Текст книги "Энергия волн"
Автор книги: Дэвид Росс
Жанр:
Технические науки
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц)
Глава 1. Как все начиналось
«Движение и чередующаяся неровность волн, которые, поднявшись словно горы, затем опускаются вниз, увлекают за собой все тела, находящиеся на них. Огромный тяжелый корабль, который не приподнимет никакая сила, подчиняется легчайшему колебанию волны. Если допустить, что этот корабль приподнят рычагом, то можно получить представление о самой мощной машине из когда-либо существовавших…»
Стиль французского оригинала данного текста отражает величественность проекта: «La mobilite et l’inegalite successive des vagues, apres s’etre eleves come des montagnes…» Эти слова написаны 12 июля 1799 г. отцом и сыном Жерар из Парижа, подавшими первый в мире патент на проект использования энергии волн. Судьба проекта неизвестна. Идея заключалась в том, чтобы построить гигантский рычаг с точкой опоры на берегу и «телом» корабля на конце рычага, находящемся в море. Когда тело поднимается и опускается «на большую или меньшую высоту, соответствующую амплитуде волны», береговое плечо рычага, двигающееся вверх-вниз, можно было бы присоединить к помпам, к колесу с бадьями на спицах и пр. или непосредственно к мельницам, сукновальным машинам, кузнечным молотам, пилам и пр.» Приложение содержало серию красиво выполненных чертежей, изображающих плавающее судно вроде понтона или плоскодонки. Это было изобретение, аналогичное проекту составного плота, над которым сэр Кристофер Коккерель работает сегодня в Соленте.
Патент был обнаружен и переведен на английский Алленом Е. Хидденом, инженером Королевского университета в Белфасте, разработавшим новый очень перспективный тип турбины, Идея изобретения принадлежит профессору А.А. Уэллсу, члену Королевского общества, и турбина названа его именем. Мастерски сделанный перевод свидетельствует о том, что инженеры и ученые – образованные люди и даже знают иностранные языки, тогда как бакалавры искусств, кажется, иногда почти гордятся тем, что никто из них не знает, отчего крутится колесо.
Жерары не исчезли бесследно. Можно отыскать ссылки на турбину, носящую их имя, которая использовалась для усовершенствования водяной мельницы. Но должно было пройти немало времени, прежде чем инженерная техника и научный взгляд на природу волн приблизились к тому, чтобы считать волновую энергетику практической возможностью.
Это случилось спустя 174 года, тягостной зимой 1973, когда м-с Маргарет Солтер повернулась к мужу и сказала: «Хватит валяться и жалеть себя. Почему бы тебе не найти выход из энергетического кризиса?» У Стефана Солтера, инженера из Эдинбургского университета, был грипп. Арабо-Израильская война довела нефтяной кризис до критической стадии, и все сознавали, что энергия окажется весьма дорогостоящей и, возможно, дефицитной. Арабы могли бойкотировать Запад, они могли бы во всяком случае взвинтить цены и создать хаос в нашей экономике. И как это часто бывает, именно рост цен привлек к проблеме пристальное общественное внимание. Когда цена на бензин с 30 пенсов за галлон приблизилась к прогнозируемой – один фунт, до всех внезапно дошло, что дело обстоит скверно. Кризис представлял что-то большее, чем пророчества думвотчера[3]3
Думвотчер – ведущий многосерийной научно-фантастической телепередачи Би-би-си в 1960 – 1971 годах «Вахта последнего дня мира». – Прим. пер.
[Закрыть] о близком конце.
Обсуждение того, насколько реален затяжной кризис, можно вести, пока не погаснет свет. Большинство футурологов обожает графики, которые экстраполируют современную тенденцию на весьма отдаленное будущее. Им не требуется, чтобы их понимали буквально. Мы знаем, что демографы не в состоянии обосновать строительство школ или предсказать рождаемость хотя бы на пять лет вперед и склонны переносить показатели последних лет на неопределенное будущее. Мы знаем, что планировщики городов могут предлагать за большие деньги людям покинуть городские центры, потому что те становятся перенаселенными, а через несколько лет призывать людей вернуться обратно. Мы знаем, что казначейство систематически ошибается в расчетах. И мы должны принять во внимание, что прогнозы расхода топлива чаще основываются на убеждении, что рост потребления будет поддерживаться сам собой на уровне 3,5%.
