Города и транспорт будущего. Часть первая: самоходный мост под парусом
Начинаю серию постов о том, как могут выглядеть города будущего и транспортная система, связывающая их воедино. Несложно будет заметить, что всё, что описано в этих постах, подчинено одной общей идее: человечеству можно и нужно активнее осваивать третье измерение, то есть высоту. Оно для этого будет поднимать над поверхностью Земли всё большие площади, и располагать их во всё большее количество этажей друг над другом, и затем заполнять их более мелкими стандартными модулями. Именно таким способом оно сможет радикально увеличить пассажировместимость космического корабля "Земля" и его способность снимать энергию с пристроенного к нему термоядерного реактора "Солнце". Первая часть - про морские перевозки.
Давным-давно, в далёком блоге шло обсуждение роторных парусов Антона Флеттнера, движущих судно под действием ветра за счёт эффекта Магнуса. И некто посмеялся над моим неосторожным заявлением, что в будущем и на контейнеровоз можно будет установить такие паруса и солнечные батареи. И это хорошо! Во-первых, некто раскрыл себя как врага прогресса (о, Император, вразуми их всех!), во-вторых, он стимулировал поиск мною ответа на вопрос: а каким может быть этот самый контейнеровоз под роторным парусом и солнечными батареями?
Вопрос на самом деле не праздный. Морской транспорт играл, играет и, несомненно, ещё долго будет играть важнейшую роль в истории мировой цивилизации, позволяя перемещать максимальные объёмы грузов на самые большие расстояния с минимальными затратами энергии и с минимальным выбросом углекислого газа в атмосферу. А контейнеровозы и близкие к ним суда (лихтеровозы, например) - вершина развития морских транспортников, которые продолжают стремительно развиваться. Но, к сожалению, пока развитие идёт количественно, а не качественно: увеличивается прежде всего вместимость, и только. А хочется, чтобы корабли будущего могли ходить по морю, вообще не сжигая топливо. И при этом были более безопасны для плавания, более быстрыми, менее требовательными к оборудованию и глубине портов, так как грядут большие изменения климата и географии, как естественные, так и вызванные деятельностью человека, в том числе геоинженерией и масштабными стройками на суше и в океане.
Сделать грузовой корабль полностью не требующим топлива можно, установив на него паруса и солнечные батареи большой площади. Опытные корабли на солнечных батареях уже существуют. Самое крупное из них, Turanor PlanetSolar, представляет собой, по сути, широкую плошадку с солнечными панелями, поднятую на четырёх стойках над двумя узкими корпусами. Паруса же пытались вернуть на морские грузовики давно, с начала 20 века. Наиболее интересной конструкцией парусов для них являются, по-видимому, роторные паруса немецкого инженера Антона Флеттнера (Anton Flettner), так как они занимают минимальную площадь на палубе и просто устроены. По сути, это просто вращающиеся цилиндры над палубой корабля. Недостаток их в том, что они должны быть приведены во вращение, однако энергию на это можно получать и от солнечных батарей. Современное грузовое судно, использующее роторы Флеттнера - это ролкер "E-Ship 1". Несколько необычна внешность этого корабля - четыре узких цилиндра расположены по углам прямоугольника, из-за чего вся конструкция напоминает перевёрнутый стол. К сожалению, для нынешних контейнеровозов ни солнечные батареи на верхней палубе, ни роторы Флеттнера не подходят, так как в полностью загруженном виде практически вся палуба у них занята огромным штабелем из контейнеров и надстройкой. И коль скоро уменьшать вместимость контейнеровозов нежелательно, по экономическим и экологическим соображениям, то штабель этот никуда не денется. Но способ помирить его с большими солнечными батареями и роторными парусами существует!
