Missionen in 5.000 Metern Tiefe

Ingenieurskunst | Innovationen | Weit unter der Meeresoberfläche herrschen extreme Bedingungen, die die Forschung am Meeresboden fast unmöglich machen. Aber eben nur fast, denn Unterwasserfahrzeuge sollen jetzt helfen. Das "Modifiable Underwater Mothership", auch liebevoll MUM genannt, soll 5.000 Meter in die Tiefe tauchen können. Dort unten kann es uns Menschen enorm weiterhelfen – auf ganz unterschiedliche Weise.

Zwei Drittel der Oberfläche unseres Planeten sind wasserblau. Sieben Meere umschlingen das Land, drei Ozeane trennen die Kontinente. Schon immer übten diese Gewässer eine Faszination auf den Menschen aus. Vor allem, weil weite Teile des Meeresbodens völlig unerforscht sind. Die harten Wetterbedingungen an der Wasseroberfläche erschweren die Forschung in der Tiefe enorm. Unbemannte Unterwasserfahrzeuge sollen nun Abhilfe schaffen.

Darum haben sich unsere Ingenieure mit Forschern der TU Berlin und der Universität Rostock sowie mit Ingenieuren von EvoLogics zusammengetan. Ihr Ziel: Eine neue Klasse unbemannter Unterwasserfahrzeuge entwickeln. Mit ihnen sollen Arbeiten auf dem Grund der Weltmeere möglich werden.

Large Modifiable Underwater Mothership (MUM) nennt sich das Projekt. Drei Jahre lang, bis 2020, wird es durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. „Wir wollen eine modulare Produktfamilie schaffen“, sagt Hendrik Wehner, der das Projekt bei thyssenkrupp in Kiel mitbetreut. „Ziel ist ein Unterwasserfahrzeug aus verschiedenen Modulen, die je nach Einsatzart und -ort gewechselt werden können.“

MUM: Ein wichtiger Kollege unter Wasser

Tatsächlich sind wir auf Hilfe auf dem Grund der Meere angewiesen. Kein Mensch wagt sich in Tiefen von mehr als 200 Meter hinab – zu groß sind die gesundheitlichen Risiken, die bei freien Tauchgängen hier für das Gehirn des Menschen bestehen. Die Arbeit in Tauchglocken, über Roboterarme und Kameras bietet aber nicht die notwendige Flexibilität.

Neben dem gewaltigen Druck unter Wasser erschweren auch die Bedingungen an der Meeresoberfläche die Arbeit der Forscher. „Wegen der rauen Umweltbedingungen sind Überwassereinsätze auf hoher See oft nicht oder nur eingeschränkt möglich. Unterwasserfahrzeuge sind für die Wartung oder die Montage in vielen Fällen die bessere Wahl“, so Wehner.

Mehr als 40 Anwendungsgebiete haben unsere Ingenieure zusammen mit ihren Partnern analysiert. Schließlich haben sie drei von ihnen als Entwicklungsbasis der MUM-Module ausgewählt.

Um Karten der Unterwasserwelt zu erstellen, muss das MUM in der Lage sein, seismische Sensoren in großen Tiefen absetzen und wieder aufnehmen. Aber auch in der Öl- und Gasförderung bieten sich Einsatzmöglichkeiten für das Unterwasserfahrzeug. Denn die Bohrstellen müssen regelmäßig gewartet werden. Die Ventile der Bohrlöcher liegen oft in bis zu 3.000 Meter Tiefe und mehr als 100 Kilometer von den Förderplattformen entfernt. Fällt eines der tonnenschweren Unterwassersteuermodule, Subsea Control Modules, aus, können die Kosten schnell in die Millionen gehen. „Das ist eine spannende Einsatzmöglichkeit für ein MUM, weil die SCM sehr schwer sind und relativ nah an den sensiblen Bohranlagen liegen“, erläutert Wehner.

Unterwasserfahrzeuge können bei Wartungen auf dem Meeresboden helfen.Unterwasserfahrzeuge können bei Wartungen auf dem Meeresboden helfen.

