Транспорт на магнитной подушке (стр. 3 из 4)
3. Летающие экспрессы. Отечественные и зарубежные разработки
3.1 Разработки новых видов транспорта
Работы по созданию скоростных бесколесных поездов на магнитной подушке ведутся достаточно давно, в частности в Советском Союзе с 1974 года. Однако и в 2006 году проблема наиболее перспективного транспорта будущего остается открытой и является широким полем деятельности для современных ученых. В данном разделе речь идет о достоинствах и недостатках новейших разработок совершенно нового вида транспорта.
Рис. 2 Модель поезда на магнитной подушке
На рисунке 2 представлена модель поезда на магнитной подушке, где разработчики решили перевернуть всю механическую систему с ног на голову. Железнодорожная трасса представляет собой совокупность расставленных через определенные равные расстояния железобетонных опор со специальными проемами (окнами) для поездов. Рельсов нет. Почему? Дело в том, что модель перевернута, и в качестве рельса служит сам поезд, а в окнах опор установлены колеса с электромоторами, скоростью вращения которых дистанционно управляет машинист поезда. Таким образом, поезд как бы летит по воздуху. Расстояния между опорами подобраны таким образом, чтобы в каждый момент своего движения поезд находился, как минимум, в двух-трех из них, а один вагон имеет длину большую, чем один пролет. Это позволяет не только удерживать железнодорожный состав на весу, но и, вместе с тем, при отказе одного из колес в какой-либо опоре движение будет продолжаться.
Преимуществ использования именно этой модели достаточно. Во-первых, это экономия на материалах, во-вторых, вес поезда значительно уменьшается (не нужно ни двигателей, ни колес), в-третьих, такая модель чрезвычайно экологична, а в-четвертых, проложить такую трассу в условиях густонаселенного города либо местности с неровным ландшафтом гораздо проще, чем в стандартных видах транспорта.
Но нельзя не сказать и о недостатках. Например, если в рамках трассы одна из опор сильно отклонится, это приведет к катастрофе. Хотя, катастрофы возможны и в рамках обычных железных дорог. Другой вопрос, который ведет к сильному удорожанию технологии, это физические нагрузки на опоры. Например, хвост поезда, только выехавший из какого-либо конкретного проема, если говорить простыми словами, как бы "повисает" и оказывает большую нагрузку на следующую опору, при этом смещается и центр тяжести самого поезда, что влияет на все опоры, в целом. Примерно такая же ситуация возникает, когда голова поезда выезжает из проема и так же "повисает", пока не достигнет следующей опоры. Получаются своего рода качели. Как эту проблему намерены решать конструкторы (с помощью несущего крыла, огромной скорости, уменьшением расстояния между опорами...), пока неясно. Но решения есть. И третья проблема - повороты. Поскольку разработчики решили, что длина вагона больше, чем один пролет, стоит вопрос поворотов.
Рис. 3 Т-образній монорельс
Американский проект Airtrain предполагает использование перевернутого вверх ногами Т-образного монорельса, к которому подвешено некое подобие самолета. Во время движения он не касается самого рельса, за исключением подпружиненного контакта, питающего Airtrain электроэнергией. С поворотами, торможением и т.п. проблем нет. Например, при торможении на высокой скорости изменяется угол пропеллеров, а на низкой - Airtrain ведет себя точно так же, как и монорельсовые поезда. Средняя скорость - 320 км/ч, объем пассажиров в одном вагоне - около 92 человек. На самом деле это одна из самых реальных перспектив развития транспорта будущего. Это объяснимо, поскольку над созданием этого проекта трудились два очень авторитетных специалиста - Элвест Лель (Elvest L. Lehl), имеющий 30-летний стаж работы инженером в компании Being, и профессор аэрокосмической инженерии Глен Зумволт (Glen W. Zumwalt), работавший в проектах NASA, FAA и USAF. Первые испытания Airtrain пока только на модельном уровне не выявили каких-либо существенных недостатков. Но интересно другое - судя по расчетам, вся система, включая рельсы, транспортные средства и т.п. на протяженность 450 км, стоит $2,06 миллиарда, где один самолет Airtrain имеет цену от 11 до 16 миллионов долларов, а полтора километра трассы - $7.3 млн.
Рис. 3 Высокоскоростной Струнный Транспорт Юницкого
Как альтернатива этому существует чисто российская разработка, именуемая Высокоскоростным Струнным Транспортом Юницкого (СТЮ). В ее рамках предлагается использовать поднятые на опорах на высоту 5-25 метров предварительно напряженные рельсы-струны, по которым движутся четырехколесные транспортные модули. Себестоимость у СТЮ оказывается гораздо меньшей - $600-800 тысяч за один километр, а с инфраструктурой и подвижным составом - $900-1200 тысяч за км.
Рис. 4 Пример монорельсового транспорта
Но ближайшее будущее видится все-таки за обычным монорельсовым представлением. Причем в рамках монорельсовых систем сейчас откатываются новейшие технологии по автоматизированию транспорта. Например, американская корпорация Taxi 2000 создает монорельсовую систему автоматических такси SkyWeb Express, которые могут ездить как в рамках города, так и за его пределами. Водитель в таких такси не нужен (прямо как в фантастических книгах и фильмах). Вы указываете точку назначения, и такси само вас туда отвозит, самостоятельно выстраивая оптимальный маршрут. Тут получается все - и безопасность, и точность. Taxi 2000 на данный момент - наиболее реальный и осуществимый проект
Немцы из проекта Modular Automated Individual Transport предлагают применять для перевозки людей и грузов некие контейнеры. Идея на самом деле проста. Вы заходите в контейнер, указываете точку назначения. Система рассчитывает оптимальный маршрут с учетом всех транспортных магистралей. При этом в рамках MEIT разработаны специальные системы для переноса контейнеров с помощью специального "тягача", подвешенного к рельсу, либо транспортные "тележки" для его перевоза по обычной асфальтированной дороге. И при этом не исключаются варианты взаимодействия со стандартными видами транспорта - поездами, кораблями, самолетами. То есть вы сели в контейнер, и больше ничего не нужно думать, за вас это сделает некая умная транспортная система.
3.2 Высокоскоростной транспорт на магнитном подвесе
Новым и перспективным направлением развития высокоскоростного железнодорожного транспорта являются поезда на магнитном подвесе. Исследования данного вида транспорта начались еще в середине прошлого века. Так первый патент на поезд на магнитном подвесе был получен в июне 1941 года. В свою очередь первая коммерческая линия с использованием данного типа поездов была введена в 1984 году в Британии. Эта линия была мало скоростная. В 1995 году линию закрыли, признав небезопасной.
С внедрением в данной отрасли сверхпроводников позволило перевести данный вид транспорта в высокоскоростной железнодорожный транспорт. На данный момент основными представителями по созданию такого вида транспорта является Япония и Германия.
Лидером в данной отрасли является Япония. Его поезд на магнитных подвесах установил новый рекорд 580 км/ч в декабре 2003 года. Все тестирования новых технологий проводятся на линии Яманаши, которая протяженностью 18,4 км. Во время движения под действием электромагнита поезд “плывет” в 10 миллиметрах от поверхности пути. Магниты находятся в самом составе и по бокам пути. Япония начала разрабатывать программу поездов на магнитной подушке в 60-х годах прошлого века. До сих пор японские модели таких поездов являются самыми быстрыми и тихими в мире.
Другим представителем магнитных скоростных дорог является Германие (компания Transrapid) со своей магнитной скоростной дорогой Transrapid. Электромагнитная система этой дороги зависит от притягивающих сил отдельно отрегулированных электромагнитов, которые в качестве реактивной части ленточно установлены на обеих сторонах транспортного средства и от смонтированных на внутренней стороне пути пакетов активной стали статора. Магниты притягивают транспортное средство снизу к пути до зазора в 10 мм, направляющие магниты удерживают его сбоку в колее. Высоконадежная электронная система регулирования обеспечивает при этом стабильное «парящее» состояние.
Бесконтактный привод осуществляется от синхронного линейного электродвигателя с длинным статором, который служит также и в качестве тормоза для служебного торможения. В отличие от обычных транспортных систем в поездах Transrapid первичная приводная часть расположена не в транспортном средстве, а в шине. Для этого смонтированы феромагнитные пакеты активной стали статора с трехфазной кабельной обмоткой. В этих обмотках образуется электромагнитное перемещающееся поле, которое совместно с полем несущих магнитов способствует получению необходимой для поступательного движения транспортного средства тяги. Изменением силы и частоты трехфазного тока можно бесступенчато регулировать маршрутную скорость до 500 км/ч. Переменой полярности магнитного поля осуществляется перемена направления тяги и, в этом случае, привод становится бесконтактным тормозом.