Fremdriftssystemer for ubåter: dieselelektriske, AIP- og kjernefysiske systemer sammenlignet

Drivverket avgjør hvor lenge en ubåt holder seg under vann, hvor stillegående den er - og til syvende og sist om den i det hele tatt blir oppdaget. Ingen annen komponent har en så direkte innflytelse på en ubåts taktiske overlevelsesevne. Konvensjonelle fremdriftskonsepter er spesielt relevante for tysk skipsbygging, og det er disse som står i fokus her.

Dieselelektrisk drift: det velprøvde grunnprinsippet

Konvensjonelle ubåter har i flere tiår kjørt etter samme grunnprinsipp: Dieselmotorer genererer strøm, og elektriske motorer driver propellen. Det som har endret seg, er effektiviteten og intelligensen i dette systemet.

Tidligere brukte ubåter dieselmotorer på overflaten og gikk over til batteridrift når de var under vann. I dag går den elektriske motoren kontinuerlig og driver propellen permanent. Dieselmotorene fungerer som generatorer - de forsyner den elektriske motoren direkte eller lader batteriene. Dette gir en jevnere og mer kontrollerbar drift.

Kjøremodus	Energikilde	Typisk situasjon
Overflatetur / snorkling	Dieselgeneratorer	Transitt, lad batteriet
Nedsenket, normal kjøring	Batterier + elektrisk motor	Driftsmodus
Nedsenket, veldig stille	Batterier alene, minimal belastning	Lurer, Opplysning
AIP-modus	AIP-system + batterier	Lang utholdenhet under vann uten snorkel

Snorkelen: dykking uten å gå opp til overflaten

En av de mest praktiske nyvinningene innen konvensjonell ubåtkonstruksjon er snorkelen. Den består av et uttrekkbart rør med to kanaler: Dieselmotoren trekker inn frisk luft gjennom den ene kanalen og blåser ut eksosgassene gjennom den andre. På periskopdybde kan båten dermed betjene dieselmotorene uten å komme helt opp til overflaten - og dermed uten å være fullt eksponert for radaren. Samtidig får mannskapet frisk luft på denne måten.

Snorkelen har imidlertid sine begrensninger: Hvis hastigheten er for høy, blir den mekaniske belastningen på det forlengede røret for stor. Snorkeldrift betyr derfor alltid redusert hastighet.

AIP: Kjører uavhengig av uteluften

AIP står for Luftuavhengig fremdrift - Driv uavhengig av uteluften. Disse systemene genererer elektrisk energi under vann uten å måtte forlenge snorkelen. Dette gjør at en ubåt kan forbli neddykket i flere dager uten å generere en akustisk eller visuell signatur.

AIP-systemer fungerer med ulike kjemiske prosesser, for eksempel hydrogen-oksygenbaserte brenselceller. De leverer imidlertid bare lav effekt - tilstrekkelig for sakte seilas og grunnleggende drift om bord, ikke for spurter. Noen nyere båter har helt avstått fra kjemiske AIP-systemer og bruker i stedet betydelig større batteribanker med moderne litium-ion-teknologi, noe som gir en sammenlignbar utholdenhet under vann.

AIP-fordel: En ubåt med AIP eller en stor batterireserve kan være neddykket i dagevis uten å bruke snorkelen - og forblir dermed tilnærmet usynlig for fiendens sensorer.

Ved lengre dykk filtrerer ubåtene også CO2 fra kabinluften og trekker ut oksygen fra sjøvannet - teknologier som ble utviklet spesielt for atomubåter, men som i økende grad også kommer konvensjonelle båter til gode.

Støykontroll: den lydløse ubåten som mål

Under vann er lyd det viktigste deteksjonsmiddelet. Det en ubåt hører, røper fienden - og det den selv sender ut, røper fienden. Støykontroll er derfor ikke et komforttiltak, men en livsviktig ingeniøroppgave.

Flere av tiltakene henger sammen:

• Elektriske motorer: De er i seg selv mye mer stillegående enn forbrenningsmotorer.
• Vibrasjonsdempet lager: Alle bevegelige deler er montert på gummidempere - ingen direkte forbindelse til skroget.
• Isolert motordekk: Hele maskinrommet er også akustisk frikoblet fra resten av skipet.
• Utvendig belegg: Spesielle skrogbelegg absorberer aktive sonarpulser fra fienden før de reflekteres.
• Valg av dybde: Ubåter måler vanntemperaturer på ulike dyp. De opererer der temperaturlagene avbøyer fiendens lyd samtidig som de skjermer for deres egen.

Resultatet er oppsiktsvekkende: En moderne ubåt - selv med kjernefysisk fremdrift, som generelt er mer støyende enn elektrisk fremdrift - produserer omtrent like mye lyd under drift som en 80 watts lyspære. Dette er mindre enn den naturlige bakgrunnsstøyen i havet.

