Land- en zeemijnen: zeemijnbestrijding (1949 – heden)

Zeemijnbestrijding (1949 tot heden)

De eerste versies van contactmijnen zijn in de 14e eeuw ontstaan (zie: Wikipedia). Contactmijnen zijn uitgerust met ‘antennes’; dat zijn uitstekels die bij contact zorgen voor het detoneren van de zeemijn. Contactmijnen worden door een anker (bijv. een zwaar blok beton) op hun plaats gehouden op een aantal meters onder het wateroppervlakte. Als een vaartuig in contact komt met de mijn, zal deze exploderen.

Tijdens de tweede wereldoorlog werd zowel aan geallieerde als aan Duitse zijde in de strijd om de suprematie ter zee voor het eerst op grote schaal gebruik gemaakt van invloedsmijnen. Dat zijn mijnen waarvan de ontsteking geactiveerd kon worden zonder direct contact met het doel. De voornaamste scheepsinvloeden die in dit verband een rol speelden waren:

  • het magnetisch veld,
  • het onder water uitgestraald lawaai, en
  • de verstoring van de waterdruk.

Respectievelijk is sprake van de magnetische mijn, de akoestische mijn en de drukgevoelige mijn. Om mijnen te kunnen bestrijden had de Marine eerst mijnenvegers in dienst. Sinds de jaren zestig zijn die vervangen door  mijnenjagers. Mijnenbestrijdingsvaartuigen zijn zo ontworpen dat ze zo min mogelijk de genoemde drie invloedsfactoren verstoren zoals een houten, aluminium of polyester romp en een motor die zo min mogelijk geluid produceert. Men moet voor veegoperatie zelf door een mijnenveld kunnen varen zonder het risico te lopen dat een mijn explodeert.

De bestrijding van de invloedsmijnen leverde een geheel nieuwe problematiek op, waarbij het Physisch Laboratorium RVO-TNO in 1949 bij betrokken werd. Enkele onderzoeken:

  • In 1951 werd een foto-elektrische fluxmeter in radiobuizenuitvoering ontwikkeld die de drukveranderingen ten gevolge van de zeegang op de zeebodem kon meten. De metingen werden met een recorder op papier geregistreerd.
    Photofluxmeter die op de zeebodem werd geplaatst
    Photofluxmeter die op de zeebodem werd geplaatst

     

    De recorder voor de registratie van de veldsterkten van gesloten magnetische veegtuigen door middel van FM-modulatie. De opnamesnelheid was 1,5 cm/sec. Om de verwerking van de gegevens te bespoedigen werd de weergavesnelheid vijftig maal verhoogd (75 cm/sec).
    De recorder voor de registratie van de veldsterkten van gesloten magnetische veegtuigen door middel van FM-modulatie. De opnamesnelheid was 1,5 cm/sec. Om de verwerking van de gegevens te bespoedigen werd de weergavesnelheid vijftig maal verhoogd (75 cm/sec).

     

  • Nadat aanvankelijk gepoogd was om de werkingssfeer van gesloten magnetische veegtuigen te berekenen, werd in 1954 overgegaan tot de bouw van een installatie waarmee tuigmodellen op een schaal van 1:100 konden worden gemeten. Deze meetinstallatie heeft zeer goede diensten bewezen tot het moment waarop de computer ook op dit werkterrein zijn intrede deed.
  • In 1962 werd de computer werd voor het eerst gebruikt bij het ontwerpen van een drie-elektrodentuig voor de ondiepwatermijnenvegers van de “Van Straelen”-klasse.
    In de uitvoering volgens dit ontwerp kon omstreeks 1966 een belangrijke verbetering ten opzichte van voorgaande typen van elektrodentuigen worden gerealiseerd. Door een speciale opbouw van de kabels en de elektroden – hierop werd octrooi verkregen – kon worden bereikt dat de verdeling van de tuigstroom over de elektroden nagenoeg constant bleef en daarmee het magnetisch beeld bij verschillende omgevingscondities. Dat was weer van groot belang voor de veiligheid van de mijnenveger.
  • Technisch interessant, maar helaas zonder praktisch bruikbaar resultaat, waren pogingen om een akoestisch mijnenveegtuig te ontwikkelen gebaseerd op het periodiek tot explosie brengen van gasmengsels.

