STG-Marine Sprechtag, Planung vom „Mehrzweckkampfschiff 180“

 

Über das im Rahmen dieses Sprechtages 2013 behandelte Rüstungsprojekt der Deutschen Marine, das auch als  modularer maritimer Fähigkeitsträger bezeichnet wird, berichtete Karl-Heinz Hochhaus in der Fachzeitschrift Hansa

 

Abb. 1: Die Marine 2030 soll auch in großer Entfernung von der Heimat im multinationalen Rahmen operieren (Quelle Gärtner)

 

1. Einführung

 Bei windigem Wetter und stürmischer See wurden am 17. Oktober im Nato-Saal des Marinestützpunktes in Wilhelmshaven beim Marinesprechtag Vorträge mit Hintergrundinformationen zum geplanten neuen Rüstungsprojekt „Mehrzweckkampfschiff 180“ (MKS 180) der Deutschen Marine gehalten. Da eDirBWB Peter Grundmann als Leiter des STG-Fachausschusses Marine (FA) kurzfristig verhindert war, übernahm DirBWB Rainer Schepers die Moderation.

 

Zum derzeitigen Zeitpunkt befindet sich das auch als Fähigkeitsträger bezeichnete MKS 180 in der Planungs- und Konzeptionierungsphase. Es ist im 2012 von Vizeadmiral Manfred Nielson „in Dienst gestellten“ neuen Planungsamt der Bundeswehr in Berlin-Köpenick angesiedelt. Das rund 270 militärische und 100 zivile Dienstposten umfassende Amt wird von Generalmajor Frank Leidenberger geführt. Es wird künftig alle Planungselemente der Bundeswehr, also auch der Marine, in einem Haus bündeln.

 

 

Abb. 2: Entwicklungsschritte des MKS 180 von der Analyse bis zur Verwertung (Quelle Braun)

 

2. Taktisch Operative Herleitung –- Ableitung der funktionalen Fähigkeitsforderung MKS 180

 Fregattenkapitän Dirk Gärtner vom Planungsamt der Bundeswehr stellte und beantwortete im 1. Vortrag die Grundfrage: Wieso braucht die Bundeswehr eine neue schwimmende Systemplattform?

 

An die Marine werden bei sinkendem Personalbestand sowohl in der Anzahl als auch in der Vielfalt neue Anforderungen gestellt. Gärtner beschrieb die Anforderungen an das zukünftige modulare Mehrzweckkampfschiff, die ermöglichen, dass die Marine sich zu einer Flotte weiterentwickelt, welche auch in großer Entfernung von der Heimat im multinationalen Rahmen dauerhaft operieren kann (Abb. 1). Damit dies auch unter Bedrohung vor fremden Küsten erfolgen kann, sind die jeweils erforderlichen Kräfte und Mittel dafür flexibel und reaktionsschnell zur Verfügung zu stellen (Missionsmodularität). Diese große Bandbreite der Aufgaben und die zu ihrer Erfüllung notwendigen Eigenschaften bedingen für das MKS 180 eine modular gestaltete Systemplattform, deren Fähigkeitsprofil flexibel an den Auftrag und Verlauf der Einsatzoperationen angepasst werden kann. Als wesentliche Aufgaben wurden angeführt:

 

– Seeraumüberwachung und Beherrschen von Räumen

 

– Embargo und Blockade (seeseitiger Beitrag)

 

– Teilhabe an nationaler Risikovorsorge

 

– Unterstützen von Operationen an Land

 

– Beitragen zur Erfüllung des Auftrages der Marine in der Landes- und Bündnisverteidigung

 

– Unterstützen im Rahmen von Operationen zur humanitären Hilfe

 

Bis spätestens 2025 soll diese operativ nutzbare neue Schiffsklasse als Systemträger Überwasser mit Fähigkeiten zur Abwehr der Bedrohung durch U-Boote (ASW – Anti Submarine Warfare) und zum Eigenschutz gegen Bedrohungen aus der Luft durch Luftfahrzeuge (AAW – Anti-Aircraft Warfare) und  Flugkörper (ASMD –Anti-Ship-Missile-Defense)  verfügbar sein.

 

 

 

Abb. 3: Ergebnis der Studien Analysephase Teil 1, Systemkonzept der P+S Werften 2012 (Quelle P+S Werften)

 

3. Vom Bedarf zur Lösung – die Analysephase im Projekt MKS 180

 Der Vortrag von TRDir Rudolf Braun vom Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr stellte dar, wie das novellierte Customer Product Management  (CPM nov.) als Verfahren zur Bedarfsermittlung und -deckung beim Pilotprojekt MKS 180 in der Praxis umgesetzt wird.