В начале 20 века канадец Edward R. Armstrong придумал конструкцию самоходного морского аэродрома, который мог использоваться в открытом море. По сути, это была большая прямоугольная площадка, поднятая из воды на хорошо обтекаемых водоизмещающих стойках. Полюбоваться на неё можно здесь:
http://p-d-m.livejournal.com/351718.html
Примерно в то же время другой изобретатель, выходец из Новой Шотландии, Фредерик Джордж Крид (Frederick G. Creed) работал над конструкцией корабля, позволяющей сделать его нечувствительной к качке. И в 1938 году представил её Британскому морскому флоту. Его проект морского аэродрома ("seadrome") внешне похож на предложеный Армстронгом, но отличается от него тем, что стойки, на которые опирается корпус-площадка, соединены под водой с двумя длиными корпусами наподобие подводных лодок. Краткий пересказ трагичной истории Крида и пример судна его конструкции можно посмотреть здесь:
http://korabley.net/news/2009-03-18-185/
Сегодня суда такой конструкции называются SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) - двухкорпусное судно с малой площадью ватерлинии. Их отличительные особенности - очень большая устойчивость, большая площадь палубы и высокая скорость. Кораблестроители, разумеется, не оставили их без внимания. По такой схеме проектировались и круизные лайнеры, и контейнеровозы, например "Trisec" и "Sea Sulky":
http://www.seaships.ru/katamaran.htm
По схеме SWATH был построен круизный лайнер "Radisson Diamond" и несколько более мелких специализированных судов. Однако пока контейнеровозы-SWATH так и остаются в проектах, несмотря на очевидные преимущества перед обычными.
Близкими по конструкции являются морские полупогружные самоходные платформы, на которых обычно размещают нефтяные вышки. Однако на их базе делали и платформу для космических запусков "Морской старт", и огромный радар Sea-Based X-Band Radar (SBX) для противоракетной обороны США:
http://masterok.livejournal.com/184663.html?thread=17282135
Несложно увидеть, что, как и SWATH, эти суда представляют собой плоскую площадку, высоко поднятую над водой на стойках, опирающихся на два подводных корпуса. Отличие от SWATH в том, что полупогружные платформы способны изменять свою осадку в широких пределах с помощью балластных цистерн, и в том, что у них высоко над водой находятся весьма массивные и громоздкие конструкции.
Наконец, ещё одна похожая конструкция была предложена в СССР Робертом Ряйккененом для небольших парусных судов. Он назвал её "полимаран" и "арочный плот". В ней несколько длинных узких корпусов (семь штук в построенном образце под названием "Спрут") разной длины (центральные длиннее краевых) расположены в два яруса. Благодаря этому судно получает маленькую осадку, высокую скорость, хорошую остойчивость, большую площадь палубы. А главное - такое расположение корпусов эффективно противостоит ударам волн и зарыванию в волны, так как автоматически увеличивает плавучесть при необходимости и действует как волнолом.
Итак, какой же из всего этого выводится облик парусного контейнеровоза с солнечными батареями? А вот какой. Внизу - широкий "арочный плот" Ряйккенена, дополненный балластными цистернами, как на полупогружных самоходных платформах. Это позволяет судну в открытом море превращаться в многокорпусный вариант SWATH с его отличной усточивостью, а рядом с берегом - в полимаран с его маленькой осадкой. Выше, на стойках, вне досягаемости волн - площадка в форме квадрата. Стойки уходят высоко вверх, как на полупогружных платформах, и венчаются верхней площадкой, словно крышей, на которой располагаются солнечные панели, как на Turanor PlanetSolar. Их площадь на крупном контейнеровозе может измеряться в футбольных полях. А вот между крышей и площадкой возможны два варианта.
Первый - там находятся несколько ярусов площадок, на которых стоят, под которыми подвешены или внутри которых в тоннелях расположены слоями контейнеры и выдвижные стрелы мостовых кранов для быстрой погрузки и разгрузки. Площадки разделены рядами колонн, вокруг которых вращаются турбопаруса Флеттнера. Второй вариант: контейнеры стоят штабелем внутри многоэтажной ферменной конструкции, вокруг которой вращаются несколько широких роторов Флеттнера большого диаметра, расположенных в несколько ярусов друг над другом. Эти кольцевые паруса могут быть выполнены гибкими, телескопическими или наподобие гармошки, чтобы их можно было опускать, убирая при погрузке и разгрузке. Их вращение напоминает движение поездов по кольцевой дороге, которая может быть и монорельсовой с магнитным подвесом, как у поезда "Маглев". Питаются они от солнечных батарей, часть которых можно разместить прямо на них. Однако может быть ещё более заманчивая возможность. Есть такой изобретатель, Нурбей Владимирович Гулиа, известный тем, что предлагает в качестве устройств для запасения энергии использовать супермаховики. Свои идеи он в легкодоступной форме изложил в книге "В поисках «энергетической капсулы»". Там есть два интересных предложения: во-первых, супермаховик может располагаться внутри вращающейся оболочки, а во-вторых, особенно ёмкие супермаховики могут быть выполнены в виде колец, движущихся, словно замкнутые поезда по кольцевым путям. То есть, супермаховики можно, в принципе, совместить с кольцевыми парусами. Они раскручиваются в порту от электростанции, а дальше весь рейс вращают паруса, а если ветра нету, то от них работают электромоторы с гребными винтами. Маховики и паруса ещё и действуют как гироскопы, удерживая судно в вертикальном положении и не давая раскачиваться.
