Все более крупные грузовые суда угрожают мостам, портам и другим сооружениям

Два года назад космический корабль НАСА успешно врезался в астероид шириной 160 метров, изменив его курс. первая в своем роде демонстрация показало, что человечество обладает технологиями и опытом, необходимыми для отклонения космических камней аналогичной величины от Земли и предотвращения их уничтожения региона размером с город. Испытание двойного перенаправления астероидов НАСА, или миссия DART, также может предоставить фундаментальную физику, актуальную для раннего вторника. разрушение моста Фрэнсиса Скотта Ки в БалтимореЭто произошло, когда контейнеровоз длиной 300 метров врезался в одну из опорных свай или опор моста.

Устрашающие масштабы современных контейнеровозов по сравнению со многими мостами, а также усилия по устранению воздействия на инфраструктуру в портах можно объяснить по аналогии с отклонение астероида миссионерский, гражданский и системный инженер Бенджамин Дж. Шафер Об этом заявили в Университете Джонса Хопкинса на брифинге для СМИ, состоявшемся в среду. Поскольку за последние десятилетия контейнеровозы значительно выросли в размерах, что позволило снизить затраты на доставку и загрязнение, их размеры приблизились к размерам мостов и других портовых сооружений. Более крупные суда приводят к увеличению потенциальных разрушений, когда что-то идет не так, а также к более серьезным инженерным и системным проблемам для защиты портов от столкновений с судами и других рисков, связанных с судоходством.

Барьеры, называемые кранцами и дельфинами, обычно размещаются в портовых каналах для защиты мостов и другой инфраструктуры от ударов судов. Дельфины, в зависимости от их конструкции, могут уменьшить силу удара корабля о мост очень незначительно или на целых 60 процентов, говорит инженер-строитель. Бассем Андравес Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. Но мощные, достаточно большие корабли, по его словам, «могут перелезть через» дельфинов или проплыть сквозь них. Не всегда экономически или физически целесообразно строить достаточно большие заграждения, чтобы защитить портовые мосты от самых больших кораблей.

---

О поддержке научной журналистики

Если вам понравилась эта статья, рассмотрите возможность поддержать нашу отмеченную наградами журналистику, подписка. Приобретая подписку, вы помогаете обеспечить будущее влиятельных историй об открытиях и идеях, формирующих наш мир сегодня.

---

«Невозможно обойти вниманием то, насколько велики грузовые корабли и насколько велики [redirection and protection systems] должно быть так», — сказал Шафер. Этот момент побудил Шафера описать выводы, полученные в результате успеха миссии НАСА.

Миссия показала, что изменение курса крупных опасных объектов, таких как астероид или массивный корабль, требует относительно мало энергии при условии, что толчок происходит достаточно далеко от объекта риска, сказал Шафер. «Таким образом, дельфин или подобные системы защиты моста, которые перенаправляются далеко от моста, могут быть относительно небольшими», — сказал он. «Но что-то, чтобы остановить [a ship] как только он окажется прямо у пристани моста — а вам придется использовать всю энергию этой лодки — потребуется гораздо более надежная система, чтобы попытаться перенаправить или остановить. А в случае с грузовым судном может быть просто слишком поздно с точки зрения системы, расположенной прямо рядом с мостиком».

За последние несколько десятилетий грузовые суда значительно увеличились в размерах, поскольку суда меньшего размера были списаны или устарели. В 1956 году первый современный контейнеровоз перевозил 58 контейнеров, а сейчас самый крупный из этих судов может перевозить более 12 тысяч контейнеров, говорит экономист и историк Марк Левинсонавтор книги 2008 г. Коробка: Как транспортные контейнеры сделали мир меньше, а мировую экономику — больше. Сегодняшние крупнейшие контейнеровозы, называемые мегамаксами, имеют вместимость 25 000 TEU (20-футовый эквивалент или количество 20-футовых контейнеров, которые может загрузить судно). По словам Левинсона, экономия от масштаба для постоянно растущих контейнеровозов ограничивается от двадцати до примерно 20 000 TEU.

