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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufklärung eines
Seegebiets nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
einem bekannten Verfahren zur Aufklärung eines Seegebiets bezüglich dort
vorhandener Minen (
DE
10 2004 062 122 A1 ) ist mindestens ein Unterwassersensor,
z. B. ein Nahbereichssonar, in einer autonom agierenden Aufklärungsdrohne
installiert, die von einem Unterseeboot, im folgenden kurz U-Boot
genannt, mitgeführt
und abseits des aufzuklärenden
Seegebiets abgesetzt wird. Die Aufklärungsdrohne dringt in das aufzuklärende Seegebiet
ein und fährt
dieses nach einem vorgegebenen Lenkprogramm ab. Während der
Fahrt der Aufklärungsdrohne
im Seegebiet tastet der Unterwassersensor den Meeresboden akustisch
ab. Die vom Unterwassersensor ausgegebenen Sensordaten werden in
der Aufklärungsdrohne
in Zuordnung zu der jeweiligen Position der Aufklärungsdrohne
gespeichert. Nach Rückkehr
der Aufklärungsdrohne
zum U-Boot wird aus den gespeicherten Sensordaten ein zwei- oder dreidimensionales
Bild vom Meeresboden erstellt und dieses Bild visuell nach vorhandenen
Minenabbildungen ausgewertet.
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Bei
einem bekannten Verfahren zum akustischen Überwachen eines Seegebiets
und zum Orten von Schallquellen von einem getauchten U-Boot aus (
DE 2143116 C1 )
wird von dem U-Boot in dem Seegebiet ein akustisches Ortungssystem
ausgesetzt, das über
abspulbare Signalkabel mit dem U-Boot verbunden ist. In einer im
U-Boot vorhandenen Positionsanzeige wird die Position des Ortungssystems bezüglich der
momentanen Position des U-Boots
angegeben. Das Ortungssystem peilt alle Schallquellen und meldet
alle Informationen aus diesen Peilungen zur Positionsanzeige, die
im U-Boot als Zielinformationen ausgewertet werden. Das Ortungssystem
besteht aus mindesten zwei an verschiedenen Stellen im Seegebiet
ausgesetzten passiven Peilbojen, die über Verbindungskabel mit der
Positionsanzeige im U-Boot in Verbindung stehen. Jede Peilboje besteht aus
einem Schwimmerteil und einem daran angehängten Akustikteil. Für den Einsatz
im Flachwassergebiet besteht die Boje aus einem Ankerteil und einem
daran befestigten, mit einem Auftriebskorb versehenen Akustikteil.
Das Ortungssystem mit den abspulbaren Verbindungskabeln wird über eine
am Turm des U-Boots vorgesehene Schleuse ausgestoßen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufklärung eines
Seegebiets anzugeben, mit dem das Seegebiet unbemerkt von gegnerischen
Kräften über einen
längeren
Zeitraum aufgeklärt
bzw. überwacht
werden kann. Die Vorrichtung zur Aufklärung oder Überwachung des Seegebiets soll
technisch wenig aufwendig sein und einfach und unbemerkt in das
aufzuklärende
Seegebiet eingebracht werden können.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 10 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass mit dem U-Boot eine Aufklärungsvorrichtung mit Unterwassersensor
verdeckt, d. h. weitgehend unbemerkt von gegnerischen Kräften, und mit
geringem technischen Aufwand über
das vorhandene Torpedorohr und mittels des meist im U-Boot vorhandenen
Torpedominenwerfers stationär
in das Seegebiet verbracht werden kann und die vom stationären Unterwassersensor
gelieferten Sensordaten außerhalb
des aufzuklärenden
Seegebiets in einem sehr großen
Abstand vom Unterwassersensor, z. B. im U-Boot selbst, ausgewertet
werden können. Durch
den großen
Abstand des U-Boots vom abgesetzten stationären Unterwassersensor können auch bei
Entdecken des U-Boots keine Rückschlüsse auf den
Unterwassersensor gezogen werden. Die Datenleitung vom Unterwassersensor
zur Auswertestelle, die mehr als 50 km lang sein kann, sorgt für eine ungestörte Übertragung
der Sensordaten und verhindert sowohl das Erkennen eines Datenflusses
als auch ein Fremdabhören
der übertragenen
Daten. Der Unterwassersensor und weitere Komponenten der Aufklärungsvorrichtung
sind fertigungstechnisch wenig aufwendig, so dass die Aufklärungsvorrichtung als
Einweg-Erzeugnis konzipiert werden kann und auf ein technisch aufwendiges
und risikobehaftetes Bergen der Aufklärungsvorrichtung verzichtet
werden kann.
