Högskolan på Åland serienummer xx/xxxx. Sjöfart. Mariehamn 2013 ISSN

Transkript

1 Arktisk Navigation John Eriksson Jonatan Nylund Högskolan på Åland serienummer xx/xxxx Sjöfart Mariehamn 2013 ISSN

2 Examensarbete Högskolan på Åland Utbildningsprogram: Författare: Arbetets namn: Handledare: Uppdragsgivare: Sjöfart John Eriksson, Jonatan Nylund Arktisk Navigation Henrik Nordlund Abstrakt: Det minskande istäcket kring Arktis är idag ett faktum, vilket kan konstateras av diverse organisationers forskning. Detta har medfört att man har börjat se alternativ till de konventionella rutterna genom Panama och Suez-kanalen. Dessa alternativ är då Nordvästpassagen och Nordostpassagen. En annan orsak till varför Arktis blivit ett hett ämne är att det döljer sig stora naturresurser under istäcket och området har också blivit ett populärt turistmål. Förhållandena vid navigering på höga latituder skiljer sig mycket från navigation på lägre latituder och ställer höga krav på fartyg, utrustning och besättning. Navigeringen i dessa farvatten kräver noggrann planering och att man hela tiden är beredd på att isförhållandena kan förändras. Syftet med detta arbete är att reda ut riskerna med navigation på höga latituder och att se vad det finns för hjälpmedel i dagens läge samt vilka hjälpmedel som är på kommande. Att väga fördelar och nackdelar med nordost- och nordvästpassagen och undersöka hur stor ekonomisk vinning det är fråga om då man jämför med att färdas de konventionella rutterna. Vi kommer också att belysa vilken kunskap som krävs när man navigerar i arktiska vatten. De senaste åren har det skett en märkbar ökning av fartygstrafiken i arktiska farvatten. Det har också visat sig ge en ekonomisk vinning att gå igenom passagerna. Navigationsutrustningen förbättras kontinuerligt och det tillkommer nya hjälpmedel till navigering som underlättar vistelse i Arktis. Nyckelord (sökord): Arktis, Nordvästpassagen, Nordostpassagen, Is, Navigation Högskolans serienummer: ISSN: Språk: Sidantal: 2013: Svenska 71 Inlämningsdatum: Presentationsdatum: Datum för godkännande:

3 Degree Thesis Högskolan på Åland / Åland University of Applied Sciences Study program: Author: Title: Academic Supervisor: Technical Supervisor: Navigation Jonatan Nylund, John Eriksson Arctic Navigation Henrik Nordlund Abstract: The diminishing ice cover in Arctic is a fact, which can be concluded by the research of several organisations. As a result alternative routes to the conventional ones through Panama and Suez Canals have become interesting. These alternative routes are the Northwest and Northeast passages. Another reason why the Arctic has become a hot topic is that it conceals great amounts of natural resources beneath the ice cover and the area has also become a popular tourist destination. The conditions of navigation in high latitudes are very different from the navigation at lower latitudes and require a lot from the ship, equipment and crew. Navigation in these waters requires careful planning and that you always take into account that the ice conditions can change. The purpose of this thesis is to determine the risks of navigating in high latitudes and to look into which aids there are today and which are coming. We compare the negative and positive factors with the Northeast- and Northwest passage and examining the economic benefits when comparing with travelling along the conventional routes. We will also highlight what knowledge is required when navigating in Arctic waters. In recent years there has been a noticeable increase in ship traffic in the arctic waters. It has also proven an economic benefit to go through the passages. Navigation equipment is constantly being improved and new aids to navigation are constantly being developed, which eases the stay in the Arctic. During our work with this thesis, we have seen that the traffic in the Arctic is increasing and that there is a future for shipping in these areas. Key words: Arctic, Northwest passage, Northeast passage, Ice, Navigation Serial number: ISSN: Language: Number of pages: 2013: Swedish 71 Handed in: Date of presentation: Approved on:

4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING Syfte Frågeställningar Avgränsning Metod Arbetets disposition BAKGRUND Klimatförändringen Sjöfart i Arktis Behörighet FÖRHÅLLANDEN Is Visuell upptäckt av is Isbrytare Manövrering i is NAVIGATION Sjökort Elektroniska sjökort Sjökort i nuläget Planer för nya sjökort Ruttplanering Iskartor Kompasser GNSS Virtuella hjälpmedel till navigation (Virtual Aids to Navigation) Radarnavigering FRAMTIDSUTSIKTER OCH EKONOMI Nordostpassagen Nordvästpassagen Isbrytarassistans Försäkringar DISKUSSION Förhållanden Navigation Framtidsutsikter och ekonomi Metoddiskussion och källkritik SLUTSATSER KÄLLFÖRTECKNING... 68

5 FIGURFÖRTECKNING Figur 1. Månatlig utbredning av istäcket i september (NSIDC, 2013) Figur 2. Istäcket kring Nordpolen i september 1979 (The Economist, 2011) Figur 3. Istäcket kring Nordpolen i september 2011 (The Economist, 2011) Figur 4. Karta som visar de tre olika rutterna (Analyse & Strategi, 2011) Figur 5. Nordostpassagen med dess olika rutter samt hav och ögrupper (Analyse & Strategi, 2011) Figur 6. Nordvästpassagen (Østreng, 2010) Figur 7. Nordvästpassagens sju rutter (Østreng, 2010) Figur 8. Stampisvall (SMHI, 2012) Figur 9. Typer av isberg (Arctic Meteorology and Oceanography) Figur 10. Generella rörelsemönster för isberg (Encyclopedia Britannica, 2013) Figur 11. Ice blink och water sky (National snow & Ice Data Center, 2013 A) Figur 12. Korrekt sätt att gå in i is Figur 13. Fartygets spår stänger snabbt igen när is är under tryck (Canadian Coast Guard, 2013) Figur 14. Manöver för att undvika bergy bits och growlers (Canadian Coast Guard, 2013) Figur 15. Exempel på manöver vid isflak (Snider D., Polarship Operations, 2012) Figur 16. Exempel på projektioner (Bowditch, 2002) Figur 17. Polar stereografisk projektion (Bowditch, 2002) Figur 18. Storskaliga papperssjökort (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) Figur 19. Småskaliga pappers sjökort (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) Figur 20. Storskaliga ENC (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) Figur 21. Småskaliga ENC (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) Figur 22. Äggkoden (Finska Meteorologiska institutet, 2013) Figur 23. exempel på färglagd daglig iskarta (Meteorologisk Institutt, 2013)... 42

6 Figur 24. Två exempel på optisk karta (Snider D., Polarship Operations, 2012) Figur 25. Exempel på Radarsat karta (Snider D., Polarship Operations, 2012) Figur 26. Isogon Karta (Bowditch, 2002) Figur 27. Exempel på gamla symboler för VAtoN (International hydrographic organization, 2010 A) Figur 28. Nya symboler för VAtoN (International hydrographic organization, 2012 A) Figur 29. Exempel på konstruktion längs med kusten (University of North Carolina at Chapel Hill, 2013) Figur 30. Rutten landfast is i Pike Resor Kanalen. Bilden överst till höger är en förbättrad radar som tydligt visar is vid kustlinjen. Nederst till vänster är en standard x- band radar som inte visar isen så tydligt. Nederst till höger visas det aktuell Figur 31. Flerårig is i S-band radar till vänster och ice hazard radar till höger (Snider D., Polarship Operations, 2012) Figur 32. Flerårig is och isöar. Förbättrad radar bild med Sigma S6 processor visar tydligt kanterna på is, ön visas i bilden till vänster. Till höger visas aktuellt isförhållande. (Snider D., Polarship Operations, 2012) Figur 33. Tidsbesparing Northern sea route (Nordic bulk carriers, 2010) Figur 34. Den streckade linjen beskriver fartygets rutt (The globe and mail, 2013)... 62

7 Ordlista AICCWG Arctic International Charting Coordination Working Group AIS Automatic Identification System BTU British Thermal Unit CCGS Canadian Coast Guard Service CNSS Compass Navigation Satellite System CO 2 Koldioxid CS Commercial Service DGPS Differential Global Positioning System DoD Department of Defence ECDIS Electronic Chart Display and Information System ENC Electronic Navigational Chart FN Förenta Nationerna FOG Fibre Optic Gyroscope GEO Geostationary Orbit GLONASS Global Navigation Satellite System GNSS Global Navigation Satellite System GPRS General Packet Radio Service GPS Global Positioning System HDOP Horizontal Dilution of Precision IGSO Inclining Geosynchronous Orbit IHO International Hydrographic Organization IMO International Maritime Organization LNG Liquefied Natural Gas LORAN Long Range Navigation M/V Motor Vessel MEO Medium Earth Orbit MSI Maritime Safety Information mt Metric tonnes MW Mega Watt NI Nautical Institute NM Nautical Miles NSR Northern Sea Route OS Open Service

8 P&I Protection and indemnity PRS Public Regulated Service RLG Ring Laser Gyroscope RNC Raster Navigational Chart SAR Search And Rescue SoL Safety of Life service STCW Standards of Training, Certification and Watch keeping TEC Total Electron Content TT&C Telemetry, Tracking and Command VAtoN Virtual Aids to Navigation VDOP Vertical Dilution Of Precision VHF Very High Frequency WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WWF World Wildlife Fund

9 1 INLEDNING Polarregionerna har i alla tider varit kända som främmande och ogästvänliga områden. På 1700-talet försökte engelsmännen ta sig till Asien via nordostpassagen. De misslyckades dock på grund av att så mycket av de arktiska vattnen var frusna. (The Economist, 2011) På höga latituder finns många risker och faror som måste tas i beaktande då man ska färdas i områdena. Klimatförändringen och framsteg inom fartygskonstruktion samt nya tekniska hjälpmedel för navigeringen gör dock att fördelarna väger tyngre än nackdelarna. En signifikant ökning av fartygstrafiken i polarområdena har skett de senaste åren. Den nya tekniken gör att det blir mycket säkrare att bevista polarregionerna, men man måste fortfarande tänka på att det är fråga om avlägsna områden med stora avstånd till hjälp i händelse av en olycka eller dylikt. Dessutom är miljön i Arktis väldigt känslig för föroreningar och ett större oljeutsläpp skulle få förödande konsekvenser. Detta är också en sak att beakta vid riskbedömning. I en tillbakablick i historien har man endast under en kort period på sommaren kunnat färdas med fartyg i Arktis. Av ovannämnda orsaker finns det en obetydlig infrastruktur i regionen som sjöfarten kan stöda sig på. Att just Arktis är så lockande beror på att man förkortar transportsträckorna betydligt mellan kontinenterna och därmed i många fall får en märkbar ekonomisk vinning. Under det arktiska istäcket gömmer sig också stora naturresurser av olja och gas och dessa fyndigheter har man börjat kunna utvinna i takt med att istäcket smälter. En annan orsak till att Arktis är högaktuellt är att det har blivit ett föremål för ökad turism. 1.1 Syfte Syftet med detta arbete är att analysera riskerna med navigation på höga latituder och att utreda vilka hjälpmedel det finns i nuläget samt vilka hjälpmedel som kommer att finnas i framtiden. Vi vill väga fördelar och nackdelar med nordost- och nordvästpassagen och undersöka hur stor ekonomisk vinning det är fråga om i jämförelse med att färdas längs de konventionella rutterna. Med de konventionella rutterna menas Suez-kanalen och 7

