Posydon: BAE Systems entwickelt Navigationssystem für U-Boote

U-Boote sollen ihre Position unter Wasser anhand von Schallsignalen ermitteln. Die Darpa lässt ein Navigationssystem entwickeln, das die Funktionsweise von GPS nachahmt.

Artikel veröffentlicht am 16. Juni 2016, 11:43 Uhr, Werner Pluta

Posydon: Schallquellen unter Wasser senden permanent Signale. (Bild: BAE Systems)

Orientierung für U-Boote: Die Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa), die Forschungsagentur des US-Verteidigungsministeriums, lässt ein Navigationssystem entwickeln, das unter Wasser funktioniert. Es arbeitet mit Schall- statt mit Funksignalen.

Positioning System for Deep Ocean Navigation (Posydon) heißt das System, das der britische Rüstungskonzern BAE Systems zusammen mit Forschern des Massachusetts Institute of Technology, der Universität von Texas in Austin und der Universität von Washington in Seattle entwickelt. Es ahmt die Funktionsweise des Global Positioning Systems (GPS) nach und ermöglicht es U-Boot-Besatzungen so, ihre aktuelle Position zu bestimmen, ohne auftauchen zu müssen.

Schiffe navigieren mit GPS

Auf dem Wasser navigieren Schiffe heutzutage mit dem US-Satellitennavigationssystem GPS. Satelliten kreisen um die Erde und senden jede Sekunde ein Signal zur Erde. Bei einem Empfänger gehen die Signale mehrerer Satelliten ein und dieser errechnet aus der Signallaufzeit per Triangulation daraus die Position des Empfängers.

Was an der Oberfläche sehr gut funktioniert - die Genauigkeit liegt im Bereich weniger Meter -, steht darunter jedoch nicht zur Verfügung. Funkwellen breiten sich im Wasser nicht sehr weit aus. U-Boote können ihre Position also bei GPS nur im aufgetauchten Zustand bestimmen. Unter Wasser nutzen sie die traditionelle Koppelnavigation.

Auf U-Booten wird gekoppelt

Als Hilfsmittel wird dazu eine sehr empfindliche inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) eingesetzt. Sie erfasst die Bewegungen des U-Boots und ermöglicht es dadurch, die aktuelle Bestimmung, ausgehend von der letzten GPS-Position, zu ermitteln. So eine IMU ist für kleine unbemannte U-Boote, von denen die US-Marine künftig ganze Flotten einsetzen will, nicht gut geeignet: Die IMU ist unhandlich und teuer.

Bei dem Unterwasser-Navigationssystem werden ebenfalls Signale übertragen. Nur der Übertragungsweg ist ein anderer: Statt Funk nutzt Posydon Schall, der sich unter Wasser gut ausbreitet. Dazu sollen im Meer Schallquellen ausgesetzt werden, die ständig ein Zeitsignal aussenden. Zusammen mit der bekannten Position der Schallquellen kann ein Empfänger per Triangulation dann seine Position errechnen.

Schall hat nicht immer die gleiche Geschwindigkeit

Das klingt allerdings einfacher, als es ist: Ein Funksignal bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit durch das Vakuum und wird auch in der Atmosphäre nicht viel langsamer. Bei einem Schallsignal unter Wasser ist das anders: Die Geschwindigkeit hänge vom Salzgehalt und der Temperatur des Wassers ab, sagte Joshua Niedzwiecki, Bereichsleiter Sensor Processing and Exploitation bei BAE Systems, dem US-Magazin The Atlantic.

Der Salzgehalt der verschiedenen Meere ist sehr unterschiedlich. Die Wassertemperatur schwankt schon im gleichen Meer erheblich. Die Entwickler arbeiten derzeit an Modellen, um dieses Problem zu lösen.

Zudem verlangt die US-Marine den Nachweis, dass die akustischen Signale Delfine und Wale nicht beeinträchtigen. Die Meeressäuger kommunizieren ebenfalls per Schall und nutzen ihn für die Navigation. Posydon soll aber laut BAE Systems auf Frequenzen funken, die die Tiere nicht stören.