Архив   Авторы  
2 декабря 2003 года в японской префектуре Яманаси опытный состав модификации MLX01 установил абсолютный рекорд скорости для железнодорожного транспорта — 581 километр в час

Не стучите, колеса
Общество и наукаТехнология

В мире ведутся разработки сверхзвуковых поездов. Когда и как можно будет перемещаться по земле быстрее, чем по небу?





 

Китайские инженеры объявили о начале разработки поезда, который сможет передвигаться со скоростью до 1000 километров в час. Пока идея не вышла за рамки проекта, но исследователи из Национальной лаборатории силовых агрегатов надеются полностью воплотить ее в жизнь в течение десяти лет. Более того, тысяча не предел. Специалисты уверены: скорость четыре и даже шесть тысяч километров в час — не фантастика, а дело не столь отдаленного будущего. В гонку с китайскими изобретателями готовы включиться специалисты из других стран, свой проект существует и в Белоруссии.

Быстрее звука

Пока сверхзвуковых пределов могут достигать лишь реактивные самолеты да космические ракеты. Что же касается поездов, то только в четырех странах мира — Китае, Японии, Германии и Франции — они способны двигаться быстрее 500 километров в час. Да и то подобные скорости зафиксированы лишь во время испытаний. В том же Китае между столичной станцией Longyang Road и Шанхайским международным аэропортом Pudong ежедневно с интервалами в 15 минут курсируют поезда на магнитной подушке со скоростью 431 километр в час. Отрезок в 30 километров они преодолевают за каких-то 7 минут 20 секунд. Казалось бы, куда уж быстрее! Но инженеры задумали воплотить в жизнь давно витавшую в среде научных фантастов идею сверхскоростных международных и межконтинентальных железнодорожных перевозок.

Свои надежды специалисты из Поднебесной возлагают на технологию магнитной левитации, которая, впрочем, уже используется при скоростном сообщении. Секрет ее заключается в том, что при движении состав в отличие от своих колесных аналогов не касается поверхности рельса, а висит над ним на высоте 12—15 миллиметров (при полной загрузке). Дело в том, что поезда на магнитной подушке двигаются по монорельсу, в который встроены шины, индуцирующие управляемое движущееся магнитное поле. Оно-то и поддерживает платформы-вагоны в висячем состоянии. В результате сила трения о металл не мешает поездам, и они развивают скорость до 580 километров в час. Чисто теоретически состав можно разогнать и до первой космической — 7,9 километра в секунду. Единственная проблема, не позволяющая ехать быстрее, — аэродинамическое сопротивление. Впереди транспортного средства возникает воздушное уплотнение, которое можно сравнить с упругой металлической пружиной.

Но если на дозвуковых скоростях движению мешает лишь трение о воздух, то на сверхзвуковых добавляется эффект, давно замеченный учеными на примере обычного пушечного снаряда или пули. Перед летящим на сверхзвуковой скорости снарядом виден полукруглый ободок, а внутри него нечто вроде линзы. Этот ободок и есть фронт скачка уплотнения, а эффект линзы создается более плотным воздухом, находящимся между этим фронтом и снарядом. Это явление также называют отсоединенной ударной волной, так как фронт скачка уплотнения не соприкасается со снарядом. В результате потери энергии очень велики.

Залезть в трубу

Чтобы приручить законы физики, изобретатели придумали нетривиальный ход: и рельсы, и поезда нужно спрятать в герметичную оболочку, а внутри создать вакуум, откачав воздух. Нет воздуха — нет уплотнений, соответственно, исключена и сила трения. В теории все красиво, но насколько реально воплотить столь фантастическую идею в жизнь? Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета Игорь Овчинников уверен, что эта идея имеет смысл: «Такая дорога технически совершенно оправданна с точки зрения достижения больших скоростей, и идея реально осуществима, надо только просчитать все тонкости».

Вдохновившись идеями западных изобретателей, этот нелегкий труд взял на себя белорусский архитектор Павел Коняев. Он разработал собственный проект высокоскоростной вакуумной дороги, действующей по принципу магнитной левитации. Конечно, вся конструкция пока существует лишь в чертежах и описана в виде технических заданий, но все же основные принципы скоростных путей уже ясны. «Итоги» выяснили подробности.

Главную и самую массивную часть сверхскоростной дороги займут вакуумные пути. По ним, как планирует Павел Коняев, можно будет ездить не только по Белоруссии, но и, например, из Москвы во Владивосток (дорога в перспективе займет около четырех часов), в Европу и даже в США. «Оболочка тоннеля, внутри которого поедут поезда, — многослойная долговечная конструкция», — рассказывает архитектор. Ее основой станет высокопрочная бетонная труба с поперечными кольцами и продольными ребрами жесткости, а также компенсаторами для уменьшения или сведения к минимуму продольных деформаций. Внешние защитные слои планируется делать из тепловых изоляторов, чтобы защитить сооружение от перепадов температуры. Так удастся предотвратить разрушение конструкции и ее разгерметизацию. Хотя Игорь Овчинников говорит, что «сегодня существуют типы бетонов, в которые уже введены полимерные составы, так что можно обойтись без специальных внешних оболочек».