10 Panama-kanalen. Vi kommer också att belysa vilken kunskap som krävs då man navigerar i arktiska vatten. 1.2 Frågeställningar Vilka är förutsättningarna, framtidsutsikterna och utmaningarna i navigation kring Arktis? Vilka tillgängliga hjälpmedel finns då man färdas genom nordost- och nordvästpassagen? Hur ser det ut i nuläget och vad gör man för att förbättra förutsättningarna för navigering runt Arktis? 1.3 Avgränsning För att begränsa vår studie till en rimlig nivå har vi fokuserat på risker och hjälpmedel för navigation på höga latituder. Vi har också behandlat hur det ser ut i dagsläget och vilka metoder och hjälpmedel som är på kommande i framtiden. Miljöaspekter har inte tagits upp nämnvärt i detta arbete. 1.4 Metod Vi har använt oss av litteraturstudier och även personliga kontakter via mail och telefon i vårt arbete. Vi började med att samla material från tillförlitliga källor på internet och ur böcker. Vi sammanställde det vi tyckte var viktigast i detta ämne. Materialstudier har tagit största delen av tiden med detta arbete. Vi valde litteraturstudie eftersom vi bedömde att det finns mycket information om ämnet både i elektronisk form och i böcker. 1.5 Arbetets disposition Eftersom vi använt oss av metoden litteraturstudie har vi ingen skild resultatdel, utan de resultat vi fått fram i vår analys presenteras kontinuerligt i kap 2-5. Kapitel 2, Bakgrund: Kapitlet innehåller information om klimatförändringen och statistik på hur istäcket har minskat kring Arktis de senaste åren. Nordväst- och Nordostpassagen presenteras, samt krav på behörighet vid genomfart av passagerna. Kapitel 3, Förhållanden: I Detta kapitel behandlas olika typer av is och förhållanden. Manövrering och isbrytarservice tas också upp. I kapitlet besvaras delvis frågan; vad finns det för utmaningar på höga latituder? 8

11 Kapitel 4, Navigation: I kapitlet besvaras frågorna: Vad finns det för hjälpmedel när man skall gå genom Nordost- och Nordvästpassagen? Hur ser det ut i nuläget och vad görs för att förbättra förutsättningarna för navigering kring Arktis? I kapitlet tar vi upp kartprojektioner, sjökort, ruttplanering och navigationsutrustning. Kapitel 5, Framtidsutsikter och ekonomi: I detta kapitel besvaras frågan vad finns det för förutsättningar och framtidsutsikter? I kapitlet tar vi upp ekonomiska aspekter och förutsättningar. 9

12 2 BAKGRUND Syftet med kapitlet är att reda ut vad som ligger till grund för den ökande fartygstrafiken i de arktiska vattnen, samt att redogöra för vilken kompetens som krävs av besättningen i dessa regioner. 2.1 Klimatförändringen Det har spekulerats mycket om vad som kan vara orsaken till den plötsliga temperaturhöjningen globalt sett under senare hälften av 1900-talet. På 2000-talet började FN:s klimatpanel att undersöka detta på ett djupare plan och 2007 publicerades en alarmerande rapport. I den drog man slutsatsen att det högst sannolikt är människan som till största delen har orsakat denna klimatförändring genom vår höga konsumtion av fossila bränslen som i sin tur ger upphov till stora utsläpp av växthusgaser. (SMHI, 2009) Havsisarna smälter En direkt följd av temperaturhöjningen är att havsisarna krymper och banar väg för nya farvatten i Arktis. År 2007 och 2008 skedde en markant minskning av isen kring Arktis. Detta fick stor uppmärksamhet i media världen över och mellan raderna kunde man läsa istäcket minskar är väl dokumenterat vid det här laget, men en verklighet med helt isfria somrar är avlägsen. I media lyfte man fram att passagerna var isfria, men det var väldigt tyst om hur långa perioder det rörde sig om. Egentligen har perioderna då det varit isfritt endast varat någon dag. Året 2007 noterades en minskning av det arktiska istäcket, men Nordvästpassagen var fortfarande utmanande på årsbasis ur navigeringssynpunkt (Snider, Polarship Operations, 2012). Årliga fluktuationer i istäcket tillhör det normala och som exempel kan nämnas att det i september 2012 var det minsta istäcket på 30 år var raka motsatsen och i september var istäcket 1,72 miljoner kvadratkilometer större än föregående år. Den 15/ var istäcket det största på 8 år. (National Snow & Ice Data Center, 2013b) 10

13 Istäckets areal varierar från år till år men som tidigare nämnts är trenden att det minskar stadigt, vilket illustreras i nedanstående figur (se Figur 1). Grafen visar utbredningen av istäcket under september månad från år 1979 till En minskning med 13,7 % per decennium på det arktiska istäckets utbredning kan observeras. Figur 2 och Figur 3 visar en jämförelse av istäckets utbredning 1979 och Den röda linjen, Figur 3 visar också medeltalet av utbredningen mellan 1979 och började man dokumentera istäcket kring nordpolen. (National Snow & Ice Data Center, 2013b) Figur 1. Månatlig utbredning av istäcket i september (NSIDC, 2013) 11

14 Figur 2. Istäcket kring Nordpolen i september 1979 (The Economist, 2011) Figur 3. Istäcket kring Nordpolen i september 2011 (The Economist, 2011) 2.2 Sjöfart i Arktis Nordostpassagen och Nordvästpassagen uppfattas ofta som rutter som går längs med kusten och som förbinder Atlanten med Stilla havet. De här passagerna ska dock inte ses som två definierade linjära rutter utan bör ses som breda trafikstråk längs med 12

15 kusterna. Detta p.g.a. att isförhållandena förändras hela tiden och rutterna måste korrigeras så att man utnyttjar de bästa förutsättningarna under rådande förhållanden. Navigation i Nordost- och Nordvästpassagen är utmanande i den bemärkelsen att det är fråga om stora variationer i vattendjup och komplexa skärgårdar. Havsisförhållandena skiljer sig mycket mellan passagerna vilket medför varierande risker för navigationen. Ur navigeringssynpunkt är Nordvästpassagen det sista stället där flerårig is kommer att försvinna och trafik genom denna kommer att förbli riskabel. Om man jämför rutterna med varandra ser det just nu ut som om Nordostpassagen kan erbjuda de bästa förhållandena för kommersiell trafik. I framtiden kommer kanske Transpolar Route också att bli aktuell. Med den rutten menas en rutt rakt över Norra ishavet (Arctic Ocean). Figur 4 nedan visar en översikt av Norra ishavet och de olika rutterna. Figur 4. Karta som visar de tre olika rutterna (Analyse & Strategi, 2011) 13

16 2.2.1 Nordostpassagen Enligt definition av ryska myndigheter består Nordostpassagen till en del av The Northern Sea Route som sträcker sig från Novaja Zemlya i väst till Berings sund i ost. Denna sträcka är helt under rysk jurisdiktion och kontroll. Den utgör största delen av Nordostpassagen och med Barents hav inräknat förbinder den Atlanten med Stilla havet längs med norra Eurasiska kusten. Nordostpassagen definieras alltså som Northern Sea Route och Barents hav. Nordostpassagen består av flera olika ruttalternativ och som tidigare nämnts är det i slutändan helt och hållet rådande isförhållanden som bestämmer vilken rutt man ska ta. Den täcker upp fyra hav: Karahavet, Laptevhavet, Östsibiriska havet och Chukchihavet (se Figur 5). Mellan dessa hav finns ca 58 sund som går genom tre olika skärgårdar: Novaya Zemlja, Severnaja Zemlja och Nysibiriska öarna. Vid vissa tillfällen måste man gå norr om ögrupperna p.g.a. stora mängder packis i sunden. Figur 5. Nordostpassagen med dess olika rutter samt hav och ögrupper (Analyse & Strategi, 2011) Östra delen av Nordostpassagen har i allmänhet värre isförhållanden än den västra och den delen innefattar också de grundaste områdena längs med rutten. Karahavet har lite mildare isförhållanden eftersom det är djupare och har skärgård mot norr, vilket hindrar att flerårig is från centrala Norra ishavet driver in på dessa vatten. 14

17 Restriktioner på djupgången finns och minsta djup längs med passagen hittar man mellan Chukchihavet och Östsibiriska havet där minsta djup är ca 8 m. Det här begränsar storleken på fartyg som kan gå igenom Nordostpassagen. Detta behöver inte betyda att restriktionen på djupgång är 8 m på hela Nordostpassagen, eftersom man också kan ta sig runt detta område om isförhållandena tillåter. T.ex. har Panamax tankers chartrade av det ryska gasbolaget Novatek använt sig av rutten norr om Östsibiriska öarna under de senaste sommarsäsongerna, vilket möjliggör användning av tankers med en djupgång på över m. Jämförelsevis är största djupgång i Suezkanalen 20,1 m och maximal dödvikt som kan transporteras blir då ungefär dwt. (Analyse & Strategi, 2011) Nordvästpassagen Nordvästpassagen är namnet för de olika rutter som går mellan Atlanten och Stilla havet och som sträcker sig genom den kanadensiska skärgården (se Figur 6). Den löper från Davis Strait i öst till Beaufort havet i väst. Skärgården är en av de största i världen och är en labyrint bestående av öar och uddar. Det finns 73 större öar och mindre öar. Om man räknar med kobbar och skär finns det ungefär delar av land som är ovanför havsytan. Basen av skärgården sträcker sig 3000 km längs den landfasta kusten och udden av Ellesmere Island är mindre än 900 km ifrån den geografiska nordpolen. Figur 6. Nordvästpassagen (Østreng, 2010) 15