 

Anhand eines Ablaufplanes (Abb. 2) beschrieb er die einzelne Projektschritte, die von Integrierten Projektteams (IPT) abgearbeitet werden. In den IPTs sollen ab Analyse Teil 2 auch Mitglieder der nationalen und internationalen Wirtschaft bzw. der Industrie vertreten sein. Nach dem Vorlauf der Analyse und der Analyse Teil 1 befand sich das Vorhaben z. Zt. des STG-Sprechtages nach Billigung des CPM-Dokuments „Fähigkeitslücke und Funktionale Forderung (FFF)“ durch den Generalinspekteur der Bundeswehr am 25. März 2013 in der Analysephase Teil 2. Es wurden Designstudien ausgeschrieben, die an Firmen vergeben werden. 2014 erfolgt die Erstellung und Bewertung der Lösungsvorschläge und der Generalinspekteur der Bundeswehr entscheidet abschließend über die beste  Lösung  für den Bau des MKS 180. In diesem Vorhaben sollen auch alternative Rumpfformen vorgeschlagen und diskutiert werden.

 

Als Ergebnisse der Analysephase Teil 1 wurden von den P+S-Werften und der Marinetechnischen Gesellschaft (MTG) erste Systementwürfe erstellt (Abb. 3).

 

 

Abb. 4: Ergebnis der Studien Analysephase Teil 1, Grobentwurf V21 der MTG Marinetechnik 2012 (Quelle MTG)

 

4. Einfluss der Payload auf den Gesamtentwurf

Dipl.-Ing. Guido Gerdemann, Geschäftsführer der MTG Marinetechnik GmbH, sprach die große Herausforderung bei der Planung dieser Systemplattform (Abb. 4) an. Der Schritt vom Projekt zum Schiff entsteht im iterativen Prozess, bei dem unterschiedliche Schiffsentwürfe ein schlüssiges Gesamtkonzept ergeben sollen. Dabei sind die vielfältigen Forderungen, hier vorwiegend die im 1. Vortrag beschriebenen verschiedene militärischen Einsatzzwecke, im Rahmen des verfügbaren Budgets zu erfüllen.

 

Als Payload werden Systeme, Anlagen und Komponenten bezeichnet, welche das Marineschiff für den jeweils geplanten militärischen Einsatzzweck benötigt. Dazu gehören alle Sensoren und Waffensysteme sowie organische Einsatzmittel, z. B. Bordhubschrauber und verschiedene Einsatzboote inklusive der Anlagen und Systeme zur Unterbringung Wartung und Versorgung, Start und Landung bzw. Aussetzen und Einholen  (Abb. 5).

 

Am Beispiel des Bordhubschraubers der 13 Tonnen-Klasse wurde der Einfluss auf die Payload verdeutlicht, da weitere Einrichtungen wie Hangar (55 t), Tanks und Tankeinrichtungen (62 t), Waffen (10 t), 12 Personen Personal und OPZ–Anteil benötigt werden. In Summe ergeben sich zusätzlich rund 140 t Gewicht und 1765 cbm Raumbedarf, wodurch sich die Hauptabmessungen um rund 14 % erhöhen.

 

 

Abb.5: Payload sind die blau eingegrenzten Systeme,  Anlagen und Komponenten (Quelle MTG)

 

5. Modulare Payload, Entwicklung, zukünftige Anforderungen und Möglichkeiten aus Industriesicht

 Die  Modularisierung der Payload (W+E-Systeme) für Marine–Überwassereinheiten behandelte Dr.-Ing. Hans-Dieter Ehrenberg von ATLAS Elektronik. Flexibel austauschbare Module spielten bei den Marinen seit den 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts eine wachsende Rolle und wurden in Deutschland, Dänemark und der USA realisiert. Dazu gehören die Konzepte wie ME-KO, Stanflex und SSES/NIICP.

Die Entwicklung der Modularität bei Marineschiffen begann mit der:

 

–MEKO® der 1. bis 3. Generation von  Blohm+Voss Hamburg (geliefert in 9 Länder)

 

–Stanflex Dänemark (enthielt Module und Missionspakete, geliefert in 3 Länder)

 

–US Navy „SSES“, „NIICP“Regelwerke, Standards

 

Aktuell wird die Modularität heute umgesetzt bei der

 

–MEKO® 4. Generation („A-Klasse“), TKMS Hamburg

 

–LCS (LittoralCombatShip) USA

 

–SIGMA-Klasse Damen, Holland (Ship Integrated Geometrical Modularity Approach; inzw. für 3 Länder)

 

 

 

 

 

Abb. 6: Organische Einsatzmittel mit Führungscontainer und Aussetzsystemen (Quelle Ehrenberg)

 

Selten hingegen wurden Missionsmodularitäten verwirklicht, Beispiele sind die dänische Stanflex-Klasse, die drei Schiffstypen ersetzte und das „Littoral Combat Ship“ der US Navy. Diese neuartigen US-Schiffstypen wurden in 2 Klassen für die küstennahe Gefechtsführung zum Einsatz der „Asymmetrischen Kriegführung“ im feindlichen Küstenvorfeld konzipiert.

