Ubådsjagt med laserstråler

Orlogskaptajn K. T. Madsen, Søværnets Operative Kommando, gennemgår her principperne for og problemerne med at anvende laser i vand og konkluderer, at laser ikke har medført et gennembrud i anti-ubåds krigsførelsen.

De politiske diskussioner om det kommende forsvarsforlig venter forude. Endnu er det vanskeligt at sige, hvor der hersker enighed mellem de politiske partier, og hvor der hersker uenighed. På et område er det dog allerede nu tydeligt, at der hersker stor uenighed: Anskaffelsen af ubåde. Diskussionerne om anskaffelsen af ubåde berører desværre ikke emner som ubåde i krisestyring, sikkerhed mod et isoleret angreb på Danmark, fremskudt forsvar eller andre principielle områder, men et mindre teknisk problem i anti-ubåds operationer. Det store spørgsmål er, om man i fremtiden ved hjælp af laser er i stand til at finde en ubåd i Østersøen. Især i »Politiken« har diskussionen gået med udtryk som: »Og i løbet af de næste ti år vil ny teknik kunne afsløre alle skibsbevægelser over og under vandet«1). Og »Dansk forsvars- og sikkerhedspolitik er for os alle et så alvorligt emne, at diskussionen heraf ført på et science fiction- lignende niveau, der nok kan være underholdende, men som mangler de fornødne realiteter, ikke må finde sted«2).

 
Hvad er laser?
Avisomtalen af svenske forsøg med laserstråler i vand har tilsyneladende ledt tankerne hen på, om ikke en slags ubåds-dødsstråler, så dog et vidundermiddel i ubådsjagt. Faktum er, at grønt laserlys (ca. 530 nanometers bølgelængde), der har den bedste indtrængningsevne i vand, under optimale omstændigheder har været i stand til at få reflektioner fra Østersøens bund i mere end 30 meters dybde. 
 
Før de svenske forsøg beskrives nærmere, vil det formodentlig være på sin plads at forklare de basiske principper for laser. Laser-energi (Light Amplification by Stimulated Emission af Radiation) frembringes ved at tvinge atomer eller molekyler i et stof ind i en naturlig energitilstand, d.v.s. »hæve« dem op i et højere energiniveau. Normaltilstanden opnås ved afgivelse af den tilførte energi i form af elektromagnetisk energi. Det enkelte stof afgiver elektromagnetisk energi af en ganske bestemt bølgelængde, som forstærkes ved en resonator, og derefter udsendes som en laser-stråle3). Eller for måske bedre at illustrere, hvad laser er, kan man sige, at medens lyset fra solen eller en elektrisk pære udsendes på mange forskellige frekvenser mellem hinanden, er laser-lys begrænset til en frekvens. Eller for at sammenligne det med noget akustisk, kan man sige, at hvis man taber en bakke med glas og porcelæn består lyden af mange blandede frekvenser, medens lyden fra en orgelpibe, ligesom lyset fra en laser, består af en enkelt frekvens. Fordelen ved laser i forhold til andre systemer er den ekstrem smalle stråle, der i dag bl.a. anvendes af militære styrker til afstandsmåling, målfølgning og lignende. Desværre eller heldigvis gælder de samme naturlove ikke for udbredelsen af laserlys i vand som i luften. Hvis en grøn laser-stråle rettes mod havoverfladen, vil en del af lyset reflekteres fra havoverfladen som diffus stråling eller spredning, medens noget af lyset vil trænge ned i havet. Her vil lyset hurtigt yderligere dæmpes p.g.a. spredning og absorbering. Selve vandet reflekterer også laser-lyset, så selv brugen af større laser-energi vil ikke øge indtrængningsdybden væsentlig, men vil snarere føre til en temperaturstigning i vandet langs strålens bane2). Populært sagt kan laser i vand sammenlignes med at køre bil i tåge. Synsvidden øges ikke ved kraftigere lys.
 