Но допустим, что прогнозы в любом из аспектов, который вам предпочтительней, окажутся явно ошибочными. Тогда все еще будет неопровержимым факт, что расходуется ископаемое топливо такими темпами, которые не могут неограниченно долго сохраняться. Даже если рост потребления заморозится, даже если страны третьего мира не будут промышленно развиваться, в мире в один прекрасный день не окажется нефти, угля, газа и урана. И атмосфера по мере отработки этого топлива будет загрязняться. Это обрекает десятки тысяч людей на нечеловеческие условия добычи угля под землей. Весьма вероятно, что, если такой процесс будет продолжаться, энергия станет дорогой и дефицитной. Нехватка ее будет угрожать всему – от развлекательного автовождения до работы шахтных трансмиссий. В лучшем случае придется нормировать использование энергии, в худшем – нестись вперед без оглядки и предоставить внукам разбираться в последствиях.
Почти нет сомнений, что общество предпочло бы самый легкий путь – пусть будущее само заботится о себе, – если бы выбор определялся только предостережениями. К счастью, рост цен действует отрезвляюще, делая кризис реальностью.
Важно понять значение последствий. Не будь сознания ситуации, главным образом в правительстве, поддерживаемого также общим ощущением беспокойства, случайное замечание м-с Солтер, если она действительно его сделала, не имело бы положительных последствий. Утки Солтера, если бы их когда-нибудь изобрели, пополнили бы длинный список изобретений, представленных в бюро патентов Лондона или столицы другой страны, и этим все было бы исчерпано.
Но из-за цен на нефть в 1973 г. предложение м-с Солтер по своей значительности может войти в историю, как стал историческим тот день, когда около 200 лет назад Джеймс Уатт, подметив, надо думать, что сила пара поднимает крышку чайника, принялся изобретать паровую машину. Конечно, нет уверенности, что было именно так. Авторитеты считают, что это один из тех исторических анекдотов, истинность которых неудостоверяема, подобно тому (оставаясь в рамках темы), как нет согласия в вопросе, действительно ли король Кнуд[4]4
Кнуд Великий (995 – 1035), король Дании, Англии и Норвегии. – Прим, пер.
[Закрыть] верил, что волны должны ему повиноваться. Но несомненно, что м-с Солтер является матерью современных конструкций в волновой энергетике. Она – психолог, также из Эдинбургского университета, и правильно оценила реакцию мужа. Он не взорвался от бешенства, баюкая свою болезнь. Вместо этого он пораскинул мозгами и начал работать. Его жена, как впоследствии поведал он сам с оттенком сердитого юмора, выказала «черствое равнодушие» к его жалкому состоянию. «То, что она хотела, – сказал мне м-р Солтер в своей лаборатории, – было чем-то таким, что должно обеспечить обильное поступление необходимой энергии, должно быть чистым и безопасным, вырабатываться зимой в Шотландии и пребывать вовеки». И сухо добавил: «Для инженера хорошо, когда требования к проекту ясно определены». Может быть, еще лучше отметить, что начиная с того дня м-р Солтер и другие инженеры, работающие в этой области, успешно делают как раз то, что потребовала достойная леди.
Скажем яснее: мы можем оказаться на пороге новой промышленной революции, обязанной получению необходимой энергии от непрекращающегося движения волн.
Это не новая идея. С тех пор как мсье Жерар с сыном опубликовали свой проект, в одной только Англии было зарегистрировано около трех с половиной сотен аналогичных патентов.
