Подземный космос: вакуумные поезда

Подземный космос: вакуумные поезда

    Мировая сеть По плану Дэрила Остера, трубопроводы ET3 должны связать Америку с Азией через Берингов пролив и потом тянуться в Японию по Курильской гряде, в Австралию, в Африку, в Европу через Урал, а оттуда опять на Американский континент через северные моря, Гренландию и Исландию. Но это в отдаленной возможности.
    Пока же предполагается, что к 2013 году будет сооружена миниатюрная модель вакуумного поезда, а в первой половине 20-ых годов XXI века покажется первая экспериментальная линия ET3, капсулы которой смогут развивать скорость от 500 до 1000 км/ч
    Swissmetro Громкий проект Swissmetro, схожий с ET3, еще с 1974 года разрабатывался в Швейцарии. Развивающий скорость до 500 км/ч подземный вакуумный поезд на магнитной подушке должен был курсировать между главными городами страны: Женевой, Лозанной, Базелем, Цюрихом и Берном.
    К сожалению, проект так и не дошел до стадии воплощения в металле; на сегодня от него остались лишь сохраняющие надежду на лучшие времена акционеры

экономичности и Увеличение скорости наземных транспортных средств в значительной степени достигается борьбой с трением. На сегодня наивысшее достижение в данной области — магнитная левитация. С 70-х годов прошлого века в Германии, Англии, Японии, Китае проходят опробования поезда на магнитной подушке, кое-какие государства ввели в эксплуатацию магнитные дороги (к примеру, линия Линимо в Нагое, Япония).

Сведение трения к минимуму снабжает составу высокую экономичность, возможность и бесшумность развивать скорость порядка 400−500 км/ч.

Поезд на магнитной подушке не только возможно, но и выгодно делать сверхскоростным, потому, что затраты энергии на поддержание магнитной левитации тем ниже, чем меньше время в пути. Иначе, при повышении скорости аэродинамическое сопротивление возрастает в определенной прогрессии. Исключить его полностью возможно, проложив автостраду маглева в трубы, из которой откачан воздушное пространство.

Примечательно, что приблизительно так воображал себе совершенный транспорт русский ученый Борис Вайнберг еще в далеком 1914 году. Но возвратимся в наши дни.

Проект ET3

Мысль вакуумного поезда витает в воздухе уже практически целый век. В 1960-х годах на волне технооптимизма появилась храбрая концепция трансатлантического грузопровода, по безвоздушным трубам которого, заякоренным в толще вод на глубине полукилометра, из Европы в Америку мчались бы составы на магнитной подушке. Однако патент на Evacuated Tube Transport Technologies (вакуумно-трубопроводные транспортные разработки) был взят только во второй половине 90-ых годов двадцатого века американским инженером Дэрилом Остером.

А два года спустя действительно взяться за воплощение его идеи в металле решились китайцы во главе с доктором наук Чжаном Яопином.

В представлении Остера предназначенная для двухстороннего перемещения автострада ET3 (либо ETT) обязана воображать собой несколько надземных труб диаметром 150 см. Транспортная капсула, скользящая в вакууме на подвеске из магнитного поля, будет иметь диаметр 130 и длину 490 см. Личный вес «вагона», вмещающего 370 кг груза либо шесть пассажиров, не превысит 190 кг.

Его двигателем — вторичным элементом коаксиального линейного электромотора, статором которого есть снабженная обмотками труба ET3 — станет сам корпус, изготовленный из ферромагнитного сплава. Минимальный зазор между вторичным и первичным элементами разрешит установить асинхронный линейный двигатель вместо синхронного, используемого в существующем скоростном электрическом транспорте.

Кроме системы регенерации и пассажирских сидений воздуха в капсулы пригодится расположить только электродинамическую подвеску (EDS) на сверхпроводящих магнитах, снабжающую магнитную левитацию. Причем ее обмотки предназначаются лишь для отклика на внешние поля: активная часть электромагнитной подвески кроме этого интегрируется в автостраду-трубу. Сама капсула будет нуждаться только в миниатюрных аккумуляторная батареях, предназначенных для виртуальных окон и питания телевизоров, на каковые с расположенных снаружи трубопровода камер смогут транслироваться виды пересекаемой местности.

Потому, что капсула движется фактически без сопротивления, а большинство энергии, затраченной на разгон, возможно возвращена при торможении, ожидается, что экономичностью ET3 превзойдет рельсовый поезд в десятки раз. Содействует этому и высокая эффективность линейного двигателя, конкретно преобразующего электрическую энергию в механическую и не имеющего подверженных трению подробностей.

Скорость же вакуумного поезда может быть около 6500−8000 км/ч (сложно сообщить, как это повлияет на психику пассажиров, — по всей видимости, такие скорости настоящи лишь для товарных составов). Практически ограничения на нее накладывает только невозможность сделать автостраду идеально прямой, потому, что на поворотах электромагнитам нужно будет компенсировать не только вес капсулы, но и центробежную силу.

