Zo'n honderd jaar geleden wilde Groot-Britannië de onderzeeboot verbieden, omdat het een laf wapen zou zijn in een oorlog. Want met zo'n onderzeeboot kon je veel grotere schepen tot zinken brengen, terwijl de onderzeeboot zich niet liet zien.
Stealth (in combinatie met de torpedo) is nog altijd de kracht van een onderzeeboot, al is er sindsdien veel veranderd. Er is een voortdurende strijd gaande om enerzijds een onderzeeboot zo goed mogelijk te kunnen verstoppen en anderzijds om onderzeeboten zo goed mogelijk te detecteren. Nederland zal over een jaar of tien over nieuwe onderzeeboten beschikken. Hoe denken de aanbieders eigenlijk over deze cruciale eigenschappen van onderzeeboten?
In de commandocentrale van Zr.Ms. Bruinvis wordt gezocht naar andere onderzeeboten en schepen, terwijl de Bruinvis zelf onzichtbaar moet blijven. (Foto: Jaime Karremann/ Marineschepen.nl)
Signaturen
Aan de hand van de signatuur kunnen schepen en onderzeeboten worden waargenomen of zelfs geïdentificeerd. Onderzeeboten worden geholpen door de eigenschappen van het water. Geluid gaat veel sneller door het water dan door lucht. Daardoor kunnen onderzeeboten, die zelf stil zijn, anderen goed horen. Bovendien kan geluid onder water afbuigen, weerkaatsen of geabsorbeerd worden waardoor je een contact op grote afstand soms wel hoort, maar dichtbij niet. Zelf kunnen ze nauwelijks gezien worden, onder water is het zicht immers beperkt.
Er is echter nog veel meer. Onderzeeboten kunnen gedetecteerd worden op verschillende manieren. Een mooie bron van informatie is het boekje Zien en gezien worden van het Maritiem Doctrine en Tactieken Centrum, geschreven door Ir. J. Bas Kreijger.
Dit zijn een paar belangrijke onderwatersignaturen voor onderzeeboten, mede gebaseerd op Zien en gezien worden:
1. Akoestische signatuur
Het geruis dat de onderzeeboot zelf uitstraalt, door bijvoorbeeld diesels (als de batterijen worden opgeladen) en pompen. Maar ook water dat langs de romp stroomt maakt geluid, de schroef en eenmalige geluiden zoals een mast die omhoog gaat of de deksels van torpedobuizen die open gaan, zorgen ervoor dat de onderzeeboot gehoord kan worden.
2. Target echo strength of doelechosterkte
Oppervlakteschepen zoeken onderzeeboten o.a. met hun actieve sonar: ze zenden een ping uit en de ontvangen weerkaatsing wordt geanalyseerd. Voor onderzeeboten is het natuurlijk cruciaal dat ze zo min mogelijk terugkaatsen. In het verleden werkten die sonars vooral op medium en hoge frequentie, maar tegenwoordig gaat het om lage frequentes. Voor lage frequenties is de doelechosterkte alleen te verminderden door de onderzeeboot kleiner te maken. Sonarabsorberende coating werkt alleen voor de medium en hogere frequenties.
3. Elektrische signatuur
Schepen en onderzeeboten wekken een elektrisch veld op in zeewater. Bijvoorbeeld door de bewegingen van een metalen schroef in het water en elektrische systemen.
Zoals in In het diepste geheim werd beschreven, konden Nederlandse onderzeeboten Sovjetonderzeeboten eenheden volgen op hun elektrische signatuur.
4. Magnetische signatuur
Een onderzeeboot is een groot stuk metaal met daarin nog meer metaal. Onderzeeboten die van ferro-magnetisch staal zijn gemaakt hebben een eigen magnetisch veld en er is een afwijking waar te nemen in het aardmagnetisch veld. Het reduceren van deze signatuur kan door het demagnetiseren van de onderzeeboot, of het gebruiken van a-magnetisch staal. In beide gevallen in combinatie met een degaussing systeem.
Al decennia kunnen vliegtuigen en helikopters naar onderzeeboten zoeken met behulp van magneetsensoren (MAD's). Dat ging echter om hele korte afstanden, momenteel wordt echter gewerkt aan SQUID-sensoren waardoor onderzeeboten van magnetisch staal volgens onderzoekers op grote afstanden gedetecteerd kunnen worden.
Wat zeggen de aanbieders van onderzeeboten er zelf over?
De Type 212CD die voor Duitsland en Noorwegen wordt gebouwd heeft geen ronde maar een hoekige romp. (Foto: Jaime Karremann/ Marineschepen.nl)
TKMS: boten van a-magnetisch staal (zo klein als mogelijk zo groot als nodig)
De Oostzee was tijdens de Koude Oorlog het zeegebied waar de Duitse marine voornamelijk in opereerde en waar de Duitse onderzeeboten voor werden ontworpen. Deze ondiepe zee stelt hoge eisen aan de reductie van signaturen om ongedetecteerd te kunnen blijven voor vliegende eenheden, schepen, onderzeeboten en vooral voor mijnen.
