未来船舶:新材料制造、远程操控、太阳能驱动

2017-09-24 07:57:00 网易科技报道 分享
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  9月23日消息,据BBC报道,在全球经济中,货物运输是至关重要的环节,然而船只却让已被污染的地球环境雪上加霜。英国BBC盘点了许多奇妙的设计方案,有些听起来就像天方夜谭。

  上个月,在美国加州圣迭戈市,一名工程师坐在他的电脑前,并握着面前桌子上的操纵杆。他不是在玩电子游戏,而是在驾驶行驶在数千公里外苏格兰海岸附近的一艘大型货船。这名工程师的操纵杆通过卫星直接与货船相连,使他能够精确地控制船的运动,完全通过手动遥控。他仔细观看着屏幕上虚拟货船的位置变化。与此同时,船上其他负责监督测试的工作人员也在紧盯着他们的设备,并感觉船在他们脚下摆动。

  这项长达4个小时的实验中是芬兰能源技术公司W?rtsil?主导的,工程师们可以在半个地球之外操控货船。W?rtsil?认为,未来的智能船只将允许船主更有效地控制船只的运动,减少燃料消耗和碳排放。这是个雄心勃勃的想法,可以帮助应对21世纪的重大挑战。在这个挑战中,我们在全球贸易中更加紧密地联系在一起,但同时也面临着气候变化的威胁,它可能改变天气模式、海平面高度,并严重影响货物运输过程。

  更令人感到兴奋的是,未来船舶可能不再需要船长,可以被电脑在数千公里之外控制,甚至无需人类干预。

  图2:在没有人类指导的情况下,未来的货船可以自行穿越海洋。而且就像玩电子游戏那样,它们可以在数千公里外被远程控制

  航运业是个庞大的行业,但它并不以高科技闻名。如今,世界各地的许多船只都是笨重的、耗油的巨型货船,它们多年来都没有发生根本性的变化。船舶设计在不久的将来会有很大的改变吗?我们已经在更多陆地交通工具上采用的自动化也能被应用在海浪中行驶的船上吗?

图3:这是未来被人远程遥控的货船渲染图,某种程度的自动化可以降低航运成本

  对世界船舶进行更新的一大动力源自对污染危害的认识加强。事实上,16艘最大的船舶产生的温室气体就与地球上所有汽车的排放总量相当。当然,大公司也在寻找利润最大化的方法。W?rtsil?的数字主管安德烈⋅莫尔甘特(Andrea Morgante)承认,在某种程度上,W?rtsil?的实验短期内无法成为现实中的常态。但是,由于船主可以通过减少船员降低成本,他相信这种方法有很大潜力。

  莫尔甘特说:“你可以想象一些新型的拖船,它们都可以遥控,用来支持港口中的船只。”事实上,挪威的Kongsberg公司已经在与其他公司合作,测试和部署无需人类干预、完全自动化的船舶。这家公司正在开发两艘船,分别是Hr?nn号和YARA Birkelandhrnn号。其中,YARA Birkelandhrnn号是长达80米的集装箱货船,它将完全采用电动动力,并计划在2018年下半年投入使用。Kongsberg的自动化主管彼得⋅杜(Peter Due)对测试船舶上传感器的准确性大加赞赏。

  彼得解释说:“这个系统甚至可以看到啤酒罐。虽然你不知道是Heineken还是Carlsberg品牌,但是你可以看到附近水里的啤酒罐在靠近。机器学习训练可让系统知道哪些物体是最重要的,应该避开。海鸥是不需要警惕的目标,但如果你发现游泳的人,系统会意识到这一点,并采取相应的行动。”

  南安普敦大学最近的发布报告指出,由于技术成本的下降和某些航运领域劳动力短缺,自动化船舶正以超过预期的速度到来。但是正如彼得所指出的那样,如国际海事组织(IMO)这样的机构可能需要几年时间来设计和制定允许自自动化船舶在公海上航行的规定。然而,在某个国家的水域内,当地法律可能更快地允许采用这类系统。

  将来,不管谁在驾驶未来船只(可能是人类或是机器人),大型、碳排放高的商业船舶的设计将会改变。这是这些重要运输方式可以减少它们对地球影响的另一种方式。举例来说,可以用复合材料建造船只,比如玻璃纤维和塑料,这可以极大地减轻船只的重量,从而提高燃油效率,并增加货物的容量。

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  图4:Yara Birkeland号将于明年完工,据称它是世界上第一艘实现自动化的运输船

  欧盟最近推出了一个“纤维船”项目,为超过50米长的货船开发复合材料船体。挪威船级社(DNV)项目经理、船舶设计教授沃尔克⋅波特拉姆(Volker Bertram)表示,对于包括客船在内的许多船只来说,这可能会带来更多好处。但他补充说,对于更大的船舶来说,尤其是那些运输沉重货物的货船来说,钢铁可能仍然是首选的材料。他解释说:“如果你有一艘油轮,而油轮重量的90%都是货物,那么就没有多少动力去以更轻型材料来建造它。”

  图5:在21世纪,海洋中充斥着大量以使用化石燃料为主的货船,这加剧了气候变化,而未来船只可能以太阳能为动力

  总部设在日本的Eco Marine Power公司正在开发一种可以安装在货船上的太阳能电池板。该公司首席技术官格雷格⋅阿特金森(Greg Atkinson)说:“当我们第一次开始尝试的时候,将太阳能板放在刚性的帆上是不可能的,但技术总是在改进,成本也在下降。”他说,许多大型货运船只仍然需要引擎和传统燃料,但是风能和太阳能可以减少化石燃料的消耗。在可再生能源方面,他认为80%的能源将来自于风帆的作用,还有20%来自于太阳能电池板。

  Eco Marine Power公司希望在大型散装货轮上对其系统进行试验,这种大型商业货船可以运送铁矿石、煤炭或谷物等货物。阿特金森解释说:“这些船是使用这项技术的最佳目标,它们的航行速度相对较慢,他们在有时候在更有利的风力领域航行。”

  世界其他地方也有类似的系统,他们计划用开发出配有刚性帆的货船,这种货轮能容纳2000辆汽车。但是,像这样的设计还有额外的成本,而且确实存在风险。当然,刚性帆在大风中是很危险的,尤其是它们在甲板上或下方不能轻易折叠的时候。但波特拉姆指出,数字技术正在帮助船舶设计者,帮助他们更精确地模拟船只在不同海上环境下的表现。他认为,节省能源效率可能加速航运业创新。

  3D打印技术等技术可能会改变某些船舶部件的生产方式。最近,荷兰鹿特丹多家船运公司组成的财团推出一个3D打印螺旋桨原型。对于世界上最大船舶的所有者来说,如果零部件在海上损坏,需要更换,在船上3D打印部件可能是一个很有吸引力的前景。

  未来这些船只将像玩具那样,可被遥控驶过海洋;它们使用未来材料制造,这些材料可大幅减少排放;此外,它们可能由太阳能驱动。它们将成为海上的庞然大物,并永远改变地球的海洋表面。 (小小)

责编:陶文冬