Das deutsche Projekt „MKS 180“ soll Missionsmodule erhalten. Folgende Ausstattungen und Einrichtungen eignen sich für die sogenannte „Missionsmodularisierung“ 

 

–organische Einsatzmittel mit Aussetzsystemen, z. B. AUV (s. Abb. 6)

 

–Tauchereinrichtungen (Hellegatt, Druckkammer)

 

–ausgewählte missionsrelevante Sensor- und Effektorsysteme

 

–Führungs-, Aufklärungs-, Einsatzplanungs-und Auswertungseinrichtungen

 

–Lager- und Wartungseinrichtungen für missionsspezifisches Gerät

 

–Erweiterte Lazarettkapazitäten zur Fremdversorgung

 

–Zusatzunterkünfte für Missionspersonal, Trainees oder andere Personen

 

–Ausstattung für Ausbildung, Forschungszwecke und Katastrophenhilfe.

 

 

 

 

 

 

Abb. 7: Fregatte 125 – CODLAG Propulsion System (Quelle Sichermann)

 

6. Gesamtsystemsimulation im Marineschiffbau am Beispiel Antrieb

 Dr.-Ing. Wolfgang Sichermann von Thyssenkrupp Marine Systems GmbH (TKMS) begann mit der Beschreibung der verschiedenen Antriebskonfigurationen der Fregatten und vertiefte inhaltlich das CODLAG System. CODLAG teht für COmbined DieseleLectric And Gas und diese Anlage dient zum Antrieb der neuen im Bau befindlichen Fregatte F125 (Abb. 7).  Es besteht aus vier Dieselgeneratoren, zwei elektrischen Fahrmotoren, einer Gasturbine, Getriebe und zwei Verstellpropellern. Die Abb. 8 zeigt die stationäre Kennlinie, die sich aus den verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten ergibt.

 

Anschließend ging er kurz auf die Modelle der einzelnen Komponenten ein und stellte an mehreren Beispielen die dynamische Simulation des Gesamtsystems vor.  Dabei wurden das Zusammenwirken der technischen Systeme und Antriebskomponenten mit dem hydrodynamischen System simuliert, das dynamische Verhalten untersucht und die Ergebnisse wie die Beschleunigung und  Crashstopps über der Zeit grafisch dargestellt.

 

Die numerische Strömungssimulation (CFD bzw. computational fluid dynamic) wird erfolgreich im Schiffbau und Marineschiffbau eingesetzt, um die Gesamtanlagen in einem frühen Stadium zu optimieren. Damit wird es möglich, die technischen Risiken zu reduzieren, das Antriebssystem zu optimieren und die Zahl der Modellversuche im Tank zu minimieren. Als Beispiele wurden ein Drehkreismanöver, Ergebnisse zum Wellenbild, die Belastungen und die Analyse der instationären Geschwindigkeitsverteilung und Druckschwankungen vom Propeller aus instationäre CFD-Berechnungen für die F 125  grafisch dargestellt (Abb. 9).

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 8: Stationäre Kennlineie der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der F 125 (Quelle Sichermann)

 

Abb. 9: CFD Modell,  Ergebnisse derGeschwindigkeitsverteilung bei gelegtem Ruder (Quelle Sichermann)

 

7. Entwurfsbestimmender Parameter Standkraft

 Dipl.-Ing. Volker Hesse, (Abb. 10) Tyssenkrupp Marine Systems GmbH) definierte die Standkraft als einen wesentlichen Parameter des Schiffsentwurfs im Marineschiffbau, da diese Eigenschaft für die Intensivnutzung im weltweiten Einsatz eine höhere Prorität hat und einen extrem starken Einfluss auf den Entwurf ausübt. Folgende wichtige gestufte Standkraftforderungen gelten für Marineschiffe:

 

–Das Schiff muss nach Treffer schwimmfähig bleiben

 

–Das Schiff muss nach Treffer sicher den Hafen erreichen

 

–Das Schiff bleibt nach Treffer fähig zur Selbstverteidigung

 

–Das Schiff bleibt voll kampffähig

 

 Hesse zeigte abschließend den möglichen Schadensverlauf in vier Phasen vom Treffer bis zur Wiederherstellung.

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 10: Dipl.-Ing. Volker Hesse referierte zum Thema Standkraft (Foto Dr. Hochhaus)