Китайцы внесли в проект последовательность важных корректив: автострада, вероятнее, будет пролегать под почвой, а не на опорах, да и полное вакуумирование труб не планируется (не смотря на то, что давление в них будет снижено). Это, само собой разумеется, минус, но предварительные расчеты продемонстрировали, что затраты энергии на создание вакуума в совокупности превосходят затраты на поддержание и разгон капсулы ее левитации. Плюс к тому некое количество воздуха в трубопроводе окажет помощь решить проблему отвода тепла, выделяющегося в корпусе и обмотках капсулы.

Предполагается, что благодаря понижению требований к герметичности труб строительство автострады обойдется не дороже простого метро, другими словами около $3 млн на километр.

Подобные проекты

Именуемый Swissmetro проект, во многом подобный ET3, разрабатывался в Швейцарии с 1974 года. Развивающий скорость до 500 км/ч подземный вакуумный поезд на магнитной подушке должен был курсировать между главными городами страны: Женевой, Лозанной, Базелем, Цюрихом и Берном. Швейцарский вариант отличался от китайского пара громадным диаметром труб (180 см) и восьмиместной капсулой.

О других изюминках делать выводы тяжело, поскольку толком проработаны они не были. В 2009 году 35-летняя история проекта завершилась его закрытием (но, компания не ликвидирована, ее акционеры все еще сохраняют надежду на восстановление).

В 2002 году к идее вакуумного поезда обратились британские инженеры. FTS (Fast Tube System), призванная, по плану изобретателей, заменить не только ЖД, но и автомобильный транспорт, должна была воображать собой покрывающую всю страну паутину труб относительно маленького диаметра — транспортные капсулы вычислены только на одного либо двух пассажиров, находящихся в положении лежа.

В отличие от левитирующих вагонов ET3 миниатюрному боеприпасу FTS предстоит катиться со скоростью 420 км/ч — на колесах по рельсам, без всякой магнитной подвески. Статором линейного электродвигателя, питание к которому подводилось бы по контактному рельсу, предлагается оснастить сами тележки (расчетная масса которых в следствии выше, чем у многоместных капсул ET3). Трубе же отводится роль вторичного, пассивного элемента, благодаря чему конструкция трубопровода предельно упрощается.

Перечисленные изюминки, конечно же, в значительной степени лишают вакуумный поезд для того чтобы типа важных преимуществ. Кроме того не принимая к сведенью трение о рельсы, за счет довольно низкой вместимости и небольшого веса тележки затраты энергии на транспортировку одного пассажира обещают быть многократно выше, чем при ET3 либо Swissmetro. Но, согласно точки зрения авторов, строительство сети FTS обойдется дешево — не дороже прокладки водопроводных труб громадного диаметра.

«За» и «против»

Итак, в базе концепции вакуумного поезда лежит уже давно ставший действительностью поезд на магнитной подушке. В это же время бурного развития левитирующего транспорта, с которым 30 лет назад связывались громадные надежды, пока что не заметно. Пара выстроенных в 1980-е годы линий уже закрыты, на сегодня эксплуатируются только 30-километровая автострада в Эмсланде (Германия), такой же длины дорога в километровый участок 9-и Шанхай в Нагое (Япония).

Теоретически маглев может развивать скорость, в полной мере сопоставимую со скоростью самолета, при впятеро меньших затратах энергии. Но скорость делается весомым преимуществом лишь на громадных расстояниях: на 30-километровой автостраде свойство разгоняться до 500 км/ч фактически ненужна.

Снова же: теоретически маглев в три раза экономичнее автомобиля (не смотря на то, что и уступает простому поезду), но лишь при перевозке ограниченного числа пассажиров, так дабы их масса была мала по отношению к массе поезда. В случае если же состав нагрузить, преимущество провалится сквозь землю. Для перевозки товаров транспорт на магнитной подушке негоден.

Простые скоростные электропоезда, практически столь же стремительные и намного более экономичные, наряду с этим не требующие прокладки особых, уникальной конструкции дорог, сейчас побеждают в конкурентной борьбе с маглевами. Поменяет ли обстановку высвобожденная от воздуха труба? Основной недочёт поезда на магнитной подушке — дороговизна строительства дорог, и их неприспособленность для движения и тяжёлых грузоперевозок вторых видов транспорта — лишь усугубится.

К тому же неясно, к примеру, как конструкторы ET3 собираются пропустить через 150-сантиметровое «игольное ушко» все возрастающие межконтинентальные пассажиропотоки. необходимость и Малая вместимость капсул их шлюзования перед подачей в вакуумированный канал снижают пропускную свойство ифраструктуры, делая ее негодной кроме того для обслуживания большого аэропорта.

