Роторы, крылья, воздушные змеи – необычные паруса на службе у флота

Вполне может быть, что будущее торгового флота – за парусниками. Вот только конструкция их будет совершенно непохожей на ту, что использовалась в прошлых веках.

Подавляющее большинство современных парусников несёт косое бермудское парусное вооружение. Простое в управлении и с отличными тяговыми характеристиками оно сумело вытеснить прямое парусное вооружение, применявшееся до этого веками, ещё со времён Древнего Египта.

Исторически паруса делались из ткани, иногда из кожи, китайские джонки плавали под бамбуковыми парусами. Развитие науки привело к появлению более практичных и надёжных парусов из синтетических тканей. Но прогресс не стоит на месте и инженеры подчас предлагают весьма интересные конструкции, призванные заменить собой традиционный подход. О некоторых наиболее необычных проектах и хотелось бы рассказать в данном материале.

Для чего нужны необычные паруса

Когда речь заходит о необычных парусах, то первое, что приходит в голову – это суперъяхта «Мальтийский сокол». Но у данного судна необычны не столько сами паруса, сколько несущие их мачты. А хотелось бы рассказать именно о необычных парусах, для изготовления которого далеко не всегда применяется ткань.

Казалось бы, а для чего вообще нужно заново изобретать парус? В торговом флоте парусники уже более столетия назад были потеснены пароходами, выглядящими не столь романтично, как бегущие по волнам клиперы, зато куда менее зависящими от капризов погоды и более простыми в управлении. Казалось бы, парус сегодня – это удел малых и больших яхт, создаваемых для удовольствий, которые не в состоянии подарить никакой дизель. Но инженеры, разрабатывающие новые конструкции парусов, ищут прежде всего экономической выгоды.

Идея в том, что если оснастить грузовой корабль дополнительным парусным вооружением, это позволит снизить стоимость его эксплуатации, за счёт снижения уровня расхода топлива. И в самом деле, зачем жечь стоящее денег горючее, если можно использовать бесплатную силу ветра, пусть даже эпизодически? Да и экологические вопросы встают всё острее.

Ранние пароходы обязательно оснащались также и мачтами с прямым и косым вооружением, но время показало несостоятельность таких «гибридов». И как только появились достаточно надёжные двигатели, от парусов с радостью отказались. Мачты утяжеляют всю конструкцию, мешают развитию палубных надстроек и трюмов, требуют специально обученного экипажа. Трудно представить себе как выглядел бы современный контейнеровоз, если его оснастить мачтами с парусами. Странная получилась бы конструкция.

Иными словами, поставить «классическое» парусное вооружение, пусть даже и вспомогательное, на современный сухогруз или танкер невозможно. Использование же системы DynaRig, применяемой на «Мальтийском соколе», неоправданно в силу её сложности и дороговизны.

Требуется создать нечто недорогое и не слишком «навороченное». Сразу отметим, что справиться с этой задачей пока ещё никому не удалось. Существуют очень интересные проекты и разработки, но все они скорее опытные образцы, будущее которых пока ещё не ясно.

Ротор вместо паруса

Интересно, что задействованное на «Мальтийском соколе» парусное вооружение DynaRig изначально предназначалось именно для крупнотоннажных грузовых судов. Конструкция была разработана инженером Вильгельмом Прельссом в 60-х годах прошлого века. Изобретатель запатентовал своё творение и даже основал компанию, которая должна была строить DynaRig для сухогрузов. Но к новинке отнеслись с сомнением, да и технологии тех лет просто не позволяли создать действительно практичную, надёжную и удобную конструкцию. Что и говорить, современные суперъяхты с таким вооружением просто напичканы специальной электроникой, управляемой при помощи компьютера.

Предпринимались и другие попытки. Так, многим, кто смотрел захватывающие съёмки о путешествиях знаменитого исследователя Жака-Ива Кусто, знакомо судно «Алсион» (у нас оно известно также и как «Алкиона»), особенностью которого стали два турбопаруса. Движущая сила создаётся из-за разницы в скорости протекания ветра с разных сторон конструкции, создающей вокруг себя вихревое движение. В результате с одной стороны паруса образуется разряжение и он начинает работает как крыло.

