Hull i rullebanen tettes med is
Når rullebanen til flyplassen ligger på 72 grader sørlig bredde og mer enn 4000 kilometer fra nærmeste storby, er det best å holde den i topp stand. Men i Antarktis, hvor de fleste rullebanene er laget av is, kan hull være et stort problem.
Ikke mange flystriper er som de i Antarktis. De må være sterke og solide nok til å takle gjentatte landinger med gigantiske lastefly som C-17 Globemaster og C-130 Hercules, eller passasjerfly som Boeing 757. Likevel er de nesten utelukkende laget av snø eller is.
Her tettes et hull i rullebanen ved Troll i Dronning Maud Land i Antarktis. En miks av vann og is brukes. Foto: Sven Lidström, Norsk Polarinstitutt
Is kan virke som en enkel og elegant byggeløsning i denne frosne verdenen. Hvorfor ikke bygge en rullebane av det vanligste materialet man finner i Antarktis?
Is er et notorisk svakt materiale. Selv i Antarktis kan solen smelte hull i rullebanen. Sand og støv blåser inn fra de omkringliggende fjellene og gjør isen mørk. Du kan selvfølgelig alltid lappe den, men hvor bra er det egentlig?
Fin utfordring for iseksperter
Sven Lidström er operasjonskoordinator for Polarinstituttets forskningsstasjon Troll i Antarktis. Han har tenkt lenge og hardt på dette spesielle lappeproblemet. Ansvaret hans omfatter flystripa ved Troll, en blå isbane som ble åpnet i 2005.
Rullebanen er en av bare noen få på kontinentet, og en av bare fem som kan ta i mot større fly, sier Lidström. Det gjør hullene i rullebanen til noe mer enn et irritasjonsmoment.
– De er det største problemet vi har, forteller Lidström i en epost fra Troll.
Men problemet er samtidig en ideell utfordring for NTNUs iseksperter.
- Les også: Der kysten faller i sjøen
En viktig lenke i nettverket
Flyplassen ligger i Dronning Maud Land, 235 kilometer fra iskanten i Antarktis og 6,8 kilometer fra Troll. Den er ikke bare viktig for å levere varer til den norske forskningsstasjonen, men også som en del av DROMLAN, et transportsamarbeid mellom 11 land som har baser i regionen.
Forskningsstasjonen Troll i Antarktis har vært bemannet året rundt siden 2005. Foto: Sven Lidström, Norsk polarinstitutt
– Flyplassen ved Troll fungerer som et nav, med store forsyningsflyvninger fra Cape Town International Airport 4000 kilometer unna. De fleste av disse forsyningene kommer med Airbus A-319 og Boeing 737 og 757, men mindre fly begynner nå å erstatte de tidligere arbeidshestene i Antarktis, C-130 Hercules og Ilyushin 76, sier Lidström.
Herfra frakter andre fly folk og forsyninger videre til forskningsstasjoner som drives av Belgia, Finland, Tyskland, India, Japan, Nederland, Russland, Sør-Afrika, Sverige og Storbritannia.
Lidström sier skiftet til mindre og mer moderne jetfly er en grunn til at flyplassen ved Troll må være i topp stand.
– Moderne fly er ikke så robuste eller testet i felten slik de eldre flyene er, sier han.
– De trenger mye bedre landingsbaner. Men de moderne flyene er til gjengjeld bedre, tryggere og mye mer drivstoffeffektive.
I sommersesongen, fra november til mars forteller Lidström at rullebanen brukes til cirka to-tre interkontinentale flyreiser per måned og et par kontinentale eller innenlandske Antarktis-flyvninger per uke.
Et oversiktsbilde fra forskningsstasjonen Troll. Fra stasjonens webkamera.
I motsetning til andre interkontinentale landingsbaner i Antarktis, kan flyplassen ved Troll operere hele sommersesongen. Andre tilsvarende landingsbaner må stenges i den varmeste delen av sommeren på grunn av smelting.
Banen er også «en svært viktig del av vår sikkerhet og beredskap», skriver han.
– Det gir oss muligheten til å evakuere noen, eller få ekspertise inn om noe alvorlig skjer. Antarktis er fortsatt svært fjernt og mangler mye av infrastrukturen og utstyret som er tilgjengelig i resten av verden.
- Les også: Lasarus-is
Sand og støv skaper hull
Lidström sier problemet med hull i isbanen begynte så snart den ble åpnet i 2005.
Overflaten kan bli skadet av sprekker i isbreen, men det er sandhullene som er det vanligste problemet. Vindblåst støv, sand og mikrober, samlet kalt «kryokonitter», er mørkere enn den omkringliggende isen, og solen varmer dem opp. Det gjør at kryokonittene kan smelte seg gjennom isen og lage et hulrom eller hull.
Problemet. Foto: Svein Lidström, NPI
– Vanligvis fryser noe av vannet tilbake over sanden, men denne isen er tynn og ikke så sterk som den omkringliggende isen, sier Lidström.