Van het begin af aan was het duidelijk dat de omgevingsomstandigheden een belangrijke rol spelen ten aanzien van de effectiviteit van mijnenbestrijdingsmaatregelen. Veel inspanning werd dan ook gewijd aan het ontwikkelen van een doelmatige methodiek voor omgevingsonderzoek en de daarvoor benodigde meetapparatuur. Zo werd in de loop der jaren belangrijk fundamenteel inzicht in de onderwaterakoestische aspecten verworven en werd een aanzienlijke experimentele ervaring opgebouwd. Het probleem van het bepalen van de effectiviteit van akoestische mijnenveegoperaties bleef echter uitermate complex.

Dit bandleesapparaat uit 1963.
Dit bandleesapparaat uit 1963

Het bovenstaande bandleesapparaat was ontwikkeld als onderdeel van een toestel voor het bepalen van actuatiebreedten van elektrodentuigen voor het vegen van magnetische zeemijnen. Daarbij zou gebruik worden gemaakt van zowel analoge als digitale rekentechnieken. Dit toestel werd nooit voltooid, doordat een universele, digitale rekenmachine veel eerder beschikbaar kwam dan voorzien was. Het bijzondere van dit bandleesapparaat was, dat er vier tekens tegelijkertijd konden worden afgelezen. Op de verwisselbare telexband was een ingewikkelde functie vastgelegd, die het magnetisch veld beschreef dat werd opgewekt door een elektrode onder bepaalde omstandigheden. Voor andere omgevingsomstandigheden moesten andere banden worden ingezet. Per elektrode was er dan zo’n bandleesapparaat nodig.

Eenvoudiger liggen de zaken bij het opwekken van magnetische velden. Alleen in het geval dat hiervoor elektrodentuigen worden gebruikt, is de omgeving belangrijk. De elektrische eigenschappen van het zeewater en van de bodem zijn dan van belang. Voor het meten van die eigenschappen werd omstreeks 1968 de Meetinstallatie Omgevingsparameters (MEINOPA) ontworpen, dat was nog aan de Jan van Nassaustraat 65 waar de Mijnengroep tussen 1962 en eind 1968 gehuisvest was. In 1980 werd een nieuwe, compactere versie van MEINOPA ontwikkeld: MEINOPA II.

Anders dan bij het meten van de akoestische en magnetische velden, kan het drukveld van een varend schip alleen met een schip of een daarop gelijkend vaartuig worden opgewekt. De ontwikkeling van tegenmaatregelen tegen drukmijnen is dan ook een eigen weg ingeslagen. Aan de hand van grote aantallen metingen met schepen en schaalmodellen van schepen konden veilige vaarvoorschriften worden opgesteld, die naar de toenmalige inzichten bruikbaar waren. In het kader van internationale standaardisatie werden deze voorschriften onvoldoende geacht omdat de spreiding in de van belang zijnde parameters te groot was. Dat bracht de noodzaak tot het ontwikkelen van methoden op statistische grondslag voor mijnenbestrijdingsoperaties naar voren. Hierbij werd de reeds aanwezige expertise gekoppeld aan die van de groep Operationele Research in welke groep mijnenveegpatronen werden geoptimaliseerd waarbij de verspreiding van zeemijnen mede op basis van wind- en stromingspatronen statistisch werd bepaald.