Большая часть их, подобно схеме Жераров, базировалась на идеях, которые тогда, а многие и сейчас, были нереализуемы. Но все они внушались картиной, которую каждый мог видеть и прочувствовать. Каждый, кому приходилось стоять на палубе корабля, на пирсе или на берегу, не мог не восхищаться растрачиваемой мощью безостановочно, в бесцельном яростном возбуждении накатывающихся и обрушивающихся волн. Все с детства знают, что до паровой машины водяное колесо было основным источником энергии. Логично заключить, что водяное колесо, погруженное в океан, сможет выполнять такую же работу. Есть, однако, загвоздка: видимость поступательного движения волн обманчива, волны имеют специфический характер, который в деталях рассмотрим позже. Движение волн не похоже на поток, стекающий со склона холма в мельничный лоток и вращающий жернова. Так ведет себя лишь прилив, но с ним – свои трудности. В Англии есть только одно место, действительно привлекательное для возведения приливной плотины, и это – Северн. К недостаткам использования приливов относятся огромные затраты на капитальное строительство. Достоинство же волновой энергетики в том, что ее можно создать на модульном базисе из «грошовых кусков». А это не следует сбрасывать со счетов.
Я не хочу касаться приливной энергии, использование которой подходит другим странам более, чем нам. Равным образом солнечная энергия может быть главным энергетическим источником в странах, где больше солнца, но и в Англии она принесет пользу, если ее использовать, скажем, для подогрева воды в частных домах. Ветровая энергия предпочтительнее в странах вроде Канады, где на много миль простираются необитаемые возвышенности, но было бы ошибкой думать, что получение такой энергии когда-нибудь оправдается в британской среде: очаровательная идея насаждения ветряных мельниц в сельской местности не имеет энергетической значимости. Ветровая энергия может, как и солнечная, осветить отдельные фермы, но, если бы мы вздумали использовать ветер как основной источник энергии, понадобились бы громадные, очень шумные аэрогенераторы с горизонтальными крыльями, простертыми над нашим очаровательным пейзажем. Специалисты, полагавшиеся на ветровую энергию, думают сейчас, задним числом, высунуть свои аэрогенераторы из моря. Они пропустили свой автобус – волновая энергия уже получила поддержку правительства. Теперь уже трудно понять, зачем нужно, выходя в море, ставить там громоздкие установки для получения энергии ветра, если волны как раз и представляют собой концентрированную форму ветровой энергии.
Как же работают волны? Хорошее описание дал Уолтон Ботт, инженер-консультант агентства Кроуна, выполнивший обширное исследование о получении волновой энергии в районе Маврикия. В адресе, направленном Королевскому обществу, сказано: «Видимый эффект можно усмотреть в движении плавающей бутылки или мяча, которые при прохождении волны совершают круговое движение и возвращаются приблизительно в первоначальное положение. Я никогда не мог найти подходящую механическую аналогию, но, возможно, разглаживание складки на ковре от центра к краю у стенки ближе всего напоминает движение волны: складка движется по ковру, но каждая ворсинка остается на своем месте».
Стефан Солтер в лаборатории Эдинбургского университета
Почти очевидно, что к проблеме захвата такой энергии не могли приступить с оптимизмом до последнего времени. Попробуйте разгладить тяжелый ковер, и вы уловите суть задачи. Но это только начало. Потратив собственную энергию на выравнивание ковра, вы должны подумать, как получить ее назад и превратить в электричество. Перед вами стоит задача создания устройств размером с гигантский нефтеналивной танкер и соединения их так, чтобы они вбирали и перерабатывали энергию моря; позаботиться, чтобы их не снесло и не сломало. Они должны быть прочными и гибкими.
Для этого требуются деньги. Кто вложил бы их в такое предприятие до нефтяного кризиса? Общество вполне устраивает, что танкеры перевозят нефть на тысячи миль, терпят время от времени катастрофы и загрязняют море и берега. Оно допускает, чтобы люди проводили свою рабочую жизнь в темноте и опасности, разрабатывая угольные пласты на глубине нескольких тысяч футов под землей. Оно допускает использование капитала для самоуничтожения, использование ископаемого топлива для производства электричества.
