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StartseiteForschung aktuellMit Überschallgeschwindigkeit durchs Meer02.04.2019

Tolle Idee - was wurde daraus?Mit Überschallgeschwindigkeit durchs Meer

Vor fünf Jahren enthüllten Forscher aus China den verwegenen Plan eines ultraschnellen U-Bootes. In eine Gasblase gehüllt, sollte es mit bis zu 5.800 km/h durchs Meer schießen. Doch die sogenannte Superkavitation bleibt, zumindest als Fortbewegungsmittel, wohl vorerst Zukunftsmusik.

Von Frank Grotelüschen

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Russisches Raketenschiff Shkval in einer Werft bei Leningrad. (Alexander Galperin / Sputnik / dpa )
Einsatzfähige Superkavitations-Technik: Russisches Raketenschiff Shkval mit Superkavitations-Torpedo: "Reichweite begrenzt auf 15 Kilometer" (Alexander Galperin / Sputnik / dpa )
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Ein Teststand der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt. Wasser strömt durch einen zwei Meter breiten Tunnel, in den eine Schiffsschraube eingesetzt ist, ein Modell im Maßstab 1:30. Der Propeller dreht sich ziemlich schnell, beobachtet von einer Kamera. Damit auf den Bildern mehr als nur eine verschwommene Bewegung zu sehen ist, blitzt knatternd ein Stroboskop. Es erzeugt eine Folge ultrascharfer Standbilder.

"Wir sehen jetzt live in den Tunnel hinein. Wir gucken frontal auf den Propeller drauf."

Im Leitstand schaut sich die Ingenieurin Julia Schmale das Kamerabild an.

"Was man dort sieht, ist alles sehr schön aus unserer Sicht. Es gibt nichts zu beanstanden. Wir denken, dass der Propeller ein langes Leben führen kann, ohne dass der Kunde Probleme kriegen könnte mit Erosion oder sonstigem."

Auf was Schmale besonders achtet, sind feinste Gasbläschen, im Fachjargon Kavitation. Sie entstehen, weil der rotierende Propeller im Wasser einen Unterdruck erzeugt. Der kann so stark sein, dass das Wasser an manchen Stellen siedet und sich Dampfbläschen bilden. Und die sind auf dem Monitor ganz gut zu erkennen.

"Man sieht auf dem Flügel ein Schicht-Kavitation. Und dann sieht man noch von der Spitze des Flügels ausgehend einen Wirbel, der kavitiert."

Zum Glück sind es nur wenige Bläschen, Julia Schmale ist erleichtert. Wären es mehr, könnten sie zum Problem werden. Denn sofort nachdem sie entstanden sind, implodieren die Bläschen wieder, und zwar heftig. Die Erschütterungen sind so stark, dass sie Metallbröckchen aus dem Propeller reißen können. Die Schäden, sagt Schmales Kollege Herbert Bretschneider, können kostspielig sein.

"Es gibt am Schiff spezielle Bereiche, die häufig von Erosion betroffen sind. Das sind die Propeller im Bereich der Flügelspitzen. Dann Ruder, an denen Kavitation vom Propeller abströmt und das Ruder trifft. Das wird dann durch Erosion beschädigt."

Superkavitation - umschlossen von einer Gasblase

Die Tests an der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt sollen helfen, die Kavitation bei neuen Schiffstypen im Zaum halten. Aber das Phänomen lässt sich auch gezielt nutzen - und zwar wenn aus der Kavitation die Superkavitation wird.

"Superkavitation ist eine Form der Kavitation, die so extrem ist, dass sie einen ganzen Körper einschließt. Der bewegt sich dann nicht mehr im Wasser, sondern in einer Gasblase. Wenn ich jetzt mal vergleiche: Wasser und Luft - da ist in Luft die Dichte um den Faktor 800 geringer, und entsprechend der Widerstand. Das führt dazu, dass man deutlich geringere Widerstandskräfte und Antriebsleistung braucht."

Die Superkavitation kann den Strömungswiderstand eines Tauchkörpers drastisch vermindern. Eingehüllt in einen Kokon aus Wasserdampf kann er mit einem Bruchteil des Widerstands durchs Wasser rauschen und dadurch enorme Geschwindigkeiten erreichen. Das Prinzip funktioniert, das beweist die russische Marine mit einem Torpedo namens Shkval.

"Der wird bis auf eine Geschwindigkeit gebracht, in der ein Körper an seiner Spitze zu der Dampfblasenbildung beiträgt und diese Dampfblase dann den ganzen Körper einschließt. Und so den Reibungswiderstand des Torpedos um einen Faktor schätzungsweise 800 reduziert."

Die Folge: Das Unterwasser-Geschoss erreicht eine Geschwindigkeit von 370 Stundenkilometern – das Drei- bis Vierfache eines konventionellen Torpedos. Allerdings setzt die Superkavitation erst ab einer Mindestgeschwindigkeit ein, bei circa 180 Kilometern pro Stunde.

"Dafür ist der klassische Antrieb von Unterwasserlauf-Körpern nicht geeignet, sondern wird zurzeit nur über Feststoff-Triebwerke realisiert - ein Raketen-Triebwerk."

Viele Fragzeichen - vor allem bei der Steuerung

Die aber sind schnell ausgebrannt - weshalb die Reichweite der russischen Torpedos begrenzt ist auf vermutlich 10 bis 15 Kilometer. Außerdem geht die Fachwelt davon aus, dass sich der Shkval kaum steuern lässt. Denn hätte das Geschoss ein Ruder, wäre dies ja ebenfalls von einer Gasblase umschlossen und könnte kaum Wirkung entfalten, sagt Bretschneider.

"Es gibt eine ganze Reihe von technischen Problemen. Die Forschung von der deutschen Marine und den damit verbundenen Firmen ist offensichtlich eingestellt worden."

Unter dem Namen Barrakuda wurde 2005 zwar ein Prototyp vorgestellt. Aber dann entschied sich die Bundesmarine doch gegen eine Beschaffung. Und was ist mit den Plänen von superkavitierenden U-Booten? 2014 hatten chinesische Ingenieure die Studie eines deltaförmigen Tauchkörpers präsentiert, der es auf eine sagenhafte Geschwindigkeit bringen soll - auf 5.800 Kilometer pro Stunde. Theoretisch würde so ein Super-U-Boot für die Strecke von Shanghai nach San Francisco keine zwei Stunden brauchen. Möglich machen soll das ein spezielles Bauteil an der Nase des Vehikels: Bereits bei langsamer Fahrt erzeugt es Gasblasen, die den Rumpf einhüllen und so helfen sollen, dass die Superkavitation bereits bei niedrigen Geschwindigkeiten einsetzt, bei 75 Kilometern pro Stunde. Herbert Bretschneider überzeugt das nur bedingt.

"Solange die Steuerungs-Probleme nicht gelöst sind, ist dringend davon abzuraten, Personal mit einzuschließen. Die Probleme sind so umfangreich, dass es zu riskant wäre, Personen mit vorzusehen."

Auch für das Problem mit dem Antrieb haben die Chinesen noch keine Lösung. Bislang bleibt der Raketenantrieb die einzige Option. Der aber erlaubt nur geringe Reichweiten, scheint also eher ungeeignet für einen bemannten Tauchkörper. Das U-Boot, das überschallschnell Passagiere zwischen Kontinenten befördert, bleibt also bis auf Weiteres reine Science-Fiction.

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