Полеты над рельсом

Полеты над рельсомКогда на заре индустриальной революции английские шахтеры, привыкшие тягать груженые углем деревянные тележки из шахт на поверхность, сначала подложили под колеса деревянные направляющие, а потом заменили их на железные рельсы, вряд ли они полагали, что со временем эта технология превратится в один из символов технического прогресса. Более века локомотив, мчащийся по железнодорожным путям в яркое будущее, служил олицетворением поступательного движения человечества, пока на смену ему не пришли более прогрессивные иконы: аэроплан, а потом и космическая ракета.

Когда на заре индустриальной революции английские шахтеры, привыкшие тягать груженые углем деревянные тележки из шахт на поверхность, сначала подложили под колеса деревянные направляющие, а потом заменили их на железные рельсы, вряд ли они полагали, что со временем эта технология превратится в один из символов технического прогресса. Более века локомотив, мчащийся по железнодорожным путям в яркое будущее, служил олицетворением поступательного движения человечества, пока на смену ему не пришли более прогрессивные иконы: аэроплан, а потом и космическая ракета.

 

Тем не менее для многих из нас утро по-прежнему начинается с путешествия в вагоне метро или электрички. Именно поезда соединили крупные города с предместьем. Добавить скорости - и они могут связать в единую систему целые регионы, позволят людям селиться не так кучно и выведут промышленность с офисами из мегаполисов.

На сегодняшний день самым быстрым потомком шахтерских вагонеток является французский TGV (train a grande vitesse, скоростной поезд, фр.). Эти поезда, пущенные в 1981-м между Парижем и Лионом, связывают теперь не только французские города, но и Францию с соседними странами. Испания, Италия, Южная Корея, США строят собственные линии на основе технологий TGV. Рекорд скорости для колесных железнодорожных составов TGV установил 3 апреля 2007 года, когда специально подготовленный поезд на улучшенных путях развил скорость в 574,8 км/час (см. "КТ" #683). В реальном коммерческом сообщении максимальная скорость TGV достигает 320 км/час (на адаптированных для него особых трассах LGV) или 220 км/час - по стандартным рельсам. Недалеко отстал от TGV японский "Синкансэн", введенный в эксплуатацию еще в 1964 году и достигший скоростного максимума в 300 км/час. Но на пятки модификациям традиционных железнодорожных составов наступает технология, обходящаяся вовсе без колес, - маглевы, поезда на магнитной подушке.

Первые практические разработки в этой области начались в конце 1970-х в Германии, Великобритании и Японии, причем уже в 1979 году японский маглев на испытательном участке Миядзаки регулярно достигал скорости в 517 км/час. В Японии же на маглеве MLX01 системы JR-Maglev в 2003 году был поставлен мировой рекорд для рельсового транспорта - 581 км/час. Такие поезда курсируют сейчас по экспериментальным линиям в префектуре Яманаси, общая протяженность которых составляет 18,4 км.

В 1984 году открылась первая коммерческая магнитопланерная линия между Бирмингемским международным аэропортом и железнодорожным вокзалом. Длина пути составила аж 600 м, но из-за проблем с обслуживанием через одиннадцать лет линию пришлось закрыть.

В Германии маглевы засветились на нескольких выставках, а также в Западном Берлине с 1989 по 1991 год на участке длиной 1,6 км. Снос Берлинской стены повлек за собой и демонтаж магнитопланерной линии, мешавшей соединению восточной и западной линий метро.

Несмотря на такую довольно скромную историю, именно немецкий маглев Transrapid ездит по одной из самых популярных и впечатляющих магнитопланерных линий в мире, соединяющей Международный аэропорт Пудонг с Шанхаем. Участок протяженностью 30 км поезд преодолевает за 7 минут 20 секунд, разгоняясь до 431 км/час.

Поскольку Transrapid как основу для скоростного сообщения рассматривают (или рассматривали) Великобритания и другие европейские страны, а также несколько государств Персидского залива, мы можем детальнее ознакомиться с технологией маглевов именно на его примере.

Опорные магниты располагаются по обе стороны корпуса и обращены к нижним поверхностям Т-образного пути, притягивая состав к ферромагнитным статорам. Направляющие магниты располагаются по бокам. Электронная система контроля позволяет поддерживать постоянный зазор между опорным магнитом и статором (как правило, 10 мм). Расстояние между полотном и дном маглева - около 15 см, благодаря чему мелкие препятствия на пути не приводят к остановке или аварии. Питается система левитации от батарей на борту Transrapid’а и не зависит от силовой установки. В пути линейные генераторы, встроенные в опорные магниты, постоянно подзаряжают батареи. Интересно, что поддержание многотонного состава в парящем состоянии требует меньше энергии, чем кондиционирование воздуха внутри него! В случае же аварийной остановки Transrapid сможет левитировать на батареях целый час.

Двигатель состоит из опорных магнитов и полотна, над которым маглев парит. По сути, двигательная система, встроенная в полотно, представляет собой статор (неподвижную часть электродвигателя), развернутый в длину. Через полотно проходит переменный ток, перемещающий состав бесконтактно. Опорные магниты действуют как ротор, опять же, развернутый в длину. Изменение частоты переменного тока приводит к изменению скорости, а изменение направления поля позволяет так же бесконтактно затормозить состав. Таким образом, маглев не нуждается в проводном электроснабжении - а ведь именно надежность контакта с высоковольтными линиями является одной из главных технологических проблем скоростных поездов TGV. Но здесь же кроется и одна из причин (помимо их несовместимости с традиционными железными дорогами - проложенными путями, станциями, парком техники) крайней малочисленности магнитопланерных линий: стоимость строительства одного километра двустороннего полотна для маглева (без учета прокладки туннелей или наведения мостов) составляет около 10 млн. долларов.

Тем не менее Япония намерена вложить в строительство магнитопланерных поездов и трасс следующего поколения около 45 млрд. долларов. Проект рассчитан на два десятилетия, в течение которых новые маглевы, способные разгоняться до 500 км/час, должны прийти на смену ветшающим синкансэнам.

Дальнейшее развитие маглевов лежит в нескольких плоскостях. Во-первых, это проекты модернизации железнодорожных путей, которые позволят использовать для посадки и высадки пассажиров уже имеющиеся станции. Пока что подобные проекты существуют только на бумаге, как и планы по интеграции магнитного полотна в строящиеся автострады.

Во-вторых, это развитие собственно технологии магнитной левитации. Стабильная левитация с использованием только "классических" электромагнитных полей невозможна, поскольку сочетание гравитационных, электростатических и магнитостатических полей будет всегда выводить поезд из стабильного положения. Поэтому Transrapid и другие подобные системы вынуждены прибегать к постоянному электронному контролю и коррекции положения состава.

Использование в магнитах поезда высокотемпературных сверхпроводников позволяет избежать нестабильности и достичь более высоких скоростей и большей грузоподъемности. Современные сверхпроводники работают при достаточно высоких температурах, благодаря чему можно использовать для их охлаждения сравнительно недорогой жидкий азот. Такая система подвески, называемая электродинамической, применена, в частности, на японском рекордсмене JR-Maglev. В то же время порождаемые сверхпроводниками мощные магнитные поля могут представлять угрозу сохранности данных на магнитных носителях и определенно противопоказаны людям с кардиостимуляторами. А для движения на низких скоростях подобные поезда нуждаются еще и в колесах, контактирующих с рельсами.

Самой безопасной (и самой дорогой) выходит система электродинамической подвески на постоянных магнитах. Для активации постоянных магнитов не требуется энергия, к тому же они способны поддерживать левитацию на очень низких скоростях - около 5 км/час (хотя в неподвижном состоянии удерживать поезд не смогут и они). Но магнитные массивы, необходимые для такой подвески, гораздо дороже электромагнитов, поэтому ни коммерческих проектов, ни полномасштабных прототипов такого рода маглевов пока не появилось.

 

4 июня 2008 (2750 просмотров)

Источник: Компьютерра-Онлайн

  • Полеты над рельсом