Unterwasserstation

Aus der Liste der bisherigen Unterwasserstationen ableitend, können Unterwasserstationen je nach geplanter Tiefe und Mobilität in verschiedene Typen unterteilt werden. Dadurch wird ersichtlich, dass sich Unterwasserstationen konzeptionell nicht immer klar von Tauchbooten, Taucherglocken oder Schiffen unterscheiden lassen. Ein auf dem Meeresboden absetzbares und mit Ausstiegsschleusen versehenes Tauchboot kann somit durchaus als Unterwasserstation kategorisiert werden. Ebenso verhält es sich mit Taucherglocken, die über einen Trockenbereich verfügen und den Tauchern erlauben, komplett aufzutauchen; oder Schiffe, die über einen Bereich im Rumpf verfügen, dessen Druck an die Umgebung angepasst werden kann und es Tauchern erlaubt, über Schleusen Ausstiege vorzunehmen. Zu diesem Dilemma schrieb G. Haux 1970:

Die wichtigsten Unterscheidungen sind wie folgt:

Schwimmend	Schwimmend Die eigentliche Station befindet sich im Rumpf einer schwimmenden Struktur und somit ständig unter der Wasseroberfläche. Im Beispiel Sea Orbiter soll dieser Bereich bis zu einer Tiefe von 30 m reichen. Vorteil dieses Typs ist die Mobilität.
per Korridor	Per Oberflächenkorridor Die Station ist über einen Korridor zur Wasseroberfläche erreichbar. Dadurch ist die Einsatztiefe sehr begrenzt. Es kann jedoch der Innendruck von 1 bar aufrechterhalten werden, so dass Besucher keinerlei Dekompression-Prozeduren absolvieren müssen. Dieser Typ wird generell an Küsten eingesetzt wie z. B. das Unterwasser-Restaurant Ithaa auf den Malediven oder Red Sea Star in Eilat/Israel. Ausstiege sind dabei nicht vorgesehen, bzw. nur durch eine Schleuse durchführbar. Außerdem kann diese Bauweise zu massiven Problemen führen, wie z. B. bei Ithaa, als nach dem Sumatra-Andamanen-Beben 2004 ein Tsunami den Korridor zu überfluten drohte.
Halb-Autark	Halb-Autark Stationen dieses Typs sind nur per Tauchgang erreichbar, beziehen Energie und Atemgas jedoch durch eine Versorgungsleitung (engl. umbilical = Nabelschnur). Die meisten Stationen sind von diesem Typ, wie z. B. Aquarius (Labor), Sealab I und II und Helgoland
Autark	Autark Die Station verfügt über eigene Reserven an Energie und Atemgas und ist durch ihre Autarkie zwangsläufig dazu in der Lage, (zumindest in vertikale Richtung) selbst zu manövrieren. Dieser Typ ist also Tauchbooten oder Panzertauchanzügen ähnlich, umgeht durch seine Ausstiegsmöglichkeit jedoch die „vollständige Trennung von der Umgebung“ (complete environmental separation[8]). Beispiele dafür sind Conshelf III oder Bentos-300

Bezüglich des Innendrucks lassen sich zwei Arten von Unterwasserstationen unterscheiden:

• Offene Station: Fast alle Unterwasserstationen sind so eingerichtet, dass in ihnen Umgebungsdruck herrscht bzw. leicht darüber, was dem Prinzip einer Taucherglocke entspricht. Die Anlage hat einen Ausgang (siehe Moonpool) an der Unterseite, durch den Taucher ein- und aussteigen können. Sobald die Aquanauten mit dem Atemgas gesättigt sind (siehe Sättigungstauchen), können sie sich unbegrenzt in der Station aufhalten. Am Ende einer Mission besteht dann die Notwendigkeit einer je nach Einsatztiefe beträchtlichen Dekompressions-Prozedur. Zu diesem Zweck werden die Taucher entweder mit einer Kapsel zu einer Dekompressionskammer an Bord eines Versorgungsschiffes transportiert (siehe Sealab II), oder die Station wird unter Wasser versiegelt und dient selbst als Dekompressionskammer (siehe Aquarius). Letzteres ist nur bis zu Tiefen von etwa 40 m möglich.
• Geschlossene Station: Der Innendruck bei geschlossenen Stationen ist wie bei einem U-Boot identisch mit dem Luftdruck auf Meereshöhe. Zum Ausstieg müssen Taucher eine Schleuse benutzen, die sie auf den Umgebungsdruck der jeweiligen Tiefe komprimiert und später wieder dekomprimiert. Während die Einsatztiefe von der Druckfestigkeit der Station abhängt, können Ausstiege nur in begrenzten Tiefen vorgenommen werden, da in größeren Tiefen selbst kurze Ausstiege beträchtliche Dekompressions-Zeiten notwendig machen würden. Die russische Station Bentos-300 (sprich: Bentos Minus Dreihundert) war für Tiefen von bis zu 300 m konzipiert und verfügte über eine solche Schleuse für Ausstiege.

Während man in den Experimenten Man-in-the-Sea I, Conshelf I, II und III das Habitat zugleich auch als Dekompressionskammer benutzte, wurden die beiden Funktionen schon im Man-in-the-Sea II-Experiment physisch voneinander getrennt. Nach dem Aufenthalt im Habitat stiegen die Taucher in eine Transportkapsel um, in der sie auch gleichzeitig dekomprimierten. Seit den Sealab-Projekten nutzt man das Drei-Kammer-System, bei dem die Taucher nach ihrem Aufenthalt im Habitat in eine Personentransferkapsel (PTC, engl. personnel transfer capsule) umsteigen, die unter Wasser versiegelt und so an Bord des Versorgungsschiffes gehoben wird. Dort koppelt man es an eine geräumige Deckdekompressionskammer (DDC für deck decompression chamber), in der die teilweise beträchtliche Dekompressionsphase absolviert wird. Die Vorteile sind Mobilität, Wetterunabhängigkeit und bessere medizinische Überwachung.

Die letzte Etappe der Entwicklung ist die Reduzierung von Tieftauchsystemen auf Deckdekompressionskammer und Personentransferkapseln wie in der Draeger Tieftauchanlage Bibby Topaz.[9] Die Taucher wohnen dabei für den gesamten Einsatz unter dem Druck der Einsatztiefe in einem sehr geräumigen Druckkammer-Komplex im Rumpf des entsprechenden Schiffes. Für die einzelnen Taucheinsätze werden sie per Kapsel auf die entsprechende Tiefe gebracht, wo sie aussteigen und die Unterwasserarbeiten absolvieren. Am Ende des Tauchgangs steigen sie zum Transport an die Wasseroberfläche wieder in die Kapsel, die auf dem Schiff an den Druckkammerkomplex gekoppelt wird. Am Ende des mehrere Tage dauernden Einsatzes beginnt die wiederum mehrere Tage lange Dekompressionsphase. Systeme dieser Art werden heute für alle Offshore-Sättigungstauchgänge eingesetzt.[10]

Unterwasserstationen haben sich somit durch ihre eigene Weiterentwicklung selbst abgeschafft.

• Habitat: Die eigentliche Station
• LSB (engl.: life support buoy, deutsch: Lebenserhaltungs-Boje), die für die Zuleitung von Energie, Atemluft, Süßwasser, Telekommunikation und Telemetrie notwendig ist. Die Verbindung zwischen Habitat und LSB erfolgt über ein mehradriges Umbilical (von umbilical cord, englisch für Nabelschnur), in dem alle Schläuche und Kabel vereint sind.
• PTC (personnel transfer capsule, englisch für Personentransferkapsel): Wird die Dekompression am Ende einer Mission nicht im Habitat durchgeführt (also bei allen Missionen in größerer Tiefe), steigen die Aquanauten in diese Kapsel, die noch auf Einsatztiefe versiegelt wird. Sie wird dann an Deck gehoben und an die Deck-Druckkammer (siehe DDC) gekoppelt, in der die Dekompression absolviert wird.
• DDC (DDC für deck decompression chamber, englisch für Deck-Druckkammer): Diese Kammer befindet sich auf dem Versorgungsschiff und dient sowohl der kontrollierten Kompression vor der Mission, als auch der Dekompression an deren Ende. Der Vorteil einer Druckkammer an Bord ist die Mobilität, die Wetterunabhängigkeit und die bessere medizinische Überwachung.
• Versorgungsschiff (englisch support vessel): Während es bei den ersten Stationen noch zu massiven Problemen durch Seegang bei der Absenkung über die Bordseite kam, zeigte sich später, dass die ideale Form des Versorgungsschiffes die des Katamarans ist, bei dem das Habitat aus der Mitte des Schiffes zu Wasser gelassen werden kann. Um diese Form zu erreichen, wurden bei einigen Stationen zwei Schiffe, durch eine Plattform zur 'U'-Form miteinander verbunden.
• Landstation: Diese Station überwacht alle Vorgänge und beherbergt eine Tauchbasis, technische Ateliers und Unterkünfte.

