Fremdriftssystemer til ubåde: dieselelektriske, AIP- og nukleare systemer sammenlignet

Drevet bestemmer, hvor længe en ubåd bliver under vandet, hvor stille den er - og i sidste ende, om den overhovedet bliver opdaget. Ingen anden komponent har så direkte indflydelse på en ubåds taktiske overlevelsesevne. Konventionelle fremdriftskoncepter er særligt relevante for tysk skibsbygning og er i fokus her.

Dieselelektrisk drev: det gennemprøvede grundprincip

Konventionelle ubåde har sejlet efter samme grundprincip i årtier: Dieselmotorer genererer elektricitet, elmotorer driver propellen. Det, der har ændret sig, er systemets effektivitet og intelligens.

Tidligere brugte ubåde dieselmotorer på overfladen og skiftede til batteridrift, når de var neddykket. I dag kører elmotoren kontinuerligt og driver propellen permanent. Dieselmotorerne fungerer som generatorer - de forsyner elmotoren direkte eller oplader batterierne. Det giver en mere jævn og kontrollerbar drift.

Køretilstand	Energikilde	Typisk situation
Overfladetur/snorkling	Dieselgeneratorer	Transit, genoplad batteriet
Nedsænket, normal kørsel	Batterier + elektrisk motor	Driftstilstand
Nedsænket, meget stille	Batterier alene, minimal belastning	Lurer, Oplysning
AIP-tilstand	AIP-system + batterier	Lang udholdenhed under vandet uden snorkel

Snorklen: dykning uden at komme op til overfladen

En af de mest praktiske udviklinger inden for konventionel ubådskonstruktion er snorklen. Den består af et udtrækkeligt rør med to kanaler: Dieselmotoren suger frisk luft ind gennem den ene kanal og blæser udstødningsgasserne ud gennem den anden. På periskopdybde kan båden således betjene dieselmotorerne uden at komme helt op til overfladen - og derfor uden at være fuldt eksponeret for radaren. Samtidig får besætningen frisk luft på denne måde.

Snorklen har dog sine begrænsninger: Hvis hastigheden er for høj, er den mekaniske belastning på det forlængede rør for stor. Snorkeldrift betyder derfor altid reduceret hastighed.

AIP: Kørsel uafhængig af udeluften

AIP står for Luftuafhængig fremdrift - Kører uafhængigt af udeluften. Disse systemer genererer elektrisk energi under vandet uden at skulle forlænge snorklen. Det gør det muligt for en ubåd at forblive neddykket i dagevis uden at frembringe en akustisk eller visuel signatur.

AIP-systemer arbejder med forskellige kemiske processer, f.eks. brint-ilt-baserede brændselsceller. De leverer dog kun lav effekt - tilstrækkelig til langsom sejlads og grundlæggende drift om bord, ikke til sprint. Nogle nyere både undgår helt kemiske AIP-systemer og bruger i stedet betydeligt større batteribanker med moderne litium-ion-teknologi, som giver en sammenlignelig udholdenhed under vandet.

En fordel for AIP: En ubåd med AIP eller en stor batterireserve kan forblive neddykket i dagevis uden at bruge snorklen - og forbliver dermed stort set usynlig for fjendens sensorer.

Ved længere dyk filtrerer ubåde også CO2 fra kabineluften og udvinder ilt fra havvandet - teknologier, der blev udviklet specielt til atomubåde, men som i stigende grad også kommer konventionelle både til gode.

Støjkontrol: den lydløse ubåd som mål

Under vand er lyd det vigtigste middel til afsløring. Det, en ubåd hører, afslører fjenden - og det, den selv udsender, afslører fjenden. Støjkontrol er derfor ikke en komfortforanstaltning, men en vigtig teknisk opgave.

Flere tiltag er indbyrdes forbundne:

• Elektriske motorer: De er i sagens natur meget mere støjsvage end forbrændingsmotorer.
• Vibrationsdæmpet leje: Alle bevægelige dele er monteret på gummiabsorbenter - ingen direkte forbindelse til skroget.
• Isoleret motordæk: Hele maskinrummet er også akustisk afkoblet fra resten af skibet.
• Udvendige belægninger: Særlige skrogbelægninger absorberer aktive sonarimpulser fra fjenden, før de reflekteres.
• Valg af dybde: Ubåde måler vandtemperaturer på forskellige dybder. De opererer, hvor temperaturlag afbøjer fjendens lyd, mens de skærmer for deres egen.

Resultatet er bemærkelsesværdigt: En moderne ubåd - selv med atomfremdrift, som generelt larmer mere end elektrisk fremdrift - producerer omtrent lige så meget lyd under drift som en 80-watt pære. Det er mindre end den naturlige baggrundsstøj i havet.

