Allgemein — Autonome Unterwasser-Fahrzeuge — Effiziente Minenjagd auf höchsten Niveau

Dieser Artikel wird mit fre­undlich­er Genehmi­gung der “Marine­Fo­rum — Zeitschrift für mar­itime Fra­gen” veröf­fentlicht.

Marineforum

Autonome Unter­wass­er-Fahrzeuge von Atlas Elek­tron­ik — Effiziente Minen­jagd auf höch­sten Niveau

Ob zu Lande oder unter Wass­er: Minen zählen zu den heimtück­ischsten Waf­fen seit Erfind­ung des Sprengstoffs. Sie sind ver­gle­ich­sweise leicht und kostengün­stig herzustellen und stellen damit ein »attrak­tives « Kampfmit­tel für Extrem­is­ten dar, das – unent­deckt – eine große und akute Gefahr darstellt. Auch Alt­las­ten aus längst been­de­ten Kon­flik­ten – zum Beispiel aus der Zeit des Zweit­en Weltkrieges – gefährden noch heute Schiffe und deren Besatzun­gen. Im Unter­wasser­bere­ich bedarf es nur weniger Minen, um kom­plette Seewege prak­tisch unpassier­bar zu machen. Umso wichtiger sind tech­nis­che Lösun­gen, die Kampfmit­tel präzise zu orten und unschädlich zu machen. ATLAS ELEKTRONIK ist auf diesem Sek­tor bere­its seit mehreren Jahrzehn­ten aktiv und zählt weltweit zu den führen­den Anbi­etern von Sys­te­men zur Seem­i­nen­ab­wehr.

 

SeaOtter Mk II im Einsatz (Foto: ATLAS Elektronik)
SeaOt­ter Mk II im Ein­satz
Foto: ATLAS Elek­tron­ik
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In der klas­sis­chen Minen­jagdvari­ante wur­den – und wer­den immer noch – Minen von entsprechend spezial­isierten Booten aus detek­tiert und anschließend unter Ein­satz von Minen­tauch­ern zer­stört. Damit ver­bun­den ist ein rel­a­tiv großes Risiko für die einge­set­zten Tauch­er, aber auch für die an der Oper­a­tion beteiligten Boote. Um das Risiko in der Minen­jagd speziell für die einge­set­zten Plat­tfor­men und Besatzungen/ Minen­tauch­er zu reduzieren, entwick­elte ATLAS ELEKTRONIK unter anderem das Unter­wasser­fahrzeug PINGUIN B3. Allerd­ings gab es dabei Ein­schränkun­gen hin­sichtlich der Ein­satzmöglichkeit­en (begren­zter Aktion­sra­dius auf­grund leitungs­ge­bun­den­er Steuerung von der jew­eili­gen Plat­tform aus, Lim­i­tierung der Ein­satz­dauer durch die Stromversorgung,).PINGUIN B3, als wieder ver­wend­bares Minen­bekämp­fungs­fahrzeug, bildete prak­tisch den Ersatz des Minen­tauch­ers, die Minen­z­er­störung wurde durch das Able­gen ein­er so genan­nten Minen­ver­nich­tungsladung (MVL) mit Hil­fe des PINGUIN B3 über­nom­men. Die MVL wurde dann durch den Bedi­ener von der aus­set­zen­den Plat­tform über ein akustis­ches Sig­nal fer­ngezün­det.

AUV-Familie
AUV-Fam­i­lie
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Mitte der 90er-Jahre wurde als Nach­fol­ger des PINGUINS der SEEFUCHS als Ein­weg-Minen­verver­nich­tungs­fahrzeug entwick­elt und dann einge­führt. Bei der Minen­jagd ste­hen umwälzende Entwick­lun­gen an.

PINGUIN und SEEFUCHS sind bere­its UUVs (Unmanned Under­wa­ter Vehi­cles). Neu ist, dass nun auch das hoch spezial­isierte Minen­jagdboot durch Autonomous Under­wa­ter Vehi­cles (AUVs) ergänzt wer­den kann (AUV als abge­set­zter Sen­sorträger, der den Aufk­lärungsan­teil übern­immt). Der­ar­tige Mis­sion­s­mod­ule kön­nen auch von nicht spezial­isierten Booten einge­set­zt wer­den, weil man nicht direkt ins Minen­feld muss und nach der Aufk­lärungsphase umfassende Infor­ma­tion über die Bedro­hungssi­t­u­a­tion bere­it­ste­hen hat. Die autonom arbei­t­en­den Drohnen (AUVs) wer­den auch größere See- und Küstenge­bi­ete schneller und sicher­er als bish­er unter­suchen kön­nen. Die Zukun­ft der Minen­jagd gilt in Con­tain­ern unterge­bracht­en Kom­plettsys­te­men, die auf beliebi­gen Plat­tfor­men einge­set­zt wer­den kön­nen und langfristig das klas­sis­che und darauf spezial­isierte Minen­jagdboot erset­zen kön­nen. Der Ein­satz von »reinen« Minen­jagdbooten kön­nte auf diesem Wege schon bald der Ver­gan­gen­heit ange­hören.

