Funktioniert Radar unter Wasser?

Funktioniert Radar unter Wasser? Warum Schallwellen siegen

Die Frage, ob ein funktioniert radar unterwasser bzw. Radar unter Wasser überhaupt realistisch funktioniert, beschäftigt viele Technikinteressierte bei der Betrachtung moderner U-Boote. Während Funkwellen in der Luft enorme Distanzen überbrücken, gelten unter der Wasseroberfläche völlig andere physikalische Bedingungen. Erfahren Sie hier die genauen Ursachen für die Reichweitenbegrenzung und welche Technologie stattdessen zum Einsatz kommt.

Funktioniert Radar unter Wasser?

Nein, klassisches Radar funktioniert unter Wasser in der Praxis nicht. Ob ein Signal tief eindringt, hängt zwar stark von der Frequenz und dem Salzgehalt ab, doch die elektromagnetischen Wellen des Radars werden in großen Gewässern innerhalb weniger Meter Entfernung vom Sendeort nahezu vollständig absorbiert. Stattdessen setzen U-Boote, Schiffe und Taucher bei der Unterwasserortung auf Sonar, das mechanische Schallwellen nutzt.

In der Luft breiten sich Funkwellen mit Lichtgeschwindigkeit über Hunderte Kilometer aus - unter der Wasseroberfläche endet diese Reise extrem abrupt.

Bei einer typischen Radarfrequenz von 1 GHz dringt ein Signal im Meerwasser gerade einmal rund 0,01 Meter tief ein, bevor seine Energie verpufft. Ich dachte früher selbst, man müsste nur die Sendeleistung eines Schiffsradars massiv hochdrehen, um den Meeresboden zu kartieren. Ein teurer Denkfehler. Selbst wenn man die Leistung verzehnfacht, schluckt das Wasser die Energie auf den nächsten Zentimetern direkt wieder weg - ein Grund, warum es für die unterwasserwelt völlig andere physikalische Werkzeuge braucht (dazu gleich mehr bei den extremen Langwellen).

Warum funktioniert Radar unter Wasser nicht?

Radar scheitert unter Wasser an der hohen elektrischen Leitfähigkeit und der starken Absorption von elektromagnetischen Wellen durch Wassermoleküle. Sobald Funkwellen auf Wasser treffen, wandelt das Medium die elektromagnetische Strahlungsenergie fast augenblicklich in minimale Wärme um, anstatt das Signal zu reflektieren.

Meerwasser besitzt aufgrund der gelösten Salze eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 4 S/m, was es zu einem guten elektrischen Leiter macht. Gute Leiter wirken für hochfrequente Funkwellen wie ein Schutzschild - sie reflektieren einen Großteil direkt an der Oberfläche und dämpfen den Rest extrem stark. In Süßwasser liegt die Leitfähigkeit bei nur rund 0,01 S/m, wodurch Signale zwar etwas weiter kommen, aber für eine echte Ortung immer noch unbrauchbar bleiben. Ehrlich gesagt war ich ziemlich überrascht, als ich zum ersten Mal einen wasserdichten Funk-Tracker im Baggersee getestet habe und das Signal schon nach zwei Metern Tiefe komplett abriss.

Reichweite von Funkwellen im Süß- und Salzwasser

Die genaue Eindringtiefe hängt maßgeblich von der Wellenlänge ab - je niedriger die Frequenz, desto weiter kommt das Signal. Während Gigahertz-Frequenzen (wie WLAN oder normales Radar) nach wenigen Zentimetern scheitern, schaffen extrem niedrige Frequenzen im Bereich von 30 bis 300 Hz durchaus einige Hundert Meter Tiefe im Ozean.

Solche Extrem-Langwellen (ELF - Extremely Low Frequency) werden tatsächlich genutzt, um getauchten U-Booten kurze Textbefehle zu senden. Allerdings taugen sie überhaupt nicht für Radar. Die Wellenlängen sind Tausende Kilometer lang, die Antennenanlagen auf dem Festland erstrecken sich über ganze Landstriche, und die Datenrate reicht kaum für ein paar Buchstaben pro Minute - für eine präzise Ortung von Hindernissen oder Fischen wäre das so hilfreich wie ein Nebelhorn beim Einfädeln einer Nähnadel.

Sonar als Alternative: Wie U-Boote und Schiffe unter Wasser sehen

Für die Unterwasserortung nutzt die technik sonar sound navigation and Ranging, das anstelle von Funkwellen akustische Schallwellen aussendet. Wasser leitet Schallwellen hervorragend, weshalb Sonar je nach System Reichweiten von einigen Hundert Metern bis zu über 100 Kilometern erzielt.

