Kaukaisen tihkun tähystäjä

Uuden sukupolven säätutka oli se oivallusten ja kehitystyön kohde, joka voitti insinöörityöpalkinnon 2011. Vaisalan tutkatiimissä työskentelivät TkL Pentti Karhunen, DI Henry Andersson, TkT Reino Keränen, DI Rainer Sanmark, DI Petri Haapanen, DI Timo Lyly ja DI Juha Salmivaara.

Säätutka on maailman ensimmäinen kaksoispolarisoitu Doppler-tutka, joka on kehitetty kenttä- ja markkinakelpoiseksi. Samalla se on Vaisalan valtaus sääbisneksen uudelle alueelle. Yrityksellä oli valmiina maailmanlaajuiset markkinakanavat, mutta tutkaosaaminen oli hankittava alusta alkaen.

Kaksoispolarisoidun tutkan lähetin lähettää samaan aikaan sekä vaaka- että pystysuuntaan polarisoituja mikroaaltopulsseja. Kun ne heijastuvat ilmassa olevista kohteista, vastaanottimen on kyettävä tulkitsemaan kaiut tarkasti. Tämän tiedon avulla nähdään sateen voimakkuus ja se, onko se vettä, lunta vai rakeita; siitä voidaan myös lukea tuulen suunta ja voimakkuus. Lisäksi lintujen ja hyönteisparvien antamat signaalit voidaan erottaa datavirrasta.

Markkinat kasvavat tornadon lailla

Tarkan säätiedon kysyntää ovat vauhdittaneet esimerkiksi mobiilitekniikan tapaiset kehitysaskeleet. Vaativissa rakennuskohteissa työmaajohto voi tarkistaa älypuhelimella vaikkapa tuulenpuuskien vaaran ennen suurien kappaleiden paikoilleen nostamista. Kun sateen määrä on tarkasti ennustettavissa, viranomaiset voivat tehdä tarkempia päätöksiä muiden muassa tulvaporttien avaamisesta.

Yhdysvaltojen tornadohuiput käynnistivät projektin, jossa myrskyvaroituksia pyrittiin aikaistamaan ja täsmentämään. Jo 15 minuutin ennakkovaroitus tehostaa suojautumista huomattavasti, ja säätutkien verkolla on keskeinen merkitys järjestelmää kehitettäessä.

Koko meteorologian trendi onkin nykyään tarkan ja alueellisesti eritellyn säädatan tuottaminen eri menetelmin, ja sen jakelu reaaliajassa. Siksi tutkaan liittyy oleellisesti saadun tiedon nopea käsittely antennin signaalista selkeäksi, helposti ymmärrettäväksi ennusteeksi.

Laaja yhteistyö

Palkittu työryhmä on insinöörityöpalkinnon historian toistaiseksi laajin. Se kuvastaa osaltaan, kuinka monen tekniikan alueen hallitsemisen uuden tyyppinen tutka vaati. Sinänsä kaksoispolarisaation edut oli tunnettu jo pitkään, ja joitakin koeluontoisia systeemejä oli maailmalla rakennettu. Luotettava, jatkuvaan käyttöön kelpaava laite puuttui.

Voimakkaan ja samalla kustannuksiltaan järkevän lähettimen valmistaminen oli eräs kulmakivistä. Myös vastaanottimen dynamiikka oli merkittävä kehityskohde, sillä se toimii sadan desibelin alueella – voimakkaimman ja heikoimman vastaanotetun signaalin voimakkuusero on siis luokkaa 1012. Laitteen kantama on maapallon geometriasta johtuen muutamia satoja kilometrejä, ja sadan kilometrin päässä oleva tihkusade antaa varsin heikon kaiun.

Huomattava panos lopputuloksen kannalta on ollut myös signaalin käsittelyllä ja ohjelmistojen kehityksellä. Perinteiseksi katsottavaa insinöörityötä, mekaniikan hallintaa, on tarvittu antennin ja sen liikuttelun suunnittelussa.

Ensimmäinen kaksoispolarisoitu säätutka valmistui 2007, ja palkinnon jakamiseen mennessä niitä oli toimitettu jo 13 maahan. Kysyntä alalla jatkuu vahvana, sillä uusinvestointien lisäksi maailmalla on selkeä saneeraus- ja tasonkohotusvaihe. Yksittäisen tutkan hinta on noin miljoona euroa.