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LTT24 hilft bei Beseitigung von Munitionsaltlasten unter Wasser


Weltweit wurden viele tausend Tonnen Munition auch in küstennahen Gebieten der Meere versenkt und stellen noch heute eine Bedrohung insbesondere für die Seeschifffahrt dar. Eine Bergung dieser gewaltigen Mengen an Explosivstoffen ist oft zu riskant, so dass nur eine kontrollierte Sprengung möglich ist. Die Detonation von mehreren 100 Kilogramm Sprengstoff unter Wasser erzeugt jedoch Schockwellen, die für Mensch und Tier lebensbedrohlich sein können. Insbesondere Meeressäuger sind hier extrem gefährdet. Vor diesem Hintergrund haben Forscher nun untersucht, ob und inwieweit die von den Explosionen ausgelösten Unterwasser-Druckwellen durch künstlich erzeugte Luftblasenvorhänge gedämpft werden können.


Wissenschaftliche Institute decken heute die gesamte Bandbreite für maritime Technologien in allen Phasen der Entwicklung und Erprobung ab. Im Forschungsbereich für Wasserschall und Geophysik, gehören dazu auch Untersuchungen über die dämpfende Wirkung eines Blasenschleiers auf Explosionsschockwellen, mit dem Ziel einer möglichst umweltschonenden Beseitigung von Munitionsaltlasten aus dem Zweiten Weltkrieg. Diese Arbeiten werden in Zusammenarbeit mit dem Amt für Katastrophenschutz durchgeführt, das für die Kampfmittelbeseitigung verantwortlich ist.

Zu diesem Zweck haben Experten der wissenschaftlichen Institute Sprengversuche unternommen, bei denen mit Hilfe kreisrunder, perforierter Röhren am Meeresboden ein Blasenvorhang um den Explosionsort erzeugt wird.

 Während bei ersten Versuchen  noch mit drei konzentrischen Röhren experimentiert wurde, beschränkt man sich mittlerweile auf eine einzige Röhre, aus der ein Luftstrom von insgesamt 40 Kubikmeter Luft pro Minute austritt. Als Messplattform dient dabei ein in sicherer Entfernung verankertes Schiff. Von dort aus positioniert man mittels Bordkran sechs Hydrofone in vier verschiedenen Tiefen zur Messung des Schalldrucks. In der Messanlage an Bord werden die Schallsignale zunächst vorverstärkt und durchlaufen ein 50Hz-Hochpassfilter, bevor sie dann mit Hilfe eines LTT24 Transientenrekorders der Firma Labortechnik Tasler GmbH aufgezeichnet und anschließend ausgewertet werden.

Für diese speziellen Versuche stehen dem Forscherteam mit der Präzisionsmesstechnik LTT24 moderne Messsysteme zur Verfügung, die den hohen Ansprüchen an Qualität, Sicherheit und Robustheit genügen. Diese vom Würzburger Spezialisten für ultraschnelle Messtechnik Labortechnik Tasler entwickelten und produzierten DAQ-Systeme erweitern die Bandbreite und Auflösung der konventionellen PC-Messtechnik in bisher unerreichte Dimensionen. Die maximale Abtastrate pro Kanal beträgt 4 MHz bei 24 Bit Auflösung. Ein einzelnes Gerät bietet dabei bis zu 16 Differenzeingänge. Da sich die Geräte kaskadieren lassen, ist eine synchronisierte Erfassung auch mit viel mehr parallelen Kanälen möglich.

Integrierte A/D-Wandler und galvanisch getrennte Verstärker für jeden Eingang bieten eine simultane Abtastung aller Kanäle und eine kanal-individuelle Verstärkung mit Eingangsbereichen zwischen ± 250mV und ± 200V. Jeder Eingang verfügt über einen adaptiven Anti-Aliasing-Filter.
Die sehr hohe Signalqualität (Rauschen, Verzerrung, Synchronität) des LTT24 sind ein echtes Alleinstellungsmerkmal.
Integrierte Sensorverstärker erlauben den direkten Anschluss und die Speisung von Dehnungsmessstreifen, ICP-, Ladungs- und LVDT-Sensoren, sowie PT100 u.v.m.

Die Anbindung des LTT24 an den PC erfolgt über USB3 oder Ethernet – bei Bedarf für längere Entfernungen auch über Lichtwellenleiter. Bei angeschlossenem PC lassen sich die Signale so auch aus der Ferne online darstellen und kontrollieren. Mit der Software LTTpro wird die Erfassung, Wiedergabe und Analyse der Messdaten erheblich vereinfacht. Die umfangreichen Triggerfunktionen definieren den Start der Datenerfassung. Die Online-Mathematik ermöglicht eine erste Bewertung der Messung noch während der Aufnahme. Das direkte Speichern der Messdaten in Dateiformaten wie Famos, Diadem und andere erlaubt eine direkte Weiterverarbeitung der Messdaten.
Die zum Lieferumfang gehörenden Softwaremodule erlauben eine direkte Einbindung in andere Softwareumgebungen, wie beispielsweise DASYLab, Labview, Matlab, u.a.

Eine optionale interne SSD gewährleistet, dass die Messdaten selbst unter härtesten Einsatzbedingungen und auch im „worst case“ – bei eventuellem Verlust der Verbindung zum PC – sicher aufgezeichnet werden.

Bild 4 zeigt einen typischen Druckverlauf für die Detonation einer 300 kg Mine, gemessen in einer Entfernung von etwa 800 Metern. Dabei sind sehr hohe Abtastraten von bis zu 2MegaSamples pro Sekunde und Kanal gefordert, um eine ausreichende Signalbandbreite sicherzustellen. Dies ist einerseits nötig, um die für Sprengungen typischen, kurzen Druckspitzen auszuwerten, andererseits auch, um den Dämpfungseffekt bis in den Bereich von 100 kHz analysieren zu können.

 Auf diesen Frequenzbereich reagieren gerade die in der südlichen Ostsee im Bestand bedrohten Schweinswale sehr empfindlich. Diese nutzen nämlich – wie die mit ihnen verwandten Delfine – eine Art „Ultraschall-Ortungssystem“, das ähnlich dem von U-Booten bekannten Sonar funktioniert.

Diese ersten Ergebnisse zeigen, dass im unteren Frequenzbereich bis 1 kHz keine signifikante Dämpfung festzustellen ist, während darüber Dämpfungen von durchschnittlich etwa 4 dB erreicht werden können.

Die Dämpfungseffekte fallen dabei zunächst geringer aus als auf Grund anderer Experimente erwartet. Dies führt man darauf zurück, dass bei derart großen Sprengladungen erhebliche Mengen an Wasser einfach durch Explosionsgase verdrängt werden, was natürlich die Druckausbreitung beeinflusst. Weitere Versuche sollen folgen, wobei vor allem der Durchmesser des Blasenvorhangs variiert werden soll.