Der bei Ausstiegen erreichbare Freiraum rund um das Habitat beschreibt ein Ellipsoid

Für Ausstiege werden entweder gängige Drucklufttauchgeräte oder lange Schlauchverbindungen zum Habitat benutzt. Die Schlauch-Variante wird im Englischen als Hookah bezeichnet, dem aus dem Hindustani stammenden Begriff für Wasserpfeife.

• Druckluft- oder Kreislauftauchgeräte: Der Vorteil von Drucklufttauchgeräten ist die Mobilität, die für vollständig gesättigte Taucher auch zu einem großen Problem werden kann, wenn er nämlich bei schlechter Sicht den Rückweg zum Habitat nicht mehr findet. Es bestehen dann die zwei Möglichkeiten entweder eines lebensbedrohlichen Dekompressionsunfalls bei dem Versuch, zur Wasseroberfläche zu gelangen, oder der Tod durch Ersticken. Aus diesem Grunde wurden bei den meisten Programmen Markierungen und Seile rund um das Habitat angebracht, um zu vermeiden, dass sich Taucher verirren.
• Hookah-Schläuche sind dementsprechend sicherer, schränken die Bewegungsfreiheit jedoch auch sehr ein und können sich verheddern.[11]

Somit sind die horizontalen Radien der Ausstiege auf die Menge des Luftvorrats oder die Länge des Atemschlauches begrenzt. Aber auch die Entfernungen über und unter das Niveau des Habitats sind beschränkt und richten sich nach der Einsatztiefe und der damit verbundenen Gasdrucksättigung der Taucher. Der für Ausstiege erreichbare Freiraum beschreibt somit die Form eines Ellipsoids rund um das Habitat. Natürlich gilt für jede Bodentiefe (die Tiefe des Habitats, von welchem die Exkursionen stattfinden) eine andere Nullzeit; die mögliche Entfernung über und unter dem Habitat, ohne eine Dekompressionsschuld einzugehen, vergrößert sich mit steigender Tiefe. Das angesprochene Ellipsoid nimmt daher eine rundere Form ein, je tiefer das Habitat positioniert ist. Dieses Prinzip ist als Exkursionstauchen beschrieben.

Im Programm Tektite I befand sich das Habitat auf einer Tiefe von 13,1 m. Ausstiege waren vertikal bis auf eine Tiefe von 6,7 m (6,4 m über dem Habitat) bzw. 25,9 m (12,8 m unter dem Habitat-Niveau) begrenzt und wurden horizontal bis auf eine Entfernung von 549 m zum Habitat durchgeführt.[1]

Die Stationierung von Tauchern auf dem Meeresboden hat gegenüber von oberflächenbasierten Tauchgängen diverse Vorteile:

• Beobachtungen können zu jeder Zeit des Tages durchgeführt werden, um damit das Verhalten sowohl von tagaktiven als auch nachtaktiven Organismen zu studieren.[12]
• Unterwasserstationen im flachen Wasser können auch dazu benutzt werden, Taucher aus größeren Tiefen aufzunehmen, um einen Großteil der Dekompression darin durchzuführen. Dieses Prinzip wurde im Projekt Conshelf II genutzt.
• Sättigungstauchgänge bieten die Möglichkeit, mit kurzen Intervallen zu tauchen, was von der Oberfläche nicht möglich ist.
• Risiken in Zusammenhang mit Tauch- und Schiffs-Operationen bei Nacht können minimiert werden. Im Habitat La Chalupa fanden 35 % aller Tauchgänge nachts statt.
• Um die gleiche Menge an Tauchgängen anstelle vom Habitat La Chalupa von der Wasseroberfläche aus durchzuführen, wären täglich acht Stunden Dekompressionszeit notwendig gewesen.[1]

• Umständliche Handhabung
• hoher Personal- und Materialaufwand
• begrenzte Mobilität
• hohe Kosten