Magnetism, ubåtar och några anekdoter
Per Granberg är docent i fasta tillståndets fysik med inriktning mot magnetism vid Uppsala universitet och innehar idag en specialisttjänst i magnetik vid Saab Kockums AB. Per har ansvar för och arbetar med magnetiska egenskaper och magnetiska signaturer hos de svenska ubåtar som tillverkas och underhålls av Saab Kockums.
Intresset för ubåtars magnetiska signaturegenskaper tilltog inom försvaret och marinen i samband med den s.k. ubåtsjakten under 1980-talet. Den sovjetiska ubåten U 137 seglade rakt på grund, främmande grodmän hade observerats på Almö i Karlskrona skärgård och Hårsfjärden i Stockholms skärgård blev ett omskrivet sjöområde i svensk media under jakten på främmande ubåtar. Dessa händelser föranledde i mitten på 1980-talet starten av ett samarbete mellan FOA (dagens FOI) och avdelningen för fasta tillståndets fysik i Uppsala för att utveckla ett magnetiskt spaningssystem baserat på SQUID-magnetometri. En SQUID-magnetometer är en extremt känslig sensor för detektion av magnetiska fält. En nackdel i detta sammanhang är att sensorfunktionen kräver kylning med helium i vätskeform vilket försvårar den fältmässiga hanteringen av systemet. Men trots denna olägenhet konstruerades ett sensorsystem som testades i fältmiljö vid Äggskären mitt i Hårsfjärden.
En svensk ubåt rekvirerades som mätobjekt. Flera obekanta magnetiska signaler från ubåten kunde detekteras. Pendeltågen som passerade Västerhaninge i fjärran avslöjade sig i mätsystemet och havsvågornas rörelser detekterades och studerades i form av ett karaktäristiskt magnetiskt brus som framåt sena kvällen växte till i takt med den ökande vinden. Plötsligt upphörde funktionen på en magnetsensor. Vi var tvungna att lämna mätstationen för att inspektera sensorn med dess kärl med flytande helium. Heliumvätskan stormkokade, något värmeläckage hade inträffat. Ute på Äggskäret i den hårda vinden och i ljusskenet från fullmånen ställer projektledaren, Gustav During, på FOA frågan vad en främmande grodman kan göra för att sabotera detta. Med händelserna på Almö i minnet tilltog en känsla av livsfara och tog vi oss snabbt tillbaka till mätstationen. Med en väl låst ytterdörr avbröts mätningarna och vi fick till slut en god sömn den natten. Främmande grodmän…jag vet inte…men värmeläckage i känslig utrustning innehållande flytande helium kan hända av naturliga orsaker.
En ubåts möjlighet att operera i det dolda kan begränsas av fasta eller flygburna mätsystem baserade på känsliga magnetfältssensorer. Ett annat allvarligt hot är sjöminor som i många fall har en utlösningsmekanism baserad på en magnetisk fältändring. En ubåts magnetiska störfält uppkommer av materialegenskaperna i tryckskrovet och av de inre strukturdelarna. I synnerhet behöver materialet i tryckskrovet uppvisa en hög och väldefinierad mekanisk sträckgräns, god svetsbarhet etc. Järn med ferritisk kristallstruktur uppfyller dessa hårda krav och detta material uppvisar ferromagnetiska egenskaper – ubåten blir magnetisk!
Det yttre jordmagnetiska fältet som magnetiserar båtens magnetiska material varierar i styrka och riktning beroende på positionen. Vid jordklotets poler är fältstyrkan hög med en vertikal riktning (uppåtriktat vid sydpolen och nedåtriktat vid nordpolen) och enbart horisontellt (med en lägre fältstyrka och riktat norrut) vid ekvatorn. Vid Sveriges breddgrader är det en blandning av en nedåtriktad vertikal och en horisontell fältkomposant. Ubåtens magnetiska signatur är därmed beroende på positionen och även beroende på hur fältvektorn infaller mot båten. Den magnetiska signaturen uppvisar då ett tydligt kursberoende och även roll- och trim-vinkeln har en tydlig inverkan på ubåtens magnetiska störfält.
För att minska det ’magnetiska’ hot en ubåt kan utsättas för behövs ett system integrerat ombord som minskar den magnetiska signaturen samt att störfältet kan bibehålla en låg nivå oberoende av position och kurs.