Datenübertragung per Delfinfunk - Deutsche Ingenieure sind bei der Entwicklung der Tsunami-Warnbojen federführend

Am 15. November 2005 brach das Forschungsschiff "Sonne" auf in die See vor Indonesien um rund 200 Kilometer vor der Küste die ersten beiden Tsunami-Warnbojen und Messstationen auf dem Meeresgrund (OBS-System) zu installieren. Haben diese in ihren Testläufen verlässliche Daten geliefert, so soll das gesamte System mit rund 30 Warnbojen innerhalb von zwei Jahren betriebsbereit gemacht werden.

Evologics-Modem, Modell S2C

Bildbeschreibung:

Dieses Modell eines akustischen Modems nutzt ein Verfahren zur Frequenzmodulation, des von der Kommunikation der Delfine inspiriert wurde.

Renommierte deutsche Forschungsstätten von Geoforschungszentrum in Potsdam (GFZ) bis zum Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ziehen bei diesem Projekt an einem Strang. Sie stellen das wissenschaftliche Wissen. Doch viele, pfiffige Bauteile des Wellenwarners liefern deutsche Hightech-Schmieden. Das Herzstück des Tsunami-Systems, die so genannte Meeresbodeneinheit, entsteht unter der Federführung des Hamburger Unternehmens Send.

"Die Drucksensoren können Wellenbewegungen von nur einem Millimeter Höhe messen", sagt Klaus Schleisiek, Geschäftsführer von Send. Diese hohe Genauigkeit ist nötig, um bereits 200 Kilometer vor der Küste die Vorzeichen eines Tsunamis am Meeresgrund aufzuspüren. Denn auf offener See und in rund 5000 Metern Tiefe schwappen Tsunamiwellen selten höher als zehn Zentimeter. Erst wenn sie in flache Ufergewässer gelangen, türmen sie sich zu den meterhohen Wasserwänden auf. Schleisiek und sein Hamburger Team entwickelte die Elektronik und kombinierte Messsonden (Geophone) mit Speichermedien und Übertragungstechniken. Schon am Meeresboden erfolgt automatisch eine erste Bewertung der Daten. Diese werden abgespeichert und alle 15 Minuten oder bei Bedarf auch in kürzeren Zeitabständen an die Wasseroberfläche gesendet. Dort fängt eine Boje die Informationen auf und sendet sie über eine Satellitenverbindung weiter an die Überwachungszentren an Land.

Doch die lebensrettenden Daten der Drucksonde tief im Ozean müssen auch zuverlässig  zu den Warnstationen an Land übermittelt werden. Und zwar viel schneller, als sich die Tsunamiwelle im Meer ausbreitet. Denn gerade in diesem Zeitvorsprung liegt der zentale Vorteil des Warnsystems. Das Signal gelangt dazu über ein akustisches Modem an die Wasseroberfläche. Dort wird es von einer Boje aufgefangen. "Doch diese Modemverbindung ist eindeutig die Schwachstelle im System", sagt Schleisiek. Denn es gilt, die Daten durch eine Wasserschicht von rund fünf Kilometern Dicke zu senden. Wellengang, Fischschwärme und Schiffe dürfen die Übertragung nicht wesentlich stören. Klassische akustische Moden sind dafür nicht gut geeignet.

Funktionsweise des Warnsystems

Bildbeschreibung:

Boje, Modem, Geophone: Aufbau der seegestüzten Module für das deutsche-indonesische Tsunami-Warnsystem.

Hilfestellung bei diesem Problem bekommen die Entwickler von der Kommunikation der Delfine. Über viele Kilometer treten sie mit variierenden Ultraschallsignalen miteinander in Verbindung. Trotz Seegangs und Meeresströmungen. Von dieser Fähigkeit inspiriert entwickelte die Berliner Firma Evologics, eine Ausgründung der TU Berlin, ein Unterwassermodem, dass ebenfalls über Ultraschallwellen etwa 30 Kilobits pro Sekunde übertragen kann. Für die Übertragung wird keine feste Frequenz wie bei der klassischen Funkübermittlung genutzt. "Die Kommunikation kann durch die Nutzung von gespreizten Trägerfrequenzen verbessert werden", sagt Konstantin Kebkal von der Technischen Universität Berlin. Im Fachjargon nennt sich diese Methode "Sweep-spread carrier".

Parallel testen Entwickler von Develogic in Gerlingen ein Unterwassermodem, das nicht diese ausgeklügelte Technik nutzt, aber dennoch bei über zwei Kilometern Wassertiefe schon vergleichbare Übertragungsraten liefern konnte. Ein wesentlicher Vorteil des Develogic-Systems ist der sparsame Umgang mit Strom. Denn die Batterien der Meeresbodeneinheit, wasserdicht eingepackt in Titantanks, sollen mindestens sechs Monate halten. Beide Geräte durchliefen in diesem Herbst im Mittelmeer weitere Praxistests und werden nun in der Tsunami-Region selbst auf Herz und Nieren geprüft. Das bessere der beiden Übertragungsmoden, entweder das mit Delfinfunk oder das  stromsparende, wird in die etwa 30 bis 35 Messstationen, die rund um die Erdbebenregion des Sunda-Grabens bei Indonesien in den kommenden zwei Jahren installiert werden, eingebaut.

Sind die Daten einmal von Meeresboden zur Boje gelangt, reisen die Wellendaten über eine Antenne ins All zum Garuda-Satelliten. Von dort gelangen sie wieder zur Erde in ein Datenzentrum. Hier wird entschieden, ob tatsächlich ein Tsunami droht und welche Küstenstriche rasch gewarnt werden müssen. Selbst wenn diese Warnung nur wenige Minuten vor der mörderischen Welle eintrifft, wird dieser kleine Zeitvorteil viele Menschenleben retten können.