Viele glauben, Schall sei unter Wasser langsam und träge. In Wirklichkeit rast Schall im Meerwasser mit rund 1.500 Metern pro Sekunde dahin - das ist mehr als viermal so schnell wie in der Luft (343 Meter pro Sekunde). Weil Wassermoleküle so dicht gepackt sind, geben sie mechanische Druckwellen extrem effizient weiter. Moderne Sonarsysteme senden einen kurzen Klick- oder Ping-Ton aus und messen die Zeit, bis das Echo von einem U-Boot, einem Fischschwarm oder dem Meeresgrund zurückkehrt. Kurze Sache. Aus dieser Laufzeit berechnet der Computer ein detailliertes Bild der Umgebung.

Das Missverständnis um das sogenannte Unterwasser-Radar

Wenn im Wassersport, bei Anglern oder in Filmen von Unterwasser-Radar die Rede ist, handelt es sich technisch gesehen immer um ein Echolot oder ein bildgebendes Sonar. Der Begriff wird im Alltag lediglich als bildhafte Umschreibung verwendet, weil die Darstellung auf dem Bildschirm einem klassischen Radarschirm ähnelt.

Ich habe auf Angelmessen schon oft erlebt, wie Einsteiger nach einem Unterwasser-Radar für ihr Schlauchboot fragen. Niemand meint damit böswillig etwas Falsches. Die Geräte senden hochfrequente Schallimpulse aus, die Fische und Bodenstrukturen auf dem Display sichtbar machen - ganz ohne elektromagnetische Strahlung. Wer also nach einem System für die Tiefenmessung sucht, braucht kein Radar, sondern ein solides Echolot.

Unterschied zwischen Radar und Sonar im direkten Vergleich

Obwohl beide Systeme Echos zur Entfernungs- und Positionsbestimmung auswerten, basieren sie auf völlig unterschiedlichen physikalischen Prinzipien und Einsatzgebieten.

Radar (Radio Detection and Ranging)

• Luftraumüberwachung, Schiffsnavigation über Wasser, Wetterbeobachtung und Raumfahrt

• Extrem gering - meist nur wenige Zentimeter bis maximal wenige Meter

• Elektromagnetische Wellen (Funkwellen im Megahertz- bis Gigahertz-Bereich)

• Lichtgeschwindigkeit (rund 300.000 Kilometer pro Sekunde in der Luft)

Sonar (Sound Navigation and Ranging)

• U-Boot-Ortung, Meeresbodenkartierung, Fischerei und Wracksuche

• Sehr hoch - von mehreren Hundert Metern bei Fischfindern bis über 100 Kilometer beim Militär

• Mechanische Schallwellen (Druckwellen im hörbaren Bereich und Ultraschall)

• Schallgeschwindigkeit im Wasser (rund 1.480 bis 1.500 Meter pro Sekunde)

Fehlschlag bei der Suche nach einem gesunkenen Sportboot im Bodensee

Lukas, ein 34-jähriger Hobbytaucher aus Konstanz, wollte im Herbst ein verlorenes Unterwasser-Kameragehäuse in etwa 18 Metern Tiefe im Bodensee aufspüren. Da er aus dem Modellbau noch einen kleinen Radarsensor übrig hatte, baute er diesen in ein wasserdichtes Acrylgehäuse ein, in der Hoffnung, damit metallische Teile am Seegrund zu orten.

Beim ersten Tauchgang am Sonntagmorgen zeigte das Display jedoch nur statisches Rauschen an. Lukas schwamm mit kalten Händen und wachsender Frustration fast eine Stunde lang Suchmuster ab, aber der Sensor erkannte nicht einmal ein großes Metallrohr direkt vor der Linse.

Zurück am Ufer wurde ihm klar, dass selbst das vergleichsweise leitungsarme Süßwasser des Bodensees die hochfrequenten Radarwellen nach wenigen Zentimetern komplett geschluckt hatte. Er lieh sich daraufhin bei einem befreundeten Angler ein tragbares Side-Scan-Sonar (Seitensichtsonar) aus.

Mit dem akustischen Gerät dauerte die Suche am nächsten Wochenende keine 25 Minuten. Auf dem Bildschirm zeichnete sich die Kontur des Gehäuses bei 18 Metern Tiefe klar vom schlammigen Boden ab, und Lukas konnte seine Ausrüstung unbeschadet bergen.