Портал Sudostroenie.info продолжает серию статей о самых грандиозных инновациях и самых известных новаторах в кораблестроении и судостроении.
В этой истории расскажем, как напиться воды с помощью овечьих шкур, зачем на пиратских кораблях везли столько рома и из-за чего случился первый в истории патентный спор.
Статьи подготовлены с помощью специалистов по интеллектуальной собственности Евгения Пена, предпринимателя (создал первый в России сервис цифрового депонирования ЕДРИД и Максима Дышлюка, юриста, создателя и руководителя "Национального центра интеллектуального капитала" (НЦИК), авторов бестселлера "Дело нашего ума".
Даже в 21 веке, чтобы переплыть на яхте, к примеру, Атлантический океан, понадобится не меньше трех недель. А на заре мореплавания, да и в эпоху паровых двигателей, требовалось еще больше. И куда больше, чем сегодня, нужно было взять с собой людей. Давайте посчитаем, почему.
В наши дни Фёдор Конюхов отправляется в одиночное плавание, или же яхта каких-нибудь энтузиастов с экипажем в 2-3 человека спокойно пересекает океан. Во времена великих географических открытий такие авантюры были попросту невозможны.
Судно было буквально плавучим городком, и не потому, что люди в ту пору так уж любили морские приключения (возможно, кто-то и любил) или всем очень нравилось возить по морям кучу народа, просто экипаж должен был выполнять огромный массив ручной работы: от погрузки товара до бросания угля в топку, постановки парусов или работы на веслах.
Теперь вообразите: вокруг бескрайние просторы чистейшей воды. Только вот пить эту соленую воду категорически нельзя. Как только люди начали отплывать чуть дальше от дома, они сразу же начали ломать головы над, пожалуй, самой важной проблемой в долгих путешествиях. Где взять питьевую воду?
Прежде всего стоит отметить, что задача не решалась методом "просто взять запасы с собой". Минусов было больше, чем плюсов. По мере использования приходилось груз воды перераспределять, чтобы корабль не просел и не перевернулся. Бочки все время передвигали туда-сюда, это тоже не прибавляло радости работникам ручного морского труда.
Для длительных маршрутов вообще никаких запасов бы не хватило. Так, трюмы американского фрегата, спущенного на воду в 1797 году, могли вместить 140 тысяч литров провианта и воды. Вроде бы много? Но для более-менее длительного путешествия команде в триста человек требовалось 142 тысяч с лишним литров одной только воды.
Приходилось строить маршруты с учетом захода в порты и в другие места, где воду можно было добыть, купить или отобрать в честном бою.
Наконец, даже если все было в порядке, и воду погрузили на борт, и ее всем вроде бы хватало, в игру вступала армия микробов. Вода в бочках цвела и пахла, но вовсе не розами, и этот фестиваль бактерий через пару недель плавания становился смертельно опасен.
Прибегли к помощи химии. Еще древние греки для очищения воды в бочках повадились добавлять в нее всякое: уксус, травы, цинк, серебро (это, конечно, что-то "на богатом", так что не злоупотребляли методикой), и, конечно, алкоголь.
Химические способы очистки, в общем-то, прижились. Есть даже теория, что ром, который в огромных количествах пили пираты времен расцвета корсарского дела, применялся с той же целью: обеззаразить воду в бочонках.
Другой вопрос, что пиратам пришло в голову прямо сразу обеззараживать свой организм, минуя этап бочки с водой. Понимаем, не осуждаем. Дошло до того, что на одного члена команды в сутки приходилось 0,9 л воды и 1,5 л рома. Так и плылось веселее. Видимо, с этим вообще все были согласны: по официальным британским инструкциям, ром входил в ежедневный рацион моряков королевского флота аж до 31 июля 1970 года.
Применялся и еще один метод опреснения – основанный на физических свойствах. Вода, как известно было еще Аристотелю, имеет несколько агрегатных состояний. Философ в своем труде "Метеорология" заметил, что «соленая вода, превращаясь в пар, становится сладкой, а пар не образует снова соленую воду, когда конденсируется».
Великий грек поделился в своих трудах таким способом добычи питьевой воды: сначала моряки Эллады кипятили морскую воду, а потом собирали губкой возникавший при кипячении пар: и, вот чудо, вода превращалась в пресную.
Способ также, по-видимому, получил широкое распространение. Даже в одной из первых рукописных книг на Руси, "Изборнике Святославовом", приводятся слова Святого Василия Кесарийского о том, что, дескать, мореплаватели добывают пресную воду путем «кипячения соленой и сбора паров губками».
Способность воды конденсироваться (при этом и избавляться от соли) использовалась в другом изобретении мореходов античности. Плиний Старший, известный своим монументальным трудом "Естественная история", так описывал это решение: по ночам моряки вывешивали за борт корабля овечьи шкуры. Мех впитывал испарения морской воды, а утром, отжав шкуры, команда получала пресную воду.
Вектор развития физических методов привел к появлению первых аппаратов для дистилляции. В том числе и на кораблях. О, это были настоящие алхимические лаборатории. В основном, работало все по принципу нагрева и перегонки пара. Идея нагрева воды с последующим сбором конденсата разной степени очистки применялась еще в древнем Египте, а с развитием технологий мореплавания, конечно, тоже пошла в народ. В конце 16 века появились сложные системы перегонных аппаратов с конденсатными трубками.
Тут тоже были сложности. Проблема, прежде всего, заключалась в том, что для поддержания нужной температуры в перегонном котле требовалось слишком много энергии. До изобретения парового двигателя на угле оставалось еще почти три века, а алхимия без тепла не работала. Возить с собой ещё и баржу дров? Сомнительная затея.