Fam­i­lienkonzept von ATLAS ELEKTRONIK

Unter dem Ober­be­griff des »Inte­gri­erten Sys­tems zur Seem­i­nen­ab­wehr« (Inte­grat­ed Mine Coun­ter­mea­sures Sys­tem, IMCMS) zählen die Pro­duk­te von ATLAS ELEKTRONIK zu den weltweit mod­ern­sten Sys­te­men ihrer Art. Neben der Deutschen Marine ver­fü­gen mehr als zehn weit­ere Mari­nen auf der ganzen Welt über Minen­ab­wehrsys­teme der ATLAS ELEKTRONIK GmbH, die auf diesem Sek­tor seit vier Jahrzehn­ten den Stan­dard vorgibt. Eine beson­dere und zunehmende Rolle erwächst bei dem Ein­satz dieser Tech­nolo­gie aus der Küsten- und Hafenüberwachung. Seem­i­nen kön­nen als impro­visierte Sprengladun­gen ver­gle­ich­sweise ein­fach platziert wer­den und bei der Block­ade neu­ral­gis­ch­er Punk­te ver­heerende Schä­den anricht­en.

SEAOTTER MK II: Minen­ab­wehr auf dem Stand der Tech­nik

Im Mit­telpunkt der aktuellen Aktiv­itäten von ATLAS ELEKTRONIK auf dem Gebi­et der Minen­jagd und -abwehr ste­ht das AUV SEAOTTER Mk II, das unter Ein­satz erhe­blich­er Eigen­mit­tel gegen­wär­tig zur Serien­reife entwick­elt wird. SEAOTTER Mk II bildet die Syn­these aus den Vor­läufer- und Demon­stra­tionspro­jek­ten Mari­dan M600, DeepC und SEAOTTER Mk I. Sys­tem­typ­isch basiert die Kon­struk­tion auf einem mod­u­laren Konzept, sodass Kun­den indi­vidu­elle Sen­soren ein­set­zen kön­nen.

Seaotter Mk II (Foto: ATLAS Elektronik)
Seaot­ter Mk II
Foto: ATLAS Elek­tron­ik
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SEAOTTER Mk II basiert auf einem Flach-Fisch-Design mit ein­er Länge von 3,65 Meter bei ein­er Bre­ite von 1,03 Meter und einem Eigengewicht von ca. 1.000 Kilo­gramm. Die zusät­zliche Nut­zlast kann derzeit bis zu 160 Kilo­gramm betra­gen, abhängig von den Umweltbe­din­gun­gen erre­icht das Sys­tem eine Geschwindigkeit bis zu acht Knoten und eine Tauchtiefe bis zu 600 Metern. Bei ein­er durch­schnit­tlichen Geschwindigkeit von vier Knoten kann das AUV 24 Stun­den vol­lkom­men autonom operieren. Umfan­gre­iche Tests hat SEAOTTER Mk II während der Ver­gan­gen­heit unter anderem 2008 anlässlich der »Com­mon Shield/Harbour Pro­tec­tion Tri­als 2008« unter real­ität­sna­hen Bedin­gun­gen in Eck­ern­förde sowie bei der »Qual­i­fi­ca­tion of UUV for search of mines and IED in har­bours« unter Führung der WTD71 im Mai 2009 absolviert.

In ein­er typ­is­chen Kon­fig­u­ra­tion ver­fügt SEAOTTER MK II im Front­bere­ich über eine hoch auflösende Kam­era mit eigen­er Lichtquelle, über Sonare für die Voraus- und Seit­en­ab­tas­tung, ein Akustik­mo­dem, einen VHF-Transpon­der und mehrere Datenüber­tra­gungssys­teme (Funk, WLAN), um gewonnene und vor­liegende Infor­ma­tio­nen im aufge­taucht­en Zus­tand zur Plat­tform zu über­mit­teln. Der während der Mis­sionsvor­bere­itung pro­gram­mierte Kurs wird bei ein­er max­i­malen Abwe­ichung von weniger als 0,1 Prozent hoch­präzise einge­hal­ten. Stößt das AUV auf ein nicht vorherse­hbares Hin­der­nis – zum Beispiel eine Anker­tau­mine –, so berech­net der Bor­d­com­put­er automa­tisch einen neuen Kurs, um die Block­ade zu umfahren und auf den ursprünglichen Mis­sion­sweg zurück­zukehren. Pro­gram­mierung und Auswer­tung der Mis­sion erfol­gen von ein­er beliebi­gen Über­wassere­in­heit aus.

