Marineschepen.nl
 
   
 

Nu mogelijk: met een drone zoeken naar onderzeeboten en vanaf een schip communiceren met onderzeeboten


Door: Jaime Karremann
Bericht geplaatst: 29-03-2020 | Laatst aangepast: 29-03-2021


Zonder water zou er geen leven zijn, en erger nog, ook geen schepen. Maar water is niet altijd onze vriend: zelfs gigantische onderzeeboten zijn erg moeilijk te vinden, en ook communiceren met onderzeeboten is haast onmogelijk. Het Canadese bedrijf Geospectrum Technologies, een dochteronderneming van Elbit Systems, heeft voor deze problemen een oplossing bedacht.

Dit is een gesponsord artikel. Meer info onder aan deze pagina.

Geospectrum
Zr.Ms. Zeeleeuw, een onderzeeboot van de Walrusklasse. (Foto: Defensie)

Een NAVO-onderzeebootbestrijdingsfregat in de Atlantische Oceaan krijgt opdracht op jacht te gaan naar een nucleaire onderzeeboot waarvan, op basis van waarneming door diverse sensoren, wordt vermoed dat ie snel een positie nadert binnen bereik van het fregat. Het fregat is ingericht om onderzeeboten te bestrijden: onder de boeg is de nieuwste sonar gemonteerd (boegsonar) en met de laagfrequente sonar die achter het schip gesleept kan worden, kunnen onderzeeboten op grote afstand worden opgespoord. Daarnaast heeft het schip een onderzeebootbestrijdingshelikopter en twee onbemande vaartuigen (USV's). Deze USV's beschikken over de Towed Reelable Active/Passive Sonar (TRAPS): een systeem met een passieve (luisteren) en actieve sonar (pingen).



"Een enkel schip zal waarschijnlijk niet overleven in een confrontatie met een onderzeeboot", zegt Sean Kelly, voormalig onderzeebootbestrijdingsofficier bij de Canadese marine, en tegenwoordig werkzaam bij Geospectrum. "Maar als een groep schepen het opneemt tegen een onderzeeboot, is de onderzeeboot in het nadeel."

"Door behalve het fregat, een helikopter en USV's te laten zoeken naar die onderzeeboot, creëren we in feite onze eigen taakgroep. Een groot tactisch voordeel, en handig in tijden dat Westerse marines over steeds minder schepen beschikken."

Zowel de USV's als de helikopter worden op grote afstand van het schip ingezet. "De eigen sonars van een fregat zouden eigenlijk buiten bereik van de onderzeeboot moeten blijven", zegt Kelly.

Geospectrum
Een USV, de Seagull van Elbit, met TRAPS op het achterdek. (Foto: Elbit)

Ons fregat gaat in opmars naar de positie waar de jacht op de vijandelijke onderzeeboot kan beginnen. De USV's en helikopter worden voorbereid op inzet. "Laten we zeggen dat de sonarbereiken die dag 30 zeemijlen zijn", vervolgt Kelly. Het schip kan dus met de eigen sonar onderzeeboten tot maximaal 30 mijl detecteren, maar de USV ook. "Dus stuur je je USV 30 mijl naar voren en ook de helikopter laat je op grote afstand zoeken. Nu vergroot je je sonarbereik in een keer naar 60 zeemijl of meer."

Als vooruitgeschoven post laat het onbemande scheepje de laagfrequente actieve sonar in het water zakken en begint luid te pingen. Het geluidssignaal golft door de koude Atlantische Oceaan en kaatst tegen objecten, maar niet alleen terug naar de USV. Kelly: "Je pingt in een locatie, je ontvangt op een andere locatie." In dit geval bereiken de echo's de sonar die achter het fregat wordt aan gesleept en de ontvangen signalen worden door de software aan boord van het fregat verwerkt.

"In wateren zoals de Atlantic, de Pacific of de Zuid-Chinese Zee, wil ik een sonar met een zo laag mogelijke frequentie", zegt Kelly, "want daarmee haal je enorme bereiken. Maar niet alle onderzeebootbestrijding vindt plaats in deze diepe wateren."