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Zweckmäßige Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird als Unterwassersensor
eine flexible Linearantenne mit einer Vielzahl von längs eines Zugdrahts
hintereinandergereihten, voneinander beabstandeten Hydrophonen verwendet,
die aus dem Torpedorohr ausgestoßen und vom fahrenden U-Boot
bis zu ihrer Straffung auseinandergezogen wird. Eine solche flexible
Linearantenne, auch Streamer genannt, wird vorteilhaft mit kleinen
Ring-Hydrophonen realisiert, die in einem durchmesserkleinen Schlauch
mit Abstand voneinander angeordnet werden. Ein solcher Schlauch
lässt sich
trotz großer Schlauchlänge zum
Verbringen aus dem Torpedorohr bauklein zusammenlegen. Durch die
von dem fahrenden U-Boot bewirkte Straffung der Linearantenne nach
ihrem Ausstoßen
wird der Schlauch in seiner gesamten Länge aufgespannt, so dass eine ausreichende
Antennenlänge
zum genauen Peilen von Geräuschquellen
in einem Tieffrequenzbereich erhalten wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird ein Abschnitt der Linearantenne in ein als Anker
wirkendes erstes Gehäuse
und der verbleibende Abschnitt der Linearantenne in ein zweites Gehäuse jeweils
ausziehbar eingelegt und der im zweiten Gehäuse eingelegte Abschnitt an
die Datenleitung angeschlossen. Während der Fahrt des U-Boots
wird zunächst
das erste Gehäuse
aus dem Torpedorohr ausgestoßen,
wobei Teillängen
der Linearantennenabschnitte aus den beiden Gehäusen ausgezogen werden, und
dann das zweite Gehäuse aus
dem Torpedorohr ausgestoßen.
Das zweite Gehäuse
wird über
eine flexible mechanische Verbindung bis zur Straffung der Linearantenne
an dem Torpedorohr festgehalten und mit Straffung der Linearantenne
freigegeben. Mit dem Ausstoßen
des zweiten Gehäuses
aus dem Torpedorohr wird zugleich das Ausspulen der Datenleitung
aus dem Torpedorohr initialisiert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die Datenleitung in ein im Torpedorohr aufgenommenes
drittes Gehäuse
ausziehbar eingewickelt. Als flexible mechanische Verbindung zwischen
dem Torpedorohr und dem zweiten Gehäuse wird ein am zweiten und
dritten Gehäuse
befestigter und im dritten Gehäuse
ausziehbar eingelegter Rüssel
verwendet, durch den hindurch die Datenleitung geführt wird.
In der Befestigung des Rüssels
am zweiten Gehäuse
ist eine Sollbruchstelle vorgesehen, die so dimensioniert wird,
dass sie mit der durch Vergrößerung des
Abstands zwischen erstem und zweiten Gehäuse erreichten Straffung der
Linearantenne bricht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung werden die elektrischen Ausgangssignale der Hydrophone
der Linearantenne im zweiten Gehäuseteil
vorverstärkt,
digitalisiert und sequentiell auf die Datenleitung gegeben. Im dritten
Gehäuse werden
die Daten von der Datenleitung abgenommen und alternativ einer im
U-Boot installierten Auswerteeinheit zugeführt oder einem im dritten Gehäuse installierten
Funksender, der mit einer aufschwimmbaren Funkantenne verbunden
ist. Letzteres hat den Vorteil, dass das U-Boot von der Aufklärungsvorrichtung
abgekoppelt ist und das Torpedorohr wieder geschlossen werden kann.