Da das kom­plette Sys­tem auch in Stan­dard­con­tain­ern bere­it­gestellt wer­den kann, ist der tech­nisch wie auch finanziell aufwendi­ge Ein­bau zusät­zlich­er Kon­solen im OPZ-Bere­ich von Minen­jagdbooten oder auf anderen Plat­tfor­men nicht unbe­d­ingt erforder­lich. Über die Bedi­enkon­sole erfol­gt die kom­plette Mis­sion­s­pla­nung, die Mis­sions­datenüber­tra­gung via LAN oder WLAN an das AUV und die Über­nahme und über­sichtliche Auswer­tung der Dat­en nach Mis­sion­s­ab­schluss. Auf­grund der bish­eri­gen Erfahrun­gen wird SEAOTTER MK II im laufend­en Jahr weit­er opti­miert. Die Verbesserun­gen beziehen sich zum Beispiel auf eine Erweiterung der Ver­ar­beitung hoch auflösender Bild­dat­en und auf die kon­tinuier­liche Erhöhung der Nav­i­ga­tion­s­ge­nauigkeit.

Im Ver­gle­ich zum tech­nol­o­gis­chen Stand des Jahres 2000 hat es auf dem Gebi­et der AUV-Tech­nolo­gie im Wesentlichen drei Fortschritte gegeben: Erstens haben neu entwick­elte Bat­te­rien auf Lithi­um-Poly­mer- Basis zu ein­er wesentlichen Steigerung der autonomen Ein­satz­dauer geführt. Zweit­ens kon­nte die Nav­i­ga­tions­fähigkeit auch unter erschw­erten Bedin­gun­gen (Strö­mungen, Dicht­eschwankun­gen des Wassers) deut­lich verbessert wer­den. Schließlich trägt die kon­tinuier­liche Entwick­lung der Com­put­ertech­nolo­gie dazu bei, AUVs ver­stärkt mit »Intel­li­genz« auszus­tat­ten, die die Präzi­sion bei der Objek­terken­nung kon­tinuier­lich verbessern und dank der mod­u­laren Tech­nolo­gie von ATLAS ELEKTRONIK schnell adap­tiert wer­den kön­nen. In der Summe ergibt sich auch der Effekt, dass die Beschaf­fung von AUVs sich mit­tler­weile auf einem wirtschaftlich darstell­baren Niveau bewegt, das noch vor weni­gen Jahren schw­er real­isier­bar gewe­sen wäre. Die Beschaf­fung eines ersten Los­es von AUVs für die Minen­jagdboote der Klasse 332 der Deutschen Marine ist ab 2013 vorge­se­hen. Für andere Ein­heit­en, die nicht unbe­d­ingt kon­ven­tionelle Minen­ab­wehrein­heit­en sein wer­den, ist eine Beschaf­fung im Anschluss geplant.

Spezial­isierte Fahrzeuge für alle Ein­satzz­wecke

Während SEAOTTER Mk II vor allem der Detek­tion von Minen, aber auch der Kar­tografie von Seege­bi­eten, der Kon­trolle von Unter­wass­er-Pipelines und der Suche nach Rohstof­fen im Meeres­bo­den dient, bietet ATLAS ELEKTRONIK auch UUV-Sys­teme an, die der direk­ten Erken­nung von Sprengkör­pern dienen, ohne dass Besatzun­gen oder Boote gefährdet wer­den. Als beson­ders erfol­gre­ich hat sich die wieder ver­wend­bare Erkun­dungs­drohne SEEFUCHS erwiesen, die bei ein­er Länge von 1,3 Meter und einem Gewicht von 40 Kilo­gramm per Kabel ges­teuert wird. Aus­ges­tat­tet mit unter­schiedlichen Sen­soren, kann SEEFUCHS vor allem Anker­tau- und Grund­mi­nen detek­tieren und iden­ti­fizieren. ATLAS ELEKTRONIK hat bere­its mehr als 2.500 Stück dieses Sys­tems weltweit verkauft.

Nach erfol­gter Erken­nung von Gefahren­quellen – vor allem Minen – von der Plat­tform aus wird die mit ein­er Hohlladung verse­hene SEEFUCHS C (Com­bat) Drohne einge­set­zt, um die Mine zu ver­nicht­en. Der neu entwick­elte und bere­its einge­führte SEEFUCHS T ist eine spezielle Train­ingsvari­ante zum Üben des Ein­satzes der Kampfver­sion SEEFUCHS C. Im Gegen­satz zum SEEFUCHS C besitzt der SEEFUCHS T alle wesentlichen Eigen­schaften des SEEFUCHS C inklu­sive ein­er Train­ingsvari­ante der Zünd- und Sicherung­sein­rich­tung (ZSE), die aber im Gegen­satz zur Kampfver­sion reversibel, d.h. rück­set­zbar ist und keine Sprengladung enthält.

SEEWOLF (Foto: ATLAS Elektronik)
SEEWOLF
Foto: ATLAS Elek­tron­ik
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Eine Ergänzung der SEE­FUCHS-Fam­i­lie stellt der SEEWOLF dar, der ursprünglich zur Bekämp­fung im Meeres­bo­den einge­sunken­er Minen entwick­elt wurde. Während SEEFUCHS C mit ein­er Hohlladung aus­ges­tat­tet ist, ver­fügt SEEWOLF über eine 30-Kilo­gramm- Sprengladung und ein speziell entwick­eltes, so genan­ntes para­metrisches Sonar, das einge­sunkene Minen auch noch in ein­er Tiefe von 1,5 Metern unter dem Meeres­bo­den sich­er relokalisieren und ver­nicht­en kann.

Bei ein­er Länge von zwei Metern eignet sich der SEEWOLF als Miniatur- AUV auch für Anwen­dun­gen des Hafen­schutzes und der Hafenin­spek­tion. So entwick­elte ATLAS ELEKTRONIK im Auf­trag des BWB einen »Demon­stra­tor Har­bour Pro­tec­tion UUV«, bei dem der ursprünglich für die Sprengladung vorge­se­hene Raum mit Sen­soren und elek­tro­n­is­chen Kom­po­nen­ten aus­ges­tat­tet wurde, wodurch ein hoch auflösendes Side Scan Sonar einge­baut wer­den kon­nte. Der Auf­trag der Kon­vertierung des SEEWOLF zum AUV sollte inner­halb kürzester Zeit real­isiert wer­den und war nur dadurch möglich, dass ATLAS ELEKTRONIK auf bere­its vorhan­dene Bausteine wie den Führungsrech­n­er ein­schließlich der Führungs-Soft­ware und der Nav­i­ga­tion­skom­po­nen­ten des SEAOTTERM K II zurück­greifen kon­nte.

Um ins­beson­dere die Möglichkeit­en der Hafenin­spek­tion weit­er auszubauen, beteiligt sich ATLAS ELEKTRONIK seit dem ver­gan­genen Jahr an dem Forschungsvorhaben CVIEW unter Führung des Bun­desmin­is­teri­ums für Wirtschaft und Tech­nolo­gie; über eine Laufzeit von drei Jahren soll ein mod­u­lar aufge­bautes AUV entwick­elt wer­den, das mith­il­fe eines Fächer­lots sowie ein­er entsprechen­den Pla­nungs- und Steuerungssoft­ware auch in engen Gewässern einge­set­zt wer­den kann. Das Ziel des Pro­jek­tes CVIEW ist die Entwick­lung eines semi-autonomen Inspek­tion­ssys­tems, welch­es an Unter­wasser­fahrzeu­gen ange­bracht wer­den kann und der Erken­nung von Anom­alien an Unter­wasser­baut­en sowie Schiff­s­rümpfen dient.