Svenske forsøg med anvendelse af laser i vand
Det svenske forsvars forsøgsanstalt, FOA, har bl.a. anvendt grønt laserlys i nogle forsøg til søopmåling og til sporing af olie i vand. Ved disse forsøg har man anvendt en laser, installeret i en helikopter, der flyver lavt hen over havoverfladen. Lyset fra laseren sendes mod havoverfladen, hvorfra meget af lyset reflekteres. Ved at måle reflektionen, dels fra havoverfladen, selve vandsøjlen samt fra bunden, har man været i stand til at måle den tidsforskel mellem overflade- og bundreflektionen, som angiver et mål for vanddybden. 
 
Den potentielle maksimale rækning kan udtrykkes ved følgende formel4):
 
hvor Lmax er rækningen, P+ er lasersystemets parameter, PB den optiske baggrundsstråling og r dæmpningskoefficienten i vand. Da baggrundsstrålingen og dæmpningskoefficienten ikke kan ændres, er den eneste størrelse, der er værd at undersøge nærmere, lasersystemets parametre, der kan udtrykkes således:
 
 
hvor PL er den udsendte laserenergi, p bundens reflektionsevne, Ar lasermodtagerens areal, Nr lasermodtagerens effektivitet og H2 flyvehøjden. Som tidligere nævnt vil en forøgelse af energien ikke øge laserens indtrængningsevne. Modtagerens areal har en optimal størrelse, ved modtagning af 90% af laser-energien reflekteret fra bunden. Denne fysiske størrelse af modtageren er forbundet med selve flyvehøjden. Den maksimale teoretiske rækning for de svenske forsøg var følgende:
 
 
De forskellige angivelser af rækningen under ens forhold skyldes viden om Østersøvandets varierende »renhed«. Her må ligeledes påpeges, at disse størrelser repræsenterer bundreflektioner fra en laserstråle, der allerede i 20 meters dybde har et tværsnit på 154 kvadratmeter. De svenske forsøg med dybdemålinger blev gennemført i 4 forskellige områder, med varierende grad af »renhed« i vandet. Den maksimalé dybde bunden blev målt i var 35 meter, i hvilken dybde laserstrålen har et tværsnit på mere end 3200 kvadratmeter.
 
I et af områderne blev den største dybde målt til 14 meter, hvilket for det pågældende område er betragtet som tæt ved den maksimale teoretiske rækning. Svenskerne betragter selv resultaterne som opmuntrende, og mener, at en skanderende laser vil reducere omkostningerne og øge hastigheden ved søopmåling. Forsøget med at spore olie i havet v.h.a. laser®) viste, at hvis olien eller en ubåd reflekterer laser-lyset anderledes end vandet, er det muligt at opdage den. Det må her påpeges, at olieudslip i Østersøen har vist, at olien ikke altid vil stige til overfladen med det samme, men kan føres væk fra udslippet på et saltholdigheds- eller temperaturlag. Under forsøget blev der opdaget olie ned til 15 meters dybde. I denne undersøgelse arbejdes med udtrykket »Siktdjup«, der angiver sigten i vandet i meter. I overensstemmelse med den tidligere undersøgelse kan laserlys rækkevidde mod havbunden sættes tU 4-5 gange siktdjupet. Ove Steinvall, der er chef for sektionen Laserteknik ved FOA i Linkoping, mener, at hvis der findes et sammenhængende ohelag, der dækker hele laserstrålens tværsnit: »Kan man råkne med samma råckvidd som mot havsbotten, d.v.s. 15-30 m djup i Ostersjövatten«5). Forsøgsresultaterne er vist på fig 1. Det skal her erindres, at »siktdjup« i Østersøen normalt er mellem 5 og 10 meter, men under særlige omstændigheder kan være ned til 2 meter.
 
 
Laser som ubådssensor
En nærmere gennemgang af en operativ skanderende anti-ubådslasers driftssikkerhed, vægt og krav til energi kan ikke beskrives her, idet udstyret, som bekendt, ikke er konstrueret. Laserlys spredning i vand er til gengæld kendt og fremgår af fig. 2.
 
