Се айсберг грядет

Недавно американские гляциологи и геофизики выступили с проектом, вполне достойным Дедала. Они предлагают буксировать айсберги из Антарктиды в Австралию и использовать талую воду для орошения земель. Наиболее удобными для этой цели считаются айсберги с плоской вершиной длиной 10 км, шириной 2,5 км и высотой до 250 м; для буксировки потребуются сверхмощные (скорее всего, атомные) буксиры. Дедал считает, что в своем нынешнем виде этот проект попахивает техноманией, и предлагает устроить так, чтобы айсберги двигались своим ходом, причем совершенно бесплатно. В принципе энергию для работы двигателей можно получать за счет разности температур между айсбергом и окружающей водой. Разность температур эта невелика, так что максимально достижимый кпд в таком случае не превышает 4 %, но даже это позволяет получить полезную мощность 12 МВт при таянии 1 т льда в секунду. Для перемещения гигантского айсберга, по-видимому, потребуется мощность не менее 500 МВт, — таким образом, айсберг должен плавиться со скоростью 40 т/с. Это, однако, соответствует стаиванию льда всего на 2 мкм в секунду со всей погруженной поверхности, т. е. естественной скорости таяния. Поначалу Дедал хотел усеять айсберг термопарами и питать от них электромоторы, но вскоре он нашел гораздо более изящное решение. Пресная талая вода от айсберга легче, чем соленая вода океана, поэтому она поднимается вверх, обтекая айсберг. Если кормовую подводную часть айсберга стесать под углом, то талая вода будет подниматься вдоль наклонной плоскости и выходить на поверхность позади айсберга, сообщая ему при этом некоторое количество движения. Как только айсберг начнет двигаться вперед, талая вода из-под всей нижней поверхности потечет к корме, усиливая этот эффект и удлиняя и углубляя выемку в кормовой части, создающую направленную тягу. Специалисты по гидродинамике фирмы КОШМАР теоретически исследуют динамику таяния айсберга, движущегося в теплой соленой воде, чтобы определить оптимальный начальный профиль кормовой части, выяснить, не потребуется ли время от времени подправлять форму айсберга в процессе движения, а также подобрать наиболее эффективный способ управлять движением ледяной горы. Этот замечательный проект открывает новую эпоху в развитии морского транспорта. Большой айсберг, срок службы которого ограничен несколькими годами, но зато даровой, не загрязняющий среду, непотопляемый, не требующий топлива и способный перевозить 10 млн т груза, вполне может конкурировать с дорогостоящими грузовыми судами, которые, быть может, и служат в десять раз дольше, но обладают в тысячу раз меньшей грузоподъемностью. Вполне вероятно, что настанет время, когда самоходные айсберги возьмут на себя львиную долю морского грузооборога. Правда, это создаст дополнительную угрозу обычному судоходству и вызовет зубовный скрежет у работников страховой компании Ллойда.

New Scientist, July 12, 1973

Энергия, получаемая при таянии льда. Для получения полезной мощности в Р Вт от теплового двигателя с кпд η необходим приток тепла Q = Р/η. Пусть это тепло создается за счет таяния льда; тогда скорость таяния должна составлять m = Q/λ = Р/ηλ кг/с, где λ — скрытая теплота плавления льда. Если температура льда 0°C, а температура океана 10°C, то максимальный (теоретический) кпд η = (T_воды - T_айсб.)/T_воды = 10/283 = 0,035 = 3,5 %. Учитывая, что λ = 3,3 × 10⁵ Дж/кг, а требуемая полезная мощность составляет по предположению Р = 500 МВт, мы получим скорость таяния m' = Р/ηλ = 5 X 10⁸ / (0,035 × 3,3 × 10⁵) = 43000 кг/с = 43 т/с.

Айсберг размером 10 км × 2,5 км × 250 м имеет подводную поверхность A = 5,6 км² (боковые грани) + 25 км² (низ) = 30,6 км² ≈ 3×10⁷ м². Тогда, принимая плотность льда равной 920 кг/м³, получим, что ежесекундно должен стаивать слой толщиной x' = m'ρA = 43000/(920 × 3,0 × 10⁷) = 1,5 мкм/с, что более чем скромно.

Соответствующий тепловой поток на единицу площади подводной поверхности айсберга равен Q' = Q/A = Р/ηА = 5 × 10⁸ / (0,035 × 3,0 × 10⁷) = 480 Вт/м².

В теплообменниках с водяной рубашкой тепловой поток в несколько раз больше даже при разности температур, гораздо меньшей 10°C. Поэтому естественная скорость таяния, по всей вероятности, окажется много больше, чем 43 т/с, что позволит получать мощность в 500 МВт даже в том случае, если кпд будет гораздо ниже теоретического значения. Айсберг таких размеров обладает массой приблизительно в т = 6×10¹² кг, так что его время жизни при расчетной скорости таяния можно оценить в t = m'/m = 1,4×10⁸ с, или около 5 лет (!). По оценкам американских ученых время жизни айсберга составляет не менее одного года.

Техническая реализация «самоходного» айсберга. Существует два возможных пути:

а. Взрывом отколоть угол в кормовой части айсберга и дожидаться возникновения тяги за счет обтекания айсберга талой водой.

б. Поместить большой груз в носовую часть айсберга. Тогда вся нижняя поверхность айсберга наклонится и начнется ток пресной талой воды к корме. Как только айсберг начнет двигаться, оптимальная форма подводной части будет поддерживаться автоматически. Перемещая груз, можно управлять движением айсберга. К сожалению, для этого способа потребуется груз массой в миллионы тонн, а на его перемещение айсберг будет реагировать довольно медленно.

а–в. Изменение подводных очертаний айсберга и направление импульса, возникающего результате таяния подводной части при некотором начальном угле среза «кормы».

г. Нагружение «носовой части» айсберга, обеспечивающее возникновение тяги со всей нижней поверхности айсберга.

Комментарий Дедала

Этот проект возник под впечатлением от сообщения Н. Хоукса в газете The Observer от 3 июня 1973 г., где было дано краткое изложение статьи У. Уикса н У. Кэмпбелла о буксировке айсбергов из Антарктиды в Австралию или Южную Америку для орошения земель. С тех пор подобные идеи высказывались неоднократно. Так, в 1980 г. журнал Annals of Glaciology (vol. 1) опубликовал труды Кембриджской конференции по научно-техническим основам использования айсбергов. Сюда вошли даже работы по динамике таяния движущихся айсбергов — правда, авторы (X. Хупперт и Дж. Най) изучали возможность опрокидывания буксируемого айсберга, а не его способность самостоятельно перемещаться.

Я не могу расстаться с этой темой, не воздав должное ее истинному первооткрывателю, неутомимому изобретателю и грозе британского патентного ведомства Артуру Полу Педрику. Среди сотен эксцентрических изобретений, которые он обрушил на ошеломленных чиновников патентного бюро в 60–70-е годы, было изобретение, запатентованное под номером 1047 736 от 15 октября 1965 г. Это проект орошения Австралии с помощью гигантских «снежков», которые скатывают в Антарктиде, а затем переправляют в Австралию по трансконтинентальным трубопроводам, специально проложенным для этой цели. Мне остается только молча склонить голову.