- Deutsches Marine Kompetenznetz – DMKN

VOM AUFTRAG HER BAUEN ...
SWATH-SCHIFFE
Thomas Wever
„Das Design bzw. die Ausrüstung einer
Schiffsklasse richtet sich nach den diesen
Einheiten zugewiesenen Aufgaben und den
damit verbundenen Fähigkeiten.“ Diese
Aussage des damaligen Befehlshabers der
Flotte (2008) wird in der Konzeption „Marine 2025+“ genauer formuliert.
lerweise vom Seegang unabhängige Präsenz und Auftragserfüllung im Seegebiet
Vorrang. Diese neue erforderliche Fähigkeit wird durch den zunehmenden Einsatz
von bemannten und unbemannten Aufklärungsfahrzeugen über, auf und unter Wasser unterstrichen.
über 40 Knoten (kn) unter bewusster Inkaufnahme geringerer Seeausdauer erreichen. Trimarane und Katamarane haben
jedoch nachgewiesene Schwächen bei höherem Seegang. Katamarane und SWATHSchiffe sind hingegen beim Ladungsgewicht eingeschränkt.
Das SWATH-Prinzip
Forschungsschiff PLANET im Hafen von La Spezia (Fotos T. Wever)
Seit Ende des Ost-West Konfliktes vor
25 Jahren befindet sich die Bundeswehr
in einem kontinuierlichen Umbauprozess.
Mit Ende des Kalten Krieges haben sich
Einsatzgebiet und Auftrag geändert. Die
Bundeswehr ist zu einem Instrument der
Außenpolitik geworden. Für die Marine
wird der Wandel in der Konzeption Marine 2025+ im Motto „Von der Escort Navy
zur Expeditionary Navy“ deutlich.
Für den Schutz größerer Einheiten im
Rahmen von Eskortaufgaben eines Verbandes ist eine Erhöhung der Geschwindigkeiten erforderlich. Mit den neuen Aufträgen
hat eine möglichst kontinuierliche, idea-
26
Die neuen Aufgaben sollten sich in angepassten Plattformkonzepten widerspiegeln. In diesem Beitrag werden vor allem
die Möglichkeiten des SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) Designs und Erfahrungen mit dem Forschungsschiff (FS)
PLANET vorgestellt.
Trimarane, Katamarane und SWATHSchiffe stellen die wesentlichen beachtenswerten Alternativen zu Einrumpfschiffen
(„Monohulls“) dar. Der Vorteil von Triund Katamaranen liegt in hoher erzielbarer Geschwindigkeit. Die US-Navy setzt
beim Littoral Combat Ship (LCS) zum Teil
auf Trimarane, die Geschwindigkeiten von
Ein SWATH-Schiff hat zwei Rümpfe.
Das Überwasserschiff steht mittels schlanker Stützen (engl.: struts), auf zylinderförmigen Unterwasserrümpfen (ähnlich
U-Booten) zur Auftriebserzeugung. Wellen
können das Schiff mangels Angriffsmöglichkeit an den vertikalen Stützen nicht
„anheben“. Das tiefe Eintauchen der Auftriebskörper entkoppelt sie zudem stärker
vom Seegang. Das ermöglicht SWATHSchiffen ein überlegenes Seegangsverhalten
gegenüber sogar längeren Monohulls. In
japanischen Vergleichsmessungen bei gleichem Seegang rollte ein SWATH bis zu 5°,
ein fast 90 % längerer Monohull bis zu 30°.
Die zwei Unterwasserrümpfe beeinflussen sich allerdings auch gegenseitig und
verursachen dadurch Geschwindigkeitseinbußen. Derzeit sind 20 kn wirtschaftlich erreichbar. Die wenigen Aufgaben,
die in aktuellen Missionen eine höhere
Geschwindigkeit erfordern, können jedoch von Helikoptern, Flugdrohnen oder
schnellen Einsatzbooten – sog. organischen Mitteln – durchgeführt werden. Die
Höchstgeschwindigkeit des Schiffes verliert
somit teilweise an Bedeutung. Auch schnelle Fregatten setzen für derartige Aufgaben
Helikopter und schnelle Einsatzboote ein.
SWATH-Schiffe sind breiter als vergleichbare Monohulls. Sie bieten damit viel
Platz an Oberdeck. Die Breite ermöglicht
zudem eine gute Manövrierbarkeit: beim
Ablegen und Drehen des Schiffes auf Gegenkurs im Kieler Stützpunkt benötigte die
Crew der CESIS (das zweite von fünf 25-mSWATH-Booten der lettischen Marine) weniger Platz, als ein Linienbus an Land zum
Wenden benötigt hätte.
SWATH-Schiffe sind zwar prinzipiell
hinsichtlich der Höchstgeschwindigkeit
langsamer als Monohulls, können dies jedoch durch ihr besseres Seegangsverhalten
teilweise ausgleichen. Während ein MoMarineForum 12-2014
FS PLANET max. Krängung bei Wind und See von achtern
nohull bei Seegang 5 (bis 4 m signifikante Wellenhöhe) nur noch mit 25-45 % der
Höchstgeschwindigkeit fährt, erreicht ein
SWATH bei Seegang 5 noch 75-90 % der
Höchstgeschwindigkeit. In der Praxis kann
also ein maximal 26 kn schneller Monohull
bei Seegang 5 noch mit fast 12 kn fahren.
Ein SWATH-Schiff mit 20 kn Höchstgeschwindigkeit kann dagegen noch eine Geschwindigkeit von bis zu 18 kn beibehalten.
Bei Seegang 4 (bis 2,5 m Wellenhöhe) können Monohulls und SWATH-Schiffe bis 19
kn erreichen. Unter realistischen Einsatzbedingungen bei Seegang ist ein SWATH
also nicht langsamer, aber ruhiger als ein
Monohull.
Den SWATH-Vorteilen bei Seegangsstabilität, Deckfläche und Manövrierbarkeit
steht die Empfindlichkeit auf Ladungsänderungen entgegen. Dem kann durch ein
geeignetes Ballastsystem und eine konsequent missionsorientierte, modulare Ausrüstung begegnet werden.
Der Einbau der Maschine oberhalb des
Wassers bietet Signaturverbesserungen im
Bereich Akustik und Magnetik; der Ausstoß befeuchteter Abgase zwischen den
Rümpfen reduziert die Infrarotsignatur
drastisch auf enge Bereiche von vorn und
achtern.
SWATH-Schiffe ermöglichen aufgrund
der geringen Bewegungen gegenüber Monohulls einen mindestens 55 % längeren
Flugbetrieb von Helikoptern und Drohnen
innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte
für die Landung.
Die stabile Lage des SWATH im Seegang
erlaubt den Einsatz und das Bergen von
Unterwasserdrohnen weit über die aktuellen Einsatzgrenzen hinaus.
Das geringe Stampfen erweitert die Einsatzgrenzen von geschleppten Sonarsystemen,
da sich jedes Stampfen eines Schiffes auf das
nachgeschleppte Sonarsystem auswirkt. Die
Einsatzgrenze wird lediglich durch die reduzierte Datenqualität aufgrund brechender
Wellen eingespülter Blasen sowie Reflexionen
von hohen Wellen bestimmt.
Die stabile Lage eines SWATH-Schiffes bei Seegang reduziert das Unfallrisiko. In nahezu 15 Jahren Einsatz haben
die SWATH-Lotsenboote in der Deutschen Bucht keinen einzigen schweren
Unfall beim Übersetzen zu verzeichnen.
SWATH-Schiffe können bei höherem See-
gang länger als andere Schiffe Sensoren,
Waffen, Helikopter und Drohnen einsetzen. Die längere Einsetzbarkeit der Besatzung ohne Seekrankheit oder Ermüdung
kann gerade bei militärischen Einsätzen
der entscheidende Vorteil sein. Tests des
SWATH KAIMALINO (225 t) wiesen gleiche Eigenschaften im Seegang nach wie ein
parallel fahrender 2.500 t Monohull!
Die SWATH-Nutzung
SWATH-Schiffe in der Größe des Forschungsschiffs (FS) PLANET (73 m Länge, 27 m Breite) werden weltweit verstärkt
gebaut werden. Seit 1991 hat die US-Navy fünf SWATH-Schiffe (71-85 m) für
weltweite Vermessungen im Einsatz. Ein
SWATH ist für Erprobungen des Office of
Naval Research im Einsatz. Es nimmt bis
zu 11 m lange Boote auf und bietet Deckfläche für zwei Helikopter. Ein weiterer
großer SWATH (56 m) der USA fährt für
die Universität von Hawaii. Die japanische Marine betreibt zwei SWATH-Schiffe
Die SWATH-Eigenschaften
Das wesentliche Merkmal eines SWATHSchiffes ist die stabile Lage auch bei hohem
Seegang. Das bietet verschiedene Vorteile
gegenüber Monohulls:
SWATH-Schiffe stampfen im Seegang
kaum. Sie erhalten ihre Marschgeschwindigkeit sehr viel länger aufrecht.
Durch ihre geringen Stampf- und RollBewegungen erlauben sie eine bessere und
längere Wahrnehmung der Aufgaben. Eine
Studie der US-Navy belegt für den Nordatlantik: Der SWATH KILO MOANA der
Universität von Hawaii (56 m) ist über
85 % des Jahres für Arbeiten einsetzbar,
der längere Monohull ROGER REVELLE
(84 m) kommt nur auf 55 %.
MarineForum 12-2014
FS PLANET im Nordostseekanal mit einkopierten UW-Rümpfen
27
FS PLANET beim Anlegen im Marinearsenal Kiel
(72 m) für die U-Jagd mit dem SURTASS1System und ein weiteres (62 m) für Forschungsaufgaben. Europäische Marinen
ziehen ebenfalls die SWATH-Bauweise in
Erwägung.
Zehn 25-m-SWATH-Schiffe sind als Lotsenboote in der Nordsee (Küstenbereiche
Deutschland, Niederlande und Belgien) im
Einsatz. Die lettische Marine beschaffte
fünf 25-m-SWATH-Patroullienboote, Estland setzt ein gleich großes SWATH-Schiff
die Offshore-Exploration von Öl wird ein
84 m langes SWATH-Bohrschiff für Einsätze bis 3.000 m Wassertiefe eingesetzt.
Erfahrungen mit FS PLANET
Die Deutsche Marine fängt bei Überlegungen zu neuen Schiffsrümpfen nicht
bei Null an. Ein Schiff im SWATH-Design
wurde 2005 mit dem FS PLANET für die
Erprobung und Forschung an der Wehr-
im Rahmen des Programms „Minenjagd
2000“ Erfahrungen.
Die FS PLANET der WTD 71 lief 2005
zur ersten Forschungsfahrt aus. Die ersten
19 Einsätze wurden für eine erste Bewertung des SWATH-Prinzips ausgewertet. Bei
ca. 40 % der Einsätze überstieg die Wellenhöhe 2,5 m. Bei ca. 85 % der Einsätze
überstieg die Windstärke 5 Bft (Beaufort)
(8-10 m pro Sekunde). Arbeiten wurden
dennoch nur eingestellt, wenn kooperierende Monohulls den Forschungsbetrieb
einstellten oder hoher Seegang ein sicheres
Ausbringen bzw. Bergen von schwimmenden Systemen behinderte. Diese sind der
vollen Wellenamplitude ausgesetzt und bewegen sich daher relativ schwankend zum
ruhigen Schiff.
Während einer Forschungsfahrt in die
Nordsee wurden bei 8-9 Bft (in Böen:
10 Bft) Geräte problemlos auf dem Meeresboden ausgelegt und geborgen. Bei drei
Meter hohen Wellen lag die FS PLANET
ruhig im Wasser, am Kran hängende Geräte
schwangen sich wegen der geringen Rollbewegung nicht gefährlich auf.
Bei Einsätzen der FS PLANET wurden
bis Ende 2009 ca. 300 Forscher und Erprober eingeschifft. Es wurde nur ein
einziger Fall von Seekrankheit berichtet,
seegangsbedingte Ermüdung in keinem
Fall!
Bei voller Fahrt gegen die See liegt die FS
PLANET sehr stabil im Wasser. Auf Gegenkurs giert sie merklich. Sie rollte in ei-
Vergleichsfahrt SWATH und BGS-Boot (im Vordergrund) (Foto: A+R)
für hydrografische Missionen ein. Windparks werden zunehmend mittels SWATHSchiffen versorgt. Für nicht-militärische
Zwecke sind SWATH-Schiffe wegen des
geringen Seekrankheitsrisikos ebenfalls
beliebt.
In Deutschland und Belgien sind vier
„Hotelschiffe“ (50 m und 60 m) für Lotsen im Einsatz, der deutsche Zoll nutzt seit
2009 zwei 49-m-SWATH-Schiffe, und für
28
technischen Dienststelle für Schiffe und
Marinewaffen, Maritime Technologie und
Forschung (WTD 71) in Dienst gestellt und
war mittlerweile im mittleren und nördlichen Atlantik sowie im Mittelmeer im
Einsatz. Es liegen erste positive Einsatzerfahrungen vor. Die FS PLANET ist nicht
einmal das erste SWATH-Schiff der Deutschen Marine: von 2003-2005 sammelte die
WTD 71 mit dem 25 m SWATH-Explorer
nem Sturm mit einer Periode von fast 30
Sekunden. Alle Fahrtteilnehmer berichten
von sehr gutem Seegangsverhalten, das die
optimale Nutzung der Schiffszeit auch bei
stärkerem Seegang erlaubt.
Auf dem FS PLANET kamen unter anderen geschleppte Seitensichtsonare
zum Einsatz. Die Daten zeigten auch bei
6-7 Bft beste Qualität. Das geringe Stampfen vermeidet ruckartige BeschleunigunMarineForum 12-2014
gen des Schleppfischs und ermöglicht
damit verzerrungsfreie Sonarbilder vom
Meeresboden. Der Seegang begrenzt den
Seitensichtsonareinsatz nur, wenn er sich
über akustische Nebenkeulen in den Daten abbildet.
Auch das Low Frequency Towed Active
Sonar (LFTAS) für U-Jagd und Seeraumüberwachung wurde erfolgreich eingesetzt
In heute realistischen Szenarien verliert
die Höchstgeschwindigkeit an Bedeutung.
In geschwindigkeitskritischen Situationen
neuer Aufträge sind Hubschrauber, Drohnen und schnelle Einsatzboote oft die effektivere Lösung.
Infrage kommende neue Kriterien sollten
in der Gesamtwirkung betrachtet werden.
Es bieten sich folgende Kriterien an:
verdoppeln nicht die Materialkosten, da
SWATH-Schiffe kleiner gebaut werden
können, die Kostendifferenzen nehmen
damit ab.
Die langfristige Wartungsfreundlichkeit und damit verbundene Kosten (Zugang zu Anlagen, Aus-/Einbauaufwand,
z.B. über zehn Jahre, Stichwort: Life Cycle
Costs, LCC) sollten in die Gesamtbeurteilung von Entwürfen einfließen. Wirtschaftliche Beschaffungsentscheidungen
müssen auch Folgekosten berücksichtigen.
Erste Überlegungen in der Bundeswehr,
die Anforderungen an Dauerhöchstfahrt
zu reduzieren, wenn operative Vorteile eines bestimmten Rumpfdesigns überwiegen, sollten weitergedacht werden. Damit
wäre eine direkte Umsetzung des Eingangszitates gegeben.
Fazit
USNS LOYAL (Foto: Wikimedia)
und dürfte bei ungünstigen Wind- und
Seegangs-Bedingungen erheblich länger
als auf Monohulls einsetzbar sein und somit bessere Daten liefern. Der langjährige
weltweite Einsatz von fünf US-Navy-Vermessungsschiffen spricht für sich.
Neue Bewertungskriterien
Aufgabe des Organisationsbereichs Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung (AIN) ist die optimale Ausrüstung der
Marine für ihre Missionen. Die Bewertung
und die Auswahl neuer Schiffsentwürfe für
die Marine erfordern geeignete Kriterien.
Gewohnte Vergleiche der Baukosten oder
der Höchstgeschwindigkeit greifen zu kurz.
Ein SWATH benötigt für gleiche Deckfläche und Raumangebot eine geringere
Länge als ein Monohull. Die Gegenüberstellung gleicher Schiffslängen ist somit
nicht mehr zielführend.
Zukünftig werden auch bei der Marine
neben Hubschraubern und schnellen Booten zunehmend unbemannte Aufklärungsdrohnen zum Einsatz kommen. Die Bewegung des Schiffes im Seegang bestimmt die
Einsatzgrenzen dieser Geräte. Ein SWATH
verschiebt die Einsatzgrenzen beispielsweise im Nordatlantik um über 55 %.
Die Schiffe der Marine werden nur in
Ausnahmefällen in Höchstgeschwindigkeit betrieben. Auftrag und Umweltbedingungen erfordern bzw. erlauben oft nur
die normale Marschfahrt. Diese wird bei
zunehmendem Seegang weiter reduziert.
MarineForum 12-2014
Der Vergleich von Schiffen mit gleichem Seegangsverhalten. Dies wird von
der Aufgabe des Schiffes bestimmt (NATO STANAG2 4154). Die Vergleichsfahrt
eines 25-m-SWATH-Lotsenbootes mit einem 50-m-Bundesgrenzschutzboot (Monohull) belegt die Unterschiede. Auf dem
SWATH traten keine Einschränkungen der
Arbeiten auf, die Besatzung des BGS-Bootes war dagegen mit der eigenen Sicherheit
beschäftigt.
Das Etmal3 bei 3-4 m signifikanter Wellenhöhe ist als Kriterium für Einsätze realistischer und brauchbarer als die kurzzeitige Höchstgeschwindigkeit bei glatter See.
Einsatzgrenzen für Hubschrauber, Boote und Drohnen gewinnen an Bedeutung.
Sie sind für höheren Seegang zu erweitern.
Eine leicht und schnell umsetzbare Modularität ist für die Erweiterung des Aufgabenspektrums und hohe Zukunftsfähigkeit wichtig. Die Möglichkeit einer
hohen Flexibilität in der Nutzung der
Schiffe durch Missionsmodule ist erforderlich, weil die Marine eine zunehmende Aufgabenbreite mit weniger Schiffen
bewältigen muss.
Kostenschätzungen sollten für die geforderten Aufgaben und Ausrüstung individuell erstellte Entwürfe gleicher Seegangseigenschaften verglichen und den Aufwand
für eine Signaturreduzierung separat ausweisen.
Für Kostenvergleiche sollten die verfügbare Fläche oder der umbaute Raum betrachtet werden. Zwei SWATH-Rümpfe
Aus Kostengründen sollte zukünftig
genau das Schiff gebaut werden, das eine
große Aufgabenbreite ermöglicht und eine
Zukunftsreserve aufweist. Es muss an die
neuen Aufgaben der Marine angepasst sein.
SWATH-Schiffe bieten viele der zukünftig erforderlichen Möglichkeiten. Ihr Manko geringerer Höchstgeschwindigkeit wird
angesichts der geänderten Aufträge und
mitgeführter Helikopter, Drohnen und
Einsatzboote relativiert. Die Bedeutung
der Höchstgeschwindigkeit sollte diskutiert und neu bewertet werden. Sie sollte
idealerweise durch die mögliche Geschwindigkeit bei realistischen Seegangsbedingungen ersetzt werden.
Die Integration zu vieler sich gegenseitig beeinflussender Systeme treibt Kosten
unverhältnismäßig hoch. Ein durch Module missionsbezogen speziell ausgerüstetes Schiff ist ein geeigneter Ansatz, Schiffe
der Marine zukünftig für unterschiedliche
Aufgaben optimal einzusetzen.
2008 antwortete der Befehlshaber der
Flotte in Fortsetzung des Eingangs genannten Zitats auf die Frage, ob der Nachfolger
der Schnellboote und der F122 über unkonventionelle Rumpf- und Antriebsformen
verfügen werde: „An diesen Bedingungen
wird sich auch das Design neuer Schiffe zu
orientieren haben.“
Regierungsdirektor Dr. Thomas Wever arbeitet
im Forschungsbereich für Wasserschall und
Geophysik der WTD 71
Anmerkungen:
1 Surveillance Towed Array Sensor System
2STANAG:Standardization Agreement, ein Standardisierungsübereinkommen der NATO-Vertragsstaaten über die Anwendung standardisierter Verfahren oder ähnlicher Ausrüstung.
3Etmal: wiederkehrende Periode = ist die von
einem Schiff von Mittag zu Mittag zurückgelegte
Wegstrecke.
29