Jutut | Artikkelit

Julkaistu:

Jäänmurron suurvalta porskuttaa uuteen

Mika Remes

jaanmurto3
Murtajia on suunniteltu pienoismallikokein vuodesta 1969. Aker Arcticin nykyinen jäälaboratorio on alan huippua. Kuva: Aker Arctic Technology

Suomi nousi maailman huippuosaajaksi 1960-luvulla, kun yhdysvaltalainen öljy-yhtiö halusi puskea läpi Luoteisväylän.

Aker Arcticin tiloissa Helsingin Vuosaaressa on halli, joka vaikuttaa ikuisten pikkupoikien unelmatyöpaikalta. Se on jäälaboratorio, jossa testataan maailman edistyksellisintä kylmien olojen laivanrakennustekniikkaa.

Laboratoriossa vallitsee aina pikkupakkanen, ja sen sydän on 70 metriä pitkä, kahdeksan metriä leveä ja rapiat kaksi metriä syvä vesiallas, johon luodaan ”leikkejä” varten jääkerros. Altaaseen sumutetaan ohuesti suolapitoisuudeltaan 1,5 prosenttista vettä, joka jäätyy ilmassa, ennen kuin laskeutuu veteen. Kun temppu toistetaan tarpeeksi usein, uutta jäätä syntyy sentti tunnissa. Kuuden sentin paksuinen kerros vastaa 120 sentin vahvuista merijäätä, ja se taipuu ja murtuu lohkareiksi samalla tavalla kuin luonnonjää.

Kun koealtaan jää on tavoitelujuudessa ja halutun paksuista, altaaseen lasketaan useita metrejä pitkä kauko-ohjauksinen pienoislaiva. Sillä rysäytetään jäitä päin ja ajetaan altaan toiseen päähän. Altaan sivu- ja pohjaikkunoista seurataan silmä kovana, kuinka pienoismallin runko ja potkurit murtavat jäätä ja kuinka jäälohkareet liikkuvat laivan sivuilla ja alla. Kaikki tiedot tallentuvat myös mittalaitteisiin.

Viime vuosina Aker Arcticilla on testattu, miten esimerkiksi Aurora Borealiksen runko selviää arktisissa jäissä. Kokeissa on paljon pelissä. Aurora Borealis on EU:n suurhanke, iso, monikäyttöinen tutkimusalus, josta valmistuessaan tulee myös maailman vahvin jäänmurtaja. Sillä on ensi vuosikymmenellä tarkoitus tutkia muun muassa Jäämeren pohjaa. Rakennuspäätöstä ei vielä ole, mutta suomalainen jäänmurtamistietämys on vahvasti mukana suunnittelussa.

– Jäälaboratoriossa saadut tulokset ovat vastanneet harvinaisen hyvin todellisuutta. Mallikokeet ovat mullistaneet jäänmurtajien ja arktisten laivojen suunnittelun. Ennen vanhaan rakennettiin ensin laiva ja sitten toivottiin, että se toimii todellisissa oloissa. Nyt toimivuus on tiedossa jo ennen rakentamista, kertoo jäälaboratoriosta vastaava tutkimusinsinööri Topi Leiviskä.

Jäiden vankina piti oppia

Suomesta löytyy jäänmurtamistietoa enemmän kuin mistään muualta maailmasta. Se ei ole sattumaa. Suomi sijaitsee kokonaan 60. leveyspiirin pohjoispuolella ja on ainoa maa, jolla ei ole ympärivuotista avomeriyhteyttä. Niinpä Suomi jäi purjelaivojen aikakaudella talveksi eristyksiin, ja vasta höyryvoiman tulo laivoihin alkoi vapauttaa meitä jäiden ikeestä.

Suomen ensimmäinen jäänmurtaja, Murtaja, valmistui vuonna 1890 turvaamaan laivojen pääsyn Hangon satamaan. Pulleakeulaisen Murtajan toimintakyky oli kuitenkin rajallinen, ja yli puoli metriä paksu jää alkoi olla sille liikaa.

Vuonna 1939 valmistunut Sisu oli jo toista maata. Sen viisto keula, kolme 1 600 hevosvoiman dieselmoottoria ja ahtojäätä silpova keulapotkuri mahdollistivat sen, että viljalaivat saapuivat satamiimme ankarina sotatalvinakin.

Toisen maailmansodan jälkeen Suomi tuomittiin maksamaan valtavat sotakorvaukset Neuvostoliitolle. Niistä iso osa kuitattiin luovuttamalla suurimmat jäänmurtajat. Ne piti korvata uusilla, mistä syystä suomalaisista alkoi kehittyä maailman parhaiden jäänmurtajien rakentajia.