Duidelijk werd dat naarmate men beschikt over meer informatie omtrent de eigenschappen van de te bestrijden zeemijnen, het nuttig effect van tegenmaatregelen kon worden opgevoerd. Deze gedachte leidde er toe dat in 1968 bij de bouw van het nieuwe Laboratorium de kans werd aangegrepen om een apart gebouw neer te zetten dat werd opgetrokken uit zorgvuldig geselecteerde, amagnetische materialen. In dit gebouw werd een installatie geplaatst, waarmee in een stelsel van drie assen van spoelen nauwkeurig bekende verstoringen van het aardmagnetisch veld konden opgewekt. Vanaf 1971 kon daarmee de eigenschappen van de ontstekers van magnetische mijnen in detail worden onderzocht.

 

Opstelling voor het magnetisch onderzoek aan zeemijnen met zogenaamde Helmholtz spoelen in de zes ramen (ook in de vloer). Met de spoelen kan in het centrum van de ruimte van het a-magnetisch lab een magneetveld van instelbare grootte en richting worden opgewekt.
Opstelling voor het magnetisch onderzoek aan zeemijnen met zogenaamde Helmholtzspoelen in de zes ramen (ook in de vloer). Met de spoelen kan in het centrum van de ruimte van het a-magnetisch lab een magneetveld van instelbare grootte en richting worden opgewekt.

Soortgelijke meetinstallaties werden ontworpen voor onderzoek van de ontstekers van drukmijnen en van akoestische mijnen.

Druksimulator voor onderzoek aan druk-geactiveerde zeemijnen (1975)
Druksimulator voor onderzoek aan druk-geactiveerde zeemijnen (1975)
Bedieningspaneel druksimulator voor onderzoek aan druk-geactiveerde zeemijnen (1975)
Bedieningspaneel druksimulator voor onderzoek aan druk-geactiveerde zeemijnen (1975)

Met de in 1975 ontwikkelde druksimulator voor onderzoek aan drukgeactiveerde zeemijnen was het mogelijk ontstekers van drukmijnen op eenvoudige wijze en onder realistische omstandigheden te onderzoeken. De simulator bood de mogelijkheid om bovenop een instelbare statische druk (5 tot 50 meter waterkolom), een rimpeldruk te superponeren. De rimpeldruk was instelbaar is tot een maximale frequentie van 10 Hertz;  de amplitude kon variëren tussen 5 en 500 millimeter waterkolomdruk. Het apparaat was erg complex omdat er een zeer grote verhouding moest worden gerealiseerd tussen de absolute druk en rimpeldruk.

Het streven van de mijnenbestrijdingsgroep was voortdurend gericht op het ontkrachten van de uitspraak: “Minesweeping is a science of vague assumptions, based on debatable figures, taken from inconclusive experiments, performed with instruments of problematical accuracy, by persons of doubtful reliability

 

Boordontsteekapparaat mijnvernietingslading (1980)

Bij het jagen van zeemijnen, wordt een gevonden zeemijn tot ontploffing gebracht met een mijnvernietigingslading (MVL). Het ontsteken van deze lading geschiedt draadloos vanaf de mijnenjager, met behulp van het boordontsteekapparaat.

De werkwijze in de begin jaren ’80 was als volgt: wanneer met de sonar een voorwerp werd gevonden dat mogelijkerwijs een zeemijn zou kunnen zijn, werd een gele mini-onderzeeboot (Poisson Auto Propulsé of te wel PAP) te water gelaten uitgerust met een sterke lamp en een televisiecamera. De nuttige last onder de PAP was een springlading. Met behulp van de sonar aan boord van mijnenjager (Alkmaarklasse) werd de PAP naar het te identificeren voorwerp gebracht. Met de televisiecamera werd vastgesteld of het voorwerp al dan niet een zeemijn betrof. Was het een zeemijn, dan werd de springlading naast de zeemijn losgelaten. De PAP, bevrijdt van zijn last, kwam dan aan de oppervlakte en werd aan board van de mijnenjager genomen. De springlading was voorzien van een hydrofoon (onderwatermicrofoon) met daarachter een versterker en een decodeerschakeling. Alleen wanneer een specifieke code ontvangen werd, werd de ontsteker geactiveerd. Elke springlading was voorzien van een eigen code. Vanaf het moment, dat de lading los van de PAP kwam, werd in diens ontstekingscircuit een klok gestart. Die klok zorgde ervoor, dat de lading 15 minuten lang niet geactiveerd kon worden. ln die tijdspanne werd de PAP aan boord genomen. Daarna werd de lading op scherp gesteld. De transducent (onderwaterluidsprekcr) behorend bij het ontsteeksysteem werd dan naast het schip in het water gehangen.

