velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

Category:

Рожденный ползать уже летает

«...Доктор Флитвик объявил на уроке чернокнижническтва, что они начинают обучаться подымать предметы в воздух, то, о чем все они желали с того времени, как он показал левитацию на жабе Невилла... Выяснилось, что это очень трудно». — Дж. К. Роулинг. «Гарри Поттер и философский камень».





Эта статья продолжает разговор об «истории позабытых побед» российского рельсового транспорта, начатый в статье «Построены и забыты». Сейчас пойдет речь о магнитопланах (в забугорной литературе – аппаратах магнитной левитации либо MAGLEV). Обычно в забугорных источниках, описывающих зарождение магнитолетов, встречаются только два имени: Роберта Годдарда и Эмиля Башеле. Дальше летописцы сходу перескакивают в тридцатые годы.


Две твердыни, либо Вейнберг против Башеле


Идеологическим вдохновителем нового вида транспорта считается южноамериканский ученый Роберт Годдард, который еще в 1904 году, будучи студентом-первокурсником, подал идею поезда, опирающегося на магнитные поля. Моментом же, когда об идее летающих поездов стало понятно миру, именуют статью в Mount Vernon Daily Argus от 15 марта 1912 года. Заглавия вещали: «Письмо из Нью-Йорка до Бостона дойдет за час… Эмиль Башеле, местный изобретатель… показывает новый прибор… Поддерживаемый магнитным полем, он способен развить необыкновенно высшую скорость». Башеле подал заявку на собственный «Летающий поезд» в 1910 году, а в 1912-м получил патент.


Но был очередной первооткрыватель… На другой стороне планетки – в дальной Сибири – узнаваемый российский геофизик, доктор Томского технологического института Борис Вейнберг, работал над той же самой мыслью, воплотив ее в жизнь в 1911 году совсем другим методом.


«Поезд Башеле» имел электродинамическую подвеску. Судя по фотографиям в июньском номере Scientific American 1914 года, он поддерживался дюралевыми пластинами, парящими над катушками электромагнитов. Тянули модель вагона катушки соленоидов. Вейнберг же применил электрический подвес – вагон в виде закрытой капсулы подвешивался под электромагнитами, которые вроде бы передавали его с рук на руки. Так были заложены два фундамента, на которых основывается большая часть современных систем MAGLEV’а.


В 1911 году Вейнберг строит установку с вагончиком в 10 кг, передвигающимся по 20-метровому кольцевому пути из медной трубы поперечником 32 сантиметра. Два года тестов увенчались фуррором, что кажется просто классным при отсутствии полупроводниковых систем регулирования. Правда, из-за малых размеров установки удалось достигнуть скорости только 6 км/ч. Но с схожими неуввязками сталкивался и Башеле – в одном из его опытов в лаборатории на Фултон-Авеню разогнавшийся вагон вылетел в окно.


Труболеты


Скоро Вейнберг делает проект трассы, на которой собирается достигнуть скорости современного реактивного лайнера: 800–1000 км/ч. Для этого магнитолет Вейнберга был должен передвигаться по трубе, из которой откачан воздух – чтоб уменьшить сопротивление движению. Вагон – сигарообразный металлической цилиндр поперечником 0,9 м и длиной 2,5 м, в каком полулежа, как в спортивном авто, располагался пассажир и система жизнеобеспечения. Его разгоняли и тормозили линейные движки длиной около 3-х верст (одна миля равна 1066,8 м – «ПМ») у каждой станции. Благодаря полной автоматизации в двухпутном варианте дорога должна была пропускать 15 тыщ пассажиров в день в одном направлении.


Большие издержки на сооружение, по расчетам, должны были окупиться за счет технологий, не требующих вербования людского труда: стальные дороги тех лет, в отличие от современных, напоминали строительство пирамид – они добивались колоссального количества рабочей силы, и увеличение заработной платы могло сделать их нерентабельными. Но скоро началась глобальная война, и реализация масштабного плана была отложена на неопределенный срок.


Суперпоезд рейха


После Первой мировой войны Борис Вейнберг занялся более житейскими вещами – исследовательскими работами земного магнетизма, движения арктических льдов, также созданием гелиоустановок. Увлекся другими работами и Эмиль Башеле. Задачки, на которые были нацелены их проекты, были решены другими, наименее экзотичными методами. Трудности резвой доставки почты решили авиакомпании, а потребность в стремительных пассажирских перевозках была удовлетворена поездами на паровой и дизельной тяге, развивавшими в США уже в то время скорости до 200 км/ч. В СССР же выявились другие, наименее дорогостоящие методы сокращения ручного труда на «железке»: реконструкция тяги, внедрение автотормозов и автосцепки, централизованная сигнализация.