Propellen: den mest højlydte forræder om bord

Den mest larmende enkeltkomponent i en ubåd er propellen. Hvis du ser på billeder af ubåde på værftet, vil du bemærke, at agterområdet næsten altid er dækket til. Den synlige propel på billederne er som regel en udskiftningspropeller - den rigtige fremdriftspropeller er hemmelig.

Årsagen ligger i fysikken: Når et propelblad roterer gennem vandet, skabes der et vakuum på bagsiden. I dette undertryk dannes der luftbobler - en effekt, der er kendt som Kavitation er kendt. Jo hurtigere propellen drejer, jo flere bobler skabes der, jo højere springer de - og jo tydeligere kan ubåden høres af fjendens sonar.

Moderne ubådspropeller er designet på en sådan måde, at kavitation stort set er undertrykt. Der er to andre tilgange til dette:

• Indkapsling af propel: En afskærmning holder trykket omkring propelbladene stabilt og forhindrer dannelse af bobler.
• Pumpedrev (pumpedyser): Udskift den frie propel helt med en indkapslet jetmotor i vandet. Detaljer om disse systemer er underlagt streng hemmeligholdelse.

Hastighed: forbandelse og nødvendighed

Hastighed og stealth udelukker stort set hinanden i ubåde. Hurtig sejlads genererer støj - højlydte både er lokaliserede og møder taktisk blinde sonarer, da deres egen støj overstyrer sensorerne. På en måde er en hurtig ubåd selv blind.

Problemet er endnu større for konventionelle både: deres fremdriftskraft er begrænset. Teoretiske maksimalhastigheder på omkring 20 knob er næppe praktiske til dykning - på snorkeldybde belaster strømmen slangen for meget, og på dybden dræner e-motorer med fuld gas batterierne på mindre end to timer.

Ikke desto mindre er hastighed nogle gange nødvendig: For at forfølge en fjende, for at flygte fra en fjende eller - særligt værdifuldt taktisk - for at indtage en position uden for fjendens sensorrækkevidde, som fjenden skal passere i løbet af kort tid.

Gasturbineløsning til konventionelle ubåde

Gasturbiner ville være ideelle til højere hastigheder - men de har brug for enorme mængder frisk luft, mere end en snorkel kan levere. En neddykket ubåd er på den anden side let at lokalisere ved hjælp af radar.

En designløsning kombinerer begge dele: Tårnet forlænges, så det fungerer som en stor snorkel. Selve tårnet indeholder to gasturbiner, der genererer elektricitet og driver en elektrisk turbine i båden - nok til over 25 knob. Tårnet stikker op af vandet, men har kun signaturen fra en speedbåd til en radar. Det er acceptabelt for marchen til indsatsområdet. Ved dykning slukkes turbinerne, luftindtagene lukkes, og det elektriske drev tager over igen.

FAQ om ubådsdrev

Hvad er forskellen på konventionel og nuklear fremdrift af ubåde?
Konventionelle ubåde bruger dieselgeneratorer og elektriske motorer, suppleret med batterier og muligvis AIP-systemer. De skal snorkle eller komme op til overfladen regelmæssigt. Atomubåde kan forblive neddykket på næsten ubestemt tid, men er generelt mere støjende og dyrere.

Hvad er AIP, og hvilke fordele giver det?
AIP (Air Independent Propulsion) gør det muligt at generere energi under vandet uden behov for luft udefra. Det forlænger udholdenheden under vandet til flere dage, uden at ubåden behøver at snorkle eller komme op til overfladen - og derfor uden en akustisk eller visuel signatur.

Hvorfor er propellen den mest larmende del af en ubåd?
Når propelbladene drejer, opstår der et vakuum, hvor luftbobler dannes og sprænges - det kaldes kavitation. Denne støj kan høres på lang afstand via sonar. Moderne propeller og pumpedrev er designet til at minimere kavitation.

Hvor støjsvage er moderne ubåde?
Moderne ubåde genererer omtrent lige så meget støj under drift som en 80-watts pære - mindre end den naturlige baggrundsstøj i havet. Det er resultatet af isolerede maskinrum, vibrationsdæmpede lejer og støjsvage elmotorer.

Hvorfor kan ubåde ikke bare sejle hurtigt?
Høj fart genererer støj og gør ubåden let at opdage for fjendens sonar. Samtidig bliver ubådens egen sonar overlejret af dens egen støj, hvilket gør den taktisk blind. Konventionelle både har også begrænsede energireserver til høje hastigheder.

Hvorfor er propellen normalt tildækket på ubådsfotos?
Den nøjagtige geometri af moderne ubådspropeller er underlagt streng hemmeligholdelse, da den har en direkte indflydelse på den akustiske signatur. Offentligt synlige propeller på værftsbilleder er normalt udskiftningspropeller, ikke de operationelle fremdriftsenheder.