Сэр Кристофер Коккерель, изобретатель Ховеркрафта, – еще один инженер, вовлеченный в проект. Он признает с замешательством, что пользуется нефтепродуктами для центрального отопления в своем доме. И добавляет: «Использование нефти для производства электричества – ужасно. Тот, кто живет на свой капитал, – простофиля». Печально, что позиция некоторых специалистов остается нейтральной. Известный ученый, тесно связанный с верхушкой лейбористской партии, заметил мне, что гуманистические традиции, в которых он воспитан, сейчас тускнеют. Он получил научное воспитание в те времена, когда вера в технические возможности являлась стандартом. Любая задача была разрешима. Все в мире – познаваемо. Наука владела отмычкой к дверям будущего.
Затем произошла осечка. Послевоенное поколение отвернулось от науки, и инженеры начали верить, что загрязнение среды, безработица и бедность являются естественным следствием развивающегося промышленного общества.
Они не только предсказывают катастрофу, если мы по-прежнему будем полагаться на ископаемое топливо, но, иногда создается впечатление, хотели бы вернуться к условиям, существовавшим до индустриальной революции, к идеалам Ганди, к патриархальному деревенскому быту. Они склонны пренебречь эффективностью альтернативных источников энергии, предоставляя им функции освещения и обогрева частных жилищ. Создается впечатление, что они испытывают чувство вины во всех случаях, когда машина выполняет работу, для которой прежде требовались мускулы.
Конечно, жизнь была бы приятней, если бы рев самолетов, автомобильный шум и фабричные трубы не беспокоили нас. Но еще в большей степени она окажется некомфортной, особенно для тех, кто попытался бы заменить машины ручным трудом. Этого, однако, не случится.
Мы обладаем сегодня достаточно развитой техникой, гарантирующей существование с помощью шестерен, рычагов, турбин и искусственных источников энергии. Проблема, которую нужно решить, заключается в том, чтобы получать эту энергию, не используя остатков ископаемого топлива с вытекающими из этого последствиями для потомков. Лучший путь – электрификация, но без того, чтобы выкапывать уголь и сжигать его, без того, чтобы истощать залежи нефти. Проблема заключается в том, чтобы существование продолжалось в критериях цивилизованного или, по меньшей мере, организованного общества, без загрязнения среды, общества с шансами на будущее.
Мой любимый думвотчер путешествует повсюду на велосипеде. Он возвращался домой, взбираясь по крутому склону холма, и мальчишки начали издеваться над ним. «Слезай и толкай», – кричали они. Мрачно крутя педали, он достиг вершины холма… и прибыл домой с разрывом связок. Операцию сделали в электрифицированном госпитале, со станцией, работающей на твердом топливе, которое мой друг требовал не расходовать.
Волны представляют собой лучший источник энергии. Волны пребудут вовеки. Они неустанно, безостановочно будут набрасываться на берег, на молы и волноломы и, если мы распорядимся ресурсами правильно, – на генераторы волновой энергии, которые смогут принять и трансформировать их ярость на благо всем нам.
Глава 2. Что такое волна?
Когда Стефан Солтер в конце 1973 г. приступил к своим исследованиям, то прежде всего он посетил Институт океанографических наук (ИОН), унылую группу строений на краю дороги, где-то между Витли и Вормли в Суррее. С тех пор каждый, кто вовлекался в проблему, проходил по той же самой дорожке, разыскивая Лоуренса Дрэйпера, который проявлял бесконечное терпение, растолковывая основы теории волн – область, где он был известнейшим экспертом, – все возрастающему потоку изобретателей: механикам, конструкторам, электротехникам, а также мне. М-р Дрэйпер обладал талантом ясно излагать сложные вещи. По отношению к своему первому визитеру этот талант ему не особенно понадобился, ибо Солтер был физиком. Однако волны – эзотерическая область физики.
В первую очередь Солтер нуждался в информации, а затем в подходящем полигоне для проведения экспериментов, чтобы определить количество улавливаемой энергии, и м-р Дрэйпер знал, как помочь ему в этом. Он позвонил контр-адмиралу Д.А. Данбару Нэсмиту в Инвернесс[5]5
Инвернесс – графство в Северной Шотландии. – Прим. пер.
[Закрыть], где тот руководил береговой и островной службой. Разговор был нелегким. Можно представить, что непросто посвятить собеседника в предмет. «Видите ли, адмирал, возникла идея получать энергию от волн, и нам хотелось бы воспользоваться вашим взморьем…»
М-р Дрэйпер не мог знать, что в штабе адмирала в это время находился очень нужный человек. Отец Кэлам Маклеллан является настоятелем церкви св. Марии на Бенбекуле, Внешние Гебриды[6]6
Гебриды – группа островов у западного побережья Шотландии; делятся на Внутренние и Внешние Гебриды. – Прим. пер.
[Закрыть], и его церковный приход оказался самым подходящим местом для первых испытаний. Море в этом районе привлекательно суровое, а значит, – продуктивное; основным занятием местных жителей является ловля омаров, следовательно, траулеры будут стоять в стороне и не портить картину в Вэйврайдер-Буй, где м-р Солтер и м-р Дрэйпер планировали привязку к берегу для аккуратного измерения волн. Бенбекула – остров, где реформация остановилась на полпути, и потому только его южная половина заселена ревностными католиками. Без отца Маклеллана иностранец здесь беспомощен.
В тот день единственной заботой было получить поддержку адмирала; он оказал ее с готовностью и в дальнейшем стал преданным делу энтузиастом. М-р Дрэйпер со своим коллегой Джоном Драйвером, специалистом по приборам для измерения волнения, отправились на Внешние Гебриды. Их встретил полковник с ближайшего форта, и как почти каждый впервые столкнувшийся с идеей заинтересовался ею. На собственном автомобиле он повез их вдоль побережья, чтобы подыскать подходящий полигон. Приход отца Маклеллана оказался тем районом, который они искали. Но как добиться терпимости местных жителей, подозрительных к пришельцам, желающим разместить свою технику на устричных отмелях?
«И тогда на сцену выступил отец Маклеллан», – рассказывал мне м-р Дрэйпер. «Нечего и говорить, что крестьяне были преданы католической церкви и слово отца Маклеллана служило для них законом. Он оказался внушительной персоной, человеком, с которым у нас быстро завязалась дружба, основанная на уважении, и если бы мы не смогли достигнуть взаимопонимания, дело бы не пошло. Но получив уведомление, он отложил свои многочисленные обязанности и поспешил на военную базу, где обнаружилось, что он на короткой ноге с адмиралом, слышал о нас еще до нашего прибытия и высказал свою уверенность, что проект стоящий».
Отец Маклеллан подтвердил это мне, но говорил осторожнее: «Нет ничего плохого в том, чтобы установить приборы и проверить, насколько выполнимо предложение о получении волновой энергии… Я думаю, это не противоречит божественному предначертанию. И если предложение выполнимо, следует очень тщательно предусмотреть изменения среды и последствия вмешательства в ловлю омаров. Нас информировали, что нужны показания только одного буя. Мы не возражаем. Но от нас хотели бы получить еще и гарантии, что ловцы омаров не вытащат буй из любопытства. Они уже теряли буйковые станции».
Заручившись поддержкой, два человека начали исследования волн в западной части Гебридских островов.
Как перемещаются волны? Это явление, как и многие другие, объяснил Леонардо да Винчи. Он заметил, что поле пшеницы под ветром выглядит так, будто по нему бегут волны. В действительности каждый колос совершает только незначительное движение и, когда ветер ослабевает, возвращается почти в первоначальное положение. Другим примером служит движение скакалки: вы покачиваете ее свободный конец и волна перемещается к закрепленному концу.