Впервые турбопарус был применён ещё в 1924 году немецким изобретателем Антоном Флетнером, который переделал трёхмачтовую шхуну «Букау» в роторное судно с двумя «парусами» высотой в 13 метров. Эксперимент оказался успешным, никаких особых недостатков так и не выявили. Для создания необходимых завихрений роторные паруса в форме обычных цилиндров вращались электродвигателями, судно могло двигаться даже под углом в 25 градусов к встречному ветру, что невозможно в случае с классическими парусниками. Бывшая шхуна без проблем пересекла Атлантический океан, доказав пригодность подобного движителя.

Результатом успеха «Букау» стала постройка роторного сухогруза «Барбара», оснащённого уже 3-мя 17-метровыми цилиндрами. Но тут началась Великая депрессия, за которой последовал мировой кризис и стало не до экспериментов. В результате «Барбару» переоборудовали в обычный сухогруз с винтами. О турбопарусе на десятилетия забыли.

Вновь этот проект был возрождён командой Кусто, которая хотела построить корабль, способный использовать бесплатную силу ветра вместе с обычными дизелями, но не являющийся при этом классическим парусником. В результате в 1985 году на воду был спущен «Алсион». Создатели уникального судна доработали идеи Флеттнера, а турбопаруса (куда более сложной конструкции, нежели на «Букау») использовались уже как дополнительный, а не основной движитель. Судно оказалось очень удачным, а использование роторов позволило на 35% снизить расход топлива.

Вдохновлённые успехом исследователи начали строительство ещё более совершенного судна с турбопарусами, которое должно было получить название «Калипсо II». Но в 1997 году Кусто скончался и проект был остановлен. Будущее его под большим сомнением.

Но на этот раз о технологии не забыли и в 2008 году в Германии был спущен на воду «грузовик» E-Ship 1, длиной в 130 метров, оснащённый сразу 4-мя турбопарусами, по конструкции схожими с теми, что некогда задействовал Флетнер. Использование силы ветра позволяет судну экономить, согласно заявлению построившей его компании Enercon, до 1,2—1,7 МВт мощности.

Также тестированием данного направления занимается и крупнейшая в мире морская судоходная компания Maersk Pelican, оборудовавшая двумя такими парусами танкер. Предприятие оказалось успешным и компания заявила о намерении продолжить работы в данном направлении. Можно не сомневаться, что её примеру последуют и другие.

Паруса-крылья

Идея задействовать в качестве паруса вертикально поставленное жёсткое крыло также не нова и тоже появилась ещё в самом начале 20-го века, когда авиация ещё только-только начинала развиваться. Впрочем, долгое время идея паруса-крыла оставалась невоплощённой, первые суда начали появляться только в 40-х годах, и всё это были небольшие экспериментальные яхты. Затем, начиная с 60-х годов, эксперименты с подобным движителем стали обычным явлением в мире спортивных и даже круизных яхт.

Пожалуй, самым известным случаем использования паруса-крыла можно назвать тримаран USA-17 (он же BOR90), построенный BMW Oracle Racing для участия в 33-й гонке за Кубок Америки. Вместо традиционного грота было установлено жёсткое крыло из двух независимых секций, изготовленных из углепластика. Яхта показала великолепные результаты, победив Alinghi 5 со счётом 2:0. Причём в некоторых случаях USA-17 ходила только под одним крылом, убирая стаксель, в то время как его конкурент постоянно использовал оба паруса.

Существуют также и проекты грузовых судов, использующих подобные паруса в качестве основного движителя. Но если раньше это были лишь скорее инженерные мечты, то появление новых технологий позволило начать воплощать их в жизнь. Например, шведским консорциумом из целого ряда компаний и организаций был представлен проект wind Powered Car Carrier или сокращённо wPCC. Это 220-метровый  «грузовик», создаваемый специально для переводки автомобилей – до 7000 за один рейс. И хотя он всё же имеет дизельные двигатели для повышения безопасности и маневрирования в тесных акваториях, ожидается, что 90% пути будут преодолеваться именно благодаря энергии ветра.

Естественно, это потребует больше времени, по сравнению с дизельным судном – порядка 2-х недель вместо привычной одной. Но ведь wPCC не будет перевозить скоропортящиеся грузы. Ожидается, что первый в мире парусный автомобилевоз спустят на воду в середине 2022 года. И если эксперимент окажется успешным, то можно ожидать появления множества подобных судов в будущем.

Воздушный змей

Данный тип движителя интереснее описанных выше роторов и крыльев тем, что в теории его можно задействовать практически на любом современном судне, без необходимости вносить сложные изменения в конструкцию. Не нужно никаких мачт, достаточно просто создать большой воздушный змей и закрепить его на носу. Именно по этой причине кайт-паруса выглядят наиболее перспективными с точки зрения массовости использования в обозримом будущем.

И эта идея также не нова, первые эксперименты с кайт-парусами проводились в начале 20-го века. Но начавшиеся мировые войны не позволили сколь-нибудь серьёзно развить данное направление. Впоследствии к нему неоднократно возвращались, но всё сводилось фактически к смелым и необычным идеям и патентам. В итоге кайт-паруса использовались лишь на маломерных судах.

По-настоящему масштабными работами в данном направлении занялась немецкая компания SkySails GmbH & Co, основанная в 2001 году и занявшаяся созданием воздушных змеев для использования в качестве парусов. Разрабатываемая конструкция состоит, собственно, из самого змея, площадью несколько сотен квадратных метров, и управляющей им специальной и довольно сложной электронной системы.

Первым судном, на котором была установлена разработка компании, стал 132-метровый контейнеровоз MS Beluga SkySails, оснащённый воздушным змеем, площадью в 1700 квадратных метра, работающий на высотах от 100 до 500 метров. Первое же плавание, совершенное по маршруту Германия – Венесуэла – США –  Норвегия, подтвердило эффективность кайт-паруса, который позволял экономить порядка 10-15% горючего ежедневно, а в некоторых случаях даже больше (по утверждению компании – до 20%).

Правда, есть и один серьёзный недостаток – воздушного змея можно использовать далеко не всегда. Например, идти практически против ветра, как в случае в турбопарусами, тут никак не получится. Но в целом экономическая выгода от данного проекта очевидна.

Окрылённая успехом компания SkySails поставила перед собой амбициозную задачу оснастить кайтами сотни кораблей по всему миру. И процесс этот действительно начался, но идёт он далеко не такими быстрыми темпами, как на то надеялись разработчики. Проблема пришла с неожиданной стороны – судовладельцы, которые должны делать инвестиции, обычно не платят за топливо, это обязанность фрахтователя. Фрахтователь же с другой стороны не фрахтует судно на достаточно долгий срок, что не позволит окупить подобные технологии.

К тому же топливо сегодня стоит не очень дорого, а объёмы выбросов парниковых газов судами пока не регламентируются никакими законодательствами. Но хотелось бы верить, что эта ситуация изменится к лучшему уже в самое ближайшее время.

Заглядывая в будущее

Какими они будут, парусники будущего? Задействуют ли при их строительстве имеющиеся технологии или же в ближайшие годы нас ожидает появление множества новых и очень интересных разработок? Пока можно лишь гадать и строить предположения.

Но не стоит даже сомневаться – уже в ближайшие несколько десятилетий по мировому океану повсеместно будут курсировать суда, активно использующие силу ветра и не боящиеся регулярных энергетических кризисов. На большинстве из них паруса станут использовать в качестве вспомогательных движителей для экономии топлива. Но будут встречаться и настоящие грузовые парусники, пусть даже и ничем не похожие на галеоны ушедших эпох.