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Aug 13, 2023

DARPA startet Programm zur Suche nach einem lautlosen U-Boot-Antrieb „Roter Oktober“.

Basierend auf einem Handlungspunkt aus dem Filmthriller „Die Jagd nach Rot“ von Sean Connery aus dem Jahr 1990

In Anlehnung an die Handlung des Sean Connery-Filmthrillers „Die Jagd auf Roter Oktober“ aus dem Jahr 1990 arbeitet DARPA an einem superleisen U-Boot-Antrieb, der keine beweglichen Teile hat und mithilfe von Magneten und Elektrizität für Vortrieb durch das Wasser sorgt.

Im Roten Oktober wurde das titelgebende sowjetische Super-U-Boot mit einem fiktiven Tarnkappenantrieb ausgestattet, der auf einer sehr realen Technologie basierte. Seit den späten 1950er Jahren interessieren sich Ingenieure für ein exotisches Konzept namens Magnetohydrodynamik (MHD). Es ist ein sehr einfaches Prinzip, das einen sehr einfachen Antriebsmechanismus hervorbringt.

Bei einem MHD-Antrieb wird einer Flüssigkeit wie Luft oder Wasser eine elektrische Ladung verliehen und diese dann durch ein elektromagnetisches Feld beschleunigt, wodurch Schub entsteht. Grundsätzlich besteht ein MHD-Antrieb aus einem Hohlrohr mit Elektroden an einem Ende und Magnetspulen darum herum. Da das Gerät über keine Wellen, Zahnräder, Propeller, Turbinen oder Düsen verfügt, erzeugt es sehr wenig Lärm, und selbst die geringe Menge, die er erzeugt, kann auf natürliche Quellen zurückgeführt werden.

Ein solcher Stealth-Antrieb wäre für die U-Boot-Kriegsführung von unschätzbarem Wert. Dadurch könnten U-Boote nicht nur vor Jägern verborgen bleiben, es wäre auch eine große Hilfe bei Aufklärungs- und Geheimdienstmissionen, da das störende Audiosignal des Bootes entfernt wird, während sein Sonar Daten sammelt.

Die Frage ist: Wenn diese Technologie so wertvoll ist, warum wird sie dann seit über 60 Jahren nicht mehr eingesetzt, außer in einigen experimentellen Überwasserbooten? Die Antwort ist zweifach. Erstens müssen die elektromagnetischen Spulen extrem leistungsstark sein, und es ist nicht einfach, Spulen herzustellen, die leicht und effizient genug sind, um in einem U-Boot eingebaut zu werden. Zweitens müssen die Elektroden einem starken Verschleiß durch Korrosion, Hydrolyse und Erosion standhalten, die durch die Wechselwirkung von Magnetfeldern, elektrischem Strom und Salzwasser verursacht werden.

In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Magneten große Fortschritte gemacht, aber es gibt immer noch Raum für Verbesserungen und die Suche nach den richtigen Materialien für die Herstellung der Elektroden bleibt ein Problem.

Um dies zu überwinden, hat die DARPA ihr 42-monatiges Programm „Prinzipien für magnetohydrodynamische Unterwasserpumpen“ (PUMP) ins Leben gerufen, das mehrere Ansätze zur Lösung dieser Probleme verfolgen wird, um einen praktischen militärischen MHD-Antrieb zu schaffen, allerdings ohne die finstere Präsenz von Herrn Connery.

„Der bisher beste Wirkungsgrad eines magnetohydrodynamischen Antriebs wurde 1992 auf der Yamato-1 nachgewiesen, einem 30 m (100 Fuß) langen Schiff, das bei einer magnetischen Feldstärke von etwa 4 Tesla 6,6 Knoten mit einem Wirkungsgrad von etwa 30 % erreichte. ", sagte Susan Swithenbank, PUMP-Programmmanagerin im Büro für Verteidigungswissenschaften der DARPA. „In den letzten Jahren hat die kommerzielle Fusionsindustrie Fortschritte bei Seltenerd-Barium-Kupferoxid-Magneten (REBCO) gemacht, die großflächige Magnetfelder von bis zu 20 Tesla gezeigt haben, die möglicherweise einen Wirkungsgrad von 90 % in einem magnetohydrodynamischen Antrieb ergeben könnten.“ Das ist es wert, weiterverfolgt zu werden. Nachdem nun die gläserne Decke bei der Erzeugung hoher Magnetfelder durchbrochen wurde, strebt PUMP einen Durchbruch zur Lösung des Problems der Elektrodenmaterialien an.“

Bei den Elektroden besteht ein großes Hindernis darin, dass sich über den Elektrodenoberflächen häufig Gasblasen bilden. Dadurch werden sie isoliert, was die Effizienz verringert, und wenn die Blasen kollabieren, können sie die Elektroden beschädigen, als ob sie wiederholt mit Hämmern geschlagen worden wären. Durch die Entwicklung von Computermodellen, die die Wechselwirkungen des Magnetfelds, der hydrodynamischen und der elektrochemischen Reaktionen auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen bewerten, könnte es möglich sein, die Hydrodynamik, Elektrochemie und Magnetik anzupassen, um den Schaden zu verringern und gleichzeitig die Effizienz zu steigern.

„Wir hoffen, Erkenntnisse zu neuartigen Materialbeschichtungen aus der Brennstoffzellen- und Batterieindustrie zu nutzen, da sie sich mit dem gleichen Problem der Blasenbildung befassen“, sagte Swithenbank. „Wir sind auf der Suche nach Experten aus allen Bereichen, um Teams zu bilden, die uns dabei helfen, endlich einen magnetohydrodynamischen Antrieb im militärisch relevanten Maßstab zu realisieren.“

Quelle: DARPA