De nieuwste onderzeeboot van de Duitse marine is de Type 212A en werd in eerste instantie ontwikkeld om in de Oostzee ongezien te opereren. De 212CD die aan Nederland is aangeboden is gebaseerd op de 212A en ontworpen om expeditionair te kunnen opereren.
Om de akoestische signatuur te reduceren heeft TKMS de machinekamer van de 212A ingepakt en daarnaast voorzien van een zwevend dek. Omdat Italië deel ging nemen aan het 212A programma moest de onderzeeboot dieper kunnen dan eerder noodzakelijk was, maar toch behoort deze boot niet tot de onderzeeboten die erg diep kunnen duiken.
Volgens TKMS is dat niet per se een nadeel, want een grote duikdiepte heeft volgens hen nadelen voor de akoestische signatuur. Dat zou een les zijn uit het Walrusontwerp. Doordat absorberende elementen die in contact staan met de drukhuid, stijver moeten zijn om de grotere krimp van de drukhuid te kunnen weerstaan, kunnen ze minder geluiden van binnen de boot absorberen. Ze functioneren eenvoudigweg beduidend minder als akoestische isolatie.
TKMS hecht veel waarde aan target echo strength en probeert mede daarom de onderzeeboten zo klein mogelijk te houden. Daarnaast heeft de 212CD geen ronde buitenste cilinder, maar een hoekige cilinder, en een schuin sail. Dit heeft als doel minder zichtbaar te zijn op sonar.
Voor het reduceren van de elektrische signatuur heeft TKMS o.a. de mogelijkheid van een composieten schroef, dit elimineert de elektrische signatuur van de schroef vrijwel volledig.
Zowel de 212A als de 212CD zijn/ worden gemaakt van a-magnetisch staal. Deze staalsoort heeft geen magnetisch veld. Natuurlijk veel van de apparatuur in de boten wel, daar wordt degaussing op toegepast. A-magnetisch staal is niet eenvoudig te bewerken, maar TKMS doet dat nu al decennia.
Volgens openbare bronnen is a-magnetisch staal brozer dan hoge rekgrensstaal, maar TKMS zat daar tegenover dat a-magnetisch staal wel elastische eigenschappen heeft net als magnetische staalsoorten die voldoen voor onderzeebootconstructie. TKMS stelt dat de boten bovendien voldoen aan de schokeisen van de Duitse marine en er weinig beperkingen zijn met betrekking tot dieptes waar op men wil opereren. Let wel: TKMS zegt ook dat er geen tactische noodzaak is om veel dieper dan temperatuurlagen te kunnen duiken. (Onder temperatuurlagen kunnen onderzeeboten zich verstoppen.) Immers, volgens TKMS staan akoestische signatuur en een grote duikdiepte op gespannen voet met elkaar.
Uit het sail van de A26 is een hap uit, dit draagt bij aan stealth. (Foto: Saab Kockums)
Saab Kockums: schokbestendigheid en lage akoestische signatuur gaan hand in hand
Voor onderzeebootbouwers en onderzeediensten in het algemeen behoren de maatregelen om de signaturen te verminderen tot de kroonjuwelen. Zo ook in Zweden, een land dat doorgaans toch al erg gesloten is als het gaat om hun militaire middelen. Vrijwel alles is geheim aan signatuur zegt Saab Kockums. Met behulp van Zweedse onderzoeksinstituten en de Zweedse Defensie doet het bedrijf veel onderzoek naar signaturen.
Net als bij TKMS vaart de belangrijkste opdrachtgever, de eigen marine, voornamelijk in de Oostzee. Dus ook de Zweedse onderzeeboten moeten op gebied van signatuur aan hoge eisen voldoen en niet te detecteren zijn in die ondiepe wateren.
Kockums zegt een integrale signatuurfilosofie te hebben. Vanaf dag één wordt die in het ontwerp meegenomen. Het gaat daarbij om een kijk op de totale signatuurreductie. In de ideale signatuurwereld scoort de onderzeeboot op alle signatuurpunten even goed. Het heeft geen zin volgens de Zweden om erg veel geld uit te geven aan de reductie van één signatuur, als de andere signaturen niet net zo goed worden gereduceerd. Want dan wordt de boot toch nog gedetecteerd.
De akoestische signatuur wordt zoveel mogelijk gereduceerd door het hele dek in de onderzeeboot te laten zweven, in plaats van alleen de machinekamer. Hiermee wordt voorkomen dat trillingen zich via de drukhuid naar buiten verplaatsen, ook als de boot op batterijen vaart.
De Zweden doen jaarlijks schokproeven op alle schepen, met bemanning aan boord. Op korte afstand van de onderzeeboten worden onder water explosieven tot ontploffing gebracht. Dat is belangrijk om te testen of alle systemen goed blijven functioneren als er een mijn in de buurt ontploft, maar volgens Saab Kockums kunnen die tests alleen uitgevoerd worden als de boten hier goed op zijn ingericht. Dat wil zeggen goed akoestisch geïsoleerd is en dus dat apparatuur los hangt in plaats van gefixeerd. Als je ontwerp geen schok aankan, is het niet goed geïsoleerd, luidt de gedachte.