Während ATLAS ELEKTRONIK das AUV (SEEWOLF) bere­it­stellt, wer­den gemein­sam mit den Pro­jek­t­part­nern (Hochschule Bre­men, Fraun­hofer-Anwen­dungszen­trum Sys­temtech­nik und Fraun­hofer-Insti­tut für Bio­medi­zinis­che Tech­nik) hoch­präzise Sen­soren entwick­elt, die zu einem späteren Zeit­punkt auch für Auf­gaben im Nicht-Unter­wasser­bere­ich einge­set­zt wer­den kön­nen. Die Nut­zlast für die Boden­ver­mes­sung ist ein Rand­ab­tast­sonar (Side Scan Look­ing Sonar). Für das Inspizieren von Schiff­s­rümpfen kön­nen ein aufwärts loten­des Sonar und ein TV-Kam­erasys­tem inte­gri­ert wer­den, noch aufgew­ertet durch ein Laser­ab­tast­sys­tem zur drei­di­men­sion­alen Iden­ti­fika­tion von am Schiff­s­rumpf ange­bracht­en Objek­ten. SEEWOLF ist ein kleines und leicht­gewichtiges UUV, das zudem mit einem Trägheit­snav­i­ga­tion­ssys­tem und einem 360-Grad vorauss­chauen­den Sonar für autonome Ein­sätze aus­ges­tat­tet ist. SEEWOLF eignet sich ide­al bei der Bere­it­stel­lung von schneller Unter­wasser­aufk­lärung, der Inspek­tion von Häfen, Pier­an­la­gen, Zufahrts­gewässern und Anker­plätzen.

Ver­net­zte Oper­a­tio­nen im »Schwarm«

Die zunehmende Zahl inter­na­tionaler Koop­er­a­tio­nen – sowohl mil­itärisch als auch ziv­il – erfordert außer­dem die Zusam­men­fas­sung von AUV-Kapaz­itäten unter­schiedlich­er Mari­nen auf der Ebene ver­net­zter Mis­sio­nen. Mehrere AUVs kön­nen – auch im Ver­bund mit unbe­man­nten Über­wass­er- Plat­tfor­men – schneller größere Gebi­ete gle­ichzeit­ig sondieren und die Effek­tiv­ität der Minen­jagd noch weit­er steigern.

Aus EU-Mit­teln gefördert, hat ATLAS ELEKTRONIK gemein­sam mit anderen europäis­chen Part­nern inzwis­chen die entschei­den­den tech­nol­o­gis­chen Grund­la­gen geschaf­fen, AUV-Mis­sio­nen mit Fahrzeu­gen unter­schiedlich­ster Betreiber und Her­steller zu ermöglichen. Während eines ersten Pro­jek­tes, das im ver­gan­genen Jahr abgeschlossen wurde, ging es um die Schaf­fung ein­er ein­heitlichen Struk­tur, auf deren Basis die Fahrzeuge miteinan­der kom­mu­nizieren und Abwe­ichun­gen vom vorgegebe­nen Mis­sion­skurs selb­st­ständig kor­rigieren. Statt ein­er einzel­nen Drohne, die sich ver­gle­ich­sweise lang­wierig in einem viele Quadrat­meilen großen Seege­bi­et bewegt, kann damit ein Drohnen­schwarm einge­set­zt wer­den, der gle­ich­sam intel­li­gent und schnell agiert. Nicht von unge­fähr lautet denn auch der Pro­jek­t­name GREX: Er ste­ht lateinisch für das Wort »Gruppe«.

SEABEE (GREX) (Foto: ATLAS Elektronik)
SEABEE (GREX)
Foto: ATLAS Elek­tron­ik

Die Auf­gaben­stel­lung der Ver­net­zung zahlre­ich­er AUVs kon­nte ATLAS ELEKTRONIK nur auf­grund umfassender Erfahrun­gen in der AUV-Kon­struk­tion und der Inte­gra­tion unter­schiedlich­ster Kom­po­nen­ten zu kom­plex­en Sys­te­men lösen. Beson­ders die Eigen­heit­en der indi­vidu­ellen autonomen Fahrzeuge galt es zu berück­sichti­gen, die sich in vielfältiger Hin­sicht unter­schei­den. Ver­schiedene Marschgeschwindigkeit­en, unter­schiedliche Nav­i­ga­tion­s­ge­nauigkeit­en oder eingeschränk­te Möglichkeit­en von Online- Umpla­nun­gen wirken sich auf die Art der Koop­er­a­tion und damit auf die gesamte Mis­sions­führung aus. Mit der im Pro­jekt entwick­el­ten »GREX-Box« als Hard- und Soft­ware- Schnittstelle sowie einem auf jeden Drohnen­typ indi­vidu­ell anpass­baren Mis­sions- Inter­face kon­nte sichergestellt wer­den, dass die Koor­dinierung der indi­vidu­ellen Fahrzeuge während des Mis­sion­s­ablaufs erfol­gre­ich durchge­führt wer­den kon­nte.

Zum Autor
Dr. Bernd Waltl ist Pro­duk­t­man­ag­er für Unbe­man­nte Unter­wass­er Vehikel (UUV) und Jörg Kalwa Sys­temin­ge­nieur Inno­va­tion UUV im Unternehmen ATLAS ELEKTRONIK GmbH