De vijandelijke onderzeeboot in ons verhaal blijkt toch meer richting de kustwateren te zijn gevaren. Ons fregat haalt de USV's en helikopter binnen en gaat op hoofdvaart naar de nieuw opgegeven positie. Aan boord wordt een plan gemaakt hoe de onderzeeboot in ondiepe wateren opgespoord kan worden. "Laagfrequente sonars werken minder goed in kustwateren," zegt Kelly. "We hebben hier een mediumfrequente sonar nodig."

Bijna alle sonars van marineschepen werken maar op één frequentie. Maar TRAPS niet. Kelly: "De USV's zijn binnen en we hoeven slechts een klein onderdeel te vervangen om een sonar met medium frequentie in te zetten. Een half uur later is de USV weer in het water en kan de USV op zoek naar de onderzeeboot. Kan je die frequentie niet veranderen, dan ben je de onderzeeboot zo kwijt. Als je je zo snel kan aanpassen, heb je een gigantisch tactisch voordeel."

Geospectrum
TRAPS, met ook het geel-zwarte actieve deel zichtbaar. Door hier het zwarte zenddeel te verwisselen kan de frequentie worden gewijzigd. (Foto: Geospectrum)

TRAPS
De naam van het systeem TRAPS is eerder genoemd in artikelen op Marineschepen.nl. Namelijk in het artikel over het onbemande vaartuig Seagull, dat door het Israelische moederbedrijf Elbit Systems is ontwikkeld en wordt gebouwd in Maassluis door De Haas.

Een belangrijke toevoeging aan die USV, we zagen het net al in het voorbeeld, is TRAPS: een sonarset die bestaat uit een lange slang met onderwatermicrofoons om te kunnen luisteren en het actieve deel in de vorm van een zender.

TRAPS is het vlaggenschip van Geospectrum, dat zich richt op onderwaterakoestiek voor marine en civiele toepassingen. Het systeem is al langere tijd in ontwikkeling, maar staat sinds kort op diverse schepen van de Canadese marine. TRAPS is namelijk ook als mobiele sonar te gebruiken voor bijvoorbeeld patrouilleschepen. In dit artikel richten we ons echter op de variant bedoeld voor USV's en die variant is bijzonder, want er is nog geen sonar voor onbemande schepen dat zover is ontwikkeld.

Hoe TRAPS er in de praktijk uit gaat zien, hangt helemaal af van de wensen van de klant. "We hebben honderden opties", zegt Kelly. "Iedere marine opereert toch in net andere omstandigheden, dus er is geen sonar die voor hen allemaal werkt. En de omstandigheden veranderen ook vaak voor marineschepen zelf. TRAPS is daarom niet alleen gebouwd naar de wensen van de eindgebruiker, het systeem is ook modulair en dus aan te passen naar de situatie op dat moment."

De modulariteit heeft ook als voordeel dat je bij een storing niet terug naar de haven hoeft, maar het kapotte onderdeel kan vervangen.

De actieve sonar kan, door verwisseling van het zenddeel, op frequenties tussen 2 kHz en 10kHz pingen, en is geschikt voor bi-static operaties (zenden en ontvangen op verschillende locaties). Ook complexe golfvormen zijn mogelijk, zo verzekert Kelly. Bij de passieve sonar is het de lengte van de sonar array dat bepaalt wat de laagste frequentie is (en hoe lager de frequentie, hoe groter de afstanden).

USV
Boven het concept van eind 2019 met ruimte voor USV's van 12 meter, onder het definitieve concept met ruimte voor 7 meter USV's. (Beeld: DMO/ @YoungbyCZSK, bewerking: Jaime Karremann/ Marineschepen.nl)

Ook geschikt voor onze kleine USV's?
Allemaal mooi, maar hebben Nederland en België er ook nog wat aan? Immers, ongeveer een jaar geleden werd de ruimte voor de onbemande vaartuigen aan boord van de toekomstige Nederlandse en Belgische ASW-fregatten ingekort, met als gevolg geen USVs van 12 meter maar slechts met een lengte van maximaal 7 meter.

De standaardversie van de Seagull kan daardoor niet meer aan boord en een kleinere versie zal dus een beperkter bereik hebben en vaker niet ingezet kunnen worden in verband met de golfhoogte. Hoe zit dat met TRAPS?