– Det gir en risiko for at isen kollapser med vekt på toppen av den. Det kan skape hull som flydekk kan sette seg fast i, noe som kan få katastrofale følger for et fly som lander eller tar av.
Selv om Lidström og kollegaene hans kan lappe rullebanehullene med en slushy blanding av vann og is, har lappene ikke samme farge som den harde, blå isen rullebanen ellers består av. Det er sannsynlig at de andre egenskapene er litt forskjellige også, men hvor forskjellige er egentlig ikke kjent.
Derfor besluttet Lidström at han trengte solid forskning for å lære mer om lappene som ligger flekkvis langs den 3000 meter lange rullebanen.
Saken fortsetter under bildet.
Sånn ser rullebanen ved Troll ut fra lufta. Alle hullene ser vi ikke på avstand. Foto: Sven Lidström, Norsk Polarinstitutt
Spesielt fagfelt
Arbeidet krever også at rullebanen jevnes til med en slik maskin etter at hullene er fylt igjen. Foto: Svein Lidström, Norsk Polarinstitutt
Han bestemte seg for å kontakte NTNU og Universitetssenteret på Svalbard (UNIS), fordi han skjønte at spørsmålet ville være et perfekt prosjekt for en mastergradsstudent.
– Det er et veldig spesielt fagfelt, så det er vanskelig å finne noen med riktig kompetanse og erfaring. Men UNIS tilbyr gode kurs som gjør studentene forberedt på feltarbeid, så det var naturlig for oss å lete etter folk der med den bakgrunnen. I tillegg fikk vi tilgang til kompetanse og den nyeste forskningen på feltet gjennom NTNU og UNIS.
Et annet, mer langsiktig mål er å oppmuntre andre studenter til å vurdere polar teknologi, forteller Lidström.
– Vi har mange områder der denne typen kompetanse er nødvendig, så vi håper muligheten til å utføre avhandlingen eller prosjektarbeidet i Antarktis vil oppmuntre flere studenter til å velge dette feltet.
Saken fortsetter under bildet.
Rullebanen ved Troll er et knutepunkt for regionale og internasjonale avganger. Her tar en Boeing 737 av fra banen. Foto: Svein Lidström, Norsk Polarinstitutt
En kald, men morsom oppgave
Maren Salte Kallelid fikk oppdraget. Hun er masterstudent ved NTNUs SAMCoT (Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology) og UNIS.
– Emnet er litt utenfor det jeg utdanner meg til. Jeg studerer for å bli geoteknisk ingeniør, sier hun. – Men is er bare et byggemateriale med spesielle egenskaper. Dette materialet ligger svært nær smeltetemperaturen, og egenskapene forandrer seg mye med små temperaturendringer.
I februar tilbrakte hun tre uker på Troll for å gjennomføre målinger av isstyrke på rullebanen. Hun testet både rullebanen selv og isen som brukes til å lappe hullene.
Saken fortsetter under bildet.
Nok en dag på kontoret. Sånn omtrent. Maren Salte Kallelid tar en selfie mens hun viser frem utstyret hun trenger for å måle isstyrke i felten. Foto: Maren Salte Kallelid, NTNU/UNIS
Skreddersydd NTNU-utstyr
Men måling av isstyrke på en rullebane langt nede i sør krever litt oppfinnsomhet.
Borehullsjekken klar for å gjøre jobben. Foto: Maren Salte Kallelid, NTNU/UNIS
Kallelid og NTNU-veileder Torodd Nord, en postdoktor ved SAMCoT og adjunkt ved UNIS, utviklet en lettvekts borehullsjekk som Kallelid kunne ta med til Troll for å utføre målingene.
Nord og Kallelid testet utstyret i januar på en frossen dam i Bymarka i Trondheim. Etter 40 tester brakte de to borehullsjekk-metoden tilbake til NTNU for å gjøre noen få tilpasninger. Deretter var metoden og Kallelid, som også er trent for å jobbe trygt på kalde steder, klare for å utføre tester i Antarktis.
- Les også: Den farlige isen i Antarktis
Måler isstyrken på stedet
En av fordelene med den skreddersydde borehullsjekken er at den kan måle isens styrke på stedet, i steden for å ta isen med tilbake til laboratoriet.
– Først driller jeg hull i isen, og senker instrumentet til dybden jeg vil, forklarer Kallelid.
– I den nedre delen av stålsylinderen er det et stempel som skyves inn i isen. Drillen registrerer kraften dette krever. Maksimal kraft vi påfører isen, bestemmer styrken.
Været var ikke like vakkert alle dager. Men Kallelid hadde bare tre uker på seg til å få jobben gjort, så hun jobbet alle dager hun kunne. Foto: Maren Salte Kallelid, NTNU/UNIS
Hun måler også isens styrke med et instrument kalt et russisk snøpenetrometer, forkortet RSP. Instrumentet består av en stålstang med en skarp spiss og et lodd som glir langs stangen. Testen utføres ved å slippe loddet fra en bestemt høyde og deretter måle hvor dypt stålstangen trenger inn i snøen eller isen.