Außerdem besteht
die Möglichkeit,
weitere Aufklärungsvorrichtungen über das
gleiche Torpedorohr auszulegen.
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Die
Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1 ein
Unterwasser-Szenario mit einer in einem Seegebiet ausgesetzten Aufklärungsvorrichtung
und einem davon weit abgesetzten U-Boot zur Auswertung der Aufklärungsdaten,
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2 ein
Szenario mit einer in einem Seegebiet ausgesetzten Aufklärungsvorrichtung
und einer weit abgesetzten Funkeinrichtung zur Funkübertragung
von Aufklärungsdaten,
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3 ausschnittweise
einen Längsschnitt eines
Torpedorohrs des U-Boots in 1 mit darin aufgenommener,
auf drei separate Gehäuse
aufgeteilter Aufklärungsvorrichtung,
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4 einen
Längsschnitt
einer alternativen Ausführung
des Teils der Aufklärungsvorrichtung
in 3, der in dem in Ausstoßrichtung aus dem Torpedorohr
letzen Gehäuse
untergebracht ist,
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5 ausschnittweise
einen Längsschnitt einer
flexiblen Linearantenne der Aufklärungsvorrichtung in 1 bis 3.
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In 1 ist
schematisiert ein Unterwasser-Szenario dargestellt, bei dem in einem
aufzuklärenden
Seegebiet 11 ein Unterwassersensor 12 einer Aufklärungsvorrichtung 13 stationär auf dem
Seeboden 14 ausgelegt und über eine sehr lange Datenleitung 15 von
z. B. mehr als 50 km mit einem weit außerhalb des Seegebiets 11 sich
befindlichen U-Boot 16 verbunden ist. Die Aufklärungsvorrichtung
ist zuvor von dem U-Boot 16 beim Befahren des Seegebiets 11 ausgesetzt
worden, und zwar durch Ausstoßen
aus einem der Torpedorohre 17 des U-Boots 16. Die
von dem Unterwassersensor 12 gelieferten Sensordaten werden über die
Datenleitung 15 zu dem U-Boot 16 übertragen
und dort ausgewertet.
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In 3 ist
schematisiert die Aufklärungsvorrichtung 13 im
Zustand ihrer Verbringung in das Torpedorohr 17 im Schnitt
dargestellt. Zum Ausstoßen
der Aufklärungsvorrichtung 13 aus
dem Torpedorohr 17 wird vorzugsweise die meist vorhandene Minenwurfeinrichtung
für Torpedominen
benutzt, die hier nicht dargestellt ist. Die Aufklärungsvorrichtung 13 ist
daher an die Minenwurfeinrichtung und an die Maße des Torpedorohrs 17 angepasst.
Die Aufklärungsvorrichtung 13 weist
als Unterwassersensor 12 eine flexible Linearantenne 18 auf.
Die Linearantenne 18, die ausschnittweise schematisiert
im Schnitt in 5 dargestellt ist, besitzt eine
Vielzahl von kleinen Ring-Hydrophonen 19, die in einem
akustisch transparenten Schlauch 20, z. B. einem Gummischlauch, im
Abstand voneinander, hintereinander, längs des Schlauchs 20 angeordnet
sind. Die Ring-Hydrophone 19 sind jeweils mit verdrillten
Aderpaaren eines Kabels 21 verbunden, über das die Ring-Hydrophone 19 an
einer Signalverarbeitungselektronik 22 angeschlossen sind.
Das Kabel 21 ist zusammen mit einem Zugdraht 23 zur
Aufnahme der an der Linearantenne 18 angreifende Zugkräfte im zentralen
Bereich des Schlauchs 20 durch den Hohlraum der Ring-Hydrophone 19 hindurchgeführt. Parallel
zu Kabel 21 und Zugdraht 23 erstreckt sich durch
den Schlauch 20 hindurch eine zweiadrige, verdrillte Stromversorgungsleitung 24.