Vuonna 1952 valmistunut Voima oli suorastaan sensaatio. Siinä oli ensimmäistä kertaa yhden sijasta kaksi eri suuntiin pyörivää keulapotkuria. Järjestely vähensi merkittävästi jään ja sohjon aiheuttamaa kitkaa, sillä potkurit synnyttivät virtauksen, joka työnsi murtunutta jäätä tehokkaasti kiintojään alle. Keulapotkurit tekivät Voimasta myös ennennäkemättömän ketterän. Se pystyi taitavan kapteenin ohjauksessa pyörähtämään ympäri paikallaan.

Olemus kirkastui

Jäänmurtajien suunnittelu edellytti Itämeren jääolojen ymmärtämistä. Suomen tiedeseuran meritutkimusjaosto alkoi kerätä jäähavaintoja jo vuonna 1902. Seuraavan vuosikymmenen puolivälissä seura ryhtyi julkaisemaan viikoittain jääkarttoja vallitsevasta jäätilanteesta. Tietoja saatiin yli sadalta havaintoasemalta. Vuonna 1922 jäätietoja jaettiin jo päivittäin laivoihin sähkösanomina, ja viisi vuotta myöhemmin Yleisradio alkoi kuuluttaa jäätiedotuksia radiossa.

Merentutkimuslaitos auttoi tietämyksen karttumista keräämällä jäänäytteitä, joista mitattiin suolapitoisuudet ja jään lujuus. 1960-luvulla mukaan tulivat lämpötilatiedot, sillä niiden perusteella pystyi luotettavasti ennustamaan jääpeitteen paksuutta.

Erityisesti jäätutkijoita kiinnosti ahtojää, sillä se vaikeuttaa laivojen kulkua eniten. Sukellustutkimuksissa selvisi, että metrin jääkannen alta saattoi löytyä jopa 30 metriä paksuja ahtojäävalleja. Jäänmurtajien todelliset haasteet lymysivät siis jään alla.

1960-luvun lopulle saakka murtajia rakennettiin kuitenkin yrityksen ja erehdyksen kautta. Ominaisuudet selvisivät toden teolla vasta talvisella merellä. Vääriä ratkaisuja olisi voitu välttää testaamalla laivoja pienoismalleilla, mutta jään fysikaalisia ominaisuuksia ei osattu pienentää mallien mittakaavaan. Suunnittelua ohjasivat vanhat peukalosäännöt.

Murtaako tankkeri?

Kaikki muuttui, kun yhdysvaltalainen öljy-yhtiö Exxon vuonna 1968 löysi ennennäkemättömän suuren öljyesiintymän Alaskan Prudhoe Baysta 70. leveyspiirin pohjoispuolelta. Riemua himmensi ongelma: miten kuljettaa öljy pois arktiselta alueelta.

Yhtiö halusi testata, pystyisikö 100 000 tonnin Manhattan-tankkeri kuljettamaan öljyä Luoteisväylää pitkin Yhdysvaltain itärannikolle. Maailman suurimpiin aluksiin kuulunut tankkeri piti kuitenkin ensin tuunata murtamaan jäätä. Muutostöiden suunnittelu tilattiin Wärtsilältä, joka oli jo hankkinut hyvän maineen valmistamalla polaarimurtajia Neuvostoliitolle.

Yhdysvaltalaisyhtiöllä oli paksu lompakko, ja vuonna 1969 Manhattan-projektia varten rakennettiin Helsingin Vallilaan 35-metrinen koeallas, jossa tankkerin keulaa voitiin etukäteen muotoilla jääkelpoiseksi. Mallialtaan toimintaperiaate kopioitiin Neuvostoliitosta, missä Leningradin arktisten alueiden tutkimusinstituutin insinöörit olivat kehittäneet jäädytettävän koealtaan.

Uusi tekniikka osoittautui toimivaksi. Wärtsilän testien perusteella Manhattan-tankkeria vahvistettiin 9 200 tonnilla terästä, ja se sai jäänmurtajakeulan, joka pidensi alusta lähes 20 metriä. Syksyllä 1969 Manhattan purjehti ensimmäisenä kauppalaivana maailmassa läpi myyttisen Luoteisväylän.

Seuraavana keväänä tehtiin uusi koepurjehdus vahvimman jään aikaan. Manhattan kykeni murtamaan tuhtia kiintojäätä, mutta monivuotisen jään paksuimpien vallien läpi 300-metrinen jätti ei enää päässyt. Matkanteko tyssäsi Baffininsaareen. Kokeen päätavoite kuitenkin toteutui. Jäänmurtajatankkeri oli teknisesti mahdollinen.