18 Kanadensiska skärgården är indelad i två huvuddelar från Parry kanalen. Norra delen består av Queen Elisabeth öarna och den södra delen består av alla öar norr om det kanadensiska fastlandet och söder om Parry kanalen. Den besvärligaste delen av Nordvästpassagen går igenom en skärgård med trånga sund som ofta är igentäppta med ogenomtränglig flerårig is som drivit från de centrala delarna av Norra ishavet. (Østreng, 2010) Kusten utanför Alaska (USA) är liknande den kanadensiska delen av Arktis. Kusten är lågt liggande och formlös, förutom några öar mellan den amerikansk-kanadensiska gränsen och Point Barrow, USAs nordligaste punkt. Hela kusten är öppen för väder och is året runt. Fartyg måste hålla sig långt ute till havs eftersom det är grunt längs med hela kusten. I de västra och sydöstra delarna av Grönland där landmassan är synlig är topografin stenig och brant. De flesta isberg kommer från västra Grönland speciellt från Disko Bay, där det kan finnas hundratals isberg. Grönlands huvudstad Nuuk är den sista hamnen som kan tillhandahålla bränsle och förnödenheter före man kommer in i Nordvästpassagen. (Snider, Polarship Operations, 2012) Nordvästpassagen består av sju olika rutter, sex av de rutterna går genom de södra delarna av skärgården (se Figur 7). Alla rutter startar öster om Parry kanalen och går västerut tills sex av dem tar olika vägar längs kanalen och går söderut mot kusten för att sedan gå västerut mot Beaufort havet. Den sjunde rutten går genom Parry kanalen ända till Beaufort havet genom M Clure Strait mellan Melville och Banks öarna och är ofta igentäppt med is. Av de sex rutterna som går söderut är rutten som går från Parry kanalen ned vid Prince of Wales Strait mellan Banks och Victoria öarna och sedan västerut längs Kanada och Alaskas norra kust till Berings sund, den mest farbara. (Østreng, 2010) 16

19 Av de sju rutterna genom kanadensiska skärgården är tre av rutterna praktiska för fartygstrafik och en fjärde som är mindre praktisk. Den rutt som är mindre praktisk går igenom Fury och Hecla Strait. Dessa fyra rutter redogörs för nedan och i figur 7 (Analyse & Strategi, 2011): M Clure Strait, den kortaste och djupaste rutten genom kanadensiska skärgården det finns inga djupgångsrestriktioner, men rutten är den svåraste att ta sig igenom p.g.a. svåra isförhållanden (120 km bred i öst och 275 km till Beaufort Havet och djup på över 400 m) Prince of Wales Strait, har ett genomsnittligt djup på 32 m, (minsta bredden är 10 km ungefär mitt i, sträcker sig 230 km) Peel Sound, navigering genom den här rutten är mer krävande och är begränsad till fartyg med en djupgång på mindre än 10 m Fury and Hecla Strait, har en djupbegränsning på 10 m Figur 7. Nordvästpassagens sju rutter (Østreng, 2010) 17

20 2.3 Behörighet Enligt International Maritime Organization (IMO) skall alla i besättningen ha lämplig träning för att vistas i isbelagda polarområden. Åtminstone en isnavigatör skall finnas ombord på fartyg som befinner sig i polarområden Isnavigatör Alla fartyg som trafikerar i istäckta områden vid polarområdena, skall ha minst en kvalificerad isnavigatör (Ice Navigator). Isnavigatören skall hela tiden ha översikt över navigationen vid genomfart av istäckta områden. Enligt IMO (Guidelines for ships operating in polar waters) är definitionen på en isnavigatör en individ som, utöver att uppfylla kraven enligt Standards of Training, Certification and Watchkeeping (STCW), ska ha specialkompetens och annars vara kvalificerad att framföra ett fartyg i isbelagda farvatten. Kvalifikationerna av en isnavigatör skall innehålla bevis över färdig arbetsträning som anses lämplig och den kan även innehålla simulatorträning. (IMO, 2010) Termen Ice Pilot kommer att falla bort p.g.a. att man förknippar den med kust-, hamn- och flodlotsar. Andra termer som också använts är Ice Advisor, Ice Master och Ice Captain. På grund av missförstånd med titlarna och definitionerna har The Nautical Institute (NI) börjat med projektet Ice Navigator, med avsikt att ta fram en internationell standard för träning och erfarenhet för Ice Navigators. Mycket av arbetet av NI har tagits in av IMO och nu görs satsningar på att ta fram en obligatorisk Polar Code för att definiera termen Ice Navigator och ta fram detaljerade krav på utbildning i STCW. Definitionen Ice Navigator kommer troligen att delas upp i två olika nivåer. Ice Navigator 1 har endast grundutbildning inom området. Ice Navigator 2 kommer att ha grundutbildning och utöver detta erfarenhet som gör att denne kan ta de primära besluten på bryggan. (Snider, Ice Navigator, 2013) Om ett fartyg inte uppfyller kraven på Ice Navigators så måste en sådan hyras in. I många fall resulterar det i att denna person helt tar över navigationen och detta betyder att det kan bli långa och påfrestande arbetstider för bryggpersonal och maskinpersonal. (Manchester, 2004) 18

21 3 FÖRHÅLLANDEN KRING ARKTIS Navigering på höga latituder medför vissa utmaningar, en av dessa är de svåra isförhållandena som man måste vara medveten om. Kapitlet innehåller olika typer av is, manövrering i is och isbrytarservice. 3.1 Is Det finns flera olika typer av is, sötvattenis, havsis och glaciäris. Vid Arktis förekommer också flerårig is (multi-year ice) och glaciäris. Flerårig is eller äldre is har högre densitet och är tjockare och hårdare än sötvattenis eller vanlig säsongsis. Den här typen av is är mycket farligare än säsongsis. (Snider, Polarship Operations, 2012) Havsis Havsis börjar i stilla vatten och skärgårdar längs kuster. När isbildningen börjar bildas först ny is som endast är någon centimeter tjock. I skärgårdar blir den ofta blank och svart. Till havs blir isläggningen något annorlunda på grund av vind och vågor. Nästa fas är den gråaktiga fasta isen. Den behöver inte sitta ihop med land, den är sammanhängande och orörlig. Den fasta isen består av kärnis, som bildas då sjövattnet börjar frysa underifrån, dels av snöisen som uppkommer när våt snö fryser från ovansidan. (SMHI, 2012) Havsvatten med normal salthalt fryser vid -1,9 C men vattnet hålls i rörelse av strömmar och vindar, vilket gör att det sällan bildas en ishinna. Vattnet avkyls likformigt på grund av vågrörelse. Vid kallt väder bildas iskristaller som inte fryser ihop eftersom havet ständigt rör på sig. Iskristallerna slungas ned till flera meters djup. När iskristallerna blir fler och fler, klumpar de ihop sig och bildar en flytande sörja, som medför att vågorna dämpas och isbildningen påskyndas. Till slut fryser issörjan ihop till is-tallrikar som ligger och guppar tätt intill varandra. På grund av utseendet kallas isen för tallriksis. Hård vind och vågor kan pressa ihop tallriksis, nyis eller issörja mot land eller landfast is. Då bildas en stampisvall (se Figur 8). Den blir inte speciellt hög men den kan vara flera meter djup. Vallarna kan vara flera sjömil i horisontell riktning och gör det svårt för fartyg att tränga igenom. När vind och vågor avtar kan isvallen lösas upp, men det kan också hända att vallen frusit ihop och bildat ett tjockt istäcke. (SMHI, 2012) 19

22 Figur 8. Stampisvall (SMHI, 2012) Tjockleken på isen kan flerdubblas vid hård vind eller ström då isen lätt bryts och bildar isflak. Isflaken glider sedan över varandra och kallas hopskjuten is. (SMHI, 2012) När is fryser är det sötvattnet som fryser först. Saltet pressas ut i celler i isen och fryser senare. När det sedan börjar smälta är det saltcellerna som smälter först och rinner ut i havet. Om isen då överlever sommaren så kommer håligheterna där det salthaltiga vattnet varit att fyllas igen med nytt smältvatten som inte innehåller salt. Det kommer då att frysa och bli hårdare och tjockare än tidigare. Det är på det sättet andraårsis, flerårigoch äldre is uppstår. (SMHI, 2012) Äldre is liknar mycket på förstaårsis och kan orsaka skador på isförstärkta fartyg, så man bör vara uppmärksam när man navigerar igenom packis. Packisen i arktiska oceanen innehåller en blandning av olika typer av is men det är den fleråriga isen som dominerar vilket gör det farligt att navigera igenom packisen. (Snider, Polarship Operations, 2012) Leder är linjära öppna områden eller passager i is. Kustleder finns mellan kusten och packisen eller mellan fast is och packis. Då packisen rör på sig öppnas och stängs leder av vind, ström och tidvatten. Polynyas är icke linjära öppningar i isen. Vissa 20

23 polynyas uppstår på samma plats varje år på grund av vindar eller strömmar. (Snider, Polarship Operations, 2012), (SMHI, 2012) Glaciäris och isberg Glaciäris uppstår efter flera hundra eller tusentals år, landfasta glaciärer växer år efter år av snöansamlingar från vintrarna som blir kvar av den snö som inte hinner smälta. Ansamlingarna av kompakt snö blir is. Isen blir tyngre och starkare under tryck. (Snider, Polarship Operations, 2012) När glaciären vuxit ända till havet kan det med jämna mellanrum brytas loss och bilda isberg. Höjd och djupgången på de flesta isberg är indelad så att ¼ del av isberget är synligt. Isberg på norra halvklotet är vanligast i områden runt Grönland men kan också finnas vid Ellesmere Islands i Kanada, Franz Josef Land, Novaya Zemlya i Barents hav och Kara havet. (Snider, Polarship Operations, 2012) Isberg blir ostabila vartefter de åldras, smälter, rullar eller bryts sönder. Fartyg bör undvika att gå nära isberg eftersom de kan brytas isär utan förvarning och kollidera med fartyget eller orsaka stora vågor. Mindre isberg som bergy bits och growlers (se Figur 9) är svårare att se med radar och visuellt. Isberg rör sig runt omkring mer av strömmar än av vindar som annan is gör. I Figur 10 visas isbergens normala rörelsemönster kring Arktis. (Snider, Polarship Operations, 2012) Figur 9. Typer av isberg (Arctic Meteorology and Oceanography) 21

24 Figur 10. Generella rörelsemönster för isberg (Encyclopedia Britannica, 2013) Bedömning av is Man avgör iskoncentrationen av områden i tiondelar. Isfritt vatten 0/10, områden med hälften is och hälften vatten är 5/10 och helt täckta områden är 10/10. Ny is är upp till 10 cm tjock. Ung is är cm tjock och är indelad i grå och grå-vit is. Förstaårsis är indelad i tunn förstaårsis cm, medium tjock förstaårsis cm och tjock förstaårsis är över 120 cm. Äldre is kan finnas i alla tjocklekar och är indelad i andraårsis och flerårig is, beroende på hur många år isen överlevt. Äldre is har en tjocklek på 2 m eller mer. Isflak bedöms efter storleken, små flak m, medium stora flak m, stora flak m, större flak 2-10 km och gigantiska flak på över 10 km. (Snider, Polarship Operations, 2012) 22