Propellen: den mest høylytte forræderen om bord

Den mest støyende enkeltkomponenten i en ubåt er propellen. Hvis du ser på bilder av ubåter på verftet, vil du legge merke til at akterpartiet nesten alltid er tildekket. Den synlige propellen på bildene er som regel en erstatningspropell - den virkelige fremdriftspropellen er hemmelig.

Årsaken ligger i fysikken: Når et propellblad roterer gjennom vannet, oppstår det et vakuum på baksiden. I dette undertrykket dannes det luftbobler - en effekt som kalles Kavitasjon er kjent. Jo raskere propellen snurrer, desto flere bobler skapes, desto høyere sprenges de - og desto tydeligere kan ubåten høres av fiendens sonar.

Moderne ubåtpropeller er konstruert på en slik måte at kavitasjon i stor grad undertrykkes. Det finnes to andre tilnærminger til dette:

• Propellinnkapsling: En kappe holder trykket rundt propellbladene stabilt og forhindrer at det dannes bobler.
• Pumpedrev (pumpedyser): Erstatt den frie propellen helt med en innkapslet jetmotor i vannet. Detaljer om disse systemene er underlagt strengt hemmelighold.

Hastighet: forbannelse og nødvendighet

Fart og stealth er i stor grad gjensidig utelukkende i ubåter. Hurtig fart genererer støy - støyende båter er lokaliserte og møter taktisk blinde sonarer, ettersom deres egen støy overstyrer sensorene. En hurtiggående ubåt er på sett og vis blind i seg selv.

Problemet er enda større for konvensjonelle båter: fremdriftskraften er begrenset. Teoretiske makshastigheter på rundt 20 knop er neppe praktiske for dykking - på snorkeldybde belaster strømmen slangen for mye, og på dypet tapper e-motorer med full gass batteriene på mindre enn to timer.

Likevel er hastighet noen ganger nødvendig: For å forfølge en fiende, for å flykte fra en fiende eller - særlig taktisk verdifullt - for å innta en posisjon utenfor fiendens sensorrekkevidde, som fienden må passere på kort tid.

Gassturbinløsning for konvensjonelle ubåter

Gassturbiner ville vært ideelle for høyere hastigheter - men de trenger enorme mengder frisk luft, mer enn en snorkel kan levere. En neddykket ubåt er derimot lett å lokalisere ved hjelp av radar.

En designløsning kombinerer begge deler: Tårnet er forlenget slik at det fungerer som en stor snorkel. Selve tårnet inneholder to gassturbiner som genererer strøm og driver en elektrisk turbin i båten - nok til over 25 knop. Tårnet stikker opp av vannet, men har bare signaturen til en hurtigbåt for en radar. Dette er akseptabelt for marsjen til utplasseringsområdet. Ved dykking slås turbinene av, luftinntakene stenges og den elektriske driften tar over igjen.

Vanlige spørsmål om ubåtdrev

Hva er forskjellen mellom konvensjonell og kjernefysisk fremdrift av ubåter?
Konvensjonelle ubåter bruker dieselgeneratorer og elektriske motorer, supplert med batterier og eventuelt AIP-systemer. De må snorkle eller komme til overflaten regelmessig. Atomubåter kan forbli neddykket nesten ubegrenset, men er generelt mer støyende og dyrere.

Hva er AIP, og hvilke fordeler gir det?
AIP (Air Independent Propulsion) gjør det mulig å generere energi under vann uten behov for luft utenfra. Dette forlenger utholdenheten under vann til flere dager uten at ubåten trenger å snorkle eller komme opp til overflaten - og dermed uten en akustisk eller visuell signatur.

Hvorfor er propellen den delen av en ubåt som bråker mest?
Når propellbladene snurrer, oppstår det et vakuum der det dannes luftbobler som sprekker - såkalt kavitasjon. Denne støyen kan høres på lang avstand via sonar. Moderne propeller og pumpedrev er konstruert for å minimere kavitasjon.

Hvor stillegående er moderne ubåter?
Moderne ubåter genererer omtrent like mye støy under drift som en 80 watts lyspære - mindre enn den naturlige bakgrunnsstøyen i havet. Dette er et resultat av isolerte maskinrom, vibrasjonsdempede lagre og stillegående elektriske motorer.

Hvorfor kan ikke ubåter bare kjøre fort?
Høy fart genererer støy og gjør ubåten lett å oppdage for fiendens sonar. Samtidig blir ubåtens egen sonar overlagret av dens egen støy, noe som gjør den taktisk blind. Konvensjonelle båter har også begrensede energireserver til høy fart.

Hvorfor er propellen vanligvis tildekket på ubåtbilder?
Den nøyaktige geometrien til moderne ubåtpropeller er underlagt strengt hemmelighold, ettersom den har direkte innvirkning på den akustiske signaturen. Offentlige propeller som er synlige på verftsbilder, er vanligvis erstatningspropeller, ikke de operative fremdriftsenhetene.