Stealth en drones, hoe tkMS de 212CD ontwerpt voor de toekomst


Door: Jaime Karremann
Bericht geplaatst: 18-11-2020 | Laatst aangepast: 18-11-2020


Terwijl de aanbesteding voor de vervanger van de Walrusklasse na een klein oponthoud weer verder is gegaan, is in Duitsland bij thyssenkrupp Marine Systems (tkMS) hard gewerkt aan het ontwerp van de toekomstige onderzeeboten voor Duitsland en Noorwegen, de 212CD. Deze onderzeeboot vormt de basis van het aanbod dat tkMS Nederland wil doen.

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

tkMS
De 212CD heeft geen ronde cylinder, maar is hoekig. (Beeld: tkMS)

Geruisloos is de aanbesteding van de nieuwe Nederlandse onderzeeboten in de volgende fase, de D-fase, beland. De Defensie Materieel Organisatie (DMO) is met de drie overgebleven aanbieders in gesprek om gezamenlijk de eisen te gaan bepalen en ontwerpen tot stand te brengen.



DMO wil dat de nieuwe boten zijn gebaseerd op een bestaand ontwerp en een van de mogelijke ontwerpen is de 212CD (Common Design) voor Duitsland en Noorwegen, van tkMS. Deze nieuwe onderzeeboot van 2500 ton is nog in ontwikkeling, het contract wordt naar verwachting komend voorjaar getekend, zo schreef het Duitse ministerie van Defensie vorige maand in antwoord op Kamervragen, maar er is al wel meer informatie over de nieuwe boten. Alle reden om dieper in het ontwerp van de 212CD te duiken en met programmamanager voor nieuwe Nederlandse onderzeeboten bij tkMS, Holger Isbrecht.

LFAPS
De LFAPS op een van de huidige M-fregatten, is een voorbeeld van een actieve sonar die een sonarsignaal uitzendt op een lage frequentie en goed onderzeeboten kan opsporen. (Beeld: Koninklijke Marine)

Stealth onderzeeboot
Ongedetecteerd kunnen blijven is een van de belangrijkste eigenschappen van onderzeeboten, maar de ontwikkelingen aan de kant van de onderzeebootbestrijders staan niet stil. Tegelijkertijd doen onderzeebootontwerpers er alles aan om onderzeeboten onzichtbaar te houden.

Ook tkMS investeert al lange tijd in het verbeteren van de onvindbaarheid van onderzeeboten. Waar ontwerpers zich in het verleden vooral richtten op het zo stil mogelijk maken van onderzeeboten, proberen zij nu antwoord te vinden op de komst van onder andere actieve sonars die achter een schip worden gesleept en met hele lage sonarpings onderzeeboten steeds beter kunnen opsporen.

In dit geval gaat het dus niet om hoe stil de onderzeeboot is, maar om hoeveel geluid die onderzeeboot naar de actieve sonar terugkaatst. Hoe meer de onderzeeboot terugkaatst, hoe beter deze te detecteren is, hoe hoger de zogenaamde target echo strength. Het reduceren van de target echo strength wordt al jaren gedaan door bijvoorbeeld tegels op de huid van de onderzeeboot te plakken. Deze tegels absorberen het sonargeluid.

Maar die tegels werken vooral goed voor de medium frequentie en niet voor de nieuwe sonars met lage frequentie, daar moeten tegels veel dikker voor worden. Die tegels worden bovendien te zwaar.

Wat het extra lastig maakt is dat de een geluidsgolf met een lage frequentie soms heel goed dwars door de huid van de boot gaat en pas weerkaatst op objecten ín de boot.

tkMS heeft daarom onderzocht op welke manier de 'zichtbaarheid' van onderzeeboten voor deze laagfrequente sonars verminderd kan worden. In plaats van het plakken van materialen op de huid die de sonarping moet absorberen, blijkt het plaatsen van een (transmission loss) coating die het signaal afzwakt, waarna het teruggekaatste signaal door de objecten in de boot veel minder wordt.

Een andere oplossing is schuine vlakken. Onderzeeboten zijn doorgaans cilinder- of druppelvormig, maar daardoor kaatst het sonarsignaal ook vrij goed terug naar de afzender. Omdat sonarsignalen ook via de zeebodem en het wateroppervlak richting de onderzeeboot kaatsen, werd gedacht dat de schuine vlakken voor onderzeeboten niet gunstig zouden zijn.