Вторая трудность – работа такого агрегата шла невыносимо долго, а результат выдавался мизерный: 4 литра в сутки. И половину команды не напоить. А еще такие аппараты частенько взрывались, ломались или забивались солью.
Тем не менее, ученые 16 и 17 веков стремились улучшить конструкцию и искали пути оптимизации перегонных кубов для судовой дистилляции. Особенно старались британцы. Британская корона, по привычке, объявила огромную премию за создание самой эффективной опреснительной установки для флота.
В конце 17 века состоялся даже первый в истории патентный спор – за право приоритета в изобретении. Дело в том, что в 1675 году английский ученый Уильям Уолкот получил патент на опреснение воды, а в 1683 такой же патент на такую же конструкцию выдали некоему Роберту Фицджеральду сотоварищи. На карту была поставлена внушительная денежная сумма, однако спор так и не был разрешен.
Забавно (и печально), что в итоге ни одно из этих двух изобретений не было введено в эксплуатацию из-за трудностей с масштабированием. И вообще за последующие 150 лет не было внесено никаких существенных улучшений в базовый процесс дистилляции морской воды. А был он в эпоху великих географических открытий, как мы уже выяснили, долгим, неэффективным и теплоемким.
Как временная, но эффективная мера, для плавания в жарких широтах появился солнечный опреснитель. Принцип действия, как ясно из названия, основывался на испарении воды под солнцем.
Наконец, в эпоху пара опреснители, как и все на флоте, были усовершенствованы, стали работать быстрее и лучше. В 1852 году был выдан британский патент на вертикальную трубчатую установку для дистилляции морской воды, которая благодаря простоте и легкости изготовления приобрела популярность для использования на судах.
"Военная энциклопедия", изданная в России в 1911 году, подробно рассказывает о судовых опреснителях, производимых в Санкт-Петербурге на заводе Р. Круга. И продолжает: «Из других систем испарителей и опреснителей наиболее распространенными в иностранных флотах и встречающимися также у нас являются аппараты Вира, Киркальди, Райнера и др., основанные на том же принципе и отличающиеся конструкцией … и деталями». То есть, рынок к тому времени уже был, и на нем существовало большое количество моделей паровых термических опреснителей.
Однако настоящую революцию во всей истории судового опреснения воды произвело изобретение нового способа, методики обратного осмоса. Нельзя назвать конкретное имя изобретателя этой революционной технологии, скорее, эта инновация стала итогом постепенного развития сразу нескольких научных сфер.
Обратный осмос – это процесс, в котором при определенном давлении вода проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает воду, но не пропускает вредные вещества (и соль). Фильтры обратного осмоса получили большое распространение в судостроении, а технология продолжает совершенствоваться и по сей день.
Схема установки опреснения на основе обратного осмоса. 1: Приток морской воды, 2: Поток пресной воды (40 %), 3: Поток соленого концентрата (60 %), 4: Поток морской воды (60 %), 5: Концентрат (слив), A: Насос высокого давления, B: Циркуляционный насос, C: Осмотический модуль с мембраной, D: Устройство обмена давлением. Источник: Wikipedia.org
Отечественному делу опреснения и водоподготовки тоже есть, чем гордиться.
Опреснитель морской воды на Экспо-67, почтовая марка СССР. Источник: Wikipedia.org
Сейчас в России самые современные установки для опреснения и фильтры для очистки воды на судне выпускает машиностроительная компания "Винета".
Это предприятие с большой историей и научно-техническим кадровым потенциалом было образовано в 1996 году. Основу коллектива составили специалисты-судостроители и специалисты в области аквакультуры. Сегодня "Винета" производит большое количество уникальных ассортиментных позиций для водоочистки и обессоливания: фильтры, насосы, опреснительные установки, без которых, конечно же, не выйдет в море ни одно судно.
И более того: помимо очевидной функции снабжения экипажа питьевой водой, продукция "Винеты" и других подобных предприятий играет огромную роль в сохранении экологического баланса океанов.
Ведь количество судов в морях возрастает, при этом становятся и более строгими требования Морской конвенции к их эксплуатации. Говоря человеческим языком, нельзя сбрасывать с судна в моря и океаны сточные воды, химические вещества и т.п. Только вдумайтесь: 80% всей жизни на планете находится в океане! Здоровье океана – это ключ к здоровью всей планеты и людей. Он – это огромная часть нашей биосферы, где работают гигантские «углеродные насосы» и сложные пищевые сети. Они помогают поддерживать климат и являются основой нашего существования. Океан – не просто место, где живет множество существ, это настоящее "сердце" планеты.
Вот почему современные проектировщики водоочистительных и опреснительных установок работают не только ради того, чтобы экипажи кораблей и судов получали чистую питьевую воду, но и ради сохранения здоровья нашей планеты.
История изобретений в области судового опреснения – конечно, история со счастливым концом, но с множеством трудностей в процессе. В отличие от других судовых аппаратов, аппарат опреснения и очистки воды очень долго не поддавался простым (да и сложным) расчетам и решениям. Сдвинуть дело с мертвой точки смогли не гениальные прозрения отдельных личностей, а лишь общие сдвиги в эволюции научно-технического процесса.
Сегодня каждый изобретатель, желающий внести свой вклад в развитие опреснительного дела, да и любого иного, может ознакомиться со всем массивом идей на портале Роспатента.
А вот для первичного оформления авторства своих изобретений существует простая и недорогая процедура депонирования. Такие услуги предоставляют все порталы цифрового депонирования, например, ЕДРИД.
Автор: Антон Северный
Заглавное изображение: нейросеть