Laivojen täytyy mukautua muuttuviin jääolosuhteisiin – suomalaiselle jäänmurtajaosaamiselle kysyntää

Suomen, Yhdysvaltojen ja Kanadan yliopistot ja kansalliset tutkimuslaitokset ovat perustaneet tutkimuskonsortion vauhdittamaan arktisiin olosuhteisiin soveltuvien laivojen tutkimusta ja suunnittelua. Samalla hankkeen tavoitteena on nostaa maat uuden sukupolven meri- ja offshore-tekniikan kansainväliseen kärkeen. Aalto-yliopisto on keskeisessä roolissa huipputason arktisen meritekniikan tutkimuksen ja tutkimusinfrastruktuurin ansiosta.

Kun arktinen merijää sulaa ja ohenee maapallon lämmetessä, yritysten ja valtioiden kiinnostus kuljettaa rahtia arktisen alueen kautta kasvaa. Uudet laivareitit voivat säästää aikaa ja polttoainetta, mutta kylmä ilma tuo merille aina jäätä, eikä suurinta osaa aluksista ole suunniteltu sitä kestämään. Jäänmurtajalaivat ohjaavat kaupallisia ja sotilaallisia aluksia jäisten vesien läpi, avaavat umpeen jäätyneet satamat ja pelastavat paksuun merijäähän juuttuneet alukset.

"Useimmat kaupalliset alukset on optimoitu avovesille, koska niillä ne tavallisimmin kulkevat", sanoo Aalto-yliopiston apulaisprofessori Mikko Suominen, jonka erikoisalaan kuuluu napavesillä kulkevien laivojen suunnittelu. "Monia tavanomaisia runkotyyppejä ei ole testattu perusteellisesti jääolosuhteissa. Voimme tutkia, miten tällaiset alukset pärjäävät arktisella alueella, mikä voi auttaa uusien runkomallien suunnittelussa ja tehokkaimpien laivareittien tunnistamisessa."

Aalto-yliopiston lisäksi ICE-SHIELD-tutkimuskonsortioon kuuluu Suomesta VTT. Muut jäsenet ovat Yhdysvaltain merivoimien pintasodankäynnin tutkimuskeskus, Michiganin yliopisto, Newfoundlandin Memorial-yliopisto sekä Kanadan kansallinen tutkimusneuvosto.

Jäänmurtajien suunnittelun kärkimaa

Suomi, Yhdysvallat ja Kanada allekirjoittivat vuonna 2024 ICE Pact (Icebreaker Collaboration Effort) -yhteistyösopimuksen liittyen jäänmurtajien rakentamiseen ja maiden toimintakyvyn vahvistamiseen arktisilla merialueilla. 

Suomi tunnetaan maailmalla jäänmurtajien suunnittelun ja rakentamisen edelläkävijänä. Jäänmurtajalaivastoomme kuuluu kahdeksan alusta, ja 80 % kaikista maailman jäänmurtajista on suomalaisten suunnittelemia ja 60 % suomalaisten telakoiden rakentamia.

Yhdysvalloilla puolestaan on kolme napavesien jäänmurtajaa. Se tilasi kolme uutta yhdysvaltalaiselta telakalta vuonna 2019, mutta näistä ensimmäisen odotetaan valmistuvan kuusi vuotta alkuperäisestä aikataulustaan jäljessä. Yhdysvaltain rannikkovartioston strateginen suunnitelma toteaa, että kilpaileminen arktisella alueella vaatii enemmän jäänmurtajia. Kanadalla on toiseksi suurin jäänmurtajalaivasto, jota maa on vahvistamassa kahdella uudella napavesien jäänmurtajalla sekä 30 muulla aluksella, jotka varustellaan vaihtelevin jäänmurto-ominaisuuksin.

Venäjän yli 40 aluksesta koostuva jäänmurtajalaivasto on maailman suurin, ja se voi saattaa kaupallisia ja sotilaallisia aluksia Koillisväylällä, joka on noin 40 % lyhyempi kuin tavanomainen reitti Euroopan ja Kiinan välillä.

ICE-SHIELD-ryhmä pyrkii auttamaan ICE Pact -sopimusmaita saavuttamaan ja ylittämään Venäjän jäänmurtokapasiteetin. Ryhmässä kehitetään tekniikkaa ja toimintatapoja maiden laivanrakennuskapasiteetin kasvattamiseksi, muiden muassa telakkainfrastruktuuria, kustannustuotantomalleja ja telakkatoimintaa kehittämällä. Ryhmä pyrkii myös parantamaan kaupallisten ja sotilaallisten alusten suorituskykyä suunnittelemalla ja testaamalla autonomisia aluksia, tekoälyllä toimivia työkaluja ja uusia runkomalleja. Edistysaskeleet ovat tärkeitä sekä jäänmurtajille että muille laivoille, jotka kulkevat muuttuvilla arktisilla vesillä.

Innovaatiot vaatii rahoitusta ja yhteistyötä

Suominen korostaa, että meillä on kiireellinen tarve syventää ymmärrystämme laivojen suorituskyvystä ja jääkuormista uusissa jääolosuhteissa, ja siihen tarvitaan rahoitusta.

"Eurooppalainen jäänmurtajien rakentaminen on pitkään edustanut innovaation kärkeä, mutta vähentynyt tutkimusrahoitus on hidastanut kehitystä viime vuosina. Jos EU haluaa pitää johtavan asemansa samalla kun kilpailu kiristyy ja amerikkalaiset ja aasialaiset investoinnit kasvavat, tarvitsemme enemmän tukea eurooppalaisille tutkimuslaitoksille ja yhteistyötä jäsenvaltioiden välille", hän sanoo.

Suominen uskoo, että Suomen maailmankuulu laivanrakennusteollisuus tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden tehdä tutkimuksesta innovaatiota. Tiivis yhteistyö eri alojen välillä varmistaa, että uudesta tiedosta hyötyvät niin tiede kuin teollisuuskin.

Muuttuvien jääolosuhteiden tutkimusta

Muuttuvien jääolosuhteiden tutkiminen Aalto Ice and Wave Tankissa auttaa ICE-SHIELD-ryhmää saavuttamaan tavoitteensa. Altaan sivut ovat 40 metriä pitkät, se vetää lähes neljä miljoonaa litraa vettä ja se on maailman ainoa aaltokoneella varustettu leveä jääallas. Tässä ympäristössä voidaan tutkia ainutlaatuisessa laajuudessa sitä, kuinka aaltojen ja merijään välinen vuorovaikutus vaikuttaa alusten ohjaamiseen.

Maapallon lämmetessä ahtojäät kutistuvat ja merijäätä ja aaltoja sisältävät merialueet eli marginaaliset jäävyöhykkeet kasvavat, varoittaa Jukka Tuhkuri, johtava jäätutkija ja konetekniikan professori Aalto-yliopistossa. 

"Marginaalisten jäävyöhykkeiden olosuhteita ei tunneta tarpeeksi hyvin", hän sanoo.

Toinen haaste on jään muutos materiaalitasolla. Tulevaisuudessa jää tulee olemaan lämpimämpää. 

"Kun erittäin kylmä, kova jää iskee alukseen, paine on suuri, mutta kosketusalue on pieni. Lämpimän jään tapauksessa paine on pienempi, mutta kosketusalue on paljon suurempi, joten voima saattaa kasvaa", Tuhkuri selittää. Hän on huolissaan tilanteesta, jossa arktisille vesille lähetettäisiin aluksia, joita ei ole suunniteltu kestämään lämpimän jään aiheuttamaa kuormitusta.

VTT tuo ryhmän käyttöön jäävahvistetun tutkimusalus Arandan, joka on monipuolinen alusta uuden meritekniikan pilottikokeille.

"Täysimittaisen validointivalmiutemme ansiosta kehittämämme tekniikka toimii tehokkaasti myös oikeissa arktisissa ympäristöissä", selittää VTT:n meritutkimusryhmän johtaja Teemu Manderbacka, joka toimii myös työelämäprofessorina Aalto-yliopiston energia- ja konetekniikan laitoksella.

Muita ICE-SHIELD-ryhmän käytössä olevia huipputason tutkimusympäristöjä ovat Michiganin yliopiston Aaron Friedman -hydrodynamiikkalaboratorio, Memorial-yliopiston vaikeiden ympäristöjen tutkimuslaitos sekä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston meri-, rannikko- ja jokitekniikan tutkimuskeskus.

Kouluttamalla myös opiskelijoita huipputason laitoksissa ICE-SHIELD-jäsenet toivovat kehittävänsä nykyisen osaamistason lisäksi myös tulevaisuuden kykyjä.

"Aallossa alan koulutus perustuu aina viimeisimpään korkealuokkaiseen tutkimustietoon. Kun tähän lisätään aktiivinen yhteistyö teollisuuden kanssa, syntyy todella ainutlaatuinen oppimisympäristö", Suominen sanoo.

Lisätietoja: 

ICE-SHIELD-konsortion verkkosivut

Artikkeli perustuu osin Michiganin yliopiston tekstiin: Improved Arctic-faring ships and shipbuilding from new international team