Sukellusvene avaruudessa

Tämä voi näyttää avaruusalukselta, mutta itse asiassa se on rakenteilla olevan Blekinge-luokan sukellusveneen perä. Ulkopuolelta se voi näyttää yksinkertaiselta, mutta sen sisällä on monimutkaisia järjestelmiä ja rakenteita, joita sukellusvene tarvitsee toimiessaan pinnan alla.

Saabin ostettua Kockumsin vuonna 2014 Ruotsin Karlskronassa sijaitsevalla telakalla on tehty monenlaisia uudistuksia ja muutostöitä. Työskentelyolosuhteita on parannettu raskaiden ja toistuvien työvaiheiden vähentämiseksi. Käyttöön on otettu digitaalisia työkaluja, jotka yhdessä teollisuusrobottien ja NC-työstökoneiden kanssa varmistavat huipputarkan työn laadun. Kaiken tämän tavoitteena on ollut pystyä valmistamaan alus, joka on monimutkaisuudeltaan ja toiminnoiltaan verrattavissa avaruusalukseen. Tarkastellaanpa hieman lähemmin, mitä eroja ja yhtäläisyyksiä näillä kahdella järjestelmällä oikeastaan on.

Sukellusveneiden ja avaruusalusten välillä on niin eroja kuin yhtäläisyyksiäkin. Yhteistä kummallekin on huippuluokan suunnittelu ja osaavien ammattilaisten tarve niin kehitystyössä kuin rakentamisessakin.

Teho ja nopeus

Miehitetyillä kuulennoilla käytetty Saturn V -raketti oli tehokkain koskaan valmistettu raketti. Se oli noin 110 metriä pitkä, painoi noin 3 000 tonnia ja kuljetti mukanaan avaruuskapselin kolmen hengen miehistöineen. Täysin varusteltu Blekinge-luokan sukellusvene (A26) painaa noin 2 000 tonnia, on 62 metriä pitkä ja siinä on 30 hengen miehistö. 

Saturn V -rakettia käytettiin miehitettyihin kuulentoihin. Se kuljetti kolme astronauttia varusteineen kuuhun ja takaisin.

Saturn V -raketin ensimmäisen vaiheen moottorit tuottivat uskomattoman 34 miljoonan Newtonin työntövoiman, jonka synnyttämiseen käytettiin yli 4,5 miljoonaa litraa nestemäistä happea ja lähes 3 miljoonaa litraa polttoainetta. Se kaikki kulutettiin hieman alle kolmessa minuutissa. Se kiihdytti raketin nopeuteen 8 600 km/h ja nosti sen 61 kilometrin korkeuteen.

Saab Kockumsin HMS Gotland -sukellusveneen voimanlähteenä on stirlingmoottori, joka on kytketty generaattoreihin akkujen lataamista varten. Sen avulla alus voi toimia sukelluksissa jopa kolmen viikon ajan. Myös stirlingmoottorissa käytetään nestemäistä happea. Pinta-ajossa akkuja voidaan ladata perinteisesti myös dieselmoottoreilla. Se kuitenkin paljastaa heti viholliselle sukellusveneen sijainnin.

Paine ja lämpötila

Maailman valtamerien syvin kohta on Mariaanien hauta Tyynessä valtameressä Japanin ja Filippiinien välillä. Tammikuussa 1960 sveitsiläinen syvänmerentutkija Jacques Picard johti retkikuntaa, joka saavutti merenpohjan 10 916 metrin syvyydessä.

Jopa verrattain matalat Itämeren vedet kohdistavat vedenalaiseen alukseen valtavia voimia. Täällä syvin kohta on Landsortin syvänne Tukholman eteläisessä saaristossa. Kockumsin rakentama sukellusveneiden pelastusalus UFR saavutti sen 444 metrin syvyydessä olevan pohjan vuonna 2015.

Pelastustehtävän aikana URF:ään saadaan mahtumaan koko sukellusveneen miehistö ja sen avulla heidät voidaan tuoda turvallisesti takaisin pintaan. Näyttää hieman siltä, että Transformers-lelut kuuluivat pelastusaluksen suunnittelijoiden lapsuuden lempileluihin.

200 merin syvyydessä sukellusveneeseen kohdistuu 20 baarin ulkoinen paine. Se vastaa 2 tonnin painoa kämmenelläsi. Avaruuden tyhjiössä alukseen kohdistuu 1 baarin sisäinen paine. Kumpikin ympäristö asettaa tavallista tiukemmat vaatimukset rungon ja varusteiden rakenteelle, mutta hieman eri tavoin.

Sukellusveneessä on noin 10 000 putkikomponenttia, joiden on pysyttävä käsittelemään suurten paineiden lisäksi myrkyllisiä, räjähdysherkkiä tai elintoimintojen kannalta välttämättömiä nesteitä ja kaasuja. Putkistoja on esimerkiksi polttoaineelle, nestemäiselle hapelle, makealle vedelle ja raittiille ilmalle. Kaikki putket on hitsattava, koeponnistettava ja röntgenkuvattava – mitään ei saa jäädä sattuman varaan.

Sukellusveneen putkien ottaminen esiin rungon sisältä auttaa paremmin ymmärtämää, millainen haaste niiden kokoaminen ja asentaminen on.

Myös lämpötilan suhteen on yhtäläisyyksiä avaruuden ja merten syvyyksien välillä, vaikka mittakaavassa onkin eroja. Sukellusveneen on pystyttävä toimimaan sekä arktisissa että trooppisissa vesissä. Lämpötilojen vaihtelu auringon paahteesta jääkylmiin vesiin voi olla jopa 60 celsiusastetta. Maan kiertoradalla olevan avaruusaluksen pintalämpötilan ero auringon ja varjon puolen välillä voi olla 300 astetta. Kummatkin olosuhteet asettavat omat vaatimuksensa materiaalien valinnalle ja liitoksille sekä miehistön mukavuuden edellyttämälle eristykselle.

Hiljaisuus

Kuten kuuluisa elokuvan mainoslause sanoo, avaruudessa kukaan ei kuule huutoasi. Se johtuu siitä, että maan ilmakehän ulkopuolella ei ole ilmaa, joka välittäisi ääniaaltoja. Saturn V -raketin laukaisun yhteydessä mitattiin kuitenkin merenpinnan tasossa lähes 180 desibelin melutaso. Ihmisen kipukynnys on 120 dB.

Merenpinnan alapuolella tilanne on juuri päinvastainen, vesi välittää ääntä erittäin hyvin. Herkillä mikrofoneilla sukellusveneen kuulee kilometrien päästä. Jotta sukellusvene voisi toimia huomaamatta, sen tuottamat tärinät ja äänet on minimoitava jo suunnitteluvaiheessa. Rungot ja potkurit on suunniteltu pyörteitä ja tärinää vähentäviksi, moottorit ja muut laitteet on asennettu kumivaimennetuille alustoille ja miehistö on koulutettu toimimaan äänettömästi. Ruotsalaisia sukellusveneitä on kaiken kaikkiaan erityisen vaikea havaita – oli kyse sitten Itämeren murtovedestä tai Tyynen valtameren suolaisista syvyyksistä. Ne ovat hiljaisempia kuin kuiskaus, jonka voimakkuudeksi ilmoitetaan usein 20 dB.

Ruotsissa rakennetut sukellusveneet ovat tunnettuja hiljaisuudestaan käytössä. Erilaisissa harjoituksissa monien maiden merivoimat eri puolilla maailmaa ovat epäonnistuneet yrittäessään havaita Gotland-luokan sukellusveneitä.

Tehtävät ja ulkoiset uhat

Useimmat sukellusveneet ovat sotilaskäytössä, johon kuuluvat esimerkiksi tiedustelu- ja hyökkäystehtävät. Sen vuoksi ne ovat myös alttiita ulkoisille uhille, kuten miinoille, torpedoille ja syvyyspommeille. Kockumsin valmistamat sukellusveneet on suunniteltu kestämään vedenalaisia räjähdyksiä. Miehistötilat ja järjestelmät on asennettu kumieristetyille alustoille, jotka vaimentavat räjähdysten tuottamia iskuja. Kaikki ruotsalaiset sukellusveneet testataan ennen toimitusta altistamalla ne todenmukaisille, hallituille räjäytyksille. Miehistön ollessa sisällä aluksessa.

Miehitettyihin avaruusaluksiin kohdistuu ulkoisia uhkia vain tieteiselokuvissa. Ne kuitenkin altistuvat avaruuden hiukkasille. Ääntä nopeammin kiitävät pienet kappaleet voivat aiheuttaa suurta vahinkoa avaruusaluksen pinnalle tai avaruuskävelyllä oleville miehistön jäsenille. (Maan ilmakehän ulkopuolella ei tietenkään ole ääntä, mutta käytämme silti ilmaisua kuvaamaan, millaisista nopeuksista on kyse).

Uudet Blekinge-luokan sukellusveneet antavat mahdollisuuden suorittaa avaruuskävelyjä vastaavia tehtäviä. Pinnan alla sukeltajia ja varusteita voidaan siirtää aluksesta ulos ja alukseen sisään Multi Mission Portal -ilmalukon kautta. Se on aivan uusi ja ainutlaatuinen ominaisuus. Tämä ilmalukko on toiminnaltaan hyvin samankaltainen kuin ISS-avaruusasemalla käytetty. Siihen kuitenkin kohdistuu huomattavasti suurempi paine-ero kuin avaruudessa. Ruotsalainen astronautti ja avaruuskävelijä Christer Fuglesang vertailee kahta järjestelmää ja niiden haasteita:

Multi Mission Portal™ on uusien Blekinge-luokan sukellusveneiden ainutlaatuinen ominaisuus.

Tämä on minulle astronauttina kaikkein jännittävin hetki. Ennen ulos avaruuskävelylle menoa pukeudutaan avaruuspukuun, joka tarkistetaan osa osalta. Kaiken, siis aivan kaiken, pitää toimia täydellisesti. Ulkona aluksesta olet sitten täysin omillasi. Avaruudessa riittää valoa ja suunnistus on helppoa, mutta voin kuvitella, että pinnan alla sysimustassa vedessä tilanne on aivan toinen. Ja kun nyt puhumme sukellusveneistä, voin hauskana sivuhuomautuksena mainita, että ennen avaruuslentoja harjoittelimme avaruus kävelyä juuri veden alla saadaksemme mahdollisimman hyvän tuntuman siihen, miltä avaruudessa tuntuu. Meillä ei tosin ollut Multi Mission Portalia siinä muodossa kuin se tulee uuteen A26-sukellusveneeseen. Tämän kaikki vaatii suunnittelijoita antamaan kaikkensa, ja konsepti on todella vaikuttava.

Astronautin Christer Fuglesang yhdellä avaruuskävelyllään. Valokuva: NASA / Public domain

Elämää ylläpitävät järjestelmät

Avaruusalukselle ja sukellusveneille on yhteistä, että miehistön pitäminen hengissä vaatii edistyksellisiä järjestelmiä. Hengitysilman happi-, hiilidioksidi- ja typpipitoisuuden on oltava vakaa. Kummassakin aluksessa käytetään samantyyppisiä laitteistoja poistamaan uloshengityksen ilmaan tuottamaa hiilidioksidia.

Kummassakin tapauksessa tavoitteena on luoda järjestelmät, jotka pitävät ihmiset hengissä haastavassa, jopa kuolemanvaarallisessa ympäristössä. Se asettaa luonnollisesti suuria vaatimuksia suunnittelijoille. Käydessäni Saabin telakalla Karlskronassa näin olosuhteiden tuottamissa haasteissa monia yhtäläisyyksiä – ja eroja – avaruustekniikan kanssa. Ja sukellusveneen koko todella yllätti minut. Ne ovat valtavan kokoisia laitteita! Vaikka niin on tietysti kansainvälinen avaruusasemakin, Fuglesang kommentoi.