Эмиль Башеле продолжал разные исследования на Академической улице в Покипси прямо до собственной кончины в возрасте 83 лет. За четыре года ранее ушел из жизни Борис Вейнберг – он погиб от истощения сил в блокадном Ленинграде.


Прямо за Башеле и Вейнбергом дело сотворения магнитопланов в 1922 году схватил германский ученый Герман Кемпер, который получил в 1934 году патент на собственный вариант технического решения. Магнитоплан Кемпера в этом патенте снаружи напоминал дорогу Вейнберга – это был железный закрытый снаряд, перемещавшийся в трубе. С 1939 по 1943 годы в рейхе работали над практическим созданием такового суперпоезда. Но из-за войны мысль не была доведена до конца. 1-ая модель для практической демонстрации была представлена Кемпером только в 1953 году, но мировой сенсацией тогда не стала.


Пятитонный мессер


Практические работы над магнитолетами в 60-е годы прошедшего века возродились благодаря прогрессу электроники, позволившей сделать надежную систему управления магнитами, также неверным прогнозам. По результатам испытаний первых высокоскоростных электровозов был изготовлен вывод, что при скоростях порядка 350 км/ч колеса фактически стопроцентно растеряют сцепление с рельсами, а при скорости 400–500 км/ч жд экипажи не сумеют стабильно двигаться в колее. В конечном итоге магнитопланы вновь отыскали поддержку муниципальных и личных инвесторов.


1-ая в мире испытательная трасса и макетный экипаж «Трансрапид-01» начали строиться в 1969 году в ФРГ по заказу министерства транспорта. В 1971 улучшенный «Трансрапид-02» сделал первую поездку с пассажирами. Вагон был построен известной компанией Messerschmitt-Bёlkow-Blohm и сдан в эксплуатацию более известной Krauss-Maffei. Эта пятитонная угловатая кабина всего на четыре места развивала на 660-метровом пути под Мюнхеном скорость до 90 км/ч.


После чего в ФРГ начался реальный бум широкомасштабных исследовательских работ. В 1979 году 1-ая 900-метровая пассажирская линия Trans-rapid-05 с 30,8-тонным вагоном на 68 человек, развивавшим скорость до 75 км/ч, три недели работала на интернациональной выставке в Гамбурге. И хотя это событие произвело фурор, речь шла пока только об красивом парковом аттракционе.


В Стране восходящего солнца начали работы над магнитопланами несколько позже – в 1972 году, но сосредоточились на использовании сверхпроводимости и реализации сверхвысоких скоростей. К 1979 году они разогнали собственный МЛ-500 до 517 км/ч, установив рекорд скорости. Германия приняла вызов, и с 1980 года началось строительство нового полигона под скоростной Transrapid-06 – 54-метровый, 102-тонный, 200-местный поезд, рассчитанный на скорость 400 км/ч. Поезд с пассажирами в первый раз сумел достигнуть этой скорости в 1988 году.


Резвые казахи


В СССР первую коммерческую линию маглева решили строить в 1977 году, в столице Казахстана Алма-Ате. Она должна была связать центр городка с новыми микрорайонами. Выбор был не случаен – монорельс и метро, как понятно, были священной мечтой Динмухамеда Кунаева, первого секретаря компартии Казахстана. Мечта эта подпитывалась и тем, что столица примыкающего Узбекистана – Ташкент – свое метро имела. Но средств на казахское метро не отпускали из-за недостаточной численности населения Алма-Аты. Внимание Кунаева привлек другой транспорт, близкий по пропускной возможности к наземному метро, но не подпадающий под известные нормы.


Новый транспорт нарекли СПТС (высокоскоростная пассажирская транспортная система). На эстакаде высотой 5–6 метров должно было пролечь двухколейное полотно шириной семь метров с бегущим магнитным полем. Опоры с двухметровым основанием решили ставить на разделительных полосах проезжей части улиц.


Под Москвой, в Раменском, на полигоне НИИПИтранспрогресс выстроили 600-метровую трассу. Завод «Газстроймаш» сделал для нее экспериментальный 9-метровый вагон весом 8 тонн и вместимостью 35 пассажиров. Высота подвески равнялась 20 миллиметрам, что в критериях грозного казахстанского климата было важным.