Но контейнеровозы среднего размера, такие как Дали, Судно, которое врезалось в Ключевой мост, и даже более крупные суда не исчезнут, пока население и благосостояние мира растут. В свете этого разрушение моста Ки заставляет некоторых экспертов призывать к установке более крупных или модернизированных крыльев вокруг портовой инфраструктуры. Некоторые наблюдатели заметили отсутствие видимых кранцев и дельфинов в водах возле моста Ки. Но Шафер и другие инженеры-строители выразили сомнения.

«Существует мало свидетельств того, что экономически целесообразно создать систему защиты для грузового судна, которое идет под полным прямым ударом», – сказал Шафер на пресс-конференции.

Даже портовые мосты с существующими кранцами и дельфинами могут пострадать от удара корабля. Некоторые из таких барьеров десятилетиями не модернизировались с учетом возможности кораблей большего размера. В то же время хорошо известно, что большая часть современных мостов в США, которых насчитывается более 600 000, старше 50 лет и находится в недостаточном состоянии. И около 7,5 процентов из них считаются структурно неполноценными, говорит он. инженер-строитель и экология Элиас Али Университета Кейс Вестерн Резерв. Он добавляет, что современные грузовые суда не только больше, но и движутся быстрее, чем 50 лет назад, поэтому при ударе они передают еще больше разрушительной энергии. «Большинство критически важных мостов не спроектированы и не защищены так, чтобы выдерживать огромную ударную нагрузку от этих более крупных грузовых судов», — говорит Али.

Мегафендеры, предназначенные для защиты от мегамакс-грузовых кораблей, могут привести к еще одному нежелательному результату: уменьшению объема канала. Вместо этого, по мнению различных экспертов, более эффективные и доступные решения включают в себя изменения в операциях, технологиях и правилах в портах. По словам Левинсона, в качестве потенциальных решений можно также изучить снижение ограничений скорости судов и расширение сопровождения буксиров. Эти идеи могут не сбыться, говорит Сальваторе Меркольяно, морской историк из Кэмпбеллского университета и бывший торговый моряк. Буксиры обычно следуют за судами в очень стесненных или опасных обстоятельствах, чего не произошло в случае обрушения моста Ки, которое произошло в порту Хелен Делич Бентли в Балтиморе. Дополнительное время на буксире также повысит стоимость ведения бизнеса в порту и замедлит время оборота судов, спешащих на разгрузку, перегрузку и возвращение в море. И скорости медленнее, чем та, на которой Дали Меркольяно говорит, что судно может затруднить маневрирование до того, как оно потеряло мощность.

По словам Али, улучшенные автоматизированные системы раннего предупреждения, которые, возможно, будут получать данные о движении и другие данные от датчиков, размещенных на судах, мостах и ​​дополнительной портовой инфраструктуре, могут ускорить оповещение и принятие мер контроля. «Возможности удаленного мониторинга и контроля позволяют береговым властям вмешиваться в критические ситуации», — говорит он. «Это может включать в себя дистанционное отведение судов от опор мостов или выдачу предупреждений близлежащим судам». Другие эксперты рекомендуют использовать датчики для обнаружения быстро идущих или вышедших из-под контроля крупных кораблей, которые включают яркие мигающие огни и сирены, чтобы предупредить операторов моста и участников дорожного движения.

Другие сенсорные системы на опорах мостов могут обнаруживать потенциально разрушительные корабли при их приближении. По словам Андравеса, при определенном пороге скорости (и, следовательно, силы) гипотетическая система может использовать пассивные или активные компоненты как часть системы уменьшения опасности столкновений.

Он также предлагает провести дальнейшие исследования по использованию более деформируемых или пластичных строительных материалов для защиты опор мостов от сил высокой энергии, особенно в сейсмоопасных регионах. Металлические «сплавы с памятью формы», которые изучает Андратес, уже используются для производства биомедицинских и аэрокосмических компонентов. Когда эти объекты подвергаются нагрузкам и ударам, они отскакивают, а не разрушаются. По его словам, такие материалы проходят испытания на мостах в Швейцарии, Германии и других странах Европы.

С улучшениями или без них, Меркольяно уверен, что корабли будут продолжать расти в размерах. «Единственное, что остановит рост судов, — это если вы не сможете их застраховать, а порты их не пропустят», — говорит он. В противном случае «их построят, и они будут приходить».