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Wie
in 3 skizziert ist, ist die flexible Linearantenne 18 mit
einem ersten Abschnitt 181 in ein erstes Gehäuse 25 und
mit dem verbleibenden zweiten Abschnitt 182 in ein zweites
Gehäuse 26 der
Aufklärungsvorrichtung 13 eingelegt.
Im ersten Gehäuse 25 und
im zweiten Gehäuse 26 ist
jeweils eine Stromversorgungsbatterie 27, 28 angeordnet,
die über
die Stromversorgungsleitung 24 miteinander verbunden sind.
Die Stromversorgungsbatterie 27 im ersten Gehäuse 25 ist
deutlich größer und
schwerer ausgeführt als
die Stromversorgungsbatterie 28 im zweiten Gehäuse, so
dass das erste Gehäuse 25 aufgrund
seiner Masse bzw. seines Gewichts die Funktion eines auf den Seeboden 14 aufliegenden
Ankers zu übernehmen
vermag. Die beiden Abschnitte 181 und 182 der
flexiblen Linearantenne 18 sind über einen druckwasserdichten
Stecker 29 miteinander verbunden. Der Stecker 29 ist
in einen Auftriebskörper 30 integriert,
der an dem dem ersten Gehäuse 25 zugekehrten
Gehäuseende
des zweiten Gehäuses 26 lösbar befestigt
ist. An ihrem im zweiten Gehäuse 26 einliegenden,
vom Stecker 29 abgekehrten Ende ist die Linearantenne 18 mit
der Signalverarbeitungselektronik 22 verbunden. In der
Signalverarbeitungselektronik 22 werden die von den Ring-Hydrophonen 19 gelieferten
elektrischen Ausgangssignale vorverstärkt, digitalisiert und sequentiell
ohne weitere Verarbeitung auf die Datenleitung 15 zum U-Boot 16 gegeben.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Linearantenne 18 beträgt der Schlauchaußendurchmesser ca.
30 mm, der Abstand der Ring-Hydrophone
voneinander ca. 500 mm und die Schlauchlänge etwa 30 m, so dass in der
Linearantenne 18 ca. 60 Ring-Hydrophone 19 enthalten
sind. Mit dieser Linearantenne können
Schallfrequenzen bis zu 1,2 kHz gut gebündelt empfangen werden und
Schallquellen relativ genau eingepeilt werden. Der im Schlauch 20 verlaufende
Zugdraht 23 ist endseitig am ersten Gehäuse 25 und am zweiten
Gehäuse 26 mechanisch
befestigt.
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Die
Datenleitung 15 besteht vorzugsweise aus einer Glasfaser 31,
die zu einem abspulbaren Glasfaserwickel 32 aufgewickelt
und in einem dritten Gehäuse 33 der
Aufklärungsvorrichtung 13 eingelegt ist.
Die Glasfaser 31 ist an ihrem in das zweite Gehäuse 26 einlaufenden
Ende über
einen optoelektronischen Koppler (hier nicht dargestellt) an die
Signalverarbeitungselektronik 22 angeschlossen. Der optoelektronische
Koppler setzt die elektrischen Signale der Signalverarbeitungselektronik 22 in
entsprechende Lichtsignale um. An dem anderen, im dritten Gehäuse 33 einliegenden
Ende ist die Glasfaser 31 wiederum über einen optoelektronischen
Koppler an einer Signalübertragungseinheit 36 angeschlossen, die
mit einer in das Innere des U-Boots führenden, elektrischen Signalleitung 34 verbunden
ist. Über
die Signalleitung 34 werden die von dem Unterwassersensor 12 der
Aufklärungsvorrichtung 13 aufgenommenen
und in der Signalverarbeitungselektronik 22 aufbereiteten
Sensordaten einer im U-Boot 16 stationierten Auswerteeinheit
zugeleitet.
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Die
Glasfaser 31 ist in ihrem dem zweiten Gehäuse 26 zugekehrten
Endabschnitt in einem Rüssel 35 geführt. In
einem Ausführungsbeispiel
ist der Rüssel 35 ca.