Аппарат из Подмосковья хотя и уступал «Трансрапиду-05» по эстетике, зато, если веровать данным, размещенным в 1979 году С.А. Адасинским, на каждого пассажира русского магнитоплана приходилось в два раза меньше веса конструкции, чем у западногерманского – а от этого впрямую зависела цена эстакады. Таким макаром СССР, а не Китай мог стать государством, первой пустившей поезда на магнитной подвеске в постоянную эксплуатацию.


Тем временем в Алма-Ате вышло удовлетворенное и совместно с тем роковое для магнитоплана событие – в конце 1981 года появился на свет миллионный обитатель. Здесь же началось строительство обычного метро. Сразу тянуть два дорогостоящих проекта было уже нереально.


Мечта столичного мэра


В конце 1980-х исследовательскими работами в Раменском (сейчас организация, проводившая их, называлась ТЭМП) удалось заинтриговать московские власти. Поначалу желали выстроить трассу из аэропорта Шереметьево-2 через Химки, по берегу Москвы-реки (Щукинская, ул. Красочная, Карамышевская набережная и дальше – к Интернациональному выставочному центру на Красноватой Пресне). К 1992 году были разработаны проекты 2-ух линий – Шереметьево – Дом правительства на Красноватой Пресне и Чертаново – Бутово. Вагоны из 2–3 секций по 60 мест любая должны были мчаться на эстакадах высотой 5–6 м. Среднетехническая скорость на первом маршруте должна была быть 100 км в час, на втором – 40. Цена полосы, по проекту, должна была быть втрое ниже цены метрополитена.


Для отработки подвески на полигоне обкатывали уменьшенный эталон весом 13 тонн, в нем были кресла для 25 пассажиров, а разгонялся он до 60 км/ч – резвее не позволяла длина трассы. К началу кризиса 1990-х был утвержден проект удлинения трассы до 7 км, чтоб достигнуть более высочайшей скорости.


Новый подмосковный магнитоплан имел высшую эффективность подвески за счет компенсации концевого и краевого эффекта: это достигалось особенным расположением в пространстве тяговых модулей линейного мотора. Правительство отдало старт работам по строительству полосы, более того, в МИИТ даже было открыто обучение студентов по новейшей специальности. Но с распадом СССР появились трудности с выполнением обязанностей по поставкам предприятиями, оказавшимися в различных республиках, а последовавший промышленный кризис сделал труднее финансирование. В конечном итоге к 1993 году программка была практически заморожена. Через пару лет о ней опять вспомнили, так как формально решение строить никто не отменял, но дефолт конца 1990-х помешал довести дело до конца.


Летающие электровозы до Сочи


Проекты магнитопланов в СССР не ограничивались коммунальным транспортом. В 1970-х годах велись работы над высокоскоростным поездом на магнитной подвеске для полосы Москва – Юг. Согласно техусловиям, разработанным ВНИИЖТ, поезд из 10 вагонов был должен двигаться со скоростью до 400 км/ч. Каждый вагон совместно с 75 пассажирами был должен весить 40 тонн. Таким макаром, поезд по главным характеристикам не уступал бы сделанному в 1980-х германскому Transrapid-06, а по вместимости даже превосходил бы его.


В 1970-х работы по этой программке шли по всему Союзу. Была большая лаборатория во ВНИИИЖТ, задействовались лаборатории в Ленинграде, Киеве, Днепропетровске, Ереване, ряд организаций в Омске, Белоруссии, Латвии… На самом большом электровозостроительном заводе страны – Новочеркасском, а поточнее – в институте ВЭЛНИИ при заводе, был построен опытнейший путь, на котором испытывался экипаж, схожий на Transrapid-01.


Изюминкой конструкции была уникальная система подвески, в какой в отличие от «Трансрапида» и японского HSST направляющие, поддерживающие магниты и линейный движок, были объединены в единый тягово-подъемный модуль, спрятанный под нижней поверхностью балки и защищенный тем от снега и льда.


Исследовательские полигоны выстроили также в Ереване и в Омске (для испытаний контактной подвески). Но к 1980-м годам выяснилось, что как рельсовые экипажи, так и магнитопланы в одинаковой мере способны развивать скорости, нужные для пассажирского движения. По расчетам, из-за сопротивления воздуха на открытом пути предельную скорость нет смысла делать выше 500 км/ч.