25 3.2 Visuell upptäckt av is Första isen man upptäcker när man kommer upp på högre latituder är isberg, eftersom det tar längre tid för isbergen att smälta eller falla sönder. En vacker dag med god sikt kan man se ett isberg på 20 NM avstånd. Beroende på väder kommer avstånden att reduceras. Med lätt dimma kommer avstånden bli mindre och vid kraftig dimma nära noll. I kraftig dimma kan det vara svårt att upptäcka isberg innan de är nära fartyget. De kommer då att synas som ett självlysande vitt objekt när solen är framme eller som en mörk massa med svarta streck vid vattenytan om solen inte är framme. Om det är lätt dimma kan isberg synas bättre om man är högt uppe på fartyget. Spridningen av ljus i dimma kan få fram en blinkning eller ett vitt område, ovanför och runtom isberget. På klara mörka nätter kan isberg synas på 1-3 NM och uppträder då som vita eller svarta objekt med enstaka ljusa punkter där vågor bryts. (Bowditch, 2002) Månen kommer antingen att underlätta eller försvåra upptäckten av is, beroende på vilken fas och position månen är i, i relation till fartyget och isberget. Om det är fullmåne i samma riktning som isberget, försvåras upptäckten. Däremot om man har månljus bakom sig kan månskenet få fram en blinkning som gör att isberget kan synas på längre avstånd. En natthimmel med förbi kommande kraftiga moln kan försvaga mål som har upptäckts. Stackmoln kan ofta uppge en blinkning från isberg. Ett sätt att upptäcka packis som ännu inte syns är uppträdandet av ett mönster eller en sky map på horisonten eller på undersidan av molnområden längre bort. Mönstren uppstår av varierande reflektion av ljus från olika material på jordytan. Ett vitt starkt ljust sken eller snow blink syns ovanför snötäckta ytor. När det reflekteras mot undersidan av moln kommer det att vara ett lite svagare sken och kallas för ice blink. Ett mörkt mönster kommer att reflekteras på undersidan av moln när molnen är över områden som inte är snötäckta på land. Det kallas land sky. Det mörkaste mönstret uppstår när molnen är ovanför öppet hav, då kallas det water sky (se Figur 11). För en erfaren navigatör som känner igen dessa mönster, kommer det att underlätta att undvika is eller för att hitta öppningar i isen för att ta sig igenom is belagda områden. (Bowditch, 2002) Ännu ett kännetecken för att upptäcka havsis är när det bildas tjocka band av dimma ovanför iskanten, då fukt kondenserar från varm luft då det kommer över den kalla isen. (Bowditch, 2002) 23

26 Figur 11. Ice blink och water sky (National snow & Ice Data Center, 2013a) 3.3 Isbrytare I arktiska området finns det tillgång till isbrytare. Både Kanada och Ryssland tillhandahåller isbrytarservice inom sina respektive nationella gränser. USA, Norge och Danmark (Grönland) har inte isbrytare ägnade speciellt åt sjöfart men kan ha isbrytare i området för andra ändamål som forskning och brottsbekämpning. (Snider, Polarship Operations, 2012) För de flesta fartyg är det möjligt att gå i is som har en is koncentration på mindre än 5/10. I förhållanden med is koncentrationer på 5/10 till 7/10, behövs isbrytare. Koncentrationer på över 7/10, ställer större utmaning som kan betyda stopp, kursändringar och större risker. I förhållanden där koncentrationen är större än 9/10 kommer uppbrutna rännor snabbt att stängas. (Snider, Polarship Operations, 2012) Bryggteamet ombord måste försäkra sig om att de känner till isbrytarservice som kan behövas. I speciella jurisdiktioner och vid vissa tider på året finns det lagkrav på att ha navigerings befäl med iserfarenhet ombord och att det finns isbrytare närvarande. (Snider, Polarship Operations, 2012) När fartyg skall ansöka om isbrytarassistans skall det göras i så god tid som möjligt. Den information som skall skickas in är fartygets generella information tillsammans 24

27 med ansökan, för att se om fartyget klarar de strukturella och operationsmässiga kraven för specifika isförhållanden. (Snider, Polarship Operations, 2012) Generellt sett när ett fartyg får assistans av isbrytare, kommer isbrytarens befälhavare att ge order om kurs, fart, manövrering och val av rutt åt det andra fartyget. Detta går emellertid inte under begreppet lotsning d.v.s. isbrytaren ger inte specifika order om roder och maskinpådrag. (Snider, Ice Navigator, 2013) 3.4 Manövrering i is Största orsaken till fartygsskador i Arktis är sammanstötning med is. Eftersom det finns risk att stöta samman med mycket hårdare flerårig is, isvallar eller glaciäris. Fartygets fart är någonting man måste ta i beaktande. Högre fart kommer medföra större risker att få allvarliga skador. (Snider, Polarship Operations, 2012) (Canadian Coast Guard, 2013) Långskepps sammanstötningar kan också uppstå när is slungas mot skrovet i hård sjö när fartyget går genom vatten. Man måste alltid komma ihåg att isen kan vara mycket hårdare än förstaårsis eller sötvattenis. (Canadian Coast Guard, 2013) Fartyg som står stilla i is riskerar att bli fastfrusna eller bli ihoptryckta. Därför skall man alltid försöka ha fartyget i rörelse. Fastnar fartyget i is så kan det hända att isen rör sig så fartyget kommer på grunt vatten eller att fartyget blir söndertryckt. (Snider, Polarship Operations, 2012) Man skall alltid försöka undvika is även om man får göra omvägar. Alternativet att gå igenom isen kan vara mer kostsamt eftersom det kräver mycket kraft och hög bränsleförbrukning, eller risken att fartyget fastnar och blir försenat. (Snider, Polarship Operations, 2012) Det är viktigt att ha kunskap om fartygets manöveregenskaper när man går i is. Man kan ofta behöva göra grova svängar eller snabba förändringar i farten. Då kan det vara bra att veta hur fartyget svänger i is och hur lång stoppsträcka fartyget har för att undvika sammanstötningar med is eller andra fartyg. (Canadian Coast Guard, 2013) 25

28 Några grundläggande manöverregler i is (Snider, Polarship Operations, 2012): Hög fart resulterar i skador När man befinner sig i is, håll alltid fart, även om den kan vara mycket låg Jobba med isens rörelse, inte emot den Kunskap om fartygets manöveregenskaper och svängradier är viktigt att känna till när man går i is Gå in i is Före man går in i ett område med is skall man sänka farten och gå in i isen med bogen först (se Figur 12). Om det är möjligt ska man välja det område med lägre is koncentration och tjocklek. Finns det leder i isen skall man använda dem. Figur 12. Korrekt sätt att gå in i is (Canadian Coast Guard, 2013) I is När fartyget väl har kommit in i isen skall man höja farten långsamt, enligt gällande isförhållanden och för fartygets säkerhet. Är det dålig sikt skall fartyget hålla en sådan fart att det kan stoppa på en sträcka som motsvarar sikten. Är sikten så dålig att fartyget måste stanna tills sikten förbättrats, skall propellern alltid vara i rörelse för att motverka att is börjar byggas upp runt aktern. (Canadian Coast Guard, 2013) 26

29 Fartyget bör alltid följa öppna vattenområden, leder och områden med lägre is koncentration. Behöver fartyget svänga skall det göras i öppet vatten eller vid områden med lätt is. Det krävs mer kraft att svänga i is då fartyget blir att bryta is i långskepps led istället för med bogen. Det är lätt att underskatta hur mycket fartyget sladdar (swing) vid en gir, vilket kan medföra att man sammanstöter med sidan eller aktern först. Detta kan medföra skador på skrovet, propeller eller roder. Fartyget kommer att ha en tendens att dras mot lättare iskoncentration, den väg som har minst motstånd och att få fartyget att svänga kan vara problematiskt. Är fartyget utrustat med dubbla propellrar bör de användas för att hjälpa fartyget att svänga. I hårda isförhållanden kan det vara till fördel för ett fartyg att lägga rodret midskepps och ge full fart. Det kommer att ge fartyget möjlighet att hitta den väg genom isen med minst motstånd utan att rodret påverkar genom att försöka hålla en stadig kurs. Om det inte är möjligt att utföra en sväng när det är öppet vatten måste befälhavaren avgöra vilken typ av svängmanöver som är lämplig. Om det inte är en skarp sväng är det bäst att försöka hålla fartyget i rörelse framåt hela tiden. Är det en skarp sväng som skall göras kan det vara en manöver där man backar och kör fram och svänger tills man är på rätt kurs. Då är det viktigt att se till att propeller eller roder inte skadas av is när man backar. (Canadian Coast Guard, 2013) (Snider, Polarship Operations, 2012) Undvika att fastna i is Lättaste sättet att undvika att fastna i isen är att undvika områden med is under tryck. Is kan sättas under tryck på flera olika sätt. Vanligast är när öppen packis stängs igen av vindar, men det sker också på grund av strömmar eller sjöbris som tar in isen mot land. Ser man att isen stänger igen fartygets spår snabbt är det ett tecken på att isen är under tryck (se Figur 13). Hopskjuten is eller is vallar i området är också indikationer på is under tryck. Sitter fartyget fast tar isen med sig i sin rörelse och det finns risk att isen för fartyget mot andra navigations faror eller fartyg, om trycket i isen fortsätter kan isen i sig orsaka skador på fartyget. När fartyg befinner sig i polarområden är det ännu viktigare att undvika att fastna i isen eftersom det finns flerårig is och glaciär is som ökar risken för skador. (Canadian Coast Guard, 2013) 27

30 Figur 13. Fartygets spår stänger snabbt igen när is är under tryck (Canadian Coast Guard, 2013) Komma loss ur is För att komma loss ur isen efter att man har fastnat finns det några manövrar som kan vara till hjälp. Full ahead och full astern samtidigt som rodret pendlar från babord till styrbord, för att få igång en swing i fartyget som öppnar upp isen. När fartyget har full astern skall rodret vara midskepps. En annan åtgärd är att flytta barlast eller bränsle från sida till sida eller förut och akterut för att lösgöra fartyget. Det finns alltid risk att fartygsskrovet blir skadat när man plötsligt kommer loss ur isen. (Canadian Coast Guard, 2013) Ramma is Att ramma is är ett effektivt sätt att ta sig igenom is som annars är för tjock för att komma igenom kontinuerligt. Det kräver dock att fartyget är lämpligt för ändamålet. För att ramma is får man pröva sig fram för att hitta den optimala manövern dvs. den kortaste sträckan fartyget behöver backa för att sedan bygga upp fart för att göra framsteg i isen. Under en sådan manöver är det viktigt att känna till isläget och vad fartyget klarar av så att man inte utsätter fartyget för alltför stora krafter som orsakar stora skador på fartyget. (Canadian Coast Guard, 2013) Isflak och isberg Isberg rör sig mest enligt strömmar eftersom de har stor undervattenskropp. bergy bits och growlers som bryts loss från isberget är i huvudsak påverkade av vind och kommer att lägga sig på läsidan om isberget. Starka strömmar kan dock påverka detta 28

31 mönster. Men eftersom bergy bits och growlers generellt drivs av vindar är det förslagsvis bäst att gå runt isberg på vindsidan för att undvika dessa (se Figur 14). (Canadian Coast Guard, 2013) Figur 14. Manöver för att undvika bergy bits och growlers (Canadian Coast Guard, 2013) Fartyget skall alltid försöka undvika stora isflak och gå runt dem när det är möjligt. Men om man behöver gå igenom isflak och det är två flak av samma typ och tjocklek som sitter ihop så är det att föredra att gå in i flaket på sidan om där de två flaken sitter ihop eftersom flaken kan ha bildat en vall där de blivit ihoptryckta och den delen är svårgenomtränglig. Finns det en led mellan flaken, men leden är smalare än fartygets bredd skall man gå mot flaket som är på vindsidan eller om det är vindstilla gå mot det flak som består av yngre eller av tunnare is (se Figur 15). (Canadian Coast Guard, 2013) (Snider, Polarship Operations, 2012) 29

