Jää pitää tuntea, jotta sitä voi murtaa

AKER ARCTICIN VERKKOSIVUJEN yksi välilehti on otsikoitu Arctic passion, arktinen intohimo. Otsikon alla yhtiö julkaisee uutisia toiminnastaan, mutta sillä voisi viitata myös yhtiön toimitusjohtajan, laivanrakennuksen diplomi-insinööri Mika Hovilaisen asennoitumiseen jäissä kulkevien alusten suunnitteluun. Sen parissa hän on työskennellyt yli kaksikymmentä vuotta eli aina valmistumisestaan saakka, ja siitä, ja kaiken lähtökohdasta eli jäästä, hän puhuu osaamisella ja innostuksella, jollainen voi kummuta vain intohimosta.

Helsingin Insinöörien yritysvierailu Aker Arcticille syyskuun alussa osui aikaan, jolloin historiallisia jäänmurtajakauppoja USA:n kanssa vielä valmisteltiin. Vierailulla olleista tuskin kukaan ihmettelee, että kaupasta tuli totta. Hovilaisen kertoma alan suomalaisesta osaamisesta oli vakuuttavaa puhetta ilman ylisanoja.

Erityisen kiehtovaa oli kuulla, miten Hovilainen puhui jäästä.

HELSINGIN VUOSAARESSA SIJAITSEVAA, kansainvälisillä markkinoilla toimivan huipputeknologiayhtiön pääkonttoria ei voi prameilusta syyttää. Mutta rakennus kätkee uumeniinsa jotain hulppeita edustustiloja paljon tärkeämpää: 75-metrisen koealtaan, jossa voidaan testata suunnitteilla olevien jäissä kulkevien alusten pienoismallien käyttäytymistä veden pinnalle tehdyn suolavesijään keskellä.

Vastaavia laitoksia on maailmassa yhteensä viisi, Vuosaaren lisäksi Suomessa Otaniemessä, Saksassa Hampurissa, Venäjällä Pietarissa ja Kanadan Newfoundlandissa St. John’sissa.

Vierailijajoukko kävelee ripeästi allashallin päästä päähän, on nimittäin aika kylmä, pakkasta suunnilleen parikymmentä astetta. Jäänteko on alkanut: Hovilainen puhuu laminoinnista, eli suolaveden suihkutuksesta niin, että veden pinta hieman jäätyy millimetrin paksuinen kerros kerrallaan. Alkuvaiheen jään olemusta Hovilainen vertaa Frozen Margarita -drinkin jäähyhmeeseen. Myöhemmin hyhmettä pakastetaan yön yli, jotta jäähän syntyy riittävä lujuus.

– Meillä on täällä yleensä Aalto-yliopiston opiskelijoita kesätöissä, viettävät vuoden kuumimmat päivät täällä pilkkihaalarit päällä, Hovilainen kertoo.

Mallijään tekeminen ei ole aivan yksinkertaista. Jään täytyy olla suhteessa mallialuksen kokoon. Mallialukset ovat yleensä viisimetrisiä, joskus kymmenmetrisiä, mittasuhteessa 1:10 tai 1:40. Oikea paksuus on helppo synnyttää, mutta jään lujuuden skaalaus vaatii osaamista. Miten ja minkä kokoisiksi paloiksi jää murtuu, on tärkeää tietoa – koetilanteen on simuloitava niitä olosuhteita, joissa valmiin aluksen on tarkoitus operoida.

Jää ei ole vain jäätä, vaan ominaisuuksiltaan vaihtelevaa materiaalia eri ympäristöissä ja erilaisissa sää- ja liikenneolosuhteissa.

VUOSAAREN LAITOKSEN ERIKOISUUS on siinä, että altaan pohja on kokonaan lasia. On nimittäin tärkeää nähdä, miten jää kulkee aluksen rungolla, miten se liukuu laivan pohjalla ja kyljillä. Vierailijoilta alusten kuvaaminen alapuolelta on ehdottomasti kielletty.

Altaan leveys on kahdeksan metriä, veden syvyys 2,1 metriä. Vesi vaihdetaan aika-ajoin huoltojen yhteydessä, mikä onkin aikamoinen urakka. Altaaseen tehtävän jään suolapitoisuutta voi säädellä tekemällä väliin jääkerroksia makeasta vedestä. Testejä varten tehty jää sulaa prosessin hukkalämmöllä.

Luonnossa juuri jäätymisen ja sulamisen vuorottelu tekee jäästä kiehtovan ja vaikean materiaalin, huomauttaa Hovilainen. Jäästä ei ole mitään matemaattista materiaalimallia, jollaista voisi hyödyntää murtumisen tutkimiseen: sellaista kyllä kehitetään, mutta toistaiseksi jää vain pitää tuntea, osata.

Mutta se on vaikeaa, monesta syystä. Jää on esimerkiksi liikkeellä koko ajan. Kun jäästä on kerran menty läpi, olosuhde on erilainen seuraavan laivan tullessa väylälle. Kun jäätä murretaan, syntyy lisää jäätä. Paksun jääpuron läpi kulkeminen on aivan erilaista kuin melko tasaisen jääkentän murtaminen; joskus siihen eivät pysty murtajatkaan.

Tässä valossa on ihmeellistä, kuinka vähän testikertoja lopulta tarvitaan, kun mallinnuksella kootaan tietoja suunnitteilla olevan aluksen käyttäytymisestä tietyissä olosuhteissa. Joku ryhmästä kysyy, että satojako, vai peräti tuhansia testejä?

– Yleensä viisi koepäivää riittää, yllättää Hovilainen.

JÄÄ ON RISKI, Hovilainen muistuttaa. Törmäyksessä jäävuoreen ”käy kamalasti”, mutta tätä nykyä tutkat onneksi löytävät jäävuoret hyvin. Grönlanti on jäävuorten tuottaja: maalta lohkeaa jäävuoria mereen, ja merivirrat voivat painaa jäävuoren vesialueille, joilla ei muuten edes ole jäätä.

Myös puristava jääkenttä on riski, sellainen voi painaa laivan kyljet sisään. Aluksen materiaalit pitää siis valita olosuhteisiin sopiviksi. Teräslaatu valitaan kylmyyden mukaan, mutta alusten runkoja väsyttää kylmyyttäkin enemmän aaltokuorma. Siitäkin pitää siis olla tietoa.

Ilmaston lämpeneminen tuo omat vaikutuksensa: Myrskyjen lisääntyminen tekee jääkentästä dynaamisempaa, mikä aiheuttaa ahtojääkenttien lisääntymistä, Hovilainen selittää. Ja pitkällä aikavälillä lämpenemisen vaikutukset merivirtoihin voivat muuttaa Suomen talvet nykyistä kovemmiksi.

Myös alusten runkojen maalilla on iso merkitys laivan kulkemiselle jäissä. Tämä täytyy ottaa huomioon myös mallialuksissa. Itse mallit tulevat alihankkijalta, kertoo Hovilainen, mutta pinnoitus tehdään koelaitoksella itse.

– Maali vaikuttaa merkittävästi laivan etenemiseen liittyvään kitkaan, joka tietenkin halutaan mahdollisimman alhaiseksi, Hovilainen kertoo.

AKER ARCTIC TOIMII siis kansainvälisesti, kansainvälisten yhteistyökumppaneiden kanssa, kuten nytkin, kun se tarjoaa osaamistaan Yhdysvaltojen kanssa solmittuun jäänmurtajadiiliin. Aker Arctic ei rakenna, vaan suunnittelee, ja myy ratkaisujaan, ei immateriaalioikeuksiaan, eli osaamisensa ydintä. Kansainvälisessäkin yhteistyössä roolia on myös muulla suomalaisella osaamisella, etenkin silloin kun rakentaminen tapahtuu täällä, murtajien osalta Helsingin tai Rauman telakoilla. Merkittävä seikka on myös Wärtsilän erittäin suuri markkinaosuus murtajien moottoreissa.

Kahdenkymmenen viime vuoden aikana Aker Arcticin suunnitelmien pohjalta on rakennettu kaikkiaan 59 jäätä murtavaa alusta. Mutta kaikki jäissä kulkevat alukset eivät suinkaan ole jäänmurtajia, niitä yhtiö on suunnitellut vuositasolla kahdesta kolmeen. 

Jo kymmenen vuotta sitten yhtiö tosin suunnitteli aluksen, joka on tällä hetkellä Nato-maiden tehokkain jäänmurtaja, vaikkei olekaan jäänmurtaja, vaan – risteilyalus. Ranskalaiselle Ponant-varustamolle suunniteltu Le Commandant Charcot vie matkustajia esimerkiksi Huippuvuorilta Pohjoisnavalle. Kohderyhmä on sen verran laatutietoista porukkaa, että vaatimuksena oli, ettei laiva saa täristä, sen on oltava hiljainen ja pysyttävä aikataulussa.

– Onneksi ranskalaiset eivät uskoneet, kun sanoimme, ettei niissä olosuhteissa kulkevaa laivaa mitenkään saa hiljaiseksi ja niin värähtelemättömäksi, ettei drinkkilasi läiky, Hovilainen nauratti kuulijakuntaa.

Huippuosaamisesta on syytäkin olla ylpeä.

 Aker Arctic mukana USA-diilissä Rauman telakan kanssa

Suomen ja Yhdysvaltojen valtionpäämiesten allekirjoittaman yhteisymmärryspöytäkirjan on määrä mahdollistaa neljän jäänmurtajan rakentaminen Suomessa USA:n rannikkovartiostolle (USCG). Aker Arcticin osaaminen tulisi käyttöön nimenomaan Rauman telakalla rakennettavien alusten kohdalla, sillä yhtiö on mukana konsortiossa, joka ilmoitti jo kesällä, että sillä on valmius tarjota kahdesta arktisesta murtajasta ”USCG:n vaatimusten mukainen, luokkansa paras, vähäriskisin ja nopein toimitus”.

Aker Arcticin ja Rauman telakan (Rauma Marine Constructions, RMC) lisäksi yhteenliittymässä ovat mukana yhdysvaltalainen Bollinger Shipyards ja kanadalainen Seaspan Shipyards. Helsingin telakan yhteistyöstä USA:n rannikkovartioston kanssa neuvottelee telakan kanadalainen omistaja Davie.