В вакуумной трубе скорость обеих систем может быть доведена до нескольких скоростей звука. Еще 35 годов назад японский доктор Кенойя Одзава выстроил модель поезда на колесах, достигшую скорости 2300 км/ч, и катал на ней животных. Выходило, что магнитопланы имело смысл внедрять только там, где рельсовые поезда по каким-то причинам нерентабельны – к примеру, при очень насыщенном движении, где нужно понизить износ экипажа и рельс и потребность в выправке пути. Не случаем 1-ая коммерческая линия «Трансрапида» построена в Китае, отличающемся большой плотностью населения.


Поколение NEXT: возвращение правителей?


Кризис электрической подвески принудил ученых вновь направить внимание на те ее системы, которые ранее были признаны неперспективными.


1-ая их их – электродинамическая подвеска со сверхпроводящими магнитами, которую изучили на опытнейшем кольце в Эрлангене с 1972 по 1977 год. В таковой подвеске подъемная сила вырастает со скоростью движения, так что при скорости 500–600 км/ч зазор в подвеске может добиться 200 мм; при малых же скоростях (наименее 100 км/ч) аппарат «приземляется» на колеса, как самолет. Это очень прибыльно для скоростного движения, потому что обеспечивает безопасность при наличии неровностей пути.


На данный момент более известны работы с электродинамической подвеской, проводимые в Стране восходящего солнца на опытнейшем полигоне в Яманаши, где была достигнута скорость около 600 км/ч, также проект Maglev 2000 (США). Но не достаточно кто знает, что данным направлением также занимались и в СССР. Бывалые установки были построены в МИИТ и ЛИИЖТ. После начала промышленного кризиса работы длилось и при перекрытом финансировании.


Очередной путь, считавшийся практически обреченным, – использовать для подвески поездов неизменные магниты. В принципе такая система очень хороша для городского и пригородного транспорта: пути и ходовая часть экипажа не изнашиваются, переменные магнитные поля существенно ниже, сама система максимально ординарна – вагон висит в воздухе без всякой автоматики и подачи электроэнергии и свалится, если только разломать путь. Но для реализации сколь-нибудь значимой грузоподъемности требовалось столько дорогих магнитов, что проект становился глупым.


Все же в 1980-х годах в СССР было изготовлено «принципиально невозможное» – построены и удачно испытаны дороги на неизменных магнитах. Правда, не для пассажиров, а для нужд промышленности.


Российский ученый Александр Искандеров отыскал обычное и смышленое решение – установить магниты так, чтоб они работали не «в лоб», а «на сдвиг» – так усилие подвески меньше изменялось при увеличении зазора, и при отклонениях экипажа в всякую сторону он ворачивался назад. В 1987 году в Орехово-Зуево был построен опытнейший 250-метровый путь, по которому в течение 3-х лет гоняли шеститонный состав со щебнем со скоростью 11 км/ч. Смысл внедрения настолько необыкновенного устройства в карьерах был в том, что магнитные силовые полосы в отличие от колес и подшипников никогда не изнашиваются, ну и энергии на привод требовалось в 5 раз меньше. И нехитро – сопротивление движению такового экипажа в 20 раз меньше, чем рельсового поезда.


Грузоподъемность системы была доведена до 500 кг на метр пути. А означает, стало вероятным возить и пассажиров. Вправду, были сделаны два проекта – для ВДНХ и для зоопарка в Ташкенте, но, к огорчению, оба они были остановлены с началом промышленного кризиса в распавшемся СССР. В предстоящем Искандеров продолжил свои работы в НПЦ «Магнит».


Все только начинается


Сейчас можно сказать, что в отношении магнитопланов заблаговременно радоваться, да и рано ставить точку. То, что было сотворено в этом направлении в ХХ веке, можно смело считать только предысторией магнитной левитации. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости, развитие массового производства магнитотвердых ферритов, удешевление цифровых технологий для систем управления и силовой полупроводниковой электроники – все это может в дальнейшем существенно поменять наши представления о магнитопланах и их месте посреди других видов транспорта. Самые достойные внимания находки, самые изумительные изобретения, самые необыкновенные плоды инженерной мысли еще впереди.


Создатель выражает искреннюю признательность Виталию Лисову, Константину Рогачеву и Александру Искандерову за разлюбезно предоставленные снимки российских аппаратов на магнитной подвеске.






Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments