Wie Länge kann ein Atom Uboot unter Wasser bleiben?

Diese Frage kommt von Sebastian, 10 Jahre. Bei U-Booten unterscheidet man zwischen militärischen U-Booten, wie sie im Krieg oder zur Absicherung eines Landes genutzt werden und zivilen, die für die Meeresforschung oder zur Bergung von Wracks eingesetzt werden. Je nach Typ variiert die Tiefe, die sie erreichen können. Hier ein paar Beispiele:

Militär-U-Boote können bis zu 1200 Meter tief tauchen.Quelle: © iurii , Shutterstock.

Die Tauchtiefe hängt immer vom auch vom Druck ab, dem ein U-Boot widerstehen kann. Die Druckkörper moderner militärischer U-Boote halten normalerweise einem Wasserdruck von 600 Meter stand. Wenn man bedenkt wie tief die Ozeane sind, heißt das, dass sie eigentlich nur knapp unter der Wasseroberfläche operieren können. Einige sowjetische Atom-U-Boote besitzen Druckkörper aus Titan und sind in der Lage etwa 900 Meter tief zu tauchen. U-Schiffe des Typs Alpha kommen angeblich sogar unter 1.200 Meter.

Tauchboote und Bathyskaphen

Spezielle zivile Tiefsee-U-Boote, auch Tauchboote genannt, sowie Batyskaphen können erheblich tiefer, eventuell sogar bis zum Meeresboden tauchen. Das Wort „Bathyskaph“ oder „Bathyscaph“ wurde von dem Forscher Auguste Piccard geprägt. Es setzt sich aus den griechischen Worten "bathos" (Tiefe) und "skaphos" (Schiff) zusammen. 1954 tauchte er erstmals mit dem Bathyscaph „Trieste“ auf eine Tiefe von 4.000 Meter; das Tauchboot hielt dabei einem Wasserdruck von bis zu 0,42 Tonnen pro Quadratzentimeter stand, was etwa dem 400fachen des Luftdruckes entspricht.

Rekord mit der „Trieste“

Am 23. Januar 1960 tauchte die Trieste auf die Rekordtiefe von 11.034 Meter hinunter, dem Grund des Marianengrabens. Hier widerstand das Tiefseetauchboot einem Druck von 1,17 Tonnen pro Quadratzentimeter, dem 1.000-fachen des Luftdruckes.

Tiefsee-U-Boote

Ein Tiefsee-U-Boot ist ein Unterseeboot, das - anders als die gewöhnlichen militärischen U-Boote - den hohen Drücken der Tiefsee standzuhalten in der Lage ist. Die Geschichte der Tiefsee-U-Boote beginnt mit Beebes Bathysphere, die 1934 bei Bermuda fast 1000 Meter tief tauchte. Eines der modernsten Tiefsee-U-Boote ist Alvin, das 1985 das Wrack des versunkenen Luxusdampers "Titanic" fand.

Die Wirkungsweise eines U-Bootes beruht auf dem archimedischen Prinzip: Die Auftriebskraft ist gleich der Gewichtskraft der verdrängten Wassermenge. Je nach den Bedingungen kann sich das U-Boot unterschiedlich bewegen.

Schwimmen: Wenn die Tauchzellen leer sind, sich also Luft in ihnen befindet, ist die Gewichtskraft des Bootes kleiner als die verdrängte Wassermenge. Das U-Boot schwimmt demzufolge an der Oberfläche und ragt z. T. aus dem Wasser.

Abtauchen: Durch Öffnen von Ventilen dringt von unten Wasser in die Tauchzellen und presst die Luft heraus. Das U-Boot wird schwerer als das von ihm verdrängte Wasser und sinkt demzufolge.

Schnorchelfahrt: Die Tauchzellen werden nur so weit mit Wasser gefüllt, bis sich das Boot unmittelbar unter der Wasseroberfläche befindet. Mit einem ausfahrbaren Sehrohr oder Periskop kann die Umgebung beobachtet werden. Über einen Schnorchel gelangt Luft ins Boot. Dieselbetriebene Boote können ihre Batterien aufladen.

Tauchfahrt: Eine Tauchfahrt erfolgt meist in einer bestimmten Tiefe. Das U-Boot schwebt dabei. Die Tauchzellen müssen demzufolge so gefüllt sein, dass die Auftriebskraft gleich der Gewichtskraft des Bootes ist. Die Lagestabilisierung erfolgt durch Regel- oder Trimmzellen, die Veränderung der Tiefe durch die Tiefenruder. Welche maximale Tiefe möglich ist, hängt vom Bau des Bootes ab. Das Forschungs-U-Boot "Trieste" erreichte eine Tiefe von etwa 11 000 m.

Auftauchen: Das U-Boot wird zunächst mithilfe der Tiefenruder bis unmittelbar zur Oberfläche gelenkt. Erst dann wird das Wasser in den Tauchzellen mit Druckluft ausgeblasen. Dadurch verringert sich die Gewichtskraft des Bootes. Es wird leichter als das von ihm verdrängte Wasser und schwimmt.

Noch können U-Boote kaum 40 Knoten erreichen, aber im Prinzip sind Geschwindigkeiten von bis zu 5800 km/h möglich.

© US Navy / Hersteller

Beim Militär heißt es: immer schneller. China und Russland verfügen inzwischen in der Luft über extrem schnelle Hypersonic-Waffen. Unter Wasser soll der Effekt der Superkavitation Geschwindigkeiten von bis zu 5800 Kilometer pro Stunde ermöglichen.

In der Luft können Flugzeuge schneller als der Schall fliegen, auf dem Boden erreicht ein normaler Pkw locker 200 km/h – aber auf und unter Wasser geht es nur im Schneckentempo voran. Irgendwo um die 40 Knoten ist Schluss, das sind etwa 75 km/h. Schiffe, die noch schneller sind, gleiten mehr über dem Meer, als dass sie im Wasser schwimmen.

Vor allem für Militärs ist das frustrierend, denn auch die modernsten und teuersten Einheiten können an dieser Grenze kaum etwas ändern. Besonders für Jagd- U-Boote ergibt sich ein Dilemma: Moderne Flugzeugträger laufen mit einer Höchstgeschwindigkeit von über 30 Knoten. Selbst wenn Jagd-U-Boote noch etwas schneller tauchen können, reicht es doch nicht, um Hunderte von Kilometern einzuholen.

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Schützende Hülle 

Darum ist die Superkavitation so interessant. Sobald ein Boot oder ein Torpedo rundum von einer schützenden Lufthülle umgeben wird, sinkt der Widerstand zwischen Boot und Wasser dramatisch und es sind ganz andere Geschwindigkeiten möglich. Theoretisch soll es sogar denkbar sein, auch die Schallgeschwindigkeit unter Wasser zu durchbrechen. Sie beträgt im Wasser immerhin etwa 5800 Kilometer pro Stunde. Aber das ist bislang nur Theorie.

In den USA haben Forscher an der Penn State Universität vor etwa zwei Jahren im Laborversuch Methoden entdeckt, die es ermöglichen sollen, eine Schutzblase auch für große U-Boote zu entwickeln. Ab etwa 180 km/h muss die Blase nicht mehr durch einen Generator genährt werden. Dann entsteht so viel Wasserdampf, dass das U-Boot das notwendige Gas selbst erzeugt. Leider ist die Blase nicht stabil, sie pulsiert. Die Forscher sind nun dem Geheimnis der Pulsation auf die Spur gegangen. Im Laborversuch ist es nun gelungen, eine stabile Blase zu erzeugen, berichten die Forscher im International Journal of Multiphase Flow. Im Prinzip sind so Unterwasserfahrten in Überschallgeschwindigkeit möglich. Den Atlantik könnte man auf diese Weise in weniger als einer Stunde durchqueren.

Dazu gibt es Gerüchte, dass die Forschungsabteilung des Pentagons an einem Versuchs-U-Boot mit Lufthülle arbeitet.

Realistisch bei Raketen und Torpedos

Während man in den USA am ganz großen Wurf arbeitet, geht Russland pragmatischer vor und verbessert bestehende Technologie. Dort wurde schon in den 70er Jahren den VA-111 Shkval Torpedo entwickelt. Hier wird die Blase nicht erhalten. An der Spitze des Torpedos befindet sich ein Generator, der die schützende Gashülle produzierte. Der Vortrieb wurde von einem Raketentriebwerk erreicht. So erreicht der Shkval sagenhafte 200 Knoten – das entspricht etwa 380 km/h - und ist fünfmal schneller als herkömmliche Torpedos. Im Jahr 2004 stellte die deutsche Firma BGT Defence den Barrakuda-Torpedo vor, der mit ähnlicher Technologie mehr als 400 km/h erreichen soll. Der deutsche Barrakuda ist nie offiziell in Dienst gestellt worden.

Auch der Untergang des russischen U-Boots K-141 "Kursk" im August 2000 wurde mit dem russischen Super-Torpedo in Zusammenhang gebracht. Russland hat die Technologie aus der Zeit des Kalten Krieges weiterentwickelt und will den verbesserten Shkval-E sogar exportieren. Größter Nachteil des alten Shkval war die geringe Reichweite von nur etwa elf Kilometern, vorn Experten wurde er auch Selbstmord-Waffe genannt. Doch gleichzeitig wird an einem ganz neuen Typ, dem Khishchnik, gearbeitet. Hier wird erwartet, dass er das Blasenproblem löst.

Davon abgesehen sind diese Waffen extrem gefährlich. Durch ihre Geschwindigkeit wird es für einen Gegner praktisch unmöglich, Gegenmaßnahmen zu ergreifen.

Screenshot von Kanal Eins im russischen TV

© Kanal Eins / Hersteller

Weltuntergangs-Torpedo

Eine andere Gefahr geht von schnellen Unterwasser-Drohnen aus. Sie wären größer als ein Torpedo, aber deutlich kleiner als ein Atom-U-Boot. Sie wären ein Unterwasser-Äquivalent zu einer Interkontinentalrakete. Dazu zählt die russische Unterwasser-Drohne "Status-6". Erste Bilder tauchten Ende 2015 auf Handy-Fotos auf. Im Prinzip erinnert das System an einen gigantischen Torpedo mit immerhin 24 Meter Länge. Trotz der Größe soll "Status-6" auch von U-Booten gestartet werden können.

Die Besonderheit der Waffe ist die extrem große Reichweite von 10.000 Kilometern und die sehr hohe Unterwasser-Geschwindigkeit. Es werden Geschwindigkeiten von 100 bis 185 km/h genannt. Das ist deutlich weniger als die fast 400 km/h der Shkval-Torpedos, aber immerhin noch doppelt so schnell wie die Torpedos der Bundeswehr. Auch "Status-6" muss das Problem des Widerstandes des Wassers gelöst haben. Noch ist zum Weltuntergangstorpedo wenig bekannt, nutzt die Drohne aber den Effekt der Superkavitation, könnten die Geschwindigkeiten auch weit höher liegen. Zusammen mit einer Tauchtiefe von bis zu 1000 Metern ist "Status-6" derzeit nicht aufzuhalten. Im Westen wird befürchtet, dass der Supertorpedo mit einer Wasserstoff-Bombe bestückt werden könnte. Eine Explosion könnte einen Mega-Tsunami auslösen, der eine fünfhundert Meter hohe Wasserwand auf die US-Küste loslassen würde. 

Während Russland eher Schritt für Schritt bestehende Techniken verbessert, ist es doch noch ein langer Weg bis zum Super-U-Boot. Für ein 110 Meter langes U-Boot der Los-Angeles-Klasse dürfte es sehr viel aufwendiger sein, die künstliche Schutzblase für die Beschleunigungsphase bis 180 km/h zu erzeugen. Erst bei höheren Geschwindigkeiten wird man eine stabile Blase erzeugen können.

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