Энергия волн - Дэвид Росс

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], 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], 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]

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.