《科技新时代》2006年5月号封面

在不久的将来，也许超级油轮将张着蝙蝠翼状的巨大风帆在海上巡行。 DAVE CULP有个激进的想法。他认为，无论是巨大的货轮、超级油轮还是豪华邮船，亦或是那些形形色色、排水量从几十吨到几千吨的各种其他船舶，都应该彻底抛弃柴油发动机，改由巨大的风帆拖动在海上航行。他认为，在油价飞涨、能源紧张的今天，古老的帆才是让人员和货物在世界上流通的最佳动力来源。 这个想法听起来似乎有些过于浪漫。但是，作为帆船设计者、重返风力航海时代运动领军人物的Culp绝非孤军奋战，持同样想法的人绝非他一个人。 去年，德国的SkySails公司从德国政府获得了将近100万美元的资助，用于启动一种特殊风帆系统的研究。这家公司的目标和Culp的KiteShip公司的目标几乎完全一致—给遍布海洋的商船队装上能明显减少燃料消耗的巨大风帆。瑞典的造船业巨头Wallenius Wilhelmsen公司近期也宣布了一种零排放货轮的研究计划，这种货轮上将装有总面积4000平方米的硬质帆。丹麦和日本也在进行类似的研究。而在英国，一位名叫Richard Dryden的发明家在对蝙蝠翅膀的外形和气动性能进行了研究的基础上，开发出了一种可伸缩的帆。 在第一次世界大战期间，柴油发动机开始出现在船舶上。但是，油价从来也没有像今天这么昂贵(去年8月，油价创造了71美元/桶的记录)。如今，船用燃油的价格几乎是几年前的3倍，油费已经占到了船舶运营成本的50%。据估计，根据船舶大小、航行线路和风帆类型的不同，风帆辅助技术能够把油耗降低10%～35%。但是，即使仅能把油耗降低10%也是个了不起的飞越。要知道，在今天这样一个技术已经非常成熟的工业社会，工程师们绞尽脑汁也很难把发动机和螺旋桨的效率提高1%。“要提高现代发动机的燃油效率已经没有多少余地了，风帆辅助技术是目前已知的、降低船舶油耗的最佳方法。”为Wallenius Wilhelmsen公司和其他公司进行船舶设计的结构工程师Per Brinchmann说，“只要对现有船只进行不大的改动就能为它们装上风帆系统。尽管目前还没有什么动静，但是我估计很快就会有一些供大型船只使用的风帆系统出现。” 新的环境保护法案的出台也将推动风帆系统的发展，例如欧洲新近出台的环境保护法案。大型船只所用的燃油是一种焦油状的物质，燃烧后产生的污染物要比高品质的燃油和燃气多得多，每年大型船只释放到空气中的二氧化碳高达2.5亿吨。在海上运输繁忙的地区，例如美国加利福尼亚南部的海洋和北大西洋，空气中60%的硫化物都是船只排出的，而这些硫化物是造成酸雨的主要罪魁祸首。

古老技术的最新进展 在1985年之前的一段时间，石油危机使得全球的油价暴涨，很多在大型船只上采用风帆的试验都是在这段短暂的时期内进行的。很多观察家都认为，在这段时间内，古老的风帆技术获得了新生。到1985年为止，日本已经有11艘货轮安装了帆，其中包括一艘2.6万吨的散装货轮。根据报告，安装了帆之后，这些货轮的油耗减少了10%～20%。大概在同一时期，一位名叫D.C. Anderson的美国船长在一艘3500吨的货船上安装了两根桅杆和船帆。进行了这样的改装后，在强风中这艘船的油耗降低了35%，在其他时候油耗的降低也有15%。在100天的时间里，这艘船节省下来的燃油的费用就已经超过了改装费用。从1986年6月开始，石油的价格开始不断下滑，几个月内燃油的价格就下降了2/3。风帆辅助技术节约的燃料费用已经不足以补偿改装和增加人员的费用了(工业分析师认为，风帆辅助技术只有在油价超过30美元/桶的时候才有经济性)。“石油的价格跌到了12美元/桶。”Anderson说，“货轮的主人把我的桅杆和帆都拆了下来，扔到了角落里。” 在接受新技术方面，船舶工业一直是非常守旧的。由于非常了解这种状况，Culp才想出了KiteTug这种设计。使用这种在空中飞行的特殊的帆几乎不需要对船只进行什么改装，船只像拖船一样被KiteTug拖着走就行了。 巨大的KiteTug就像是风筝和飞艇的结合体，内部充满了氦气，通过缆索系在被拖动船只的船头，在风的作用下带着船只前进。飞艇的形状在空气中具有极佳的稳定性，而风筝的形状气动效率更高(自上世纪80年代以来，艺术级风筝的升阻比几乎提高了一倍)。Culp认为，KiteTug的外形设计使它能兼具两者的优点。“将来，”Culp说，“由3个人组成的小组可以在KiteTug下方的吊舱内生活几个星期，监管自动驾驶系统和航线控制软件的运行，根据风的状况让KiteTug飞向最合适的船只。” “这听起来确实有点玄，”Culp说，“但是如果你了解实际情况就不会这么想了。”作为长期处于风帆设计方面领导地位的公司的负责人，最大拖曳风帆的吉尼斯世界记录就是由他创造的。前年12月，报纸上报道了一艘安装了Culp设计的风帆的帆船将参加享有盛誉的悉尼-霍巴特帆船赛的消息。尽管那位船长最终放弃了采用风帆的想法，但是大赛的组委会还是迅速作出了禁止参赛船只使用风帆的规定。“我在游艇上安装的风帆都工作得非常好。”Culp说(他已经在70多艘游艇上安装了风帆，超过了世界上任何一个人。在游艇上安装风帆的经历为他在大型船只上安装更大的风帆积累了宝贵的经验)，“这项技术已经存在7000多年了，但是还远未达到十全十美的程度。” 力量之源 前年12月，SkySails公司制造了一个14.7米长的风帆系统的比例模型，并在波罗的海进行了试验。尽管试验时风很微弱，但试验依然取得了不错的成绩。这家公司的SkySail系统与KiteShip公司的KiteTug的原理基本相同，但是走的却是另外一条不同的技术路线。KiteTug是依靠巨大的尺寸获得足以拖动一条大船的力量的(全尺寸的KiteTug能获得4400千瓦的功率)，而SkySails公司的工程师则计划采用一种相对较小的、自动控制的风帆，利用风帆的变形获得额外的能量。在理论上，弯成圆形或者八字形的风帆的最大运动速度能达到实际风速的5倍，而获得得能量则是正常情况下的25倍。目前，还没有哪种自动驾驶系统能控制一个比风速快得多的风帆，但是SkySails公司的首席技术官、气动工程师Stephan Brabeck说，在今天让风帆以两倍于风速的速度运动是完全可能的，而且在波罗的海进行的试验表明这套系统的工作是可靠的。 尽管这些公司采取的设计方案并不相同，但是它们都坚信，风帆辅助技术最终将取得商业上的成功—只要经济上的压力迫使疑虑重重的船舶业放弃自己的怀疑。Culp说：“行业内的人总是在怀疑。他们说，‘既然风帆辅助系统既能够节约成本，又能够减少污染，那为什么看不到有一条船安装了这样的系统呢？’我告诉他们，那是因为现在还没有成型的系统出现。‘但是，你们看到我们试验的系统工作的有多么好了吗？’” (科技新时代)