帆船新时代1：一探21世纪的新型帆船如何御风而行

在历史的长河中，帆船曾是海洋的主宰。回想起19世纪，那些形似游艇的快速帆船，如“飞剪船（clipper）”，它们曾将茶叶、香料，甚至黄金从遥远的亚洲运回欧洲，谱写了海洋贸易的辉煌篇章。其中最负盛名的“卡提撒克号”，以其惊人的速度和耐力，从伦敦到悉尼的航行仅用了70多天，打破了当时的航行纪录，最大航速更是超过了17节（约31.5千米/小时），令人惊叹。

1870至1922年间，深具代表性的快速帆船卡提撒克号载运货物航行全世界

1869年至1922年间，深具代表性的快速帆船卡提撒克号载运货物航行于全世界。

而后，大型钢质帆船的崛起，更是将海洋运输推向了一个新的高度。这些坚固的帆船，能够承载重达5000吨的货物，如木材等，在全球各大洲之间穿梭。尽管它们拥有五根巍峨的船桅和广阔的横帆，但平均航速却维持在约7.5节（约13.9千米/小时），稳健而可靠。

然而，这些帆船的繁荣都依赖于盛行风的助力。苏伊士运河的开通，虽然缩短了北大西洋至印度洋的航程，但也宣告了帆船时代的落幕。因为运河区域的风力微弱，帆船难以有效利用风力航行，逐渐被蒸汽轮船和后来的柴油机船所取代。

时光荏苒，如今的海运依然是全球货物运输的支柱。自20世纪70年代以来，海运的货物运输量已经增长了四倍，目前有近10万艘商船在海上忙碌地运输着我们的日常消费品。在全球化的今天，高达90%的国际贸易依赖于海运。但令人担忧的是，仅仅16艘大型货船所产生的硫化物污染，就相当于8亿辆汽车的排放量。

这一污染问题主要源于集装箱船所使用的重油。与精炼石油相比，这种燃料油对环境的破坏更为严重。虽然有法规在限制船舶的废气排放，但研究显示，船舶废气中的有害粒子仍可能导致每年全球范围内数千人的死亡。“永续航运倡议”等组织正在努力改革，希望在2040年前彻底改造航运业，但这一速度似乎仍难以追赶上气候变化的步伐。

幸运的是，新一代的航运从业者和造船企业已经开始从过去汲取灵感，寻求环保的航运解决方案。近十年来，传统帆船重新回到了海洋，承担起热带地区小规模货物的运输任务，仿佛重现了当年快速帆船的辉煌。

同时，随着燃料成本的上涨，大型航运企业也开始寻求变革。现代版的大型钢质帆船正在研发测试中，它们不仅能够运输大量货物，还采用了创新且环保的风力推进系统。这种清洁能源不仅用于货物运输，还被应用在了豪华游艇上，如“马耳他之鹰”，它也能凭借现代风帆系统优雅地航行在广阔的海洋之上。

液压系统取代了传统的缆绳调帆方式，通过液压驱动装置转动船桅来使风帆充分受力。船上三根碳纤维材质的自立式船桅，每根配有五面风帆，总面积达到2400平方米。这些船桅和横桁由于采用无索具设计，可以实现360度自由转动。风帆平时收纳在船桅内，需要时能在六分钟内迅速展开。整个过程由船载计算机系统实现闭环控制，系杆上的96个光纤传感器为船长提供实时数据，确保航行安全高效。

马耳他之鹰超级游艇的成功首航，不仅验证了其尖端的设计，更证实了风力推进系统在现代节能船舶中的应用潜力。这艘游艇在2006年首次试航时，就以其独特的翼型风帆设计和由液压系统驱动的船桅，赢得了业界的广泛赞誉。这些创新技术的运用，使得游艇能够根据风向自动调整风帆角度，以达到最优的航行效果。

值得一提的是，这些技术的奠基人德国工程师威罕姆·普洛斯早在20世纪70年代就已开始探索。他曾提出过利用可旋转风帆构建货船的构想，以应对石油危机带来的油价上涨问题。然而，由于当时液压技术尚不完善，船桅材料强度不足，这一构想未能立即实现。随着科技的进步，特别是碳纤维复合材料的出现，这一构想的实现提供了技术基础。马耳他之鹰的成功航行，无疑证明了风力推进系统的可行性和广阔前景。

马耳他之鹰超级游艇的实践证明了在其他节能型船只应用风力推进系统的概念确实可行。

下一篇，我们将继续一睹现代帆船的风采。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：梁忠伟 中国机械学会微纳制造、智能运维专委会理事、中机联绿色制造专委会常务委员