiefen abgesenkt?

Schall breitet sich im Meer nicht überall gleich aus. Seine Geschwindigkeit wird vor allem durch Temperatur, Salzgehalt und Wasserdruck beeinflusst. Temperaturunterschiede können sogenannte Sprungschichten beziehungsweise Thermoklinen bilden. An diesen Schichten werden Schallwellen gebrochen und in andere Richtungen abgelenkt.

Ein U-Boot kann sich dadurch akustisch teilweise hinter oder unter einer solchen Wasserschicht verbergen. Ein fest am Schiffsrumpf montiertes Sonar befindet sich dagegen immer ungefähr in derselben Tiefe.

Das Tauchsonar kann oberhalb, innerhalb oder unterhalb einer Sprungschicht positioniert werden. Die Besatzung kann damit auf die jeweils herrschenden akustischen Bedingungen reagieren und mögliche Ortungsschatten reduzieren. Die Kenntnis des aktuellen Schallgeschwindigkeitsprofils ist deshalb ein wichtiger Bestandteil der Einsatzplanung. Die NOAA bestätigt, dass die Schallgeschwindigkeit im Wasser von Temperatur, Salzgehalt und Druck beeinflusst wird.

Bestandteile eines Tauchsonars

Ein modernes Tauchsonarsystem besteht normalerweise aus mehreren Baugruppen:

• einer leistungsfähigen Kabelwinde,
• dem tragenden Versorgungs- und Datenkabel,
• einer absenkbaren Schallwandlereinheit,
• Sendern und Empfängern für den aktiven Sonarbetrieb,
• gegebenenfalls passiven Hydrofonen,
• einer Stabilisierung für den Sensor,
• Prozessoren zur Signalverarbeitung,
• Arbeitskonsolen für die Bediener,
• Schnittstellen zum Navigations- und Missionssystem.

Die digitale Signalverarbeitung filtert Störgeräusche, darunter auch Geräusche des eigenen Hubschraubers. Moderne Systeme verwenden unter anderem Richtstrahlbildung, Frequenzanalyse und automatische Kontaktverfolgung, um schwache Echos aus dem Umgebungsrauschen herauszulösen.

Tauchsonar und Sonarboje im Vergleich

Beide Systeme ergänzen sich. Das Tauchsonar kann einen Kontakt gezielt untersuchen, während mehrere Sonarbojen ein größeres Gebiet überwachen. Werden Sender und Empfänger räumlich voneinander getrennt eingesetzt, spricht man von einem multistatischen Sonarverfahren.

Vorteile des Tauchsonars

Ein Tauchsonar bietet mehrere taktische Vorteile:

• Der Hubschrauber kann weit entfernt vom eigenen Schiff suchen.
• Der Sensor lässt sich an die akustischen Wasserschichten anpassen.
• Das Sonar ist nach dem Einsatz wiederverwendbar.
• Mehrere Suchpunkte können schnell nacheinander untersucht werden.
• Kontakte lassen sich orten, klassifizieren und verfolgen.
• Die Daten können mit Sonarbojen, Schiffen und anderen Luftfahrzeugen zusammengeführt werden.
• Ein Bordhubschrauber erweitert den Aufklärungsbereich seiner Fregatte erheblich.

Technische und operative Grenzen

Die tatsächliche Ortungsreichweite eines Tauchsonars lässt sich nicht pauschal angeben. Sie hängt unter anderem von der Sendefrequenz, der Wassertiefe, den Temperatur- und Salzschichten, dem Seegang, den Hintergrundgeräuschen sowie der Größe und akustischen Signatur des Zieles ab.

In flachen Küstengewässern entstehen besonders viele störende Reflexionen von Wasseroberfläche und Meeresboden. Auch Fischschwärme, Schiffsverkehr und starke Strömungen können die Auswertung erschweren.

Weitere Einschränkungen ergeben sich durch:

• den hohen Kraftstoffverbrauch im Schwebeflug,
• Wetter, Sicht und Seegang,
• die Belastung von Kabel und Winde,
• die begrenzte Einsatzzeit des Hubschraubers,
• Eigen- und Rotorgeräusche,
• die Möglichkeit, aktive Sonarimpulse gegnerisch zu erfassen.

Ein Tauchsonar ist deshalb kein isoliertes Ortungsmittel. Seine Ergebnisse werden mit Radar-, Sonarbojen-, Schiffs- und Aufklärungsdaten zu einem gemeinsamen Unterwasserlagebild zusammengeführt.

Das Tauchsonar des NH90 MRFH Sea Tiger

Bei den deutschen Marinefliegern übernimmt der NH90 MRFH Sea Tiger künftig eine zentrale Rolle in der luftgestützten U-Boot-Jagd. Nach Angaben der Bundeswehr verfügt der Bordhubschrauber über ein Tauchsonar der neuesten Generation sowie einen Sonarbojenwerfer.

Für den deutschen Sea Tiger wurde das System FLASH SONICS von Thales ausgewählt. Es verbindet das FLASH-Tauchsonar mit moderner Sonarbojenverarbeitung. Das niederfrequente Breitbandsystem ist für Einsätze in tiefen Gewässern und in schwierigen Küstenregionen ausgelegt.

Nach öffentlich zugänglichen Herstellerangaben arbeitet die FLASH-Familie im Frequenzbereich von etwa 3 bis 5 Kilohertz. Der Hersteller nennt für die Systemfamilie eine mögliche Absenktiefe von bis zu 750 Metern. Diese Angaben beschreiben die FLASH-Produktfamilie und dürfen nicht automatisch auf jede Einsatzkonfiguration oder jeden konkreten Auftrag übertragen werden.

Gemeinsam mit Sonarbojen, Fregatten und dem Seefernaufklärer P-8A Poseidon trägt der Sea Tiger dazu bei, Unterwasserkontakte aufzuspüren, zu klassifizieren und zu verfolgen. Bei Bedarf kann er einen lokalisierten Kontakt außerdem mit einem MU90-Leichtgewichtstorpedo bekämpfen.

Fazit

Ein Tauchsonar ist ein mobiler und wiederverwendbarer Unterwassersensor für Hubschrauber. Seine besondere Stärke liegt darin, dass der Schallwandler gezielt in die jeweils günstigste Wassertiefe gebracht werden kann. Dadurch lassen sich akustische Sprungschichten überwinden und Unterwasserziele auch in anspruchsvollen Seegebieten orten.

In Verbindung mit Sonarbojen, Schiffssonaren und weiteren Aufklärungssystemen gehört das Tauchsonar zu den wichtigsten Sensoren der modernen U-Boot-Jagd. Beim NH90 Sea Tiger bildet es einen wesentlichen Bestandteil des zukünftigen Unterwasserlagebildes der deutschen Marineflieger.