Можно грубо прикинуть некоторые размеры судна. Строящиеся крупнейшие контейнеровозы Post-Triple E-Class вмещают более 21000 TEU, контейнеров длиной 20 футов. Длина такого контейнера 6,1 метров, ширина в 2.5 раз меньше - 2.44 метра, высота 2.59 метров. Следовательно, 25000 TEU размещённые продольно по 100 штук в 250 рядах займут квадрат 610 х 610 метров. Если ставить эти контейнеры в 16 этажей, как на крупнейших сегодня контейнеровозах Maersk Triple E class, то получится штабель с основанием 150 х 150 метров и высотой 41.5 метров. С учётом перегородок, перекрытий, колонн и парусов (по второму варианту), понадобится площадка примерно 250 х 250 метров и ещё около 60 метров высоты от нижней поверхности "пола" до "крыши". Для сравнения, радар SBX от киля до верхушки купола - 86 метров, главная палуба размером 70 х 119 метров, а длина крупнейших контейнеровозов около 400 метров.
За большую ширину, превышающую возможности Суэцкого и Панамского каналов, можно не волноваться. В светлом будущем будут построены каналы где нужно и какой требуется ширины, к тому же суша и так будет терраформирована в острова, разделёные проливами, а океан застроен искусственными островами-башнями.
Несложно заметить, что эта конструкция - не что иное как поднятый и продублированый несколько раз кусок поверхности планеты размером с 18 футбольных полей, и проделано это, по сути, с помощью многоэтажного моста между ферменными башнями. Самоходного, и приводимого в действие ветром и электричеством. К этому сравнению с мостом, башнями и умножением этажности земной поверхности я буду прибегать ещё не раз.
Давным-давно, в далёком блоге шло обсуждение роторных парусов Антона Флеттнера, движущих судно под действием ветра за счёт эффекта Магнуса. И некто посмеялся над моим неосторожным заявлением, что в будущем и на контейнеровоз можно будет установить такие паруса и солнечные батареи. И это хорошо! Во-первых, некто раскрыл себя как врага прогресса (о, Император, вразуми их всех!), во-вторых, он стимулировал поиск мною ответа на вопрос: а каким может быть этот самый контейнеровоз под роторным парусом и солнечными батареями?
Вопрос на самом деле не праздный. Морской транспорт играл, играет и, несомненно, ещё долго будет играть важнейшую роль в истории мировой цивилизации, позволяя перемещать максимальные объёмы грузов на самые большие расстояния с минимальными затратами энергии и с минимальным выбросом углекислого газа в атмосферу. А контейнеровозы и близкие к ним суда (лихтеровозы, например) - вершина развития морских транспортников, которые продолжают стремительно развиваться. Но, к сожалению, пока развитие идёт количественно, а не качественно: увеличивается прежде всего вместимость, и только. А хочется, чтобы корабли будущего могли ходить по морю, вообще не сжигая топливо. И при этом были более безопасны для плавания, более быстрыми, менее требовательными к оборудованию и глубине портов, так как грядут большие изменения климата и географии, как естественные, так и вызванные деятельностью человека, в том числе геоинженерией и масштабными стройками на суше и в океане.