32 Figur 15. Exempel på manöver vid isflak (Snider D., Polarship Operations, 2012) 30

33 4 NAVIGATION På höga latituder tillkommer vissa felkällor i navigationsutrustningen. I detta kapitel behandlas de olika felkällorna samt nya alternativ som underlättar för navigeringen. Sjökort, olika projektioner och ruttplanering i isbelagda vatten behandlas också. 4.1 Sjökort Fartyg som vistas i arktiska förhållanden kommer att utsättas för flera olika risker. En av de riskerna är bristen på bra sjökort över dessa områden. På grund av saknaden av moderna sjömätningar, så kan papperssjökort och elektroniska sjökort i ENC och Raster format (RNC) vara dåliga. Många områden är dåligt granskade eller baserade på gamla sjömätningar där man bara punkt pejlat djupet, eller bara samlat data från en rutt. Ur säkerhetssynpunkt är det då viktigt att få uppdateringar till sjökorten från så många källor som möjligt inkluderat underrättelser för sjöfarare och radiosändningar med underrättelser för sjöfarare, för att vara säker på att alla sjökort ombord är uppdaterade. (Canadian Coast Guard, 2013) Projektioner När man närmar sig polerna blir breddgraderna gradvis felaktiga. Med Mercators projektion blir det för stor förvrängning i latituderna för att användas för annat än översiktskort. Vartefter latituderna ökar så blir användningen av loxodrom linjer för visuella bäringar förvrängda, då man behöver använda allt större korrektioner. (Canadian Coast Guard, 2013) Typer av projektioner När man skall bestämma sig för vilken typ av projektion man skall använda sig av vid polerna bör man tänka på deras funktioner. I cylindriska projektioner där cylinderns axel är parallell till jordens polaxel, blir förvrängningen väldigt kraftig och skalan ändrar snabbt. Sådana projektioner kan inte användas vid polerna. (Bowditch, 2002) De projektioner som är vanligast är den modifierade Lamberts konforma projektion, gnomisk projektion, stereografisk projektion och azimutal ekvidistant projektion. Alla dessa har liknande egenskaper nära polerna. Alla är i grund vinkeltrogna och en storcirkel på varje typ är nära på en rak linje. Vartefter avståndet från polen ökar blir de utmärkande dragen för varje projektion viktig (se Figur 16). (Bowditch, 2002) 31

34 Den modifierade Lamberts konforma projektion är praktiskt taget vinkeltrogen i hela sin omfattning. Storleken av förvrängningen är jämförelsevis liten om den sker 25 till 30 från polen. Efter det ökar förvrängningen kraftigt. En storcirkel är väldigt nära på en rak linje var som helst på kortet. Distanser och riktningar kan mätas direkt på kortet på samma sätt som på Lamberts konforma kort. Eftersom den här projektionen inte strikt är vinkeltrogen, och storcirklar inte är exakt raka linjer, så är den inte lämpad för noggrant sjökortsarbete. (Bowditch, 2002) Polar gnomisk projektion är den enda projektionen där storcirklar blir exakta raka linjer. Däremot kan en fullständig hemisfär inte representeras på ett plan eftersom radien av 90 från centrum skulle bli oändlig. (Bowditch, 2002) Polar stereografisk projektion är vinkeltrogen i hela sin omfattning och en rak linje är nära på en storcirkel. Förvrängningen på skalan är inte alltför stor på ett avsevärt avstånd från polen, men den är större än på den modifierade Lamberts konforma projektion. (Bowditch, 2002) Polar azimutal ekvidistant projektion är användbar för att visa stora områden, som ett halvklot eftersom det inte är någon utvidgning längs meridianerna. Men projektionen är inte vinkeltrogen och distanser kan inte mätas exakt i någon nord-sydlig riktning. Storcirklar skiljer sig något från raka linjer. Ekvatorn är en cirkel centrerad på polen. (Bowditch, 2002) Figur 16. Exempel på projektioner (Bowditch, 2002) 32

35 De två projektioner som används mest för sjökort i polar områden är den modifierade Lamberts konforma och Polar stereografisk (se Figur 17). När ett gyro används för riktnings referens blir rutten för fartyget en ungefärlig storcirkel. Ett lämpligt sjökort är ett kort där storcirklar är representerade som raka linjer med konstant skala och med vinklar som är korrekt representerade. Dessa krav finns inte enbart på en typ av projektion, men de uppfylls nästan både i den modifierade Lamberts konforma projektion och i den polar stereografiska projektion. Skalan är mer konstant på den tidigare men projektionen är inte strikt vinkeltrogen. (Bowditch, 2002) Figur 17. Polar stereografisk projektion (Bowditch, 2002) Utbudet av passande projektion för polar regioner beror på vad uppdraget kräver. Dessa krav fastställer den relativa betydelsen av olika funktioner. För ett relativt litet område är flera projektioner passande. Men på stora områden är valet av projektion svårare. (Bowditch, 2002) Med tanke på att det finns olika projektioner är det viktigt att man kontrollerar typ av projektion för distanser och bäringar. Till exempel så är man van med att använda latituden på Mercators karta för distans mätning, vilket man inte kan göra med Polykoniska kartor. Man måste också vara aktsam när man lägger ut en bäring på hög 33

36 latitud, eftersom en korrektion kan behövas även för visuella bäringar. För att eliminera korrektionerna som behövs då man tar ut kompassbäringar för att fastställa positioner, kan tre radar avstånd av känd presentations typ avge en korrekt position. (Bowditch, 2002) Noggrannheten på sjökorten i Arktis varierar mycket beroende på när sjökortet gjordes och vad för teknologi som fanns då. De områden som har använts mest för trafik har någorlunda bra sjömätningar, men många sjökort är baserade på flygfotografier kombinerat med spaningsobservationer. (Canadian Coast Guard, 2013) Idag har det bara gjorts moderna sjömätningar och kartläggningar av 10 % av Arktis. Generellt sett är det så att ju färskare sjömätningarna är desto mer tillförlitliga är de. (Canadian Coast Guard, 2013) Även nya versioner av sjökort kan innehålla en blandning av äldre och nyare data. De angivna djup konturlinjerna på nya sjökort är inte nödvändigtvis en indikering på någon ny information. (Bowditch, 2002) (Canadian Coast Guard, 2013) Försiktighetsåtgärder som bör tas i beaktande vid användning av sjökort vid Arktis (Canadian Coast Guard, 2013): Kontrollera projektionen och förstå dess begränsningar Kontrollera datum för när sjömätningarna gjordes och kontrollera källan. Användning av avstånd och bäring vid överföring av position till ett annat sjökort. Kontrollera bevis för mätningar Använda det sjökort som har störst skala Kontrollera metoden för mätning av distans och bäringar Uppdatera sjökort och nautiska publikationer genom kontroller av underrättelser för sjöfarande, och andra källor för sjökorts rättelser. 4.2 Elektroniska sjökort IMO-standarderna för ECDIS innehåller inte specifika krav eller rekommendationer för särskilda kartprojektioner. Det har helt enkelt antagits att man ska kunna använda Mercators projektion, eftersom denna projektion är användbar på nästan alla områden som ENC täcker i dagens läge. Detta har resulterat i att alla tillverkare av ECDIS har 34

37 utvecklat system och mjukvara som använder sig av Mercators projektion och detta är förmågan att presentera ENC som har godkänts av myndigheter (IHO). Fastän prestandakraven från IMO inte innefattar dessa fyra projektioner som beskrivits ovan, kan de väl användas i ECDIS. (National Technical University of Athens, 2012) Det är viktigt att notera att raster sjökort är elektroniska kopior av papperssjökort och att det inte betyder att kortet får ökad noggrannhet bara för att kortet är i digital form. De flesta av S-57 ENC och RNC sjökorten är baserade på papperssjökort, men i Arktis finns det vissa S-57 ENC sjökort som inte har ett likvärdigt papperssjökort och de kan vara baserade på moderna sjömätningar. Det är mycket viktigt att kontrollera uppgifterna i ECDIS för att fastställa sådan information. (Canadian Coast Guard, 2013) 4.3 Sjökort i nuläget Nedan kommer figurer som visar utbredningen av ENC, raster och papperssjökort i dagsläget kring Arktis. Figur 18. Storskaliga papperssjökort (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) 35

38 Figur 19. Småskaliga papperssjökort (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) Figur 20. Storskaliga ENC (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) 36

39 Figur 21. Småskaliga ENC (Arctic Regional Hydrographic Commission, 2011) 4.4 Planer för nya sjökort Man har tagit fram en grupp för att aktivt ta fram och underhålla nautiska sjökort, i både pappersform och digitalform, som stöder fartyg sysselsatta i internationell trafik i dessa regioner. Gruppen heter Arctic International Charting Coordination Working Group (AICCWG). Medlemsstater i denna grupp är Kanada, Danmark, Norge, Ryssland och USA. (International Hydrographic Organization, 2012b) 4.5 Ruttplanering Meningen med denna sektion är att ge riktlinjer om procedurerna och användningen av information då man gör en ruttplanering i eller omkring vatten med förekomst av is. Ruttplanering i isbelagda vatten baserar sig på standard principer för ruttplanering enligt IMO (IMO, Resolution A. 893(21), Guidelines For Voyage Planning). Det faktum att det finns is längs med rutten gör det ännu viktigare att noggrant följa upp hela processen med ruttplanering under hela resan. Eftersom isen hela tiden rör på sig, är ruttplanering i isbelagda vatten en konstant utvecklande process som kräver flexibilitet när det gäller planering och utförande. Ruttplanering i isbelagda områden görs upp i två faser: strategisk fas och taktisk fas. Båda faserna innehåller de fyra stegen som riktlinjerna från IMO innehåller: bedömning, planering, utförande och uppföljning. (Canadian Coast Guard, 2013) 37

40 4.5.1 Strategisk fas Den strategiska fasen är den del av ruttplaneringen som baserar sig på att fartyget inte befinner sig i is och är dagar eller veckor från att stöta på is. Alltså en helt konventionell ruttplanering enligt normerna, som innehåller det mesta eller all information som behövs för resan. I den strategiska fasen ser man på den stora helheten och baserar planeringen på den information man har om isförhållandena just nu. (Canadian Coast Guard, 2013) Bedömning Denna procedur involverar alla informationskällor som används vid ruttplanering i öppet vatten, plus andra som kan vara av vikt för att erhålla en så detaljerad bild som möjligt av rådande isförhållanden. (Information om isförhållandena i Arktis fås från Canadian Ice Service för Nordamerika och the Arctic and Antarctic Ice Service in St:Petersburg, för Ryssland). (Canadian Coast Guard, 2013) Planering Strategisk planering är en process där man blickar framåt för att bedöma hur isförhållandena ser ut längs med hela rutten. Då man gör upp planeringen förlitar man sig på väderprognoser och tillgängliga publikationer för isklimatologi, utöver standard nautiska publikationer. Den här delen kan planeras över en tidsperiod på timmar, dagar eller t.o.m. månader beroende på rutt, destination och isens beskaffenhet i området. (Canadian Coast Guard, 2013) Den strategiska planeringen ska göras med följande begränsningar i åtanke (Canadian Coast Guard, 2013): Tillgången på information om isen Sämre förutsättningar att observera isfaror på resor som utförs sent på säsongen eller vintertid. Svårare att observera isfaror i fall av nedsatt sikt i kombination med öppen is. Ytterligare information att införa i sjökorten kan vara (Canadian Coast Guard, 2013): Den förutspådda isranden, områden med tät packis och den fasta iskanten. Områden med öppet vatten där betydande mängd packis kan förväntas finnas. Säkerhetsavstånd till områden som är kända för att ha en signifikant koncentration av isberg, t.ex. utanför Cape Farvel och Disko Island vid Grönland. 38

41 Andra känsliga områden ur miljösynpunkt t.ex. isvägar. Utförande När planeringen av rutten är färdigställd, kan man börja se på hur utförandet av den ska gå till. Den beräknade ankomsttiden för destinationen kan beräknas baserat på isförhållandena längs med rutten. Saker att beakta när man beräknar ankomsttiden kan vara passager i tät is, områden med högre koncentration av gammal is och förseningar p.g.a. inväntande av information. (Canadian Coast Guard, 2013) Tidpunkten för när det anses lämpligt att barlasta ner till samma tjocklek som isen och när det är dags att dra ner på farten, ska också beaktas. (Canadian Coast Guard, 2013) Man skall också bestämma i vilket skede det behövs extra utkik eller när det krävs extra bemanning p.g.a. av nedsatt sikt, när man kommer in i isen eller att man närmar sig områden med mera isberg. (Canadian Coast Guard, 2013) Uppföljning Övervakning över rutten i den strategiska fasen ska fortgå tills man har nått isen. Då fartyget närmar sig isbelagda vatten, ökar kvaliteten och mängden information man får om isen. Med hjälp av denna kan man sedan rätta den beräknade ankomsttiden och ibland kan den leda till en ändring av rutten. (Canadian Coast Guard, 2013) Hela den strategiska fasen av ruttplanen kanske måste göras om, en eller flera gånger, beroende på hur mycket informationen om isen revideras för varje uppdatering. (Canadian Coast Guard, 2013) Alla fartyg ska ha ständig uppsikt över vilka uppdateringar om ruttinstruktioner som tas emot. (Canadian Coast Guard, 2013) Taktisk fas Den taktiska fasen är den del av ruttplaneringen som kräver ett flexibelt tillvägagångssätt. Denna fas förändras hela tiden allt eftersom isen förändras och uppdaterad information tillhandahålls. (Canadian Coast Guard, 2013) I den taktiska fasen koncentrerar man sig på mindre etapper åt gången och tar in så mycket information som möjligt för att få fram den mest optimala rutten. Om ingen 39

42 detaljerad information om isen finns tillgänglig när man närmar sig den, kan man bli tvungen att begränsa sig till den strategiska fasen av ruttplaneringen. (Canadian Coast Guard, 2013) Bedömning Insamlingen av information är mest baserad på tillgången till iskartor från Ice Service centrals. Där man har tillgång till internet kan man ladda ner kartorna direkt till datorn. Ett annat alternativ om man inte har tillgång till internet är om man har en fax ombord. Andra källor till information om isen är radar och visuella observationer. Visuell rekognoscering med helikopter kan också vara till stor hjälp. (Canadian Coast Guard, 2013) Planering Planeringen här kan vara som för öppet vatten på storskaliga sjökort, men om man har fått ytterligare information om isen kan man i det här stadiet också lägga ut en rutt i småskaliga sjökort. Om man har tillgång till ytterligare information om isen, sätter man ut rutten på sjökortet så att man utnyttjar de optimala isförhållandena. Detta kan inkludera (Canadian Coast Guard, 2013): Att hitta och följa råkar med öppet vatten. Att hitta områden med ett-årig is i packis eller fält med gammal is. Att undvika områden med vallbildning. Att undvika områden med tryck på isen eller potentiellt tryck. Då rutten har lagts ut, ska den flyttas över till storskaliga sjökort och tillgängligt vattendjup ska kontrolleras. En bedömning ska därefter göras för att avgöra om rutten är säker. (Canadian Coast Guard, 2013) Utförande När man då har bestämt sig för val av rutt kan beräknad ankomsttid räknas ut på nytt. Alla förändringar i väderförhållanden, särskilt sikt eller vindriktning och styrka, ska beaktas före man sätter planen i stånd, eftersom dessa har viktig betydelse för bedömning av var det förekommer områden med istryck eller var områden med öppet vatten kan finnas. (Canadian Coast Guard, 2013) Uppföljning Resan följs upp enligt konventionella metoder och navigation i isen kan fortskrida. (Canadian Coast Guard, 2013) 40

43 4.6 Iskartor När man gör upp en ruttplanering är det viktigt att man är medveten om typiska vanliga isförhållanden och sedan använder de senaste tillgängliga kartorna för taktiska val. Iskartor kan vara baserade på ett antal olika datakällor. Dessa källor kan vara optisk, infraröd, radarsatellit och visuella observationer från fartyg och flygplan. (Snider, Polarship Operations, 2012) Kvaliteten på informationen beror på tillgängligheten av data, men man måste alltid komma ihåg att isförhållandena kan förändras mycket på kort tid. Dagliga iskartor publiceras i polartrakterna för att få så detaljerad information som möjligt. Iskartorna kan vara svartvita eller färglagda och själva kartorna innehåller oftast information om hur man läser av olika koder och färger. (Snider, Polarship Operations, 2012) Vanligtvis publiceras också prognoser över hur isen kommer att förändras de närmaste 48 timmarna. Detta sker dagligen under navigationssäsongen då mängden trafik kräver det. Prognoserna baserar sig då på förväntad utveckling av strömmar och vindar. (Snider, Polarship Operations, 2012) För att beskriva koncentration, form och tjocklek på isen har man i de dagliga iskartorna infört något som kallas äggkoden och den är en internationell standard (se Figur 22). Nedanstående bild beskriver hur den fungerar. Figur 22. Äggkoden (Finska Meteorologiska institutet, 2013) 41

44 4.6.1 Olika iskartor Följande figurer visar exempel på olika typer av iskartor. Figur 23. exempel på färglagd daglig iskarta (Meteorologisk Institutt, 2013) 42

45 Figur 24. Två exempel på optisk karta (Snider D., Polarship Operations, 2012) Figur 25. Exempel på Radarsatkarta (Snider D., Polarship Operations, 2012) 43

46 4.7 Kompasser De konventionella gyro- och magnetkompasserna har sina begränsningar på höga latituder. Deras funktioner och begränsningar tas upp i nedanstående kapitel och alternativa kompasser beskrivs också Magnetkompass Magnetkompassens rörliga del, kompasskivan och magneterna rör sig fritt i horisontalplanet och lägger sig så att kompassrosen visar en nord-sydlig riktning som visar den magnetiska meridianens riktning på positionen. Denna riktning stämmer inte med den geografiska meridianens riktning. Det beror på att jordens geografiska poler inte stämmer överens med de magnetiska polerna, men också eftersom det finns järn i jordens inre och i jordskorpan. Den vinkel som uppstår mellan den magnetiska meridianen och jordens geografiska pol kallas missvisning. (Försvarets läromedelscentral, 1986) Närmar man sig polerna till ett avstånd på mindre än 20, stämmer det inte längre att kompassen visar en nord-sydlig riktning. Detta beror på att den magnetiska axeln lutar 11 till axelns rotation. Det finns stora områden vid båda polerna där missvisningen är 90. (Parkinson, 1965) En annan orsak är att alla isogoniska linjer går igenom både den geografiska polen och den magnetiska polen. Den magnetiska polen befinner sig 1500 miles ifrån den geografiska polen. På grund av detta är de isogoniska linjerna ihoppackade vid polarområdena (se Figur 26). Därför är det inte längre korrekt att säga att missvisningen av huvudmagnetfältet i jordens kärna ändrar långsamt med positionen. (Parkinson, 1965) Ännu en orsak är att riktningen till de magnetiska fälten i polarområden är nästintill vertikal. Det betyder att den horisontella kraften från fältet, som ger ett vridmoment så att kompassnålen svänger blir svag och detta medför att magnetiska material nära kompassen kommer att påverka mera. (Parkinson, 1965) Ännu en konsekvens av lägre horisontalkraft i polarområdena är att tidsvariationer i det yttre magnetiska fältet kan störa missvisningen mer än på lägre latituder. Dessutom är 44

47 de elektriska strömmarna som orsakar det yttre magnetiska fältet mycket mer koncentrerade vid polarområdena. (Parkinson, 1965) Horisontal kraften blir lägre och lägre ju närmare man kommer mot polerna och till slut kommer magnetkompassen att bli oanvändbar. (Försvarets läromedelscentral, 1986) (Parkinson, 1965) Figur 26. Isogonkarta (Bowditch, 2002) Gyrokompassen på höga latituder Gyrokompassen har ett antal fel eller korrektioner som man måste ta i beaktande vid användning av gyro som navigeringsinstrument. Dessa fel är fartfel, accelerationsfel samt övriga felkällor som kan bero på bristfälligt underhåll. Fartfelet är beroende av kurs, fart och latitud. Numera korrigeras dessa fel mestadels automatiskt via bl.a. GNSS-input. Avvikelserna blir emellertid så stora vid latituder över 85, att man kan säga att gyrokompassen är värdelös på dessa breddgrader. Fartfelet beror på gyrots funktionsprincip. (Försvarets läromedelscentral, 1986) Gyrokompassens funktionsprincip Dagens gyrokompasser är ett resultat av många års utveckling och förbättringar, men grunden är ännu densamma som när den uppfanns. Kort sagt ett roterande hjul vars axel strävar till att hålla samma kurs i rymden hela tiden (1:a gyrolagen). Hjulet är upphängt i en balansring med tre axlar så att det kan röra sig fritt tredimensionellt. (Försvarets läromedelscentral, 1986) 45