 
Hvis vi formoder, at en ubåd reflekterer laser-lyset som olien, der ved et olieudslip ved Dalaro i 1981 reflekterede 100% stærkere end vandet5), fås ved at sammenligne fig. 1 og 2, samt beregne arealet af en ubåd (i dette tilfælde af De^/inen-klassen) et udtiyk for den maksimale rækning mod ubåden. Ved en siktdjup på 7 m, vil ubådens areal være ca. 48% af laserstrålens udbredelse i 18 meter, hvilket ifølge fig. 1 vil være tæt ved den optimale rækning. Reflekterer ubåden lige så godt som havbunden, vil den optimale rækning ikke være som de angivne maksimale dag- og natrækninger, idet ubåden på disse dybder udgør procentvis en mindre del af laserstrålens udstrækning, hvorved en tilsvarende mindre del af laser-lyset kastes tilbage. Eksempelvis vil en De//inen-klasse ubåd, ved siktdjup 7 m, i 30 meters dybde udgøre under 25% af strålens areal. Da ingen nation anvender laser som ubådssensor, kendes ubådes reflek- tionskoefficienter ikke, ligesom ingen p.t. har undersøgt, hvad der kan gøres for at mindske denne reflektion. De skanderende laser, der blev anvendt ved forsøget med at spore olie, bevægede sig 20° på hver side af det lodrette plan. En forøgelse af denne vinkel vil næppe være muligt, idet strålen ved større vinkler, på grund af spredningen i vandet, vil bryde havoverfladen og ved diffus spredning sende reflektioner tilbage i modtageren.
 
Ved en flyvehøjde på 150 meter vil 20° på hver side af det lodrette plan dække en bredde af 110 på havoverfladen. Øges flyvehøjden til det dobbelte, vil den afsøgte bredde øges tilsvarende. Men samtidigt ses, af formlen for beregningen af systemets parametre, at parameteren formindskes til en fjerdedel, med heraf følgende ringere dækning i vandet. De i dag eksisterende prototype-systemer for laserbelysning af havet, der har en søgehastighed på 30 km2/timen for helikoptere og 90 km2/timen for fly, må derfor betragtes som nær det optimale. Vurderes så, at Østersøen har en udstrækning på 385.000 km2 forstås, at afsøgning ved hjælp af laser, der kun kan række et kort stykke under havoverfladen, ikke er en cost-effective måde at jagte ubåde på. En laser-rækning på 25 meter mod en ubåd i Østersøen, vil svare til, at man på Sjælland, med bind for øjnene, ved hjælp af en kæp på 3,3 meters længde, prøver at finde en bevægelig genstand på 6-7 meters længde. Tager man så i betragtning, at der her er tale om laser-rækning under optimale omstændigheder, samt at ubåden ofte vil være i stand til at observere afsøgningen og bevæge sig i forhold til denne, evt. gå dybere end den maksimale rækning eller bevæge sig ind i afsøgt område, synes ubådsjagt ved hjælp af laser at være lidet profitabelt.
 
En faktor, der også bør vurderes, er, hvis ubåden på lægt vand, hgger på bimden. Hvis ubåden ikke rammes af laser-keglens centrum, vil dens reflektion blive skjult i bundens reflektion. Hvis ubådens skrog rammes af laser-keglens centrum, vil det kræve et særdeles indgående kendskab til dybden og laserens position, for med sikkerhed at kunne fastslå, om reflektionen skyldes en ubåd og ikke havbunden. Denne viden om bunden skal ikke kun indsamles, men også holdes opdateret i takt med de geografiske ændringer af bunden. I vurderingen af laseren som ubådssensor bør det ikke glemmes, at alle de foranstående talstørrelser forudsætter optimale forhold. Laser- rækningen mindskes ikke kun i sol- og månelys, men også i tåge, skyer og kraftigt regn. De svenske forskere nævner, at ved målinger, hvor dybdeoplysningen er vigtig, kan målinger kun foregå med bølgehøjder under 1 meter®). Desuden vil alger under visse omstændigheder, ligesom fiskestimer og varierende lag i vandet indvirke på resultaterne. En undersøgelse af antallet af solskinstimer, hyppigheden af tåge eller lavt skydække samt bølgehøjden, der øger dæmpningen i overfladen, syntes unødvendig for at fastslå, at laseren har en begrænset effekt som ubådssensor.
 