Сделать грузовой корабль полностью не требующим топлива можно, установив на него паруса и солнечные батареи большой площади. Опытные корабли на солнечных батареях уже существуют. Самое крупное из них, Turanor PlanetSolar, представляет собой, по сути, широкую плошадку с солнечными панелями, поднятую на четырёх стойках над двумя узкими корпусами. Паруса же пытались вернуть на морские грузовики давно, с начала 20 века. Наиболее интересной конструкцией парусов для них являются, по-видимому, роторные паруса немецкого инженера Антона Флеттнера (Anton Flettner), так как они занимают минимальную площадь на палубе и просто устроены. По сути, это просто вращающиеся цилиндры над палубой корабля. Недостаток их в том, что они должны быть приведены во вращение, однако энергию на это можно получать и от солнечных батарей. Современное грузовое судно, использующее роторы Флеттнера - это ролкер "E-Ship 1". Несколько необычна внешность этого корабля - четыре узких цилиндра расположены по углам прямоугольника, из-за чего вся конструкция напоминает перевёрнутый стол. К сожалению, для нынешних контейнеровозов ни солнечные батареи на верхней палубе, ни роторы Флеттнера не подходят, так как в полностью загруженном виде практически вся палуба у них занята огромным штабелем из контейнеров и надстройкой. И коль скоро уменьшать вместимость контейнеровозов нежелательно, по экономическим и экологическим соображениям, то штабель этот никуда не денется. Но способ помирить его с большими солнечными батареями и роторными парусами существует!
В начале 20 века канадец Edward R. Armstrong придумал конструкцию самоходного морского аэродрома, который мог использоваться в открытом море. По сути, это была большая прямоугольная площадка, поднятая из воды на хорошо обтекаемых водоизмещающих стойках. Полюбоваться на неё можно здесь:
http://p-d-m.livejournal.com/351718.html
Примерно в то же время другой изобретатель, выходец из Новой Шотландии, Фредерик Джордж Крид (Frederick G. Creed) работал над конструкцией корабля, позволяющей сделать его нечувствительной к качке. И в 1938 году представил её Британскому морскому флоту. Его проект морского аэродрома ("seadrome") внешне похож на предложеный Армстронгом, но отличается от него тем, что стойки, на которые опирается корпус-площадка, соединены под водой с двумя длиными корпусами наподобие подводных лодок. Краткий пересказ трагичной истории Крида и пример судна его конструкции можно посмотреть здесь:
http://korabley.net/news/2009-03-18-185/
Сегодня суда такой конструкции называются SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) - двухкорпусное судно с малой площадью ватерлинии. Их отличительные особенности - очень большая устойчивость, большая площадь палубы и высокая скорость. Кораблестроители, разумеется, не оставили их без внимания. По такой схеме проектировались и круизные лайнеры, и контейнеровозы, например "Trisec" и "Sea Sulky":
http://www.seaships.ru/katamaran.htm
По схеме SWATH был построен круизный лайнер "Radisson Diamond" и несколько более мелких специализированных судов. Однако пока контейнеровозы-SWATH так и остаются в проектах, несмотря на очевидные преимущества перед обычными.
Близкими по конструкции являются морские полупогружные самоходные платформы, на которых обычно размещают нефтяные вышки. Однако на их базе делали и платформу для космических запусков "Морской старт", и огромный радар Sea-Based X-Band Radar (SBX) для противоракетной обороны США:
http://masterok.livejournal.com/184663.html?thread=17282135
Несложно увидеть, что, как и SWATH, эти суда представляют собой плоскую площадку, высоко поднятую над водой на стойках, опирающихся на два подводных корпуса. Отличие от SWATH в том, что полупогружные платформы способны изменять свою осадку в широких пределах с помощью балластных цистерн, и в том, что у них высоко над водой находятся весьма массивные и громоздкие конструкции.
Наконец, ещё одна похожая конструкция была предложена в СССР Робертом Ряйккененом для небольших парусных судов. Он назвал её "полимаран" и "арочный плот". В ней несколько длинных узких корпусов (семь штук в построенном образце под названием "Спрут") разной длины (центральные длиннее краевых) расположены в два яруса. Благодаря этому судно получает маленькую осадку, высокую скорость, хорошую остойчивость, большую площадь палубы. А главное - такое расположение корпусов эффективно противостоит ударам волн и зарыванию в волны, так как автоматически увеличивает плавучесть при необходимости и действует как волнолом.