48 2:a gyrolagen lyder: Om en kraft påläggs en gyroaxel vrids gyrot med konstant hastighet i riktning 90 från kraftriktningen i rotationens led. Således med en vikt fäst i axeln på båda sidor om hjulet, och med hjälp av en dämpningsanordning får man ett nordsökande gyro. Detta fungerar genom att tyngdkraften drar i vikten som sedan utövar en kraft på gyroaxeln, vilket gör att gyrot börjar vandra mot meridianen. Om rotationsriktningen på gyrot är densamma som jordens, strävar gyroaxeln till att lägga sig vinkelrätt mot jordytans rörelsevektor, alltså parallellt med meridianen. (Försvarets läromedelscentral, 1986) Gyrots fartfel Som tidigare nämnts ingår kurs, fart och latitud i fartfelet. Fartfelet beror av att jordytan kröker sig framför fartyget när man gör fart framåt. Det här betyder att horisontalplanet kröker sig runt fartygets tvärskeppsaxel och då registrerar vikten som är fäst i rotationsaxeln denna horisontsänkning. Följden är en precession ut från meridianen vars storlek är beroende av styrd kurs. Om man styr nordlig kurs kommer precessionen eller gyrodeviationen att bli västlig. Om man styr sydlig kurs kommer gyrodeviationen att bli ostlig. Ostlig eller västlig stävriktning betyder att man inte kommer att uppleva någon gyrodeviation. (Försvarets läromedelscentral, 1986) Att gyrokompassen blir oanvändbar på latituder över 85, beror på att meridianerna går ihop vid polerna och då gyroaxeln strävar att söka nord eller meridianen, så blir avvikelsen för stor här. Då gyrot börjar precessera finns det ingen meridian att söka sig tillbaka till. (Försvarets läromedelscentral, 1986) På grund av trögheten i vikten som är fäst vid gyroaxeln kommer den att hänga efter vid en acceleration och orsaka obalans, varvid precession uppstår. Precis som med fartfelet kommer precessionen att ske åt väster om man accelererar norrut och åt öster om man accelererar söderut. Ökar man farten åt ost eller väst förekommer ingen precession. (Försvarets läromedelscentral, 1986) Accelerationsfel Accelerationsfelet kan framträda om man t.ex. kör i områden med delvis is och delvis öppet vatten. Då kan man uppleva en acceleration om man går från ett område med is till ett område med öppet vatten. Omvänt kan man uppleva en retardation om man går från öppet vatten till is. Detta fel kompenseras emellertid oftast i dagens läge via integrering med GNSS. (Försvarets läromedelscentral, 1986) 46

49 Fel som beror på rullning eller stampning När fartyget rullar eller stampar kommer gyroaxeln att också här släpa efter p.g.a. av sin tröghet lite på samma sätt som med accelerationsfelet. Om gyroaxeln är parallell med fartygets tvärskeppsaxel vid stampning, kommer inte gyrot att påverkas. Om gyroaxeln är parallell med långskeppsaxeln vid stampning, kommer gyrot att påverkas och precessera. Det omvända sker vid rullning. I moderna gyrokompasser kompenseras detta fel oftast också elektroniskt. (Försvarets läromedelscentral, 1986) Områden på höga latituder är kända för hårda vindar och sjögång. Därför kan det bli aktuellt att ha gyrokompassens karaktäristik vid rullning och stampning i åtanke när man vistas där Elektroniska kompasser Den vanligaste typen av elektroniska kompasser kallas fluxgate kompass. Den är uppbyggd så att två rullar med tråd är lindade kring en ferromagnetisk kärna. Om den kommer i kontakt med ett externt magnetiskt fält t.ex. jordens magnetfält så förändras kärnans magnetiska induktion. Denna förändring i induktion omvandlas till en signal som sedan filtreras för att få ut ett värde på det magnetiska fältet. Efter att man har konverterat signalen till ett standard format så får man ut kursen. Denna signal kan sedan sändas till t.ex. autopiloten och olika repeaters. (Bowditch, 2002) En fördel med fluxgate kompassen är att sensorn kan placeras var som helst i fartyget där de interna magnetiska störningarna är minst och signalen kan ändå skickas till navigationsinstrument på bryggan. En digital deviationstabell kan också göras upp programmeras in i kompassen så att den själv korrigerar för deviationen. På samma sätt kan fluxgate kompassen integreras med GNSS för att få input på fartygets position. Med hjälp av en isogonisk karta kan kompassen då korrigera för missvisning själv. Andra fördelar är att den går snabbt att starta upp och ställer in sig själv. (Bowditch, 2002) Som nämnts tidigare, förlitar sig fluxgate kompassen på jordens magnetfält precis som den konventionella magnetkompassen och därför lämpar sig inte denna typ av kompasser särskilt väl på höga latituder. (Bowditch, 2002) Fiberoptisk gyrokompass (FOG) FOG fungerar så att man mäter fasskillnaden mellan två laserstrålar som skickats mot varandra i ett slutet system, som består av fiberoptiska spolar. En ljusstråle klyvs i två 47

50 spegelvända vågor, som sedan styrs ut i systemet åt motsatta håll. Strålarna förs sedan samman på nytt och styrs till en detektor. Om hela systemet står stilla, i meningen att det inte roterar, kommer ljusstrålarna att färdas exakt lika lång väg och ingen skillnad i fas kan observeras. Om hela systemet roterar, kommer det att bli en skillnad i hur långt ljusstrålarna färdas och när strålarna sedan förs samman till en signal vid detektorn, kommer det att uppstå en viss skillnad i fas. Signalen (vågen) kommer att få varierande amplitud beroende på hur mycket vågorna är ur fas. Signalens amplitud är alltså ett direkt mått på hur mycket hela systemet roterar. Den här signalen görs sedan om till ett digitalt resultat i grader. Ju mera varv man har på den fiberoptiska spolen desto starkare Sagnac-effekt får man, vilket är direkt proportionellt mot ökad precision på avläsningen av kurs. Längden på spolen kan vara upp till fem kilometer. (House, 2004) En FOG är ett väldigt tillförlitligt navigationsinstrument. Det beror delvis på att FOG:en är väldigt okänslig för acceleration, vibration och stötar. Denna kompasstyp störs inte av jordens magnetfält men den är delvis beroende av jordens rotation för att söka nord. Prestandan är bättre än gyrokompassen på höga latituder. Det att den tål acceleration, vibration och stötar bra gör också att den lämpar sig för manövrering i is. (Kongsberg, 2005) En kombination av tre fiberoptiska spolar och en två-axlad elektronisk nivåsensor kan fastställa true north. Med hjälp av de tre rate of turn signalerna och informationen från den elektroniska nivåsensorn, räknar ett komplicerat filter ut riktningen på jordens rotation och därifrån fås riktningen till geografisk nord. (Kongsberg, 2005) Det att det blir en skillnad i fas hos ljusstrålarna i ett roterande system, som sedan ger upphov till variation i vågens amplitud, kallas Sagnac-effekten. Fenomenet är uppnämnt efter Georges Sagnac som beskrev detta i början på 1900-talet. (Bowditch, 2002) Ringlasergyrokompass (RLG) RLG bygger på samma princip som fibreoptic gyrokompassen d.v.s. Sagnac-effekten. Skillnaden är att RLG oftast består av tre eller fyra speglar som leder runt laserstrålarna i ett slutet system istället för fiberoptiska kabelrullar. På samma sätt som i FOG leds två laserstrålar runt mot varandra i ett system och fasskillnaden mäts sedan ut. (Bowditch, 2002) 48

51 RLG har använts i flygplan under en längre tid och blir allt vanligare inom sjöfarten. Fördelarna är att de är kompakta, lätta, relativt billiga, noggranna, pålitliga, okänsliga för vibrationer och acceleration. RLG är också immun mot magnetiska störningar, som magnetkompassen och fluxgate kompassen inte skulle tåla. (Bowditch, 2002) Satellitkompass Ett annat alternativ till magnet- och gyrokompassen kan vara satellitkompassen. Den förlitar sig inte på jordens magnetfält, påverkas inte av metalliska föremål och det finns inga rörliga delar att underhålla. Den använder sig av satellitsignaler för att räkna ut en korrigerad stävriktning och fungerar med hjälp av två GNSS antenner som finns inne i mottagaren. Skillnaden mellan de två positionerna på antennerna registreras och sedan räknas det ut vilken riktning fartyget pekar åt. Noggrannheten kommer således att variera med hur bra satellitmottagning man har. Vissa satellitkompasser har en tredje antenn för bättre noggrannhet. (Furuno, 2013) 4.8 GNSS GNSS (Global Navigation Satellite System) består i dagens läge i huvudsak av två olika satellitsystem, GPS och Glonass. Systemen består generellt av tre segment: rymdsegment, kontrollsegment och användarsegment. Segmenten är nästan identiska i systemen. Nedan beskrivs de två systemen samt ytterligare två system som är på kommande, det europeiska Galileo och kinesiska Compass GPS GPS-systemet består av rymddel, markdel och en användardel, där rymddelen är satelliter, markdelen kontrollstationer och användardel är mottagare. GPS består av 24 st satelliter placerade i sex olika fasta banor med fyra satelliter i varje bana. Banorna ligger km från jorden och banorna är nästintill cirkulära. Banplanen lutar 55 mot horisontal planet och banplanen är vridna 60 ifrån varandra. Satelliterna styrs och kontrolleras från fem markstationer som är placerade längs ekvatorn. (Försvarsmakten, 1999) Varje satellit sänder ut signaler på minst två frekvenser. De två frekvenserna moduleras så att signalen blir kodad. Satelliterna sänder ut information på två olika koder, P-kod och C/A-kod. P-koden ger bättre noggrannhet men är krypterad, så det är endast C/A koden som står till allmänhetens förfogande. Informationen som satelliterna sänder ut innehåller data om satellitens identitet, banparametrar och tidsuppgifter som medför att 49

52 mottagaren kan räkna ut ett avstånd till satelliten. Genom att mottagaren räknar ut avstånd till flera olika satelliter kan en noggrann position bestämmas. Ju fler satelliter och bärvågsfrekvenser som kan tas emot av mottagaren desto bättre underlag finns för en noggrann positionsbestämning. (Försvarsmakten, 1999) Enligt amerikanska Department of Defence (DoD) behövs två signaler till för att göra det möjligt att få hög noggrannhet för civila användare. För att utvidga det civila systemet har DoD planerat och påbörjat att sända ytterligare signaler. Dessa signaler planeras att börja sändas från 24 satelliter 2016 och (National Coordination Office for Space-Based Positioning, Navigation, and Timing, 2013) GLONASS GLONASS som är förkortningen av (Global Navigational Satellite System). Består av 24 satelliter som går i tre omloppsbanor runt jorden med 8 stycken i varje bana, vinklarna mellan banorna är 120 och ligger på en höjd av km från jorden med en vinkel på 64,8 från horisontal planet. Omloppstiden för en satellit ligger på 11 timmar och 15 minuter. Kontrollsegmentet består av system control center och command and tracking stations som är placerade runt om i Ryssland. Kontrollsegmentet ger möjlighet till att övervaka konstellations status, korrektioner till omloppsbanorna och uppladdning av navigationsdata. Sammansättningen av Glonass omloppsbanor medför att det blir speciellt användbart på höga latituder. (Russian Space Systems, 2013) GLONASS sänder navigations signaler på två olika frekvenser. En signal med standard noggrannhet (ST), som är för alla användare och en signal med en högre noggrannhet (W) som är avsedd för speciella användare. (Russian institute of space device engineering, 2008) Galileo och Compass Europas system för ett globalt navigeringssystem heter Galileo. Detta kommer att bestå av 30 satelliter, varav tre satelliter är i reserv, just nu finns fyra satelliter i funktion. Satelliterna kommer att gå i tre cirkulära banor runt jorden på en höjd av km ovanför Jorden med en vinkel på 56 till Ekvatorn. Markdelen består av sensor stations placerade runt hela Jorden, två control centers, Mission Uplink stations och Telemetry, Tracking och Command (TT&C) Stations. (European space agency, 2013a) 50

