W 2012 roku rząd Finlandii zatwierdził zakup nowego lodołamacza do pomocy na Morzu Bałtyckim. Celem było opracowanie nowatorskiej koncepcji, która sprawdziłaby się w trudnych warunkach lodowych w Zatoce Botnickiej – takiej, która przewyższałaby możliwości każdego dotychczasowego lodołamacza w regionie. Sukcesem okazał się Polaris, prawdziwy przełom w dziedzinie lodołamania.

Północny Bałtyk, położony między Finlandią a Szwecją – Zatoka Botnicka, a w szczególności jej najbardziej wysunięta na północ część, Zatoka Botnicka – charakteryzuje się występowaniem grzbietowych pól lodowych pod ciśnieniem, gęstych pasów lodu szorstkolodowego i wąskich kanałów lodowych. Stwarzają one niezwykle trudne warunki dla żeglugi handlowej w okresie zimowym. Aby utrzymać przepływ towarów importowanych i eksportowanych, lodołamacze stanowią podstawę utrzymania otwartych szlaków żeglugowych i wspomagania przepływu statków towarowych i pasażerskich przez ten obszar.

Kwestionowanie ugruntowanych idei w celu zdefiniowania na nowo przełamywania lodów

Fińska Agencja Transportu (obecnie Fińska Agencja Infrastruktury Transportowej), której powierzono zadanie zaprojektowania i budowy nowego lodołamacza, dążyła do zakwestionowania utartych norm i na nowo zdefiniowania sposobów usprawnienia operacji lodołamania i pomocy – dążąc do podniesienia efektywności na zupełnie nowy poziom. Sukces fińskich projektów lodołamaczy zawsze opierał się na projektach dostosowanych do potrzeb i potrzeb.

Ich celem było stworzenie lodołamacza o doskonałych możliwościach operacyjnych i pomocniczych, specjalnie dostosowanego do warunków panujących w Zatoce Botnickiej. Za punkt odniesienia uznano osiągnięcie co najmniej takiego samego poziomu osiągów, jak lodołamacze klasy Urho zbudowane w połowie lat 70. XX wieku.

Stanowiło to nowy, jakościowy sposób wyznaczania celów w zakresie ogólnej zdolności operacyjnej do łamania lodu. W przeszłości osiągi definiowano wyłącznie ilościowo, za pomocą wartości liczbowych lub – jak w przypadku klasy Urho – za pomocą mocy napędowej jako jedynego miernika.

„Wymagało to przełożenia wymagań operacyjnych na mierzalne i weryfikowalne terminy techniczne” – wyjaśnia główny projektant Mika Hovilainen z Aker Arctic Technology.

Punkt odniesienia ustalono poprzez szeroko zakrojone testy modelu lodowego dla Urho, wykorzystując metody testowe, które nie były dostępne w momencie budowy lodołamacza. Testy te dostarczyły punktów odniesienia w zakresie manewrowości i wydajności na lodzie, które posłużyły jako punkty odniesienia do oceny nowych, innowacyjnych pomysłów.

Wybrano dwie koncepcje do dalszych badań

Aker Arctic wygrał przetarg na projekt. Umowa, podpisana w 2013 roku, obejmowała opracowanie dwóch alternatywnych koncepcji w ramach dwumiesięcznej fazy szybkiej eksploracji koncepcji, a po wyborze jednej koncepcji – opracowanie ostatecznego projektu.

Dwie koncepcje na poziomie ogólnym to, po pierwsze, konwencjonalna konstrukcja z dziobem łamiącym lód i dwoma azymutalnymi jednostkami napędowymi na rufie, a po drugie, nowatorski projekt z trzecią jednostką napędową na dziobie – niespotykana konfiguracja bez żadnego głównego projektu, zainspirowana przyszłościową wizją Fińskiej Agencji Transportu.

Przełomowa konfiguracja napędu

Po przeprowadzeniu oceny Fińska Agencja Transportowa wybrała koncepcję z nowatorską konfiguracją napędu do ostatecznego opracowania projektu kontraktowego ze względu na jej wyjątkowy potencjał operacyjny.

Chociaż lodołamacz skośny Bałtika posiadał dziobowy układ napędowy, umożliwiający jego unikatowy tryb bocznego łamania lodu, Polaris wprowadził trzeci układ napędowy azymutalny, głównie po to, by zwiększyć ogólną zdolność jednostki do radzenia sobie z trudnymi warunkami lodowymi na Morzu Bałtyckim i wspomagania operacji lodołamania. Rezultatem jest zwiększona manewrowość, a tym samym bezpieczeństwo, podczas eskortowania statków przez grzbiety lodu, przecinania oblężonych jednostek i holowania ich w rufowym wcięciu.

Firma Aker Arctic zgromadziła już bogate doświadczenie w rozwijaniu technologii Double Acting Ship (DAS ^™ ) dla arktycznych kontenerowców w poprzedniej dekadzie. Statki te wykazały się imponującą penetracją grzbietów podczas żeglugi wstecznej z wykorzystaniem napędu azymutalnego, dzięki efektowi spłukiwania kadłuba, jaki powstaje dzięki umieszczeniu pędnika na końcu lodołamacza.

Jarkko Toivola z Fińskiej Agencji Transportu również dostrzegł zalety azymutalnego napędu dziobowego w holowaniu na krótkim dystansie – i miał rację. Wykorzystanie napędu dziobowego w holowaniu na krótkim dystansie poprawia zarówno bezpieczeństwo, jak i efektywność ciągu, w porównaniu z pędnikami rufowymi obracającymi się w bliskiej odległości od holowanego statku.

Konfiguracja napędu stała się cechą definiującą Polaris , a jego możliwości holowania na małej odległości zostały znacząco ulepszone w porównaniu z innymi lodołamaczami z Bałtyku. Potwierdzają to długoterminowe statystyki.

„Od tamtej pory udana konfiguracja napędu stała się nowym standardem w łamaniu lodu” – dodaje Hovilainen.

Większa wydajność oznacza mniej potrzeb w zakresie pomocy

Aby spełnić pierwotne wymagania dotyczące osiągów, Polaris potrzebowałby zaledwie 15 MW mocy napędowej. Jednak gdy okazało się, że koszt modernizacji jest znikomy, moc zwiększono do 19 MW, co znacznie poprawiło jego zdolność operacyjną.

Polaris może wykorzystać przepływ powietrza z pędników do usuwania lodu wokół statków wspomaganych i skuteczniejszego utrzymywania kanałów lodowych, zmniejszając potrzebę bliskiego holowania. W razie konieczności holowania, Polaris wykonuje operację szybciej i z większą zwrotnością niż poprzednie generacje lodołamaczy, co pozwala mu na udzielenie pomocy większej liczbie statków w krótszym czasie.

„Zrobiła ogromny krok naprzód w porównaniu ze wszystkimi poprzednimi pokoleniami fińskich lodołamaczy, osiągając więcej przy takim samym wysiłku” – zauważa Hovilainen.

Wiele innowacji w projekcie

Chociaż konfiguracja napędu była najważniejszą innowacją Polarisa , statek posiadał również kilka innych nowatorskich rozwiązań.

Oprócz kształtu dziobu, który wymagał nowego podejścia, tradycyjna rufa Aker Arctic z podwójnym klinem została dodatkowo udoskonalona w celu poprawy zdolności manewrowych. Jedną z lekcji wyciągniętych z poprzednich projektów lodołamaczy było to, że sam napęd azymutalny nie gwarantuje wystarczającej manewrowości lodołamacza wspomagającego działania na Bałtyku.

Projekt zakładał również elektrownię dwupaliwową wykorzystującą skroplony gaz ziemny (LNG) jako paliwo podstawowe – pierwsze tego typu rozwiązanie dla lodołamaczy. W tamtym czasie LNG uważano za bardziej przyjazną dla klimatu opcję niż olej napędowy do silników okrętowych (MDO), a fiński rząd poparł jego wprowadzenie.

Jednak włączenie LNG stanowiło wyzwanie. Zarówno technologia, jak i przepisy wciąż ewoluowały na etapie opracowywania koncepcji, co wymagało ostrożnych decyzji projektowych i adaptacji w trakcie budowy. Jako ciecz kriogeniczna, LNG musi być przechowywany w specjalistycznych zbiornikach, co ogranicza możliwości jego rozmieszczenia na pokładzie. Ponadto, ponieważ LNG musi być przechowywane w niskiej temperaturze przez cały rok, okazało się to wyzwaniem dla jednostki pływającej eksploatowanej sezonowo.

Polaris był również pierwszym fińskim lodołamaczem wyposażonym we wbudowany system odzyskiwania ropy naftowej. Wykorzystując w pełni swoje możliwości i zwinność, Polaris jest w stanie przeprowadzać operacje usuwania wycieków ropy w trudnych warunkach pogodowych i przy oblodzeniu. Wymagało to uwzględnienia takich aspektów konstrukcyjnych, jak zintegrowana pojemność zbiornika, wzmocnione włazy na sprzęt oraz odpowiednie systemy ogrzewania – kluczowe dla jego roli w usuwaniu wycieków ropy naftowej.

Zaprojektowany z myślą o środowisku Morza Bałtyckiego, Polaris łączy w sobie paliwooszczędne łamanie lodu, możliwość zasilania dwoma rodzajami paliwa, wydobycie ropy naftowej i politykę zerowego zrzutu odpadów, aby zminimalizować swój wpływ na środowisko w takim stopniu, w jakim pozwalała na to ówczesna technologia.

Testy potwierdziły wszystkie wymagania

Nową koncepcję zweryfikowano licznymi testami modelowymi na etapie projektowania kontraktu. Po zakończeniu budowy, obszerne próby morskie potwierdziły doskonałą stabilność kursu (zarówno w przód, jak i w tył), wyjątkową manewrowość oraz doskonałą prędkość na otwartym akwenie i siłę uciągu na palu, zarówno w przód, jak i w tył. Silnik charakteryzował się szybkim czasem reakcji, niezależnie od rodzaju paliwa.

W styczniu 2017 roku wypłynęła z macierzystego portu w Helsinkach na swój pierwszy sezon operacyjny w Zatoce Botnickiej, do którego została specjalnie zaprojektowana. Kapitan Pasi Järvelin, który nadzorował dwuletnią budowę, od razu pochwalił zwinność Polarisa .

Później, w tym samym sezonie, w marcu 2017 roku, przeprowadzono oficjalne próby lodowe. Czteroosobowy zespół ekspertów Aker Arctic – Topi Leiviskä, Toni Skogström, Tuomas Romu i Juha Ala-Soini – spędził pięć dni na pokładzie, weryfikując spełnienie wszystkich wymagań projektowych.

Wypływając z portu w Oulu, napotkali grzbiet lodowy o grubości 10 metrów i szerokości 95 metrów, który Polaris z łatwością pokonał, płynąc naprzód. Drugi grzbiet, o grubości 13,6 metra, również został pokonany bez wysiłku, dzięki lekkiemu manewrowaniu sterami azymutalnymi.

Próby wydajności w lodzie płaskim o grubości 72 centymetrów i wytrzymałości na zginanie 600 kPa zakończyły się sukcesem: Polaris osiągnął prędkość 12,7 węzła w przód i 12,2 węzła w tył. W pobliżu Kemi lodołamacz utrzymywał prędkość 14 węzłów w kanale z chrupiącą warstwą lodu, gdzie grubość gruzu lodowego wynosiła 174 centymetry. Testy skrętu w lodzie o grubości 60–90 centymetrów wykazały, że w razie potrzeby Polaris jest w stanie wykonać zwrot w miejscu.

„Po pierwszej zimie Polaris był zdecydowanie najlepszym lodołamaczem, na jakim kiedykolwiek pracowałem” – powiedział kapitan Järvelin po testach. Jego opinia nie zmieniła się przez lata.

Zaczyna się nowe pokolenie

Polaris był pierwszym statkiem nowej generacji lodołamaczy i rodziny Aker ARC 130. Dwa lata po jego dostawie ukończono budowę dwóch większych i mocniejszych lodołamaczy do użytku w Arktyce, opartych na projekcie Aker ARC 130 A , który charakteryzował się tą samą konfiguracją napędu.

Polaris stał się również inspiracją dla szwedzkiego projektu lodołamacza nowej generacji, Aker ARC 130 S. Jedna z alternatywnych koncepcji rozważanych dla przyszłego fińskiego lodołamacza, Aker ARC 130 B+ , charakteryzuje się podobnym układem napędowym z trzema silnikami.

Starszy architekt okrętowy Tuomas Romu podkreśla jednak, że nowe jednostki zaprojektowane ponad dekadę po Polarisie nie powinny – a w niektórych przypadkach nie mogą – być kopią starej koncepcji ze względu na większe doświadczenie operacyjne, rozwój technologiczny i zmieniające się przepisy.

„Choć koncepcja trzech jednostek napędowych pozostaje ta sama i mogą występować pewne podobieństwa wizualne, kształt kadłuba i układ wewnętrzny nowych szwedzkich i fińskich statków będą się zasadniczo różnić” – mówi.