Итак, какой же из всего этого выводится облик парусного контейнеровоза с солнечными батареями? А вот какой. Внизу - широкий "арочный плот" Ряйккенена, дополненный балластными цистернами, как на полупогружных самоходных платформах. Это позволяет судну в открытом море превращаться в многокорпусный вариант SWATH с его отличной усточивостью, а рядом с берегом - в полимаран с его маленькой осадкой. Выше, на стойках, вне досягаемости волн - площадка в форме квадрата. Стойки уходят высоко вверх, как на полупогружных платформах, и венчаются верхней площадкой, словно крышей, на которой располагаются солнечные панели, как на Turanor PlanetSolar. Их площадь на крупном контейнеровозе может измеряться в футбольных полях. А вот между крышей и площадкой возможны два варианта.
Первый - там находятся несколько ярусов площадок, на которых стоят, под которыми подвешены или внутри которых в тоннелях расположены слоями контейнеры и выдвижные стрелы мостовых кранов для быстрой погрузки и разгрузки. Площадки разделены рядами колонн, вокруг которых вращаются турбопаруса Флеттнера. Второй вариант: контейнеры стоят штабелем внутри многоэтажной ферменной конструкции, вокруг которой вращаются несколько широких роторов Флеттнера большого диаметра, расположенных в несколько ярусов друг над другом. Эти кольцевые паруса могут быть выполнены гибкими, телескопическими или наподобие гармошки, чтобы их можно было опускать, убирая при погрузке и разгрузке. Их вращение напоминает движение поездов по кольцевой дороге, которая может быть и монорельсовой с магнитным подвесом, как у поезда "Маглев". Питаются они от солнечных батарей, часть которых можно разместить прямо на них. Однако может быть ещё более заманчивая возможность. Есть такой изобретатель, Нурбей Владимирович Гулиа, известный тем, что предлагает в качестве устройств для запасения энергии использовать супермаховики. Свои идеи он в легкодоступной форме изложил в книге "В поисках «энергетической капсулы»". Там есть два интересных предложения: во-первых, супермаховик может располагаться внутри вращающейся оболочки, а во-вторых, особенно ёмкие супермаховики могут быть выполнены в виде колец, движущихся, словно замкнутые поезда по кольцевым путям. То есть, супермаховики можно, в принципе, совместить с кольцевыми парусами. Они раскручиваются в порту от электростанции, а дальше весь рейс вращают паруса, а если ветра нету, то от них работают электромоторы с гребными винтами. Маховики и паруса ещё и действуют как гироскопы, удерживая судно в вертикальном положении и не давая раскачиваться.
Можно грубо прикинуть некоторые размеры судна. Строящиеся крупнейшие контейнеровозы Post-Triple E-Class вмещают более 21000 TEU, контейнеров длиной 20 футов. Длина такого контейнера 6,1 метров, ширина в 2.5 раз меньше - 2.44 метра, высота 2.59 метров. Следовательно, 25000 TEU размещённые продольно по 100 штук в 250 рядах займут квадрат 610 х 610 метров. Если ставить эти контейнеры в 16 этажей, как на крупнейших сегодня контейнеровозах Maersk Triple E class, то получится штабель с основанием 150 х 150 метров и высотой 41.5 метров. С учётом перегородок, перекрытий, колонн и парусов (по второму варианту), понадобится площадка примерно 250 х 250 метров и ещё около 60 метров высоты от нижней поверхности "пола" до "крыши". Для сравнения, радар SBX от киля до верхушки купола - 86 метров, главная палуба размером 70 х 119 метров, а длина крупнейших контейнеровозов около 400 метров.
За большую ширину, превышающую возможности Суэцкого и Панамского каналов, можно не волноваться. В светлом будущем будут построены каналы где нужно и какой требуется ширины, к тому же суша и так будет терраформирована в острова, разделёные проливами, а океан застроен искусственными островами-башнями.
Несложно заметить, что эта конструкция - не что иное как поднятый и продублированый несколько раз кусок поверхности планеты размером с 18 футбольных полей, и проделано это, по сути, с помощью многоэтажного моста между ферменными башнями. Самоходного, и приводимого в действие ветром и электричеством. К этому сравнению с мостом, башнями и умножением этажности земной поверхности я буду прибегать ещё не раз.