Saab Kockums onderschrijft het belang van een zo klein mogelijke boot voor de reductie van target echo strength. Wat Kockums er aan toevoegt is dat de detectieafstanden weliswaar groter worden, maar ook de wapens en sensoren van de onderzeeboot krijgen grotere bereiken. Daarnaast moet een boot volgens de filosofie van Saab Kockums de mogelijkheid hebben om bijvoorbeeld robotica mee te nemen en te lanceren. Hiermee kan een onderzeeboot verder uit de buurt blijven en is in staat moeten zijn om middels robotica wel dichter in de buurt van het doel te komen. Het werken met drones heeft mede daarom een belangrijke rol in de nieuwe Zweedse ontwerpen gekregen.
Daarnaast reduceert Saab Kockums de doelechosterkte door het ontwerp. Zo is bijvoorbeeld de vorm van het sail aangepast (die is hoekig en aan de achterzijde is een hap uit het sail gehaald). Ook in de boot is veel aandacht geschonken aan reductie van target echo strength. Want onderdelen aan boord kunnen net zo goed sonarsignalen weerkaatsen.
De Zweden maken geen gebruik van a-magnetisch staal. Zij hebben een demagnetiseringsprogramma aan boord met allerlei sensoren die steeds metingen doet en het systeem kan dan zelf demagnetiseren. Saab Kockums houdt vast aan staal vanwege de schokeisen en om bijvoorbeeld de boot te kunnen verlengen gedurende onderhoud.
Visualisatie van een test door MARIN. De voor deze test gebruikte onderzeeboot is een testmodel van MARIN en staat los van de S-80.
Navantia
Om de signatuur te reduceren werkt Navantia voortdurend samen met SAES, een Spaans bedrijf dat gespecialiseerd is in akoestische signatuur, en de Spaanse marine.
Navantia zegt voor de S-80 veel aandacht te hebben besteed aan het reduceren van de akoestische signatuur, ook met het oog op de ontwikkelingen van multistatic sonars. De eisen op dit vlak voor de S-80 waren hoog als het bedrijf naar eigen zeggen af gaat op de gemeten waarden, dan is die akoestische signatuur gereduceerd.
Dat is gedaan door gebruik te maken van geluidsabsorberende opstellingen, draaiende machines goed te stabiliseren, het minimaliseren van geluiden van vloeistoffen in pompen. Verder maakt het gebruik van flexibele slangen, pijpen, tussenstukken en compensatoren. Ook is de maximale stroomsnelheid van vloeistoffen bepaald en is het aantal bochten in slangen en pijpen geminimaliseerd.
De romp, het sail en de roeren zijn zo ontworpen dat het geluid van het zeewater dat langs de romp stroomt, de flow noise, geminimaliseerd wordt. Dit is gedaan in samenwerking met het MARIN te Wageningen. Er is rekening gehouden met de interactie tussen het zeewater en de structuur van de romp, en het resoneren van lichtere delen van de onderzeeboot zijn geminimaliseerd.
Navantia heeft bovendien uitvoerige tests met de schroef laten uitvoeren om ook het geluid veroorzaakt door cavitatie te reduceren.
De doelechosterkte is aangepakt door een volgens het Spaanse bedrijf geavanceerde ontwerp van de romp, het sail en de roeren, die "de kleinst mogelijke reflectie" produceren. Is dat nog niet voldoende, dan kan op de romp een speciale coating worden aangebracht om sonarsignalen te absorberen.
De statische elektrische signatuur is een compromis tussen enerzijds hoge stealtheisen (in kustwateren) en anderzijds goede bescherming tegen corrosie. Deze bescherming is voor de Spaanse onderzeeboten, opnieuw in samenwerking met SAES, aangepast om de elektrische signatuur zo laag mogelijk te houden.
De magnetische signatuur wordt gereduceerd door een geavanceerd demagnetiseringssysteem, dat op alle geografische locaties en met alle koersen te gebruiken is. Ook heeft de S-80 een active shaft grounding, waarmee het Extremely Low Frequency Electromagnetic signaal vrijwel volledig wordt uitgeschakeld. Dit signaal wordt veroorzaakt door onder andere een stroom die door een draaiende schroefas loopt.
Naval Group
Het Franse Naval Group heeft (nog) geen informatie aangeleverd. Eerder had de onderzeebootbouwer bij monde van de voormalige CEO van Naval Group Australia al gezegd technologiën van nucleaire onderzeeboten te gebruiken om de signaturen te onderdrukken. "Als het gaat om het zo stil mogelijk maken van de onderzeeboot, als je langzaam én snel vaart, komen de technologieën van de nucleaire onderzeeboten om de hoek kijken. Ik kan hier niet over uitweiden, maar een grotere onderzeeboot stelt je in staat om meer middelen in te bouwen om de boot stiller te maken. Als je onder de 2000 ton zit met je onderzeeboot, dan heb je geen toegang tot deze middelen,” zei Costello in een eerder interview.