Внешне тоннели будут выглядеть как серебристые трубы на бетонных опорах, и разместятся они на высоте около шести метров от поверхности. При этом земли под дорогой можно осваивать как угодно — использовать как сельскохозяйственные угодья или строить обычные автомобильные дороги. Более того, чтобы не огибать крупные водоемы или неровности рельефа местности, частично трубы можно будет проложить под землей или водой. В надземной трубе можно будет из прочного стекла смонтировать смотровой пояс на уровне окон поезда, чтобы путешественники смогли насладиться быстро меняющимся пейзажем. В местах прохождения трубы под землей или водой окон не будет, но здесь можно использовать сканирование и предварительную запись местности и выводить изображение на голографические экраны-окна. У пассажиров будет складываться впечатление, что поезд по-прежнему движется над землей. Это важно в первую очередь для людей, страдающих клаустрофобией.

Что касается технического устройства путей, то в разрезе труба должна выглядеть так: это обхватывающая оболочка вокруг шины с электромагнитами, подводящими кабелями и вспомогательным оборудованием. Оболочка трубы полностью закроет собой все внутренние коммуникации и предохранит их от природных воздействий — осадков, ураганов, высокой и низкой температуры, от птиц, падения деревьев и т. д. Для каждого пути в целях безопасности должна использоваться отдельная оболочка-труба, однако спаренные оболочки могут быть объединены одной общей, но только для защиты от внешних факторов. И это большой плюс вакуумных дорог. Игорь Овчинников считает, что «таким образом можно будет избавиться от большой проблемы наших дорог — посторонних предметов и людей на путях». Ведь пути будут полностью изолированы от внешнего мира. Однако закрытость может сыграть и злую шутку. Что, если случится ЧП внутри тоннеля?

Чтобы люди при возникновении экстренных ситуаций (разгерметизация, пожар, теракт и прочее) не оказались запертыми в безвоздушном пространстве, в тоннеле через каждые 3—4 километра пути предусмотрены шлюзы, которые автоматически перекроют аварийный участок. Здесь планируется разместить поднимающуюся и опускающуюся плиту, полностью изолирующую отрезок тоннеля. У такой плиты в целях безопасности поезда и пассажиров будет одна особенность — прочный структурный каркас, обшитый тонкостенной оболочкой из легких композитов, чтобы в случае несанкционированного закрытия шлюза врезавшийся в него поезд мгновенно разрушил плиту и при этом остался без повреждений. При экстренном торможении со скорости в 1200 километров в час поезд, по расчетам, проедет порядка 6—9 километров. Сенсоры отследят его местоположение. После полной остановки состава на перекрытом участке трубы откроются специальные задвижки и в тоннель начнет поступать воздух (при отсутствии пожара). Когда давление в трубе сравняется с внешним, откроются люки тоннеля и поезда и люди смогут спуститься на землю или выйти в эвакуационные подземные тоннели. Шлюзы запланированы и на станциях. При въезде поезда в привокзальный шлюз туда подается воздух, давление выравнивается, и состав выезжает на перрон.

Космические технологии

По расчетам Павла Коняева, скорость вакуумных поездов будет различаться по регионам. Так, для Европы из-за высокой плотности городов она составит 1200, для западной части России и СНГ — 1500, а в восточной части России можно будет разгоняться до 2000—2400 километров в час. Различия обусловлены не столько мерами безопасности, сколько экономическими мотивами. Ведь в густонаселенных районах с большой плотностью городов станции придется оборудовать намного чаще. В итоге может получиться так, что, не успев разогнаться до расчетной скорости, поезд будет вынужден тормозить для посадки-высадки пассажиров. Чтобы исключить излишний расход электроэнергии, оптимальное расстояние между остановками не должно быть меньше чем 600—900 километров. Более того, значительная часть энергии, затраченная на разгон поезда, сможет возвращаться обратно в сеть при торможении. Расписание вакуумных поездов нужно будет рассчитывать исходя из времени, необходимого на откачку воздуха из привокзальных шлюзов. Даже с учетом этого поезда смогут ходить с интервалом 15—20 минут.

Естественно, при проектировании сверхскоростного сообщения невозможно обойти стороной и вопрос безопасности. Строгие требования будут предъявляться как к поездам, так и ко всей транспортной инфраструктуре. «Несомненно, — говорит Павел Коняев, — поезда по оснащенности и системе защиты будут походить больше на космические корабли и подводные лодки». Но основные принципы устройства все же заимствуют из ныне существующих поездов — это касается концепции системы привода, элементов интерьера салона, каркаса. При этом все материалы обшивки и конструкции должны пройти испытания на экологичность, износ, горючесть, истираемость и прочие возможные риски. На случай разгерметизации оболочки самого поезда посадочные места, как и в самолетах, оборудуют кислородными масками, чтобы люди смогли дышать до прибытия спасателей.