Auch der Tiefseebergbau ist ein denkbares Einsatzgebiet. Am Meeresboden befinden sich Kobaltkrusten, Manganknollen und metallhaltige Schwefelverbindungen, die in rauen Mengen Kupfer, Zink, Gold und Silber enthalten. Schon heute hält Deutschland eine Tiefsee-Förderlizenz im Nordostpazifik. In der Region zwischen Hawaii und Mexiko liegen vier bis sechs Kilometer unter der Wasseroberfläche Manganknollen. Die entsprechende Fördertechnik hat nur in großen Überseecontainern Platz und muss präzise auf den Meeresgrund geschleppt werden. „Für diese Transportaufgaben würden wir gern MUM einsetzen“, so Wehner.

Modulare Bauweise für die Unterwasserfahrzeuge

Aber unsere Ingenieure und Partner müssen nicht gleich das Rad neu erfinden. Kabelgeführte Unterwasserfahrzeuge gibt es tatsächlich schon seit vielen Jahren. Auch autonome Unterwasserfahrzeuge sind schon seit geraumer Zeit im Einsatz.

Was also macht das MUM so besonders? „Klassische Unterwasserfahrzeuge werden für eine bestimmte Aufgabe konstruiert.“, erklärt Projektingenieurin Pia Haselberger. So unterscheidet sich das MUM vor allem durch seine modulare Bauweise und den Brennstoffzellenantrieb von bestehenden Modellen. „Wir wollen einzelne Basismodule für Grundfähigkeiten wie Antrieb und Energiebereitstellung entwickeln, die zusammen mit speziellen Missionsmodulen den Funktionsumfang des MUM beliebig erweitern.“, so die Ingenieurin.

Mit etwa vier Knoten – das entspricht ungefähr Schrittgeschwindigkeit – soll das Gefährt nach seiner Fertigstellung in die Tiefen des Meeres vordringen. Dort kann es dank seiner Brennstoffzelle mehrere Wochen lang ohne Unterbrechung in bis zu 5.000 Meter Tiefe arbeiten. Die Brennstoffzelle muss über lange Zeit und in einer Reichweite von über 1.000 Kilometern autonom funktionieren. Unterschiedliche Druckkörper sollen deshalb für unterschiedliche Umgebungsdrücke ausgelegt sein.

Unterwasserfahrzeuge und ihre Entwicklung – viele kluge Köpfe kommen zusammen

Die Aufgabenverteilung zwischen Ingenieure und Wissenschaftler ermöglicht allen Partnern ihre bestehende Expertise einzubringen. So entwickeln die Forscher der Universität Rostock ein Steuerungssystem, das an die variable Fahrzeugstruktur angepasst ist und sammeln in verschiedenen Tauchversuchen notwendige Messdaten, um die Parameter für das Bewegungsmodell und den Tiefenregler zu bestimmen. Nur einige Kilometer weiter, bei thyssenkrupp in Kiel, kümmern sich sechs unserer Maschinen- und Schiffbauer um die technische Gestaltung von Fahrzeug und Antrieb und führen die Entwicklungen aller Partner in verschiedenen Entwürfen zusammen.

Darüber hinaus arbeiten auch einige Kollegen in Bremen an Lösungen für das Führungs- und Navigationssystem des Fahrzeugs. Drei Forscher an der TU Berlin entwerfen wiederum Propellerantriebe für eine hohe Positioniergenauigkeit und bauen ein Modell, um MUM-Varianten zu testen. EvoLogics aus Berlin ist in der Unterwasser-Kommunikationstechnik zu Hause und entwickelt das Telemetrie-Netzwerk des Systems.

„Ich weiß nicht, ob wir alles schaffen, was wir uns vorgenommen haben – denn das Projekt ist ziemlich visionär“, sagt Projektleiter Marc Schiemann. „Aber wir haben ein fantastisches Team!“ Bereits bis 2019 soll ein maßstabgetreues Modell im Verhältnis 1:5 ersten Tests standhalten. Drei Jahre später könnten die ersten Prototypen die Weltmeere erkunden. Und schon in zehn Jahren könnten erste MUMs in die dunkle Welt der Tiefsee aufbrechen.

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