Возвращение парусного флота

По данным Международной морской организации (IMO), в пересчете на перевозку тонны груза на километр морской транспорт приводит к выбросам в атмосферу от 3,0 до 7,9 г углекислого газа – на порядок меньше, чем автомобильный и почти на два порядка меньше авиации. Даже для железнодорожного транспорта эта цифра больше, составляя около 20-40 г/т*км. Тем не менее, речь идет об колоссальных объемах: на все эти сухогрузы, контейнеровозы и танкеры приходится около 90 процентов глобальных грузоперевозок. В результате морской транспорт выбрасывает за год более миллиарда тонн углекислого газа, втрое больше чем авиационный и больше, чем такая промышленная страна, чем Германия.

Это происходит на фоне подписанного практически всеми странами мира Парижского соглашения по климату, которое направлено на двукратное снижение выбросов в течение ближайших 30 лет. Так что активные поиски альтернативных способов перемещения грузов по морю стали закономерным развитием ситуации. Благо, многие необходимые технологии уже имеются, а многие теоретические находки прошлых лет уже удалось проверить на практике. Мы расскажем о важнейших на нескольких любопытных примерах.

Если рассуждать о том, как может выглядеть парусник XXI века, то пожалуй, первое, что придет в голову, – выполнить мачты и паруса из новых современных материалов, а для большей эффективности управление этой снастью доверить «умной» компьютерной системе. Такой проект реализует французское конструкторское бюро VPLP Design, где разрабатывается прокт 121-метрового накатного (предназначенное для перевозки тяжелой техники) судна, которое должно доставлять компоненты будущей космической ракеты Ariane 6 от места производства в Европе до места запуска в Космическом центре во Французской Гвиане, у самого экватора.

Судно будет использовать газодизельный ДВС, способный использовать разные виды топлива, однако планируется, что большую часть времени оно сможет обходиться парусной системой Oceanwings , созданной французской же компанией CNIM. В VPLP проектируется несколько судов с такой системой, но «ракетный грузовик» – самое масштабное из них.

Некоторые конструкторы апробируют особо прочные паруса из твердых материалов, такие системы отрабатывались японскими корабелами еще в 1980-х. А в 2019-м консорциум компаний MOL и Oshima Shipbuilding получил одобрение на постройку сухогруза с водоизмещением 100 тыс. тонн, оснащенного дополнительным жестким парусом на носу. По расчетам разработчиков, он позволит снизить расходы топлива на 5-8 процентов.

Принципиально иной способ использования судами силы ветра предлагает новая технология, пришедшая из аэродинамики. По сути, идея заключается в том, чтобы установить на палубе вертикальные «крылья», полые трубы обычно яйцевидного профиля. При обтекании их воздухом возникает эффект Магнуса, который создает силу, направленную перпендикулярно потоку. Для ее увеличения в полость вертикальных труб может закачиваться воздух, который усиливает перепад давления между внешней и внутренней поверхностью «турбопаруса». Вся конструкция вращается, позволяя создавать тягу в нужном направлении, независимо от направления самого ветра.

Турбопарус движет судно вперед намного мощнее, нежели обычные паруса сравнимой площади. Большим энтузиастом турбопаруса был Жак-Ив Кусто, который с успехом испытал такой подход еще в 1980-х, на экспериментальной яхте «Алсион». Сегодня реализовать его пытаются сразу несколько кораблестроительных фирм. На этой основе выстраивается проект Ventifoil нидерланской компании Econowind, в их исполнении турбопарус не вращается и использует двигатели для нагнетания воздуха внутрь.

Другая любопытная его особенность – это возможность установки не только на палубе, но и на грузовых контейнерах, которые можно смонтировать на любом обычном судне, а затем – демонтировать. В 2019-м прототип системы из пары 10-метровых турбопарусов, помещающихся в стандартный контейнер, были установлены на грузовых судах Lady Christina и Lysbris Seaways компании DFDS. К сожалению, пока испытания проходят с «переменным успехом», и система вышла из строя раньше запланированного времени. Однако проект продолжается, а его разработчики ожидают, что использование Ventifoil уже в ближайшие годы позволит экономить до 8-10 процентов топлива.

Традиционные паруса и мачты – довольно сложная и массивная инженерная конструкция, занимающая много ценного места на палубе, но компактный турбопарус – не единственный способ его сэкономить. Радикальнее прочих к этой задаче подошли французские кораблестроители из компании AirSeas , несколько лет назад выделившейся из концерна Airbus. Такое происхождение (и название) соответствует и главному проекту AirSeas, который основан на технологиях, разработанным для авиации и космонавтики.

Парус-кайт SeaWing нажатием кнопки выбрасывается с носовой части судна на высоту около 150 м. Растягиваясь силой ветра и удерживаясь под углом примерно 30°, он позволит снижать расход топлива сразу на 20 процентов. Стартап AirSeas уже подписал договор с японскими корабелами из K Line на установку полномасштабного кайта-паруса площадью 100 кв. м на одно из судов компании. Если опыт его использования окажется так успешен, как планируется, контракт может быть расширен, и K Line получит целую флотилию, оснащенную SeaWing.

Разработчики SeaWing отмечают, что, в отличие от аналогичных проектов, контроль за работой кайта должен происходить полностью в автоматическом режиме, чему в AirSeas уделяется особое внимание. Сложная компьютеризированная система должна работать, словно человек, удерживающий летающего змея в полете, – постоянно и осторожно меняя положение кайта так, чтобы тот «балансировал» в воздухе.

Ну а пока в SeaWing и K Line продолжают переговоры и испытания, компанией, которая может считаться лидером в области «парусников XXI века», остается финская Norsepower. Ее флагман – технология Rotor Sail, которая использует тот же эффект Магнуса, но реализована проще, нежели в «турбопарусах». Здесь используются простые вертикальные трубы, которые создают тягу, перпендикулярную обтекающему их ветру – роторы Флеттнера, названные в честь их создателя, одного из пионеров авиастроения Антона Флеттнера.

Еще в 2018-м в качестве эксперимента система Rotor Sail была смонтирована на пароме Viking Grace, а впоследствии – и на пароме M/V Copenhagen. Кроме того, она используется сухогрузом Maersk Pelican, который благодаря этому снизил расходы топлива на 8,2 процента за год. По оценкам разработчиков, если Rotor Sail будет оснащен весь танкерный флот мира, это уменьшит глобальные выбросы углекислого газа более чем на 30 млн тонн. А недавно в Norsepower объявили о создании складной системы: укладываясь на палубу, роторы позволят судам лучше сохранять устойчивость при сильном шторме, а также проходить под мостами.

Легко заметить, что даже самые смелые проекты парусников нового поколения выглядят лишь как развитие уже существующих решений, привычных для традиционного судостроения. По-настоящему вперед смотрит разве что команда норвежского инженера Терье Ладэ (Terje Lade), которая работает над концептом Vindskip. Идея состоит в том, чтобы улавливать ветер с помощью самого корпуса судна, подобно тому, как это реализовано на самолетах, выполненных по аэродинамической схеме «летающее крыло».

Компьютерные симуляции такой конструкции обещают снижение расхода топлива сразу на 60 процентов, а выбросов углекислого газа – на 80 процентов. Концепт Vindskip, к сожалению, пока так и не ушел дальше «бумажных» расчетов и дизайна. Тем не менее, он уже демонстрирует нам, как может выглядеть корабль будущего, изначально спроектированный для ветряной тяги.