100年前，“幽灵船”航行令爱因斯坦困惑——如今它们卷土重来

1925年，在北海波涛汹涌、冰天雪地的海面上，一艘不同寻常的船只从波兰但泽（Danzig）驶向苏格兰利斯（Leith），创造了航海史上的第一次。这次首航之所以具有历史意义，并非因为其航程，而是因为该船的独创性：其简洁的设计甚至令阿尔伯特·爱因斯坦都印象深刻，他后来还专门写了一篇文章来阐述其重要性。

“没有任何帆、桅杆和索具，”G. B. Seybold在《科学美国人》杂志上报道时写道，这艘长177英尺的钢制双桅帆船仅依靠“两个奇怪的圆筒，形似巨大的烟囱”就能航行。但它们没有冒烟，也没有发动机的噪音。它就像一艘幽灵船，在水中神秘地航行，似乎没有任何推进方式。

几个月后，在波士顿的查尔斯河上，两名在美国海军服役的军官在麻省理工学院学习期间，推出了一款改进的同款奇特船只。1925年9月，《科学美国人》杂志写道：“这艘美国船是该国首次实际展示了旋转金属塔如何取代帆布帆。”

到20世纪20年代末，新款“转子船”的订单开始激增。这些混合动力船——结合了燃油或燃煤发动机和高大的旋转圆筒——有望将燃料消耗减半。这种节省并非只是理论上的。1926年，第一艘转子船“Buckau”号，也就是完成了北海穿越的船只，被改造成混合动力并更名为“Baden Baden”号。它从德国经南美航行至纽约，全程6200海里，仅消耗12吨燃油，而如果没有转子，则需要45吨。一个全新、更高效的航运时代似乎即将到来。

然而，就在这项新型风帆技术势头正盛之际，股市崩盘。大萧条随之而来。燃料价格暴跌。转子帆的经济优势几乎在一夜之间消失，这项前景光明的技术也随之黯然失色。但一个世纪过去了，随着航运业面临燃料成本波动和气候变化的挑战，转子帆正在卷土重来。

A high-quality, black and white photograph of two sailboats on a lake. In the foreground, a modern sailboat with a tall, cylindrical rotor mast is visible. In the background, a traditional sailboat with a triangular sail is also present. The photo captures a sense of motion, with waves on the water and a clear shoreline and forest in the distance. — 《科学美国人》1925年9月刊刊登了这张“一艘新型弗莱特纳单塔转子游艇和一艘帆船的壮观比赛”的图片。帆船险胜。*图片来源：《科学美国人》1925年9月刊*

发明新型船帆的数学老师

转子帆的想法属于安东·弗莱特纳（Anton Flettner），他是一名数学老师和自学成才的工程师，于1922年为其新颖的发明申请了专利。他的设计依赖于一个著名的空气动力学原理，该原理最早由19世纪德国物理学家古斯塔夫·马格努斯（Gustav Magnus）提出。

棒球迷对马格努斯效应非常熟悉：它解释了曲球是如何弯曲的。当一个旋转的物体在空气或任何流体中运动时，它的旋转会改变气压——与旋转方向一致的空气流速更快，而与旋转方向相反的空气流速更慢。由此产生的力会将物体推向侧面。这解释了科科·高芙（Coco Gauff）如何打出带有上旋的球，或者塔里克·斯科巴尔（Tarik Skubal）如何投出曲球。飞机机翼也利用相同的原理获得升力。

弗莱特纳认为，如果他能在船甲板上保持一个垂直圆筒旋转，就能利用马格努斯效应，根据旋转方向捕捉风力，将船向前或向后推动。与传统的帆不同，传统帆会偏离风向，容易倾覆，而马格努斯效应会将转子帆推向相反的方向，迫使它们迎风而立，在风暴天气中出奇地稳定。但与不需要风以外任何动力的传统帆不同，转子帆需要某种东西来保持其旋转。

转子帆的兴衰

在波士顿，海军军官约瑟夫·基尔南（Joseph Kiernan）和W. W.哈斯廷斯（W. W. Hastings）将弗莱特纳的发明和理论付诸实践。1925年，当他们驾驶自制的转子船在查尔斯河上与一艘游艇比赛，以微弱劣势落败时，《时代》杂志对该船的机械装置赞叹不已：“一艘宽大的35英尺海军巡逻艇平稳地驶过，没有冒烟，也没有帆，只发出‘噗噗噗’的声音，这声音太微弱了，不可能来自与其尺寸相符的汽油发动机。甲板上的人们正在观察一个耸立在船中间的无烟烟囱，一个直径3.5英尺、高9.5英尺的圆筒。这个圆筒正在旋转。这艘船是一艘美国转子船——第一艘。”那微弱的“噗噗噗”声是基尔南和哈斯廷斯用来保持圆筒旋转并操控船只的1.5马力汽油发动机发出的声音。

当在大萧条期间，新兴的转子船行业一蹶不振时，弗莱特纳转而投身于其他领域。那时，他已经是一位多产的发明家。他曾发明了至今仍被飞机和船只使用的可调配平舵转向系统，即伺服舵。作为一种小型铰链式表面，弗莱特纳的伺服舵利用流过的空气或水力，只需极小的力就能移动更大的控制面，本质上起到了“动力转向”的作用。在20世纪30年代，弗莱特纳将他的转子设计应用于直升机，开发了相互啮合的旋翼直升机（一组以相反方向旋转以增加稳定性的旋翼），影响了后来的设计。

1961年，弗莱特纳去世。尽管他一生在航空、航海、汽车和能源行业都有着多产的创新，但弗莱特纳——他最初是一名高中数学老师，后来成为阿姆斯特丹航空与流体力学研究所的总经理，并在二战后担任美国海军研究办公室的顾问——却没有活到看到他标志性的海洋发明被广泛采用的那一天。