Выразительное описание представил Королевскому обществу искусств в марте 1975 г. (т. е. поколение назад в темпах развития волновой энергетики) А.Н. Уолтон Ботт – первый инженер-практик, подступившийся к проблеме волновой энергетики. Он сказал: «Я никогда не мог найти подходящую механическую аналогию, но, возможно, разглаживание складки на ковре от центра к краю у стенки ближе всего напоминает движение волны: складка движется по ковру, но каждая ворсинка остается на своем месте.
Каждая частица воды описывает круговую траекторию в вертикальной плоскости волны, радиус этих орбит быстро уменьшается с глубиной, стремясь к нулю».
Следует осознать, что волны не похожи на прилив и на течения. О волнах, достигших Корнуэлла, иногда говорят, что они зародились в Антарктике, но это, конечно, не означает, что холодное течение прорвалось сквозь Гольфстрим.
Моряк делит волны на два основных типа: волны, которые образуются местным ветром и иногда называются ветровыми, и волны, которые прибывают из области шторма в виде зыби. Для любого наблюдателя внешнее различие между ними сводится к различию между активно, неравномерно колеблющейся поверхностью моря и вытянутыми, правильными валами, в которых частицы воды совершают орбитальное движение. И затем м-р Ботт пишет: «Волна встает на дыбы, как только почувствует, так сказать, почву под ногами, дно, а затем летит кувырком, разбиваясь на прибрежной отмели или рифах».
Наши знания об энергии волн сравнительно современны. Исследования проводились в течение последних 150 лет, но подлинное их развитие было вызвано – как и во многих других дисциплинах – военными нуждами и стремлением к обоснованию правительственных затрат. То же самое произошло с паровой энергией: в результате наполеоновских войн возросли цены на фураж и использовать пар стало выгоднее, чем лошадей. То же самое произошло и с ядерной энергией: сэр Джон Андерсон, министр вооружений, заметил: «За четыре года наши ученые решили задачу, которая в мирное время могла бы занять 25-50 лет». Что же касается волн, то планирование вторжения в континентальную Европу в 1944 г. вызвало внезапный рост интереса к ним и готовность тратить деньги.
Корабли с десантом должны были подойти к Нормандии. Искусственную гавань, названную Мальберри, отбуксировали через Ла-Манш и установили в пункте высадки. Необходимой информации было мало. Я вспоминаю обращение министерства информации ко всем любителям-фотографам с просьбой прислать снимки побережья Северной Европы. Адмиралтейство организовало исследовательскую лабораторию группы В (таинственная буква, обозначающая волнение, но это было секретом, не так ли?)[7]7
Для обеспечения высадки войск в Нормандию были созданы специальные плавучие заякоренные конструкции, которые, как предполагалось, смогут защитить огражденный участок моря от ветровых волн. Вскоре после установки все конструкции были полностью уничтожены штормом, длившимся четверо суток. При этом высота волн достигала 4,6 м, что превышало расчетные значения. – Прим. ред.
[Закрыть]
Эта единица образовала ядро Национального океанографического института, переименованного в настоящее время в Институт океанографических наук (ИОН). Он подчинен исследовательскому совету по природной среде. Позже возникла еще одна организация – Гидрологическая исследовательская станция в Уоллингфорде, Оксфордшир, предназначенная для оценки инженерных проектов гаваней, корабельных причалов и прочее. Она имела собственный план развития волновой энергетики, отражающий ее инженерную специализацию. ИОН занимался фундаментальными исследованиями океана, начиная от характера и поведения волн, включая приливы, до морской биологии, химии и геологии дна.
Очкастый физик, участвовавший в этих ранних исследованиях по волновой энергии, был Лоуренс Дрэйпер, который как-то неправдоподобно втянулся в них из-за увлечения скалолазаньем. В начале пятидесятых годов он стал студентом Ноттингемского университета, поработав перед этим лаборантом в I.C.I.[8]8
Имперская химическая индустрия. – Прим. пер.
[Закрыть]. У него не было особого желания возвращаться обратно, и он слабо представлял себе, что будет делать, когда получит диплом. Он был страстным альпинистом и однажды прочел в журнале некролог о талантливом скалолазе Р. Унна. Незадолго до этого в научном журнале «Природа» он наткнулся на статью о волнах, которую написал Р. Унна. Он подумал, что если один покоритель гор мог увлечься волнами, то почему бы не сделать этого и ему. Позднее ему попался отчет об измерении волнения в недавно возникшем Институте океанографии; он написал туда и спросил, не заинтересован ли институт в его помощи на период каникул.
В институте никогда не пользовались такого рода помощью, но идея понравилась. Он проработал лето, и директор предложил ему работу после окончания университета. Такое совершенно нелогичное, случайное сочетание гор и моря во многом определило состояние дел сегодня.
М-р Дрэйпер смотрит сейчас флегматично в прошлое на примитивные усилия исследовательской лаборатории группы В, связанные с проблемой высадки десанта в Нормандии. «Они сделали это толково в 1944 г., – сказал он мне, – но только однажды. Им не удалось полностью справиться с задачей прогноза волнения». Похоже, что некоторые ребята из десантных сил могли бы с ним согласиться. Но – доверяйте адмиралтейству, как принято у нас говорить.
Он стал в центре того, что сам хорошо определил как «один из показателей сегодняшнего прогресса – систематический сбор инструментальных измерений волнения». Он и его коллеги возглавили направление, связанное с «волновым климатом». Методы Института океанографических наук широко используются в мире. Министерство энергетики хорошо представляет себе полезность института и оказывает ему поддержку. Ни одна страна не имеет прогностической карты экстремумов волн непосредственно вдоль побережья[9]9
Следует заметить, что во многих странах выполняются регулярные расчеты и прогнозы волнения для открытых акваторий. В частности, в Советском Союзе систематически составляются прогнозы волнения для Атлантического океана и ряда морей. Имея эти данные, можно определить плотность приходящей волновой энергии. – Прим. ред.
[Закрыть]. Такая карта обеспечила бы нефтяные операции в Северном море и спасла бы американцев от того, что, по мнению м-ра Дрэйпера, может обернуться катастрофой. Американские эксперты были убеждены, что их опыта, приобретенного в Мексиканском заливе, будет вполне достаточно в Северном море. Такая самоуверенность основывалась, в частности, на удачном опыте прогноза ураганов. «Но, – как сказал м-р Дрэйпер, – ураганы, движущиеся очень быстро, не могут вызвать самых больших волн. Их интересовала максимальная высота волн в течение пятидесяти лет – срок, на который рассчитывалась установка платформы. Мы посмотрели на номограммы и ответили: 17 метров. По-видимому, американцы решили, что мы перестраховываемся. Они полагали, что волна не превысит 12 метров (вспомним, что разница в стоимости каждых 3,75 метра платформы составляла около 4 миллионов фунтов). Позже они сами видели волны большей высоты, и если бы американцы доверились лишь своей интуиции, нефтяные платформы были бы, по-видимому, снесены. К тому же существовали ограничения на использование первых платформ, которые эвакуировались в бурную погоду и имели бортовые устройства, чтобы снять людей».
Стоит заметить, что семнадцатиметровая волна по высоте равна шестиэтажному дому. Волны, приходящие с Внешних Гебрид, где предполагается установить генераторы волновой энергии, могут превышать 24 м; это «худшее» море в мире, может быть, хуже даже, чем море у мыса Горн, и, следовательно, лучшее для наших целей.
«Волновая климатология» развивалась эпизодически, находясь в положении бедной и почти неизвестной родственницы по отношению к другим областям теоретического знания и инженерных дисциплин. Она потребовалась для планирования десантных операций в военное время, а затем все чаще стала требоваться при обеспечении строительства маяков, трубопроводов, волноломов, гаваней, а в наши дни – при проектировании нефтяных платформ, судов на воздушной подушке и гидропланов. Сегодня для развития волновой энергетики нужно переработать всю целевую информацию, собрав ее воедино, как собираются перья в голубином хвосте.
Профиль волны. При подходе волны к берегу ее длина уменьшается, а высота и крутизна увеличиваются
Для сбора данных о волнении используются регистраторы волн – волнографы, устанавливаемые на морском дне, на поверхности и на судах. Современные методы позволяют инженеру построить графики, с которых легко снять прогнозируемую отметку высоты волны в любом районе моря. Один из первых волнографов работал по принципу контактной вехи. Несколько горизонтально расположенных электродов были установлены по вертикали, контакты располагались на расстоянии нескольких дюймов друг от друга. При колебаниях уровня моря контакты, находящиеся под водой, замыкались, что соответствующим образом регистрировалось. Прибор весьма прост, но не столь чувствителен, как другие, регистрирующие различие в амплитуде колебаний до 0,25 мм. Одним из усовершенствованных приборов является подводный волнограф с чувствительным датчиком давления. Его преимущество заключается в том, что проходящие суда повредить его не могут. Недостаток прибора в том, что им можно пользоваться лишь на небольших глубинах, до 12 м, так как поверхностные волны не проникают глубоко в море. Это металлическая коробка, помещенная на дне и регистрирующая давление вышележащего слоя воды. При прохождении волны высота слоя воды, а, следовательно, и давление, возрастает, и прибор отмечает изменение уровня. Информация записывается в аналоговой форме или на магнитную ленту и по линии связи может передаваться на берег.
Более сложным устройством, используемым на глубокой воде, является волнограф, предложенный в 1951 г. сотрудником ИОН М.Д. Таккером. Датчик давления устанавливают стационарно на судне, скажем на корабле погоды или плавучем маяке, ниже ватерлинии. Изменение давления регистрируется датчиком, соединенным с акселерометром, отмечающим движение самого корабля. По совокупности двух измерений автоматически вычерчивается график волновых колебаний в данной точке. С середины 50-х годов это был основной рабочий регистратор волнения, используемый в ИОН[10]10
Точность работы волнографа Таккера оценивается в 15-20%. Более совершенные приборы такого типа были созданы в Государственном океанографическом институте СССР. – Прим. ред.
[Закрыть].
Вначале прибор был установлен на исследовательском судне ИОН, но оно имело много задач и находилось все время в движении. В аналогичном режиме работали и корабли погоды – например, наиболее известная станция «Индия» (вопреки названию, расположенная в Северной Атлантике) обслуживалась полудюжиной кораблей, которые работали в режиме четырехнедельного периода наблюдений с двухнедельным перерывом. Тем не менее один из кораблей метеослужбы «Исследователь погоды» был снабжен самописцем волнения; с 1953 и до 1965 г. он и сменившие его корабли собрали достаточно информации по станции «Индия», чтобы можно было надежно судить о волновом режиме в этом районе. Действительно, измерения с кораблей составили основу для определения энергетического волнового потенциала Атлантики. Позднее Тринити-Хаус[11]11
Тринити-Хаус – маячно-лоцманская корпорация Великобритании, основанная в 1514 г. – Прим. пер.
[Закрыть] дал разрешение пользоваться одним плавучим маяком, но, поскольку тот находился на станции уже три года, потребовался специальный заход в сухой док, ибо Тринити-Хаус весьма педантичен и не позволил бы сверлить дырки в борту ниже ватерлинии для установки прибора в открытом море. К этому времени должна была произойти смена кораблей. Все это стоило денег. А пока работа совершалась подручными средствами.
Помощь опять пришла из министерства обороны. Военным требовались данные о волнении для радарных исследований. Они не скупились. Плавучий маяк «Мокерамбе бэй», стоявший в Ирландском море, был быстро вызван для проведения наблюдений. Тринити-Хаус и ИОН в течение шести недель оборудовали корабль, сменивший на станции маяк. Предполагалось, что эксперимент продлится несколько месяцев, и действительно, когда военные получили необходимую им информацию, они были рады возвратить ученым их инструментарий. Но ИОН не торопился, внезапно осознав, что впервые получена точная картина волнового режима вдали от берега.