Suomi korjasi potin

Exxon lopetti nykyrahassa 300 miljoonaa euroa maksaneen Manhattan-projektin, kun se sai luvan rakentaa öljyputken Alaskan ja Kanadan halki. Kokeen tulokset vaipuivat unohduksiin, mutta Suomi korjasi suuruudenhullusta hankkeesta hyvän potin: tänne saatiin maailman paras jäälaboratorio sekä paljon arvokasta tietoa jääallaskokeista ja tulosten soveltamisesta käytäntöön. Myös suunnittelun laskentamenetelmät kehittyivät huippuunsa.

Wärtsilän koeallas pääsi ahkeraan käyttöön, kun uuden sukupolven jäänmurtajien ja tankkereiden suunnittelu alkoi. Vuonna 1975 laskettiin vesille maailman ensimmäinen pienoismallikokeilla testattu jäänmurtaja Urho, joka murtautui ahtojäävallien läpi mahdollisimman pienellä vastuksella. Sen kaksi keulapotkuria pyörivät sisäänpäin ja työnsivät vettä rungon alle, mikä vähensi merkittävästi jään ja rungon välistä kitkaa. Kaksi peräpotkuria taas pyörivät ulospäin niin, että vesi työnsi murtuneet jääpalat sivuun kiintojään alle ja uoma puhdistui.

Wärtsilälle jäälaboratorio oli sen verran tärkeä lenkki laivanrakentamisessa, että vuonna 1982 rakennettiin Helsingin Arabianrantaan kokonaan uusi arktinen tutkimuskeskus. Sitä käyttivät myös korkeakoulut. Koealtaassa testattiin uusia laivatyyppejä sekä tehtiin tieteellistä perustutkimusta jään fysikaalisesta käyttäytymisestä ja sen sovittamisesta koeoloihin.

Sittemmin Wärtsilä – kuten koko suomalainen laivanrakennusteollisuus – siirtyi ulkomaalaisomistukseen. Vuonna 2005 arktisten alusten suunnittelu ja jäälaboratorio erkanivat nykyiseksi Aker Arctic Technologyksi. Seuraavana vuonna uudelle yhtiölle valmistuivat kokonaan uudet tilat Vuosaareen.

Perä edellä uutta päin

Nykyään Acer Arcticin jäälaboratoriossa on vilkkaampaa kuin koskaan. Ilmastonmuutos on kutistanut pohjoista napajäätikköä, ja niin Koillisväylä kuin Luoteisväylä ovat avautuneet  purjehduskelpoisemmiksi.

– Purjehdusmahdollisuus tarkoittaa myös arktisten alueiden luonnonvarojen parempaa hyödyntämistä. Sitä varten taas tarvitaan uusia alustyyppejä, jotka pystyvät itsenäisesti murtamaan jäätä ja liikkumaan arktisilla merillä ympäri vuoden. Myös öljy- ja kaasukentillä tarvitaan kovat jääolot kestävää tekniikkaa. Suomalaiselle osaamiselle löytyy nyt erittäin kiinnostavia mahdollisuuksia, sanoo Aker Arcticin toimitusjohtaja Mikko Niini.

2000-luvun arktisia laivoja ohjataan Suomessa kehitetyillä 360 astetta kääntyvillä ruoripotkureilla, ja niillä ajetaan sekä etu- että takaperin. Kun potkureita ensimmäisen kerran testattiin, huomattiin, että alukset kulkevat jäissä selvästi paremmin perä kuin keula edellä. Havainnosta jalostui kokonaan uusi alustyyppi, double acting ship eli das-alus, joka on eteenpäin kulkiessaan avovesilaiva ja takaperin kulkiessaan jäänmurtaja.

– Neste Oilille das-tekniikalla rakennetut tankkerit pärjäävät hyvin Itämeren jäissä. Seuraava tavoitteemme on saada laivat kulkemaan Jäämerellä ilman murtajien apua. Vaikka kaikki on lähtenyt liikkeelle jäänmurtajien kehittämisestä, pyrimme paradoksaalisesti tekemään jäänmurtajat turhiksi. Jos pystymme tarjoamaan toimivia ratkaisuja arktisille merialueille, maailman merenkulku muuttuu tulevaisuudessa merkittävästi, Niini arvioi.

Mika Remes on vapaa toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2013

Lisää aiheesta: Ari Turunen ja Petja Partanen, Raakaa voimaa. Suomalaisen jäänmurtamisen tarina. Atena 2011.

 

Avainsanat:

liikenne , tekniikka
Kommentoi kirjoitusta

Kommentit

Tieteen tarjous