China spürt amerikanische U-Boote mit fliegenden Quantensensoren auf

Chinesische Forscher haben einen Durchbruch beim Aufspüren von U-Booten erreicht, berichtet scmp.com. Sie haben im Meer einen neuartigen Quantensensor getestet, der an einer Drohne montiert war. Dieser soll nicht nur günstiger als westliche Gegenstücke sein, sondern auch präziser.

Um U-Boote aufzuspüren, werden derzeit hauptsächlich 2 Methoden verwendet. Die bekanntere ist Sonar. Dabei werden Schallsignale ausgesandt. Ähnlich wie bei Radar prallen diese von Objekten ab und werden zurückgeworfen. So weiß man, wo sie das feindliche U-Boot befindet.

Schwankungen im Magnetfeld der Erde erkennen

Die zweite Methode nutzt OPMs (Optically Pumped Magnetometers). Diese Sensoren erkennen Schwankungen im Magnetfeld der Erde, die durch metallische Objekte ausgelöst werden – in diesem Fall durch ein U-Boot. Einer der größten Anbieter für OPMs ist das kanadische Unternehmen CAE mit seinem System MAD-XR.

OPMs funktionieren in der Luft und können von Flugzeugen, Hubschraubern und Drohnen eingesetzt werden. Sonar muss hingegen im Wasser sein. Flugzeuge und Hubschrauber, die für den Kampf gegen U-Boote genutzt werden, haben deshalb Sonarbojen an Bord, die sie bei Bedarf abwerfen.

Die Anzahl der Bojen ist aber, je nach verfügbaren Stauraum im Fluggerät, beschränkt. Außerdem sind diese Bojen teuer und werden oft nach dem Einsatz nicht mehr geborgen. Hinzu kommt, dass Antriebe von modernen U-Boote immer leiser werden und spezielle Beschichtungen haben, die Sonarsignale unterdrücken.

Blinde Zonen

Aber auch OPMs sind nicht fehlerfrei. Sie haben blinde Flecken, die nur durch den Einsatz mehrerer Sensoren reduziert werden können und noch dazu blinde Zonen. Diese Zonen sind besonders groß in Gebieten in niedrigen Breitengraden, wo das Magnetfeld nahezu parallel mit der Erdoberfläche verläuft. Und in so einem Gebiet ist das Südchinesische Meer, das zwischen China, Vietnam, Taiwan und den Philippinen liegt.

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Hier kommt die neue Technologie der chinesischen Forscher ins Spiel. Sie nennen sie Coherent Population Trapping Atomic Magnetometer (CPTAM). Der Sensor nutzt den Quanten-Interferenz-Effekt in Rubidium-Atomen, um Schwankungen in der Energiestärke zu messen, die von Magnetfeldern ausgehen. Daraus entstehen 7 Mikrowellen-Resonanz-Signale, die linear mit Magnetfeldstärken korrelieren.

Was das bringt? Laut den Forschern funktioniert der Sensor so in alle Richtungen, unabhängig von der Ausrichtung und auch bei Gewässern in niedrigen Breitengraden. Die Präzision entspreche grundsätzlich der von MAD-XR. „MAD-XR ist aber zu anspruchsvoll und zu teuer und weniger präzise in niedrigen Breitengraden, wodurch die praktischen Anwendungsmöglichkeiten reduziert werden“, sagt Wang Xuefeng, der zusammen mit Kollegen CPTAM entwickelt hat.

Drohne fliegt Meeresoberfläche ab

Für den Test wurde CPTAM an eine Multicopter-Drohne gehängt. Die Seile waren 20 Meter lang, um elektromagnetische Störungen, die von der Drohne ausgehen, zu minimieren. Um die Präzision des Systems zu erhöhen, wurden die Daten mit einem Fluxgate-Magnetometer an Land verknüpft. Algorithmen haben Rauschen entfernt und die tägliche Oszillation des Magnetfelds der Erde kompensiert.

Das Ergebnis war eine hochauflösende Magnetfeld-Karte eines 400 x 300 Meter großen Gebiets, das die Drohne abgeflogen hat. Die Forscher sehen vielfältige Anwendungen für diese Technologie. Laut ihnen könne man mit CPTAM Ölfelder unter dem Meeresboden, archäologisch bedeutende Wracks und sogar tektonische Verschiebungen aufspüren.

Noch nicht für den Kriegseinsatz erprobt

Allerdings sind sie sich bewusst, dass CPTAM derzeit vorrangig für Chinas Rüstungsindustrie relevant ist. Daher erwähnen sie mehrmals in der Studie den Vorteil gegenüber MAD-XR. Sie betonen, dass CPTAM nur einen Bruchteil davon kostet und in Gewässern in niedrigen Breitengraden bessere Ergebnisse liefert.

MAD-XR hat aber den Vorteil, dass es schon seit Jahren im Einsatz ist. Es wird u. a. von den USA, Japan und anderen NATO-Ländern für die Meeresüberwachung genutzt. CPTAM muss erst noch in Tests unter härteren Bedingungen beweisen, dass es auch für den militärischen Einsatz reif ist.

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Drohnenwall gegen U-Boote

Für China wäre das System vor allem relevant, falls es seine Drohung wahrmacht und Taiwan angreift. Im Falle einer chinesischen Invasion haben nämlich die USA angekündigt, Taiwan beistehen zu wollen.

Mit CPTAM könnte China mit vergleichsweise günstigen und kleinen Drohnen das Meer überwachen. So könnte ein dichtes Netz entstehen, mit dem amerikanische und taiwanische U-Boote und Kamikaze-Unterwasserdrohnen in Echtzeit aufgespürt werden. Wird eine Bedrohung erkannt, könnte eine andere Drohne einen Mini-Torpedo abwerfen. Weil die Position des Feindes genau bestimmt werden kann, ist ein Torpedo mit geringer Reichweite ausreichend, um diesen zu bekämpfen.

So ein Drohnenwall könnte semi-autonom oder sogar komplett autonom funktionieren. Es wäre dann quasi eine fliegende Alternative zu einem Seeminenfeld. Gerät ein U-Boot ins Überwachungsnetz, wird es automatisiert bekämpft. Dafür müsste aber eine Art Freund-Feind-Erkennung geschaffen werden, damit nicht Chinas eigene U-Boote angegriffen werden. Möglich wäre das etwa, in dem eine Datenbank mit Magnetfeld-Störungen von chinesischen U-Booten aufgebaut wird. Alles, was kein als Freund klassifizierte Magnetfeld-Signatur hat, wird angegriffen.

Besonders in der relativ seichten Taiwanstraße wäre so eine Drohnen-basierte Anti-U-Boot-Kriegsführung relevant für China. Denn China würde die Meerenge nutzen, um mit Landungsschiffen Truppen auf die taiwanische Hauptinsel zu bringen. Die großen und langsamen Schiffe wären ein leichtes und lukratives Ziel für lauernde U-Boote und Unterwasserdrohnen der US Navy oder der taiwanischen Streitkräfte.