Sukellusveneen suolanpoistojärjestelmän ansiosta juomaveden sekä ruoanlaitto- ja pesuveden määrä aluksella on käytännössä rajaton. Avaruusaluksessa sen sijaan veden määrä on rajallinen ja 80 % vedestä saadaan kierrättämällä esimerkiksi hengitysilmaa, jätevettä ja pyykinpesuun käytettävää vettä.

Ennen kuin sukellusvene lähtee satamasta, se täydentää ruokatarvike- ja muut varastonsa koko matkaa varten. Hyvä ja ravitseva ruoka on tärkeä tekijä ja sillä on suuri vaikutus siihen, kuinka hyvin miehistö pystyt suorittamaan tehtävänsä. Ruotsalaiset sukellusveneet ovat tunnettuja taitavista kokeistaan ja hyvästä ruoastaan, ja sitä osaa arvostaa merellä vietettyjen viikkojen aikana.

Sukellusveneen keittiö on hyvin ahdas paikka, ja kokin pitää pystyä siinä valmistamaan miehistölle maittavia aterioita.

Esimerkiksi kansainvälisellä avaruusasemalla taas kaikki tarjoiltava ruoka on valmiiksi pakattua eikä sen syöminen tuota ilmassa leijailevia murusia. Vaikka avaruusaseman toiminta tuo vaihtelua, miehistön elämä voi olla yksitoikkoista jopa 6 kuukautta kestävän oleskelun aikana. Avaruudessa vietetyn ajan ennätys on kosmonautti Valeri Poljakovilla, joka vietti vuosien 1994 ja 1995 aikana 438 päivää venäläisellä Mir-avaruusasemalla. Emme tiedä, mitä hän ajatteli ruoasta.

Suunnittelu ja rakentaminen

Uuden sukellusveneluokan, kuten Blekinge-luokan, kehittäminen ja rakentaminen voi kestää yli kymmenen vuotta. Se on täysin verrattavissa avaruusalukseen. Kehittäjät ovat joutuneet ratkaisemaan haasteita, kuten monien monimutkaisten järjestelmien pakkaamisen rajalliseen tilaan. Nämä järjestelmät tuotantohenkilöstö joutuu sitten kokoamaan ja asentamaan.

Sekä avaruusalusten että sukellusveneiden valmistus perustuu tietokoneisiin ja teollisuusrobotteihin. Se tarkoittaa, että jokainen yksityiskohta ja osajärjestelmä on suunniteltu, piirretty ja määritelty 3D-mallina. Tuotannossa nämä tiedot voidaan sitten syöttää hitsausroboteille ja työstökoneille ja käyttää asennusohjeina.

Hiekkapuhalluksessa käytettävä suojavarustus saa käyttäjän näyttämään tieteiselokuvan oliolta. Varustuksen tarkoitus on kuitenkin suojata hionnassa käytettäviltä hiukkasilta.

Avaruusalus kootaan suureksi osaksi puhdastilaympäristössä, sillä yksi ainoa hius voi olla lujuuden tai toimivuuden kannalta tuhoisa. Sukellusveneiden valmistus ei ole aivan niin vaativaa, mutta joidenkin järjestelmän komponenttien vaatimukset ovat lähes yhtä tiukkoja. Tiivistämätön venttiili tai vuotava kaapeliläpivienti voi helposti aiheuttaa vakavia onnettomuuksia pinnan alla suuressa paineessa.

Saabin sukellusvenetelakalla Karlskronassa vierailevat huomaavat, että tuotantolaitos on turvallinen ja tehokas sekä työntekijöiden että ympäristön kannalta. Telakalla on tehty viime vuosina merkittäviä investointeja työympäristöön, koneisiin ja osaamiseen. Telakka-alue on yli 300 vuotta vanha ja maailmanperintökohde, mutta nykyään siellä toimii maailman uudenaikaisin tuotantolaitos, jossa valmistetaan sukellusveneiden uutta sukupolvea. Sen työntekijät ovat uuden sukupolven osaavia ja omistautuneita laivanrakentajia. He rakentavat laitteita, jotka häviävät vaativuudessa vain avaruusaluksille: sukellusveneitä.