Солар Сал и 200‑летие канала Эри

Оригинальная «Солар Сал» на реке Гудзон. © Дэвид и Харриет Бортон

В девятнадцатом веке многие американские семьи были фермерами. Представьте себе «Маленький домик в прерии» или другую картину жизни, радикально отличную от современной. Сельское хозяйство сводилось к подготовке земли, посеву семян и надежде собрать достаточно урожая на зиму. Если у вас был мул или лошадь, вы могли получить примерно в десять раз больше силы, чем один человек. Этот коэффициент десяти позволял пахать, сеять и убирать больше, чем нужно было вашей собственной семье, снабжая вас товарным урожаем. Деньги были важны. Во многих регионах нашей страны канал Эри принес коммерцию: можно было продать продукты своего хозяйства на более широком рынке и купить новую рубашку, которая приплывала на барже — гораздо проще, чем до появления канала. К лодкам на канале привязывали веревкой мулов и лошадей, которые шли по бечевнику вдоль канала и тянули баржи за собой. Пары животных сменяли друг друга. По сравнению с сухопутными перевозками того времени эти баржи были по масштабу и эффективности аналогом современных широкофюзеляжных авиалайнеров.

Сегодня я использую солнечного электрического «мула», чтобы приводить в движение лодки, на которых иногда плаваю по каналу Эри. Но вместо пары акров лугов для кормления солнечного мула у меня есть несколько квадратных метров на крыше лодки, которые обеспечивают несколько лошадиных сил. Восхитительное соотношение, возможно тысяча к одному, объясняется как неэффективностью пищевой цепочки от солнечного света до животных, так и более чем двадцати процентной эффективностью легированного кремния в преобразовании фотонов в постоянный электрический ток. Пройдя тысячи километров — похоже на расстояние от одного прибрежного штата до другого — путешествуя с моим сыном от Беллингема до заливов Аляски на полностью солнечной электрической лодке, я с уверенностью говорю, что у меня есть солнечный электрический «мул». Solar Sal Boats строит нашу двенадцатую полностью солнечно‑электрическую лодку. Одна из наших лодок длиной двадцать пять футов уже четырнадцать лет эксплуатируется на озере в Адирондаках, где нет дороги и электричества. Как прогулочная лодка она доставляет людей, их багаж и, что особенно важно, продукты питания до пятидесяти человек, живущих в лесу в палатках. Иногда она везла пиломатериал или бетономешалку! Наиболее известная лодка Solar Sal — коммерческая экскурсионная парочка длиной сорок четыре фута, приносящая доход Музею мореплавания реки Гудзон в Кингстоне, Нью‑Йорк. По имени Solaris она стала первой в США 100% солнечной лодкой, прошедшей инспекцию Береговой охраны.

«Сол» — первая деревянная лодка. © Дэвид и Харриет Бортон

Во время замедления связанного с пандемией мой сын Алекс предложил нам совершить солнечное плавание длиной около четырёх тысяч километров до Аляски из его дома в Беллингеме. Это предложение не возникло на пустом месте: он уже достаточно долго плавал по островам Сан‑Хуан на нашей двадцати семифутовой солнечной электрической лодке и знал, что она пригодна для путешествия. Я, проектировавший, строивший и пилотировавший солнечные электрические лодки, понимал, что топливо нам обойдётся бесплатно — энергия солнца — а пандемийные ограничения давали нам время. После пары экспериментов, проверивших концепт, мы с женой Харриет построили в гараже двадцатипятиметровую деревянную солнечно‑электрическую лодку. Я назвал её Sol (с испанского «Солнце”), потому что вложил в неё душу; я думал, что это будет единственная моя лодка. Но получилось иначе: Sol оказалась настолько удачным судном, что я не смог остановиться! Она была спроектирована как прогулочная лодка для озера в Адирондаках и до сих пор в эксплуатации.

Постройка Solaris в Музее мореплавания Гудзона. © Д. Бортон

Форму корпуса Sol подобрал наш сын Алекс. Деннис Вулф из Мичигана сделал для нас шаблон‑плаг и изготовил набор ребер и переборок, определяющих поперечные сечения лодки. Эти формы устанавливаются на деревянный каркас, прикреплённый к полу нашего гаража. Этот «каркас‑спинка» задаёт систему координат для формирования корпуса. После того как рамки прочно закреплены, я использую тонкие полоски красного кедра 1×1 дюйм для формирования обшивки корпуса. Традиционные методы используют более широкие шпунты и другие породы древесины и строят лодку «право‑вверх», но при сборке вверх ногами весь внешний контур доступен для приклейки полос, шлифовки поверхности и, в нашем случае, нанесения нескольких слоёв стекловолокна для прочности и долговечности. Процесс доведения формы до гладкой поверхности называется подгонкой (fairing), после чего корпус готов к окраске. Стороны обычно окрашивают в нужный цвет, а по ватерлинии наносят красную «полоску кормы». Кильватер покрывают специальной «днищевой» краской для пресной или солёной воды, содержащей компоненты, снижающие рост водорослей и морских организмов.

«Поворачивание» корпуса — захватывающий момент: освобождение от каркаса и переворачивание лодки в рабочее положение. Интерьер можно оформлять по-разному, но некоторые компоненты обязательны. У Sol установлен электрический подвесной мотор, спрятанный в моторном отсеке перед траверзой. Мотор управляется с рулевой рубки и направляется круглым штурвалом. Рычаг газа регулирует подачу электричества от батарей к мотору, а значит скорость и направление лодки. На твердой крыше Sol размещены солнечные фотоэлектрические панели мощностью примерно полтора киловатта. Их электрический выход идёт на контроллер заряда, который обеспечивает необходимый ток для зарядки аккумулятора в зависимости от типа батареи и степени её заряженности.

На крыше Solaris крепят панели. © Дэвид и Харриет Бортон

Для меня солнечно‑электрическая лодка практична, если мощность, доступная на крыше, примерно равна мощности, требуемой для движения лодки в воде на её скорости корпуса. Скорость корпуса — это физический предел для корпуса с водоизмещением. По мере увеличения скорости лодка порождает волну с большей длиной волны; когда длина волны сравнивается с длиной корпуса, вода поднимается выше, но лодка не едет быстрее. Скоростные лодки имеют плоское дно и мощные двигатели на топливе, которые способны подняться и «взлететь» над носовой волной — это другое состояние, называемое глиссированием. Корпус Sol — водоизмещающий, он поддерживается водой вокруг него; глиссирующие лодки удерживаются за счёт отталкивания воды вниз так, чтобы поднять корпус.

Экспериментальная модель на реке Мохок. © Д. Бортон

Солнечные панели для таких лодок выбирают за их высокую эффективность преобразования света в электричество. Схемы проводки подбирают с учётом минимизации потерь при передаче. Хорошие контроллеры заряда обладают высокой эффективностью, а выбор эффективных батарей — отдельная тема. Раньше у лодочных электродвигателей был коллектор, управлявший положением магнитных полей через угольные щётки, но современные высокомощные электронные преобразователи позволили перейти на бесщёточные моторы, которые практически не требуют ежегодного обслуживания. Практичные солнечно‑электрические лодки не тратят топливо, их не нужно подключать к береговой сети, и обычно батареи полностью заряжены, когда вы подходите к рулю и включаете мотор. Как светильник — мощность доступна мгновенно. Электродвигатели имеют несколько существенных преимуществ перед двигателями внутреннего сгорания. Во‑первых, крутящий момент доступен сразу при повороте ручки газа. У бензинового мотора крутящий момент зависит от числа оборотов, и двигатель должен раскрутиться, чтобы выдать всю мощность. Более важное отличие в том, что топливный двигатель требует минимальных оборотов холостого хода — он не может работать ниже этого уровня, не заглохнув; при переключении в реверс слышен удар и рывок на холостых. Электромотор, управляемый электроникой, обеспечивает тягу на любой частоте от нуля до полной, без ударов и с мгновенным крутящим моментом. Это важно при швартовке и манёврах в ограниченном пространстве.

Вслед за Sol я построил деревянную солнечно‑электрическую лодку длиной сорок футов как доказательство концепции для перевозки грузов и пассажиров. Она изначально предназначалась для канала Эри, а во время строительства добровольцы вспоминали песню о канале Эри: «У меня есть мул, зовут её Сал, пятнадцать миль по каналу Эри…» Друг сказал «Solar Sal», и название прижилось. Так мы позже назвали и всю линейку наших лодок Solar Sal Boats. Вскоре после завершения проектирования оригинальная Solar Sal совершила грузовое плавание длиной всего канала Эри от реки Гудзон до реки Ниагара у Буффало. Там она загрузила четыре тонны картона и вернулась на бумажную фабрику чуть севернее на реке Гудзон — 750‑мильное солнечное путешествие по переработке — первый углеродно‑нейтральный рейс по каналу Эри со времён мулов.

Solaris и Solar Sal 24 вместе в районе Кингстона. © Д. Бортон

Эти лодки не произвели большего шума в яхтенном мире, поэтому мы запланировали более амбициозный проект — сорока четвёртый футовый корабль, сертифицированный Береговой охраной для перевозки платных пассажиров. Это было серьёзным изменением, потому что я не был признан Береговой охраной ни как судостроитель, ни как проектировщик. Поэтому мы обратились к известному морскому архитектору Дейву Геру, и по его подробному проекту в одно из предприятий подал заявки на строительство. Мы выбрали Школу деревянного судостроения Riverport в Кингстоне, которая является частью Музея мореплавания Гудзона. Во время постройки они поняли, что это идеальная лодка для музея. Музей купил её, окрестил Solaris, и с момента спуска она регулярно курсирует с экскурсиями по реке Гудзон и рукаву Рондоут. Она очень популярна и ей не требуется подзарядка от берега. Если кто думает, что всё было просто, он ошибается. Для судна, перевозящего платных пассажиров, Береговая охрана была вовлечена в процесс строительства. Но правил для электрических лодок было недостаточно, а для солнечных лодок — вовсе не существовало, и мы получили первое в стране 100% солнечно‑электрическое судно, проходившее сертификацию. Это было обучение в обе стороны: и для нас, и для регулятора.

Алекс, живущий на западном побережье, хотел распространить идею солнечно‑электрических лодок там. Он встретил уважаемого судостроителя Сэма Девлина, и вместе они разработали двадцатисемифутовую Solar Sal для Тихоокеанского северо‑запада. Наш другой сын Чак, живущий на востоке, придумал для этой лодки название «Wayward Sun» — игра слов. Алекс бороздил Wayward Sun по заливу Пьюджет‑саунд, островам Сан‑Хуан и даже в пролив Джорджии на юге Британской Колумбии. Перед плаванием на Аляску мы с ним подготовили лодку и направились в Сидни на острове Виктория, чтобы уточнить у Королевской канадской конной полиции, разрешат ли нам заход в воды Британской Колумбии в условиях ограничений. Сухопутная часть провинции была закрыта для американцев, а внутренние перемещения ограничивались. Канадские полицейские посчитали лодку небольшой, но впустили, если мы будем соблюдать правила: не заходить на берег, идти кратчайшим маршрутом, избегать лишних остановок и т. п.

Wayward Sun у Маргери‑глейшер. © Д. Бортон

Путь через Внутренний проход часто был пасмурным, дождливым и туманным, но у нас было несколько солнечных дней и достаточно энергии. Электродвигатели тихие, поэтому мы слышали, как фонтанируют киты, видели много удивительной фауны и любовались горами, ледниками и водопадами. Ограничения не пустили крупные пассажирские судна и круизные лайнеры в воды и к пристаням вдоль маршрута, поэтому первый участок в Британской Колумбии был оживлён баржами с пиломатериалом, контейнерами и строительной техникой, а дальше трафик редел. По пути попадались отдельные промысловые лодки, пару раз мы видели рыбаков за работой. Мы застали солнечный день в Кетчикане и снова в Джуно. Лучшее из всего — ясный день у лицевой части ледника Маргери. Мы могли видеть горы с высотами, сравнимыми с многотысячными вершинами, и снежники на их вершинах. Отламывание льда сопровождалось множеством звуков, вокруг нас плавали айсберги — мы находились в маленькой лодке у подножья ледникового фронта высотой в десятки метров и шириной в полмили. Было забавно пополнять наш холодильник кусками ледникового льда.

Дэвид и Алекс прибывают в Кетчикан на Wayward Sun. © Д. Бортон

Чтобы сделать лодки более доступными, мы решили построить меньшую стеклопластиковую модель — дневную лодку для семей и небольших групп. После изготовления форм мы построили три двадцати четырёхфутовые стеклопластиковые лодки, все они в настоящий момент выставлены на продажу. Наш самый амбициозный и премиальный проект почти готовится к спуску в Порт‑Таунсенде; его планируется спустить в ближайшее время. В отличие от предыдущих лодок, у него полупланирующий корпус, который допускает более высокую скорость при возможности подзарядки от сети. Это даст модели Townsend 34 скорость и дальность, сопоставимые с аналогичным дизельным траулером.

Эскиз Townsend 34, запуск ожидается. © Алекс Бортон

Я знаю, что физика работает, и считаю эти солнечно‑электрические лодки практичными. Кому‑то может показаться, что скорость таких лодок (скорость корпуса как у парусного судна) слишком мала. Но скоростные «гонять» лодки требуют либо ископаемого топлива, либо зарядки от береговой сети. Солнечные электрические лодки тихо подзаряжают свои аккумуляторы и доставляют меня туда, куда я хочу. А энергия солнца — бесплатна навсегда.

Капитан Дэвид Бортон с детства знаком с каноэ и обзорными лодками Адирондаков. После кризиса с нефтью в семидесятых он использовал свой диплом доктора философии по физике в исследованиях и разработках в солнечной энергетике и в преподавании инженерии солнечной энергии. В последние годы он сосредоточился на разработке солнечно‑электрических лодок.