65 m lang. Dieser Rüssel
ist in dem dem zweiten Gehäuse 26 zugekehrten
Endabschnitt des dritten Gehäuses 33 ausziehbar
eingelegt und mit seinem einen Rüsselende
mechanisch an dem zweiten Gehäuse 26 und
mit dem anderen Rüsselende
mechanisch an dem dritten Gehäuse 33 befestigt. Die
Befestigung des Rüssels 35 am
zweiten Gehäuse 26 erfolgt über eine
definierte Sollbruchstelle. Die Sollbruchstelle ist so dimensioniert,
dass sie eine maximale Zugkraft aufzunehmen vermag, die kleiner
ist als die vom Ankergewicht bestimmte Trägheitskraft des auf dem Seeboden 14 aufliegenden
ersten Gehäuses 25.
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Alle
drei Gehäuse 25, 26, 33 der
Aufklärungsvorrichtung 13 sind
im Außendurchmesser gleich
dimensioniert, der wenig kleiner gemacht ist als der lichte Durchmesser
des Torpedorohrs 17, so dass die Gehäuse 25, 26, 33 im
Torpedorohr 17 ungehindert verschoben werden können. Im
Ausführungsbeispiel
der 3 ist dabei eine hier nicht gezeigte Vorrichtung
vorgesehen, die verhindert, dass bei Verbringung der Aufklärungsvorrichtung 13 in
das aufzuklärende
Seegebiet 11 das dritte Gehäuse 33 aus dem Torpedorohr 17 austritt.
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Mit
der beschriebenen Aufklärungsvorrichtung 13 wird
eine Aufklärung
bzw. Überwachung
des Seegebiets 11, z. B. auf gegnerische Bewegungen und
Absichten in Krisen- und Spannungszeiten, wie folgt durchgeführt:
Das
U-Boot dringt in das aufzuklärende
Seegebiet 11 ein und stößt an einem
vorbestimmten Ort das erste Gehäuse 25 aus
dem Torpedorohr 17 mit Hilfe der Minenwurfeinrichtung aus.
Das erste Gehäuse 25 sinkt
infolge seines Gewichts auf den Seeboden 14 ab. Dabei werden
Teillängen
der flexiblen Linearantenne 18 aus den beiden Gehäusen 25, 26 ausgezogen.
Der Zugdraht 23 in der Linearantenne 18 sorgt dabei
für eine
hohe Zugfestigkeit der Linearantenne 18. Ist die Linearantenne 18 weitgehend
ausgerollt, so wird das zweite Gehäuse 26 aus dem Torpedorohr 17 mittels
der Minenwurfeinrichtung ausgestoßen, wobei das dritte Gehäuse 33 im
Torpedorohr 17 verbleibt. Der Ausstoßvorgang des zweiten Gehäuses 26 kann
durch Messung der an der Linearantenne 18 angreifenden
Zugkraft ausgelöst
werden, wenn diese einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Beim Absinken des ausgestoßenen
zweiten Gehäuses 26 und
und bei Weiterfahren des U-Boots 16 spult der Rüssel 35 mit
der einliegenden Glasfaser 31 aus dem dritten Gehäuse 33 aus.
Bei der Weiterfahrt des U-Boots 16 zieht der vollständig ausgezogene
Rüssel 35 das
zweite Gehäuse 26 mit,
wodurch die Linearantenne 18 gestrafft wird. Etwa die Mitte
der Linearantenne 18 wird dabei von dem Auftriebskörper 30, der
sich beim Ausziehen der Linearantenne 18 aus dem zweiten
Gehäuseteil 26 von
diesem gelöst
hat, zum Meeresboden hin abgestützt,
so dass ein Durchhängen
der aufgespannten Linearantenne 18 vermieden wird. Übersteigt
die durch das Straffen der Linearantenne 18 am Rüssel 35 auftretende
Zugkraft die Haltekraft der Sollbruchstelle, so reißt der Rüssel 35 am
zweiten Gehäuse 26 ab,
das zweite Gehäuse 26 bleibt
auf dem Seeboden 14 liegen und bei Weiterfahrt des U-Boots 16 spult
die Glasfaser 31 aus dem dritten Gehäuse 33 durch den Rüssel 35 hindurch
aus. Das U-Boot 16 legt sich weit außerhalb des aufzuklärenden Seegebiets 11 für eine bestimmte
Zeitdauer in Lauerposition, wobei es selbstverständlich auch auftauchen kann.