TRAPS is niet gemaakt voor één specifieke USV-afmeting. "Naarmate we minder ruimte hebben, zullen we het passieve deel van TRAPS kleiner maken. Dus hoe kleiner het scheepje, hoe minder passieve capaciteiten er zijn", legt Kelly uit. "Het actieve deel is het belangrijkste, daar tornen we nooit aan."

Wacht even met opgelucht ademhalen. Voor de marinevolgers, de toekomstige bemanningsleden en politici die in de jaren '30 de ASW-fregatten moeten inzetten, is er toch wat onzekerheid: "Een USV van 7 meter wordt wel erg lastig," constateert Kelly. "We gaan ons er absoluut in verdiepen, maar het gewicht is het probleem. Niet eens de lengte van het vaartuig. Onze ingenieurs moeten hier naar kijken. Overigens heeft onlangs nog een marine besloten hun USV's juist te verlengen in verband met TRAPS," voegt Kelly er hoopvol aan toe.

TRAPS
TRAPS in gebruik aan boord van de 55 meter lange HMCS Shawinigan (Kingstonklasse) een patrouilleschip van de Canadese marine, vanuit een container. (Foto: Geospectrum)

Verkocht
TRAPS is inmiddels verkocht aan de Canadese marine. En een marine in "Azië" heeft meerdere TRAPS-systemen gekocht. "We mogen helaas niet zeggen om welke marine het gaat", zegt Kelly. "We zijn ook in onderhandeling met een marine in het Midden-Oosten, en we verwachten meer verkopen op de korte termijn."



Communiceren met onderzeeboten: LRAM
Is TRAPS bedoeld om onderzeeboten op te sporen, LRAM is door Geospectrum ontwikkeld om juist te communiceren met onderzeeboten.

Communicatie onder water is en blijft door de lastige eigenschappen van zeewater, ontzettend moeilijk. Hoe kan een Nederlandse onderzeeboot vanuit Den Helder berichten ontvangen als het in de Middellandse Zee met een geheime operatie bezig is? Niet als de boot erg diep vaart. De gemoderniseerde Walrussen hebben weliswaar satellietcommunicatie, maar daar moet de boot voor naar periscoopdiepte en is er kans op detectie.

Vroeger gebruikten onderzeeboten een zogenaamde postbox-procedure: een Nederlands marinepatrouillevliegtuig vloog vanaf Keflavik (IJsland) naar de afgesproken positie in de Noorse Zee en de Nederlandse onderzeeboot zette de sprietantenne op, waarna beide op korte afstand berichten konden doorgeven. Nadeel: Russische eenheden konden het vliegtuig volgen en de onderzeeboot detecteren.

En weer een andere optie, bekend voor lezers van Orka, was Extremely Low Frequency (ELF) communicatie. Tijdens de Koude Oorlog zonden enkele gigantische zendmasten in de VS, Groot-Brittannië en Noorwegen met enorm veel vermogen op extreem lage frequenties. Vanaf de wal konden zo berichten naar onderzeeboten worden gestuurd, maar de kosten van het instandhouden van zo'n reusachtig zendstation waren enorm hoog. Deze zijn daarom niet meer in gebruik.

Een goede oplossing ontbreekt en het was niet voor niets dat toenmalig Commandant Zeestrijdkrachten VADM Matthieu Borsboom in 2015 tijdens de 'onderwaterbeurs' UDT in Ahoy de industrie en kennisinstituten opriep om het probleem van onderwatercommunicatie op te lossen.

Geospectrum heeft nu een oplossing ontwikkeld, de Long Range Acoustic Modem, oftewel LRAM. Aan LRAM moet nog een zender worden gekoppeld, dat kan bijvoorbeeld TRAPS zijn voor de korte afstand, of het Very Low Frequency C-BASS systeem, eveneens van Geospectrum, voor de lange afstand.

LRAM
Met LRAM en C-BASS kan een schip een bericht verzenden naar een onderzeeboot die 1000 zeemijlen (1852 km) verderop onder water vaart. (Beeld: Google Maps/ toevoegingen: Marineschepen.nl)

Lange afstand
En met lange afstand bedoelen we ook lange afstand: 1.000 zeemijlen. "Maar het kan ook op uiterst korte afstand: 10 yards", zegt Sean Kelly. "LRAM is geschikt voor communicatie met duikers, onbemande onderwatervaartuigen en onderzeeboten."

