Sonar bietet die Möglichkeit Objekte unter Wasser durch Schall zu orten und zu visualisieren, dies geschieht nach dem Echoprinzip. Der Begriff ist ein Akronym in Englisch und bedeutet „Sound navigation and raging“, also Schallnavigation- und Entfernungsbestimmung. Bei der Nutzung von diesem Ortungssystem werden Schallwellen im Raum ausgesendet und wieder empfangen, die Auswertung dieses Echos ermöglicht eine Navigation unter Wasser. So können Hindernisse wie Berge oder Schiffe ausgemacht und umfahren werden, auch größeren Gegenständen kann so besser ausgewichen werden. Die Ortungsmöglichkeit mit Wasserschall wurde bereits im 1500 Jahrhundert erstmals erwähnt, die Entwicklung dieser Technologie jedoch erst wesentlich später angestrebt.
Funktion von Schall Navigation
Sonar sendet Schallwellen aus und misst, wie lange es dauert, bis ein Echo empfangen wird. In flachem Wasser werden diese Schallwellen schneller reflektiert als in der Tiefsee. In tieferem Gewässer benötigt dieser Schall mehr Zeit, um zurück zu gelangen. Mit dieser Technologie und Auswertung des Schalles kann eine Entfernungsmessung durchgeführt werden. Grundsätzlich wird bei der Entfernungsmessung zwischen aktivem und passivem Sonar-System unterschieden. Bereits 1915 wurde an dieser Entwicklung gefeilt, die ersten Modelle konnten Feinde unter Wasser auf circa 1500 Meter orten, waren jedoch nicht so detailreich, wie nötig.
Aktive Schallnavigation
Bei der Anwendung von aktiver Schall-Navigation werden besonders energiereiche Signale gesendet, die auch die eigene Position preisgeben können. Das dabei ausgesendete Signal kann auch mit bloßen Ohren gehört werden und haben eine extrem große Reichweite.
Das Echolot, eine Form des aktiven Sonars, wird nicht nur bei Kriegsschiffen verwendet, auch die Forschung nutzt diese Technik, um die Beschaffenheit und den Aufbau des Meeresbodens zu analysieren, ebenso verwenden Forscher einen Side Scan Sonar, hier werden fächerförmige Impulse gesendet. Zusätzlich wird das aktive Sonar für die Hochseefischerei genutzt, um Fischschwärme aufzuspüren, die Sonar Monitore zeigen dann eine Visualisierung der Struktur des Gebietes, eventuelle Störfaktoren oder Fische.
Passive Schallnavigation
Das passive Sonar wird verwendet, um akustische Signale und Geräusche unter Wasser aufzuspüren, meist wird hierzu ein Hydrophon verwendet, ein Unterwasser-Mikrofon. Das passive Verfahren sendet keinen eigenen Signale aus und kann somit nicht geortet werden.
Passivsonar findet überwiegend Verwendung in U-Booten, um den eigenen Standort nicht preiszugeben, die Navigation gestaltet sich hier schwieriger als beim aktiven Sonar. Es werden umfangreiche Hydrophonanordnungen zur Bestimmung der Richtung und Trennung des Geräusches von anderen Geräuschquellen notwendig, die eigentliche Entfernung muss separat ermittelt werden. Durch die Anwendung von Algorithmen, bei denen die eigene Bewegung ausgewertet wird, kann eine ungefähre Entfernung des Ziels berechnet werden.
Nutzung von Sonar auf U-Booten
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde das Echolot entwickelt und patentiert, mit diesem Gerät konnten elektroakustische Messungen in Wassertiefen vom Inneren des U-Bootes durchgeführt werden und gewann immer mehr an Bedeutung. Der grundsätzliche Unterschied zwischen Echoloten und Geräten mit Sonar ist, dass Echolote überwiegend vertikale und Sonare meist eine horizontale Ortung durchführen.
Im Rahmen des ersten Weltkriegs wurden aktive Sonare weiterentwickelt, um U-Boote oder ein Atom-U-Boot zu orten, durch die aufwendige Entwicklung wurde diese Technologie im Krieg nicht angewendet, genutzt wurden verschiedene Versionen der passiven Anlagen.
Entwicklung der Sonar Technik nach dem ersten Weltkrieg
Im zweiten Weltkrieg wurden in Unterwasserbooten Anlagen mit aktivem Sonar eingesetzt, diese sendeten kurze Impulse im Frequenzbereich zwischen 15 und 40 kHz. Eigene Geräusche des Schiffs und explodierte Wasserbomben erschwerten die Ortung durch diese aktiven Sonar-Messtechniken, die tatsächliche Reichweite dieser Anlagen im U-Boot ist stark abhängig von den Wasser- und Wetterverhältnissen. Zusätzlich erschwert wurde die Nutzung dieser Anlagen durch fehlende Schwenkmöglichkeiten. Meist wurden gegnerische Unterwasserboote jedoch nur im aufgetauchten Zustand geortet, da diese damals nur bei Angriff oder Gefahr tauchten. Nach einem Angriff mit Wasserbomben ging der Sonarkontakt meist unmittelbar danach verloren.
Eine veraltete und kaum noch genutzte Technologie sind sogenannte Search Light-Suchscheinwerfer, hier wird der Sender / Empfänger mechanisch gedreht und kann immer nur in eine Richtung senden, heutige U-Jagd-Sonare verwenden meist eine Kreis- oder Teilkreisanlage, die Sender und Empfänger werden bei dieser Technik im Kreis übereinander angeordnet und gewährleistet eine Überwachung in alle Richtungen zur gleichen Zeit. Mit diesem Modell kann alles überwacht und dennoch gezielt detektiert werden.
Aufgrund der Signallaufzeit, für jeden Winkel-Schritt, war eine Überwachung mit Aktivsonar besonders zeitintensiv, daher wurde meist ein Radar für die Gebietsüberwachung genutzt, dieser arbeitet mit elektromagnetischen Wellen, die eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit haben.
Nutzung aktiver Sonars
Aktive Sonars werden vor allem als U-Jagd-Sonar genutzt, hierbei werden feindliche U-Boote gezielt aufgespürt und bekämpft. Meist wurde ein Suchstrahl-Sonar (Search-Light-Sonar) verwendet, diese Light-Suchscheinwerfer-Sonare sendet auf Frequenzen zwischen 15 und 40 kHz und sendet kurze Schallimpulse, die auch „Pings“ genannt werden. Wichtig war es, den aufgenommenen Kontakt mit dem Ziel zu halten, beispielsweise mit Suchstrahl-Sonargeräten. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde das Panorama-Sonar eingesetzt, dieses sendet sektorweise und rundum.
Verschiedene Sonartypen
Die genannten Sonarmodelle unterscheiden sich durch deren Verwendung und den Aufbau. Genutzte Modelle sind:
HMS, dieses Modell wir direkt am Rumpf der Schiffe befestigt und soll gute Sicht nach vorne ermöglichen.
Das Schleppsonar TAS wird an einem Kabel hinter dem Schiff hergeschleppt und dient der Jagd nach U-Booten, ähnlich dem VDS-Schleppsonar, bei dem ein kompaktes Gerät geschleppt wird.
Das Seitenantennensonar FAS wird an beiden Seiten des Rumpfes montiert und arbeitet passiv.
LFAS-Modelle senden aktiv auf tiefen Frequenzen, meist zwischen 100 Hz und 3 kHz, im Gegensatz zum Minenjagdsonar, welches hochfrequent arbeitet und Minen, sowie Drohnen ausfindig macht.
Einige Geräte werden von Flugzeugen aus genutzt, die Sonoboje wird vom Flugzeug oder Hubschrauber aus abgeworfen und in einer vorgegebenen Tiefe platziert, ausgestattet mit mehreren Hydrophonen können Signale empfangen und an das Flugzeug in der Luft weitergeleitet werden.
Schädigung von Meerestieren
Durch die militärische Nutzung dieser Geräte auf niederen Frequenzen können Meerestiere durch die entstandenen Geräusche erschrecken, betäuben und sogar getötet werden.