Die von der Linearantenne 18 aufgefassten akustischen Signale
aus dem Seegebiet 11 werden in der Signalverarbeitungselektronik 22 vorverstärkt, digitalisiert
und sequentiell auf die Glasfaser 31 übertragen. Im nach wie vor
im Torpedorohr 17 verbliebenen dritten Gehäuse 33 werden
von der Signalübertragungseinheit 36 die
empfangenen Lichtsignale in elektrische Signale umgesetzt, und über die
Signalleitung 34 der in einer Zentralstation im U-Boot
vorhandenen Auswerteeinheit zugeführt. In der Auswerteeinheit
werden die von der Linearantenne 18 gelieferten Sensordaten
ausgewertet. Nach ausreichender Aufklärung des Seegebiets wird der
Rüssel 35 mit
Glasfaser 31 gekappt, und das U-Boot setzt seine Mission fort.
Die als Einwegprodukt konzipierte Aufklärungsvorrichtung 13 verbleibt
inaktiv auf dem Meeresboden.
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Um
die Aufklärungsvorrichtung 13 über einen
größeren Zeitraum
zu nutzen und um das U-Boot in seiner Mission nicht zu binden und
in die Lage zu versetzen, mehrere Aufklärungsvorrichtungen 13 im Seegebiet 11 zu
installieren, ist das dritte Gehäuse 33 zusätzlich mit
einer Funkeinrichtung 37 bestückt. Das um die Funkeinrichtung 37 ergänzte dritte
Gehäuse 33 ist
im Schnitt schematisiert in 4 dargestellt.
Die Funkeinrichtung 37 verfügt über einen Funksender 38,
eine aufschwimmbare Funkantenne 39, die an einem Auftriebsballon 40 befestigt
ist, und ein die Funkantenne 39 mit dem Funksender 38 verbindendes
Antennenkabel 41. Die Funkeinrichtung 37 ist im
Endabschnitt des dritten Gehäuses 33,
der von dem Rüsselauszugsende
des dritten Gehäuses 33 abgekehrt
ist, eingesetzt, und das dritte Gehäuse 33 ist an diesem
Ende mit einem absprengbaren Deckel 331 verschlossen. Zum
Betreiben der Funkeinrichtung 37 ist eine weitere Stromversorgungsbatterie 42 im
dritten Gehäuse 33 untergebracht,
die zwischen der Funkeinrichtung 37 und der Signalübertragungseinheit 36 platziert
ist.
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Bei
dieser Variante der Aufklärungsvorrichtung 13 wird
dann, wenn das U-Boot 16 das aufzuklärende Seegebiet 11 verlassen
hat und die Glasfaser 31 weitgehend abgespult ist, auch
das dritte Gehäuse 33 aus
dem Torpedorohr 17 ausgestoßen und das Torpedorohr 17 wieder
verschlossen. Das dritte Gehäuse 33 sinkt
außerhalb
des aufzuklärenden
Seegebiets 11 auf den Meeresboden ab, der Deckel 331 wird
vom dritten Gehäuse 33 abgesprengt
und der die Funkantenne 39 tragende Auftriebsballon 40 wird aus
dem dritten Gehäuse 33 ausgestoßen. Der
Auftriebsballon 40 treibt an die Meeresoberfläche und die
Funkantenne 39 steht über
die Wasseroberfläche vor.
Unter Nutzung von Wind, Wasserströmung und eines eingebauten
Kompasses richtet sich die Funkantenne 39 auf einen geostationären Satelliten
aus, der einen Nachrichtenkanal zu einer beliebigen Bodenstation
schaltet. Das U-Boot 16 kann nunmehr weitere Aufklärungsvorrichtungen 13 in
dem Seegebiet 11 aussetzen oder sich anderen Operationen widmen.