Не хватает проработаны и вопросы обеспечения безопасности вакуумного поезда. Конструкторы FTS предлагают оборудовать капсулы подушками и ремнями безопасности (на случай схода тележки с рельсов), и кислородной маской (на случай разгерметизации). К сожалению, по окончании срабатывания подушки воспользоваться маской нереально.

Но — авторы это признают, — в случае если трагедия случится на скорости 400 км/ч, отсутствие воздуха в тоннеле пассажира тревожить уже не будет.

Завершая тему

Стоит подметить, что конструкция самых современных самолётов включает достаточно вызывающие большие сомнения средства спасения пассажиров при трагедии. Однако большая часть людей нормально относятся к полетам. Низкая возможность отказов в магнитно-вакуумных транспортных совокупностях сделает сверхскоростные поезда достаточно надёжными.

Реализация храброго плана Дэрила Остера требует огромных затрат. Предстоит решить бесчисленные технические неприятности. Но уже на данный момент видно, что сложности преодолимы.

Пассажирские поезда, в несколько раз более скоростные, чем сверхзвуковые самолеты, большие межконтинентальные «грузопроводы», подвешенные в толще океанских вод, кроме того личные «линии доставки», по которым товары отправляются клиентам на дом, — все это в полной мере может показаться. Если не к концу нынешнего столетия, то в начале следующего века капсулы, скользящие в пустоте на магнитной подушке, заменят и вытеснят другие виды транспорта, кроме круизные лайнеры и личные автомобили. По крайней мере мы можем в это поверить.

Принципиальная схема поезда ET3

Снаружи вагон ET3 представляет собой верный цилиндр. По аналогу с известной шуткой физиков возможно назвать его «цилиндрическим поездом в вакууме».

В патенте Дэрила Остера вагоны снабжены иллюминаторами, но китайцы пара переработали проект, предполагая установку экранов — имитаторов окон.

Исторический экскурс

Мысль пассажирского трубопровода имеет старую историю. Еще во второй половине 60-ых годов XVII века французский физик Дени Папен предлагал применять сжатый воздушное пространство для переправки грузов по трубе. Во второй половине XIX века наибольшие города Европы обзавелись пневмопочтой, и, конечно, стала действительно рассматриваться возможность строительства «атмосферических железных дорог».

Но потом проектов дело не зашло.

Герметичная транспортная труба обошлась бы дороже открытого рельсового пути. Единственное же неоспоримое преимущество пневматического транспорта заключалось в возможности обойтись без машиниста и локомотива. Поезд приводился бы в перемещение и управлялся внешней силой.

Но в случае если для маленькой капсулы пневмопочты это было огромным преимуществом, то для ЖД состава — очень малым. Он-то в полной мере имел возможность вместить котел, запас и кочегаров угля.

В ЕТ3

Одна из неприятностей вакуумного транспорта — действие очень высоких замкнутого пространства и скоростей на пассажиров без особой подготовки, которую проходят, к примеру, летчики либо астронавты.

Конструкторы не без оснований опасаются, что пассажирам ET3, заключенным в тесных, изолированных от внешнего мира «боеприпасах», будут мешать приступы клаустрофобии. Рассматривается кроме того возможность снабжения надземных транспортных труб простыми окнами.

Гравитационный поезд

Мысль гравитационного поезда ветха, в первый раз она была предложена Французской академии наук еще в десятнадцатом веке. Достаточно соединить каждые два пункта на земной поверхности (предположим, что они расположены на одной высоте над уровнем моря) прямым тоннелем — не в географическом, а в геометрическом понимании, другими словами игнорирующим сферическую форму планеты.

В этом случае центральная часть автострады окажется расположенной ближе к центру Почвы, чем ее финиши, половину дороги поезд будет скользить под уклон, ускоряясь силой тяжести, вторую же часть пути он преодолеет по инерции, потому, что трения нет. Независимо от расстояния поездка на гравитационном поезде не будет прекращаться 42,2 60 секунд, в случае если условно вычислять отечественную планету идеально круглой.

Очевидно, прямой тоннель, соединяющий города в различных полушариях, обязан будет пройти через центр Почвы, а подобный проект нельзя назвать кроме того научной фантастикой. Он неосуществим из-за давления и температуры в недрах, а помимо этого, внутренняя жёсткая часть земного ядра вращается не синхронно скорой.

На современном уровне развития техники чуть ли вероятно строительство тоннеля кроме того на глубине 5000 м. Но частично мысль гравитационного поезда уже отыскала использование при сооружении Столичного метро. спуски и Подъёмы на перегонах разрешают экономить энергию при торможении и разгоне составов перед станциями.

Статья «Подземный космос: вакуумные поезда» размещена в издании «Популярная механика» (№116, июнь 2012).

<

h4>

Вакуумный поезд БУДУЩЕГО | Hyperloop

Статьи, которые будут Вам интересны: