Wie U-Boote funktionieren

Tauchen und Auftauchen

Ein U-Boot kann auf dem Wasser schwimmen, weil das Gewicht des verdrängten Wassers gleich dem Gewicht des Bootes ist. Die nach oben gerichtete Kraft, die das Wasser auf das Schiff ausübt, wird als Auftriebskraft bezeichnet. Der Schlüssel zur Steuerung des Tauchens und Auftauchens eines U-Boots ist die Kontrolle des Auftriebs.
U-Boote sind mit Ballasttanks und Auslösetanks ausgestattet, die entweder mit Wasser oder Luft gefüllt werden können. Um das U-Boot an der Oberfläche zu halten, müssen die Ballasttanks leer sein; um abzutauchen, wird die Luft in den Tanks durch Wasser ersetzt. Die Dichte des U-Boots ist dann größer als die des Wassers und es taucht ab. An Bord befindet sich ein Vorrat an Druckluft, der sowohl zur Lebenserhaltung als auch zum Füllen der Ballasttanks verwendet wird.

Die Geschwindigkeit des Abtauchens wird zusätzlich durch eine Reihe von Tauchebenen oder „Flügeln“ auf der Oberseite des U-Boots unterstützt. Der Winkel der Flügel wird gesteuert, wodurch der Abstiegswinkel beeinflusst wird.

Um das U-Boot in jeder Tiefe waagerecht zu halten, hält das U-Boot ein Gleichgewicht von Luft und Wasser in den Ballasttanks aufrecht, so dass die Gesamtdichte gleich der des umgebenden Wassers ist. Die Tauchebenen tragen ebenfalls dazu bei, die Tiefe des U-Boots konstant zu halten. Das Ruder am Heck des Bootes hilft bei der Steuerung.

Energieversorgung

Nuklear-U-Boote verwenden Kernreaktoren, Dampfturbinen und Untersetzungsgetriebe zum Antrieb der Hauptpropellerwelle. Für den Betrieb der Ausrüstung wird auch elektrische Energie verwendet, die aus Dieselmotoren und Kernreaktoren gewonnen wird. Für die Stromversorgung können auch Batterien verwendet werden, die entweder mit Hilfe eines Dieselmotors oder eines Kernreaktors aufgeladen werden können.

Atom-U-Boote haben gegenüber Diesel-U-Booten den Vorteil, dass sie wochenlang unter Wasser bleiben können. Dieselmotoren können nur verwendet werden, wenn das U-Boot an der Oberfläche ist oder zumindest einen Schnorchel benutzt, um die Batterien aufzuladen. Sobald die Batterien aufgeladen sind, kann das U-Boot mit elektrischer Energie abtauchen. Da Kernkraftstoff viel länger hält als Dieselkraftstoff, können Atom-U-Boote lange Zeit unter Wasser oder auf See bleiben, ohne zum Auftanken in den Hafen einlaufen zu müssen.

Navigation

U-Boote navigieren an der Oberfläche mit Hilfe eines globalen Positionsbestimmungssystems, das jedoch nicht funktioniert, wenn das Schiff untergetaucht ist. Unter Wasser verwenden sie Trägheitsnavigationssysteme, die die Bewegung des Schiffes von einem festen Ausgangspunkt aus mit Hilfe von Gyroskopen verfolgen. Diese Systeme sind sehr komplex und schwierig zu bedienen, gleichzeitig aber auch sehr genau. Sie sind bis zu 150 Stunden am Stück genau.
Um Ziele zu orten, verwenden U-Boote passives Sonar. Dabei werden Schallwellen durch das Wasser gesendet, die vom Ziel reflektiert werden und zurückkommen. Durch die Kenntnis der Schallgeschwindigkeit im Wasser und der Zeit, die die Schallwelle für den Rückweg benötigt, können U-Boote die Entfernung zum Ziel berechnen. Dies ist die gleiche Technik, die auch Fledermäuse, Delfine und Wale nutzen. Diese Systeme können auch dazu beitragen, die Trägheitsnavigationssysteme neu zu kalibrieren.

Luftversorgung

Sauerstoff wird entweder aus komprimierten Tanks oder von einem Sauerstoffgenerator geliefert, der durch Elektrolyse funktioniert. Der Sauerstoff kann entweder in bestimmten Zeitabständen über den Tag verteilt freigesetzt werden oder immer dann, wenn ein Computer feststellt, dass der Sauerstoffgehalt niedrig ist. Auch Kohlendioxid muss aus der Luft entfernt werden. Dies kann chemisch mit Hilfe von Kalknatron in „Wäschern“ geschehen. Das Kohlendioxid wird in chemischen Reaktionen gebunden und aus der Luft entfernt. Die Feuchtigkeit wird durch einen Luftentfeuchter entfernt, der die Bildung von Kondenswasser im Schiff verhindert.

Wasserversorgung

Die meisten U-Boote können Meerwasser aufnehmen und durch einen Destillationsprozess in Süßwasser umwandeln. Die Destillationsanlage auf U-Booten kann täglich 10.000 bis 40.000 Gallonen Wasser produzieren. Das Wasser wird hauptsächlich zur Kühlung der Ausrüstung und für den persönlichen Gebrauch der Besatzung verwendet.