Uit onderzoek van tkMS is gebleken dat de combinatie van transmission loss coating en geen ronde maar hoekige onderzeeboot een stealthy onderzeeboot oplevert die moeilijker te detecteren is voor laagfrequente sonars, zelfs als de sonarsignalen van diverse kanten op de onderzeeboot afkomen. Deze twee elementen zijn daarom toegepast op de 212CD.

tkMS
Hoeveel sonarsignaal kaatst een onderzeeboot terug? Hier zijn drie modellen getest door tkMS. De blauwe is een een gewone onderzeeboot, zonder coating. De rode is rond, maar is voorzien van coating. De groene heeft coating en is hoekig. In de testresultaten was te zien dat bij een sonarpuls (in dit geval van 3 kHz) de blauwe onderzeeboot het sonarsignaal het best terugkaatst en de groene het minst. (Bron: 'An underwater vehicle shape with reduced acoustic backscatter', door T. Avic, tkMS)

Stil en niet magnetisch
Daar blijft het niet bij als het gaat om de 212CD, want net als veel andere onderzeeboten van tkMS, is de 212CD gemaakt van a-magnetisch staal. "Detectie door de steeds verder doorontwikkelde sensoren die zoeken naar veranderingen in het aardmagnetisch veld is daardoor veel moeilijker geworden," zegt Holger Isbrecht. "Dankzij buitenluchtonafhankelijke voortstuwing gebaseerd op brandstofcellen kan de 212CD bovendien weken onder water blijven, en deze manier van voortstuwing produceert niets waardoor de boot gedetecteerd kan worden."

"Daar komt bij dat de 212CD zo is ontworpen dat de flow noise [het geluid veroorzaakt door water dat langs de romp stroomt, JK] sterk verminderd is. Het geluid dat de boot zelf produceert is geminimaliseerd is tot het absolute minimum dankzij dubbele elastische opstellingen en platformen, en een nauwkeurige selectie van componenten. Door een stillere onderzeeboot kunnen de eigen sonars contacten verder weg horen en is de afstand waarop de onderzeeboot gedetecteerd kan worden door een tegenstander, juist afgenomen."

Zonder buitenlucht weken onder water
Het was al even aan bod gekomen: de 212CD zal weken onder water kunnen blijven zonder naar periscoopdiepte te moeten om de batterijen op te laten. Ter vergelijking: onderzeeboten zonder buitenluchtonafhankelijke voortstuwing (air independent propulsion, AIP) moeten regelmatig 'snuiveren'. Ze zijn dan vlak onder de oppervlakte door het geluid van de diesels en de masten die boven de golven uitsteken, sneller te detecteren.

AIP wordt geleverd in verschillende smaken. tkMS heeft sinds de jaren '90 AIP voortdurend ontwikkeld en dan vooral op gebied van brandstofcellen. "Onze huidige Advanced Submarine Fuel Cell (ASFC) is de laatste ontwikkeling en de vierde generatie van brandstofcellen. Deze zal ook aan boord komen van de 212CD, en aan boord van een toekomstige andere onderzeeboot die we momenteel in ontwikkeling hebben", zegt Isbrecht. ASFC betekent volgens Isbrecht een verdere verbetering op de volgende punten:

• Verhoogde efficiency;
• Modulair ontwerp en daardoor schaalbaar en aan te passen op de wensen van de klant;
• Beter te onderhouden;
• Robuuste architectuur, verbeterde operationele beschikbaarheid;
• Hoge energiedichtheid.

Communicatie onder water
In het verleden waren onderzeeboten vrijwel afgesloten van de buitenwereld. Communicatie is onder water erg lastig en als onderzeeboten berichten verzonden liepen ze kans gedetecteerd te worden. Ook nu nog communiceren onderzeeboten het liefst zo min mogelijk, maar onderzeeboten ontkomen niet aan het steeds meer delen van informatie. Informatiegestuurd optreden is niet voor niets een van de pijlers van de Defensievisie 2035.

Radar-, radio- en telefoonsignalen kunnen niet door het water dringen. Toch gaat communicatie onder water tot de mogelijkheden behoren van onderzeeboten. Isbrecht: "Moderne, krachtige algoritmes maken het mogelijk om goed en veilig onder water te communiceren, zonder dat daar veel geluid voor geproduceerd moet worden. Dat is zelfs mogelijk op een geluidsniveau dat het omgevingsgeluid onder water niet overstijgt. Coördinatie van eenheden en alleen het hoogstnodige communiceren is essentieel bij het communiceren onder water."

Ook de 212CD kan mee met deze nieuwe ontwikkelingen, want zo zegt Isbrecht ook de "212CD zal in staat zijn om onder water met onbemande vaartuigen kunnen communiceren." Overigens zullen deze vaartuigen zelf ook meer en meer akoestiek gebruiken voor navigatie en gebruikt de onderzeeboot die middelen ook voor het volgen van de drones.