53 Varje satellit i Galileosystemet sänder tio olika navigationssignaler som gör det möjligt att tillhandahålla the Open Service (OS), Safety of Life service (SoL), Commercial Service (CS) och Public Regulated Service (PRS). (European Space Agency, 2007) Alla satelliter sänder på samma frekvens. För att mottagare skall kunna avgöra från vilken satellit, signalen kommer ifrån och för att mottagaren skall kunna räkna ut tiden det tog från satellit till mottagare, så är en kod tillagd på signalen. Koden är olika för varje satellit. (European Space Agency, 2007) En orsak till att Galileo använder sig av många signaler är för att mottagaren skall kunna beräkna den jonosfäriska störningen. Störningen beror på brytning i jonosfären som gör att det tar längre tid för signalen att färdas. Tiden är proportionell mot frekvensen av signalen. Då två signaler kombineras för att mäta avståndet till en satellit, så är det möjligt att göra ännu en mätning där jonosfärstörningen är borträknad. Enligt (esa) kommer Galileo när det är färdigställt, kunna ge bra täckning på latituder upp till 75 nord som ligger förbi Europas nordligaste punkt Nordkap (Norge). Antalet satelliter tillsammans med den noggrant optimerade konstellationen av satelliter plus de tre reservsatelliterna, kommer försäkra att användaren inte påverkas om en satellit skulle försvinna. (European space agency, 2013a) The Compass Navigation Satellite System (CNSS), som också är känt som Beiudou-II är Kinas svar på ett globalt satellitnavigeringssystem. Compass kommer att finnas för både civilt och militärt bruk. (Dragon in Space, 2012) Satelliterna i systemet Compass kommer att bestå av totalt 35 satelliter och de delas in i tre olika omloppsbanor, 5 st Geostationary Orbit (GEO), 3 st Inclining Geosynchronous Orbit (IGSO) och 27 Medium Earth Orbit (MEO). Satelliterna i Compass-M som går i MEO går i cirkulära banor runt jorden på en höjd av km. Satelliterna i Compass- M kommer att gå i banor på en vinkel av 55 mot ekvatorsplanet. (Dragon in Space, 2012) Systemen Galileo- och Compass förväntas vara tillgängliga i slutet på detta decennium. (European Space Agency, 2013b) (Dragon in Space, 2012) 51

54 4.8.4 Sammanfattning av systemen Med satellitbanornas olika vinklar betyder det i praktiken att inga signaler blir mottagna i zenit norr om dessa vinklar. Om GNSS-mottagaren är placerad längre norrut kommer höjdvinkeln från satelliterna att minska när latituden ökar. Konsekvensen av detta är att det blir bättre horisontell geometri av satelliterna, men sämre vertikal geometri av satelliterna jämfört med platser på lägre latituder. HDOP (horisontell geometri) är alltså bättre och VDOP (vertikal geometri) är sämre på höga latituder. Detta försämrar noggrannheten i höjden i en position. Men också noggrannheten i horisontal position försämras p.g.a. mer störningar i observationerna, eftersom man får ett högt antal av störda signaler från satelliter på låg höjd. Den låga höjden på satelliterna förvärrar den jonosfäriska störningen. Av dessa är GLONASS lite bättre på höga latituder p.g.a. sin vinkel på 64,8. (Anna, 2010) Felkällor i satellitsystemen Det finns flera olika störningar som påverkar satellitsystemen, här kommer det att tas upp de störningar som påverkar systemen mest på höga latituder. Jonosfäriska störningar När radiovågen från satelliten går igenom jonosfären på väg till mottagaren på jorden sker en brytning, refraktion. Det betyder att radiosignalen går en annan väg än den som är närmast vilket medför att när mottagaren får signalerna och registrerar ett felaktigt avstånd till satelliten. Storleken på felet kan bli hundratals meter. Störningen varierar beroende på vilken årstid det är och tidpunkten på dygnet. Jonosfäriska störningar beror mest på solens aktivitet som följer en 11-årscykel som förväntas nå sin kulmen (Försvarsmakten, 1999) Scintillation I de arktiska regionerna finns det en till effekt i jonosfären som kallas scintillation som kan ses som flimmer eller glitter (Nationalencyklopedin, 2013). Detta uppkommer av små oregelbundenheter i TEC, vilket medför förändringar i signal fasen eller i amplituden. Scintillation vid Arktis är generellt relaterat till Norrsken, höga grader (TEC) och geomagnetiska stormar. Scintillation medför att satellitmottagare tappar satellitsignaler och begränsar positionering och navigering. Scintillation är den felkälla som är av störst betydelse vid höga latituder. (Anna, 2010) 52

55 Troposfäriska störningar Troposfärsskiktet ger upphov till refraktion. Den är dock ganska liten, mätfelet kan variera mellan 2 m när satelliten är i zenit och upp till 20 m då satelliten befinner sig 10 över horisonten. Det här är en anledning till att inte använda sig av satelliter som ligger nära horisonten. (Försvarsmakten, 1999) 4.9 Virtuella hjälpmedel till navigation (Virtual Aids to Navigation) I områden kring Arktis är det speciellt viktigt med navigationsinfrastruktur och annan tillgänglig service då tillgången på SAR (search and rescue) är avlägsen. De långa distanserna skulle också försvåra bekämpning av ett oljeutsläpp. Det är emellertid svårt att upprätta tillförlitliga system som baserar sig på de traditionella hjälpmedlen inom navigation p.g.a. av de extrema avstånden, havsis och klimatet. Bojar och andra installationer kan t.ex. flyttas eller skadas av isen. Man måste också ta i beaktande att farlederna måste vara flexibla och kunna ändras med kort varsel då is- och väderförhållanden förändras snabbt. För att upprätta säkra och effektiva farleder kring Arktis har man därför börjat utveckla virtuella hjälpmedel till navigationen, VAtoN. (International Hydrographic Organization, 2010a) Definition Ett virtuellt hjälpmedel till navigationen existerar inte konkret i verkligheten utan är ett digitalt objekt, förkunnat av en auktoriserad tillhandahållare av tjänster som kan presenteras i navigationssystem. (International Hydrographic Organization, 2010b) Funktion VAtoN fungerar genom Automatic Identification System (AIS), på VHF frekvens. En landstation skickar ut en signal som tas upp av fartygens AIS mottagare. Signalen kan sedan visas som MSI (Maritime Safety Information) eller presenteras i radar och ECDIS som stöder AIS input. Att signalen sänds på VHF frekvens betyder att den har begränsad räckvidd, men USA har skickat upp ett 40-tal AIS satelliter vilka signalen kan skickas via och därmed kan en signifikant ökning av räckvidden uppnås. (International Hydrographic Organization, 2010b) I dagens läge ger landbaserade AIS nätverk ut informationstjänster för landbaserad VTS, fartygsrapporteringssystem och andra landbaserade säkerhetsrelaterade tjänster, inklusive VAtoN. Den här tjänsten består av utbyte av information mellan fartyg och landstationer och tvärtom. (International Hydrographic Organization, 2010b) 53

56 På längre sikt kommer andra medier för informationstjänster att bli tillgängliga. Detta gör att VAtoN tjänster kan börja sändas på andra sätt än genom AIS t.ex. satcom/internet, WiMAX, LORAN, DGPS, GPRS via telefon osv. (International Hydrographic Organization, 2010b) Användning VAtoN kan användas till att informera sjöfararen om navigationsrisker och säkra farleder eller områden i vilka extra försiktighet kan vara nödvändigt och områden som ska undvikas t.ex. farliga områden med is eller isberg. De kan presenteras som linjer, områden, positioner eller i andra former som kan uppvisas grafiskt. VAtoN informationen, som inkluderar den geografiska positionen kan vara permanent eller kan förändras över tid, beroende på avsedd användning. VAtoN används mest där det är fråga om att man inte hinner få ut ett konkret hjälpmedel till navigationen, men kan också användas där fysiska hjälpmedel till navigationen inte kan placeras, såsom vid polarregionerna. I dagens läge är inte VAtoN menade att ersätta fysiska sjömärken utan menade som komplettering. (International Hydrographic Organization, 2010b) Hur ser VAtoN symbolen ut i ECDIS? VAtoN ska klart och tydligt visa den relaterande navigationsvarningen, underrättelser för sjöfarande eller annan MSI, med dess namn eller annat kännetecken. (International Hydrographic Organization, 2010b) Symbolen för AIS AtoN (Aid to Navigation) har förut bestått av en romb med ett kryss som indikerar positionen av AtoN. Symbolen för VAtoN inkluderade ett V för att indikera att det var ett virtuellt mål (se Figur 27) enades man om nya symboler för VAtoN. Detta medförde att det kom till kardinal- och lateralsymboler plus några symboler för specialmärken (se Figur 28). (International Hydrographic Organization, 2010b) Figur 27. Exempel på gamla symboler för VAtoN (International Hydrographic Organization, 2012a) 54

57 Figur 28. Nya symboler för VAtoN (International Hydrographic Organization, 2012a) Fördelar med VAtoN Några av de potentiella fördelarna med VAtoN när det gäller att främja navigationen är (International Hydrographic Organization, 2010b): Konstant uppdatering Lätt att presentera Lätt och snabbt att utplacera Direkt leverans till navigationssystem Lättillgängligt för användaren Lätt att ändra Billiga att installera och upprätthålla 4.10 Radarnavigering Extrema temperaturvariationer och onormala väder förhållanden kan påverka radarns användning. I kallt väder kan det uppstå en refraktion som gör att radarvågorna böjer sig vilket medför att man upptäcker radarmålet på kortare avstånd. (Snider, Polarship Operations, 2012) Vid användning av radar när man befinner sig i polarområden finns det faktorer som påverkar radarns användning. I polarområdena är topografin lågtliggande och sluttande som medför att man får otillräcklig information om bäring och avstånd och ofta presenteras kuster felaktigt i radarn. En annan faktor är att det kan vara svårt att få rätt presentation av kuster p.g.a. is. Det kan vara svårt att avgöra om det är iskanten eller kustlinjen som presenteras i radarn. (Snider, Polarship Operations, 2012) De vanligaste landmärkena som används är konstruktioner som är byggda vid kusten (se Figur 29). De kan vara simpla konstruktioner byggda i trä eller aluminium. De kan också ha dagsignaler och vissa har radarreflektorer och i sällsynta fall är de utrustade 55