Dankzij LRAM kan niet alleen vanaf de wal worden gecommuniceerd met onderzeeboten, maar ook door schepen. Een commandant van een taakgroep waar de onderzeeboot deel van uitmaakt, kan dus ook berichten sturen. "Als een onderzeeboot nu onderdeel is van een taakgroep, is die onderzeeboot toch veel zelfstandig bezig en haalt ie misschien een keer per dag of om de paar dagen berichten binnen", zegt Kelly. "Maar in een dag of in een paar uur kan er heel veel veranderd zijn."

Een uitzending met LRAM in combinatie met C-BASS zal opvallen, maar de grote afstand in alle richtingen heeft als voordeel dat een tegenstander er weinig aan heeft: het gebied met een straal van 1000 zeemijl is te groot om een onderzeeboot in te kunnen gaan zoeken.

C-BASS
Familie van C-BASS-zenders. (Foto: Geospectrum)

C-BASS
Om over die grote afstanden te kunnen communiceren is een onderwaterspeaker nodig die op heel lage frequentie werkt en heel veel vermogen heeft. "Toen we met het project begonnen, was er één soortgelijk systeem", herinnert Sean Kelly zich. "Maar dat systeem was zo groot als een flinke bestelbus en woog 3 ton. Totaal niet geschikt voor marineschepen."

"Wij beloofden een klein systeem te bouwen dat op 40 Hz kon zenden, dat is extreem laag, met een vermogen van 200 dB. Sommige experts geloofden er niet in en zeiden dat we het systeem langs mochten brengen als het af was, dan zouden ze wel uitleggen waarom het niet werkte", zegt Kelly.

"Dus we gingen bouwen en het werd een apparaat met een diameter van een meter, 300 kg zwaar en het op 40 Hz kon zenden. Het vermogen was meer dan 200 dB. We hebben het de eerder genoemde experts getoond en ze kochten er gelijk twee. Het is een doorbraak in de onderwaterakoestiek."

Toen kwam de test in zee. Dat was een succes, het kleine apparaat kon berichten over een afstand van 1.000 zeemijl versturen en ontvangen.

C-BASS
C-BASS-zender in een LRAM-systeem die door een schip in het water wordt gezet. (Foto: Geospectrum)

Kleine berichtjes
Onderzeeboten kunnen echter nog steeds geen filmpjes streamen; alleen uiterst korte tekstberichtjes zijn mogelijk. "Het is meer gecodeerde morsecode," legt Kelly uit. "We hebben 16.000 voorgeprogrammeerde berichtjes in het systeem staan, waar de afzender uit kan kiezen. Er is ook een methode om zelf berichtjes te maken, maar daar is het eigenlijk niet voor ontworpen."

De bandbreedte is dus beperkt, maar wel veel meer dan die van de onderzeebootomroepen uit de Koude Oorlog, zegt Kelly. "Een ELF-zendstation kost miljarden dollars, je radiofrequentie-antennes moeten kilometers lang zijn. LRAM kost een fractie, kan op een schip worden gezet, is erg mobiel en heeft veel meer bandbreedte."

Daarnaast is het systeem ontworpen om betrouwbaar te zijn, want de afzender krijgt geen berichtje terug van de onderzeeboot.

Tenzij de onderzeeboot in nood is. Kelly: "Sommige marines zijn ook geïnteresseerd in LRAM vanuit het oogpunt van veiligheid. Een onderzeeboot die in nood is of op de zeebodem ligt, kan dan een bericht sturen over de status en zijn positie."

De zee zal nog lang een lastig medium blijven, maar door onderzeebootbestrijding met onbemande vaartuigen en communiceren onder water, gaat er onder water echt wat veranderen.

Dit is een gesponsord artikel. Bij een gesponsord artikel kiest een opdrachtgever het onderwerp van het artikel. Geospectrum heeft Marineschepen.nl betaald om dit artikel te schrijven over dit onderwerp, maar Geospectrum had geen invloed op de journalistieke inhoud.



comments powered by Disqus




Marineschepen.nl
Contact
Over deze site
Adverteren
Blijf op de hoogte via:

Twitter

Facebook

Instagram

Copyright

Alle rechten voorbehouden.

Sinds 13 augustus 2001



Menu
Dossiers

Gerelateerde artikelen