Drones
Een onderzeeboot die in de vaart wordt genomen is uiterst modern en de splinternieuwe romp gaat dan nog tientallen jaren mee. Maar in het binnenste van de boot begint het verouderingsproces al snel door steeds snellere technologische ontwikkelingen.

tkMS wil dat aan de 212CD gedurende de gehele levensduur nieuwe innovaties kunnen worden toegevoegd. Volgens Isbrecht vereist het aanpasbaar maken van een ontwerp voor toekomstige ontwikkelingen dat onderzoek moet worden gedaan naar hoe een onderzeeboot kan opereren met drones. "De drones zelf bestaan al. De industrie gebruikt kleine tot middelgrote onbemande onderzeeboten voor mapping- en inspectietaken. Zogenaamde 'robotzwermen' zijn grote aantallen, meestal eenvoudige robots die collectief gedrag zouden moeten vertonen. Ze zijn meestal eenvoudig en beperkt in bereik, sensorprestaties en intelligentie. Toekomstige onderzeeboten kunnen met hun drones gebruik maken van zwermtactieken, en die kunnen ook een bedreiging voor hen vormen. Met de bovengenoemde operationele behoeften zal de wolfpack van morgen waarschijnlijk bestaan uit een team van meerdere grote onbemande onderwatervaartuigen en een bemande onderzeeboot. Onbemande vaartuigen geven de bemande onderzeeboot een aanzienlijk groter bereik als het gaat om detecteren van contacten, en bieden flexibiliteit om tegenstanders te hinderen bij het bereiken van hun doelstellingen."

Hoewel de hedendaagse vaartuigen nog niet over de nodige intelligentie beschikken om samen te werken en militaire missies effectief uit te voeren, werken softwareontwikkelaars van tkMS volgens Isbrecht in heel Europa aan algoritmes voor zeer geavanceerde autonomie voor onbemande maritieme systemen. Ondertussen streven hardwareontwikkelaars naar oplossingen voor de fysieke uitdagingen van de drones, bijvoorbeeld door veilige batterijsystemen te ontwikkelen met een hoge energiedichtheid.

Kijkend naar de toekomst, die dichterbij is dan velen misschien denken, vormt slim gebruik maken van samenwerkende bemande en onbemande systemen de sleutel in het conflict van de toekomst. "Onbemande vaartuigen bieden de flexibiliteit om de tegenstander te verrassen en in verwarring te brengen. Ze kunnen bijvoorbeeld ook worden gebruikt om bepaalde delen van de zee te verkennen op niet-geruimde mijnen en een veilige doorvaart te vinden. Het inzetten van kleine, uiterst capabele eenheden kunnen zelfs bijdragen aan het onderscheppen van raketten. Vooral kleinere marines kunnen meer slagkracht genereren met onbemande middelen en dit langer volhouden. Het is essentieel om vandaag aan deze toekomstige tactieken te werken ", legt Isbrecht uit.

Om special forces af te leveren terwijl de onderzeeboot onder water blijft heeft de 212CD in het sail, de opbouw, een speciaal special forces gedeelte, "de Fast Deployment Area (FDA), waar ruimte is voor een eenheid special forces. De kikvorsmannen verlaten de onderzeeboot en gaan via een duikersluis naar de FDA. Daar wachten zij, voorzien verwarming en van aansluitingen voor ademlucht. Wanneer de onderzeeboot dicht bij de kust is, verlaten ze de FDA."

Isbrecht: "Als er een grotere ruimte nodig is voor meer spullen en personen, kan gemakkelijk een 'garage' als flexibel laadvermogen op het achterste deel van 212CD worden gemonteerd."

Toekomst
Als het contract voor zes 212CD-onderzeeboten (twee voor Duitsland en vier voor Noorwegen) inderdaad in 2021 wordt ondertekend, zal in 2029 de eerste onderzeeboot kunnen worden opgeleverd. De laatste zo'n zes jaar later.

Dit staat echter los van een eventueel bouwprogramma van de toekomstige Nederlandse onderzeeboten, want die worden als het aan tkMS ligt, in Den Helder afgebouwd.

Dit is een gesponsord artikel. Bij een gesponsord artikel kiest een opdrachtgever het onderwerp van het artikel. tkMS heeft Marineschepen.nl betaald om dit artikel te schrijven over dit onderwerp, maar tkMS 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
Flickr
Copyright
Alle rechten voorbehouden.

Sinds 13 augustus 2001



Menu
Dossiers

Gerelateerde artikelen
'Oranje' onderzeebootplannen van tkMS

tkMS biedt aangepast 212CD ontwerp