Poisson Auto Propulsé (PAP) - foto Marinemuseum Den Helder
Poisson Auto Propulsé (PAP) – foto Marinemuseum Den Helder

Het boordontsteeksysteem werd van te voren op dezelfde codering ingesteld als de ontvanger op de springlading. Men zette het apparaat vervolgens aan en drukte op de knop. De ingestelde code werd opgewekt en via de transducent uitgezonden. Wanneer de ontvangen code overeenkwam met de op de lading ingestelde code, werd de lading ontstoken. Door de kracht van de ontploffing explodeert de zeemijn ook mee. Als de lading niet tot ontploffing kon worden gebracht, sluit de interne klok dertig minuten na het scherp stellen, dus drie kwartier na het leggen, de voedingsbatterij kort. Activeren was dan niet meer mogelijk.

Na vooronderzoek door verschillende TNO researchgroepen, is in 1980 een prototype en een voorserie van zeven stuks van het mijnvernietingslading-ontstekingssysteem gebouwd volgens militaire eisen. Elk systeem bestond uit:

  • het ontsteekapparaat,
  • een transducent met dertig meter kabel,
  • een acculaadapparaat, en
  • een kist, waarin het gehele systeem was opgeborgen.

Het systeem werd later in iets gewijzigde vorm gefabriceerd door Rheinmetall als het Remotely Controlled Fuze System (RCFS) DM 1001 for Mine Disposal Charge. Het systeem was daarna bij verschillende NAVO-landen in gebruik.

Het ontsteekapparaat was opgebouwd uit de volgende componenten:

  • een kristaloscillator,
  • een schuifregister dat als deler wordt gebruikt,
  • een filter, en
  • een eindversterker.

Met de codeschakelaars bepaalde men de lengte van het schuifregister. De lengte hiervan was het deeltal waardoor de kristalfrequentie werd gedeeld. Dit signaal werd via het filter aan de versterker toegevoerd. De transducent was via een potkerntransformator met de eindtrap verbonden, om een optimale aanpassing te verkrijgen. Van het signaal van de oscillator werd ook het timingsignaal afgeleid. Gedurende een seconde toon een, dan een seconde toon twee en dan drie seconden waarin geen toon kon worden opgewekt. Dit om ongewenste effecten te voorkomen. Het vermogen van de eindtrap was ongeveer 5 Watt. De voedingsspanning werd geleverd door twee oplaadbare nikkel-cadmium accu’s, 12 V 0,1 Ah. Met volle batterijen zouden ongeveer 150 uitzendingen mogelijk zijn voordat het uitgangsniveau te ver daalde. Een LED gaf indicatie over het resterende uitgangsvermogen. De batterijen konden worden opgeladen met de acculader. Die leverde de nominale laadstroom van 10 mA bij temperaturen boven 10° C. Werd de temperatuur van de accu’s lager, dan werd de laadstroom verminderd (tot 5 mA bij -20° C). Een te hoge stroom bij lage temperatuur beschadigt namelijk de accu’s. Ook aan de mechanische eigenschappen werden hoge eisen gesteld. Het systeem moest draagbaar zijn, eenvoudig te bedienen, weinig onderhoud behoeven en bovenal waterdicht zijn, omdat het ook aan boord van rubberboten moest kunnen worden gebruikt. Vanzelfsprekend werd aan al deze eisen voldaan.