Архитектор уверен, что новый вид транспорта особенно придется по душе людям, страдающим аэрофобией. Но не причинит ли такое путешествие в вакууме вреда здоровью? Ведь известно, что большие ускорения при разгоне и торможении, а также электромагнитное поле, за счет которого поезда будут двигаться, пагубно влияют на организм человека. «В принципе человек может выдерживать кратковременные большие перегрузки, например в момент удара автомобиля о препятствие. Правда, ни о какой комфортности в таких ситуациях говорить не приходится», — замечает Павел Коняев. Он убежден, что при выбранных скоростях и расстояниях между остановками перегрузки не выйдут за предел комфортно переносимых. Чтобы избежать повышенных нагрузок на позвоночник и сосуды, архитектор предлагает пассажирам размещаться в полулежачем положении. Тогда процессы торможения и разгона практически не будут отличаться по ощущениям от тех, что испытывают пассажиры самолетов. Там нормальная перегрузка составляет 1,5—2 g. Однако кратковременно человек может переносить и больше. Например, российский космонавт Александр Лазуткин делится своими впечатлениями: «3—4 единицы даже доставляют удовольствие. Ты лежишь в удобном кресле, в него приятно вдавливает, и никаких неприятных ощущений не испытываешь». Его слова подтверждает и доктор медицинских наук, профессор, академик Российской академии космонавтики Виталий Волович. Врач уверен, что если поезд будет разгоняться постепенно, а не мгновенно набирать сверхзвуковую скорость, чего он технически сделать не сможет, здоровью человека это никак не повредит.

С точки зрения воздействия электромагнитных волн эти поезда также не будут представлять опасности. «Чтобы электромагнитные колебания не угрожали здоровью пассажиров, не нарушали работу техники и не размагничивали носители данных или пластиковые карты, вагоны нужно будет обтянуть специальными защитными сетками-экранами», — рассказывает Павел Коняев. Хотя некоторым специалистам и эта мера кажется избыточной.

Заведующий кафедрой точного приборостроения Томского политехнического института, действительный член Академии навигации и управления движением РФ, доктор технических наук, профессор Виктор Дмитриев считает, что люди уже давно ездят в поездах на магнитной подушке и ничего с ними не происходит. Аспект воздействия электромагнитных волн на здоровье на таких дорогах давно изучен и не представляет опасности. «Изобретатели не планируют применять новые принципы разгона поездов, — продолжает ученый. — Они возьмут уже существующие и испытанные технологии и поместят их в искусственно созданную безвоздушную среду. Так что ничего страшного ждать не нужно».

Единственное ограничение для прокладки вакуумных путей архитектор видит в сейсмической опасности. Над этим думают и японские инженеры, для которых проблема землетрясений — одна из основных. И все-таки вакуумный транспорт, по мнению многих специалистов, представляет собой наиболее разумную альтернативу существующим средствам передвижения. Особенно с учетом влияния на окружающую среду. Ведь, по расчетам экологов, даже современные поезда на магнитной подушке выбрасывают в атмосферу в 112 раз меньше углекислого газа, оксидов натрия и прочих вредных веществ, чем автомобили, и в 29 раз меньше, чем обычные поезда. При условии, что вакуумные составы не будут терять энергию на преодоление сопротивления воздуха, вредные выбросы должны сократиться еще больше.

Правда, существует одна большая проблема. Для нового вида сверхскоростных передвижений всю инфраструктуру придется строить заново. Это потребует огромных вложений. Так, по расчетам Павла Коняева, километр трубы обойдется примерно в 60 миллионов долларов. Но, с другой стороны, это долгосрочные инвестиции. Если у вакуумного транспорта получится ворваться на рынок пассажирских и грузовых перевозок, то он, несомненно, займет лидирующие позиции в мире. Ведь пока даже фантасты не придумали ничего более впечатляющего, если, конечно, не считать телепортации.

Добавить в:  Memori  |  BobrDobr  |  Mister Wong  |  MoeMesto  |  Del.Icio.Us  |  Google Bookmarks  |  News2.ru  |  NewsLand.ru

Политика и экономика

Что почем
Те, которые...

Общество и наука

Телеграф
Культурно выражаясь
Междометия
Спецпроект

Дело

Бизнес-климат
Загранштучки

Автомобили

Новости
Честно говоря

Искусство и культура

Спорт

Парадокс

Анекдоты читателей

Анекдоты читателей
Популярное в рубрике
Яндекс цитирования NOMOBILE.RU Семь Дней НТВ+ НТВ НТВ-Кино City-FM

Copyright © Журнал "Итоги"
Эл. почта: itogi@7days.ru

Редакция не имеет возможности вступать в переписку, а также рецензировать и возвращать не заказанные ею рукописи и иллюстрации. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов. При перепечатке материалов и использовании их в любой форме, в том числе и в электронных СМИ, а также в Интернете, ссылка на "Итоги" обязательна.

Согласно ФЗ от 29.12.2010 №436-ФЗ сайт ITOGI.RU относится к категории информационной продукции для детей, достигших возраста шестнадцати лет.

Партнер Рамблера