Testen går ut på å beregne en styrkeindeks basert på hvor mange slipp med loddet som kreves for at penetrometeret synker til en viss dybde i overflaten du måler. Styrkeindeksen er standarden som brukes for å bestemme om rullebanen er sterk nok til å bære vekten av forskjellige fly.
– Verdiene jeg har fått på Troll er omtrent tre ganger høyere enn minimumsverdiene, sier Kallelid.
– Selv om RSP er standardprøven, er resultatene vanskelige å bruke for å måle mekanisk styrke, forteller Nord. Det er der den nye borehullsjekken kan hjelpe.
– Jeg er sikker på at vi kan gi Polarinstituttet en bedre forståelse av de mekaniske egenskapene til rullebanen ved Troll etter dette, sier han. – Da vi var ferdige med å teste, hadde vi større mengder data enn vi forventet.
Alt er annerledes, hver dag
Av og til hadde Kallelid hjelp av folk ved forskningsstasjonen. Foto: Sven Lidström, Norsk Polarinstitutt
USA har noen av de travleste rullebanene på det antarktiske kontinentet. De ligger ved McMurdo-stasjonen. Gjennom den sørlige sommeren drifter National Science Foundations Antarktis-program to flybaner, for å bringe folk og varer til McMurdo og videre til Sydpolen og ulike steder i felten.
Margaret Knuth, Antarctic Operations Manager ved US National Science Foundation, sier at en rekke forhold gjør drift av isbaner til en utfordring. Knuth og Lidström har også snakket uformelt sammen om utfordringene ved å drifte en isbane.
– Bygging og vedlikehold av disse snø- og isbanene gjøres mer komplisert på grunn av bruken av et ikke-tradisjonelt byggemateriale – vann, sier Knuth i en epost.
– Typiske rullebaner bygges med betong eller jord og lages med utgangspunkt i at temperatur og solstråler ikke påvirker dem. I Antarktis er vi er interessert i å bruke rullebanene mest under den sørlige sommeren. Da holder forsknings- og logistikkaktivitetene et høyt tempo. Samtidig er disse to problemene også mest sannsynlig til stede da.
Selv om gjennomsnittstemperaturene er relativt kalde i Antarktis, kan den likevel klatre over frysetemperaturen. Og selv om temperaturen er under frysepunktet, kan rullebanen likevel absorbere sollys, om den er dekket med støv eller grus.
Den største utfordringen er at alt forandrer seg hele tiden, sier hun.
– Temperatur- og strålingspåvirkningen er ulik hver eneste dag i året og utenfor vår kontroll. Det som fungerte i fjor, fungerer kanskje ikke i år. Gjennomsnittstemperaturen om sommeren kan være den samme som sist, men dagene da temperaturen kryper over null grader kom på rad. Eller temperaturen ligger over gjennomsnittet, men skyene blokkerer deler av den innkommende strålingen. Det som er viktig er å minimere effekten og finne verktøy for å forutsi når det kan oppstå feil med banen.
Saken fortsetter under bildet.
Å fly er den eneste praktiske måten å komme seg frem til ulike deler av Antarktis. Men det å vedlikeholde en rullebane er en stor utfordring, forteller Margaret Knuth, Antarctic Operations Manager ved US National Science Foundation. Her et jetfly på rullebanen ved Troll. Foto: Maren Salte Kallelid, NTNU/UNIS
De neste trinnene
Isprøvene måtte holdes nedfrosset. Turen tilbake til Norge gikk via noen hjemmefrysere og kommersielle frysere. Foto: Maren Salte Kallelid, NTNU/UNIS
Kallelid er tilbake i Norge, men tok med seg en uvanlig pakke da hun fløy hjem, via Cape Town: En boks full av isprøver.
Selv om isstyrkeprøvene ved flyplassen på Troll er sentrale for resultatene, vil hun også studere isstrukturen i større detalj. En måte å gjøre dette på er å lage tynne snitt fra isen hun samlet inn og se på strukturen ved hjelp av polarisert lys.
– Ved å høvle ned isen til en tykkelse på mindre enn 1 mm, avslører isens farger i det polariserte lyset informasjon om isstrukturen, sier hun.
– Du kan også måle kornstørrelsen.
Dette er viktig når vi sammenligner resultatene med tidligere resultater, og også for videre bruk av dataene.
– Men for å gjøre dette trenger jeg mye utstyr, sier hun. I stedet for å bringe alt det til Troll, bestemte vi oss for å ta isen med tilbake til NTNU.
Dette krevde noen logistikkgrep: Forskerne kontaktet hotellet der Kallelid bodde i Cape Town, slik at hun kunne bevare prøvene i fryseren under oppholdet der.
Det siste skrittet til Norge krevde også noen logistikkløsninger, men ikke noe så omfattende som å spørre et sørafrikansk hotell om å holde av en plass i fryseren til en eske full av is.
– Jeg fortalte moren min også at hun måtte holde av plass i sin fryser til jeg kom hjem, sier Kallelid.