Udlandets vurderinger
11970 brugte det amerikanske forsvar 75 mill. dollars på laser-forskningen. I 1973 havde den amerikanske flåde planlagt, var i gang med eller havde afsluttet mellem 250 og 300 projekter med laser6). I 1983 anvendtes 27 mill. dollars til tre projekter med laser-kommunikation til ubåde, og i 1984 er der budgetteret med 24 mill. dollars til disse projekter7). Den amerikanske flåde har altså kendskab til laser i vand, men mener tilsyneladende ikke, at systemet er egnet i anti-ubåds krigsførelsen. I Sverige går en del af de 250 mill. svenske kroner, som den svenske regering har bevilget til ubådsbekæmpelse, til laserforsøg8). Da den svenske flåde netop har modtaget en ny ubådstype, og er gået i gang med bygningen af den næste, ser det ud til, at de svenske beslutningstagere er klar over laserens begrænsninger. En skanderende laser monteret i en helikopter vil dog, selv om den er uegnet til jagt på ubåde på det åbne hav, være særdeles egnet til at overvåge udsejlinger fra flådebaser og dele af den svenske skærgård. Den vesttyske marine har lige startet projekteringen af den ubådstype, der i det næste årti skal erstatte deres ældre ubåde. Til trods for, at laser i flere lande har været anvendt til søopmåling, og til trods for, at de svenske rapporter om forsøgene er tilgængelige for alle, synes ingen af de store mariner, eller de mariner, der i krigstid skal operere i Østersøen, at ubådenes tid er forbi.
 
Konklusion
Grøn laser kan ikke betragtes som en gennembrudsteknologi, der kan ændre »balancen« mellem ubåde og anti-ubådsstyrker. Laser må snarere betragtes som et led i den forbedringsteknologiske udvikling af anti- ubådsstyrkeme, der prøver at indhente det forspring, som ubåde klart har demonstreret i den svenske skærgård.
 
 
Kilder
1) Jens Holsøe: »Torpedo under flåden«. Politiken, Kbh. 21 NOV 83, 2. sektion p. 2.
2) Leif Bjørnø: »Torpedo under flåden ramte ved siden af«. Politiken, Kbh 6 DEC 83, 2. sektion p. 5.
3) Major J. J. Graabæk: »Den sensorteknologiske udvikling«. Militært tidsskrift, APR 80, p. 203-204.
4) H. Klevebrant m.fl.: »Laser Depth Sounding in the Baltic Sea«. FOA rapport 0182 5.3. Stockholm.
5) Olle Sundstrom: »Nu kan vi spåra oljeutslåpp under vattenytan«. FOA Tidningen, Stockholm, nr. 3, OKT 83, p. 10-11.
6) Kurt R. Stehling: »Laser: The Light Fantastic«. Proceedings AUG 73, p. 47.
7) James B. Schultz: »Navy, DARPA Evaluate Blue-Green Lasers as Communications Link With Submarines«. E/ectromcs, NOV 83, p. 50-51.
8) Jens Holsøe: »Svensk ubådsjagt i Østersøen med laserstråler«. Politiken, Kbh. 7 DEC 83.
 
 
 
 
 
PDF med originaludgaven af Militært Tidsskrift hvor denne artikel er fra:
PDF icon militaert_tidskrift_113_aargang_mar.pdf
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Litteraturliste

Del: