Вакуумный поезд: принцип работы, испытания. Поезд будущего

Учёные уже давно сделали вывод, что для увеличения скорости движения любого транспортного средства, необходимо максимально подавить силу трения. По такому принципу летают космические корабли, которые без сопротивления окружающей среды могут путешествовать в космосе очень долго. Именно эта особенность лежит в основе проекта, известного как «вакуумный поезд будущего».

Самые быстрые поезда

Наивысшим достижением учёных в области скоростного наземного движения, по состоянию на сегодняшний день считается магнитная левитация. Поезда на магнитной подушке были опробованы в Японии, Англии и Германии ещё в семидесятых годах прошлого века. В настоящее время такой вид транспорта успешно эксплуатируется во многих государствах. В данном случае за счёт минимизации трения обеспечиваются скорости в пределах 500 км/ч. Более того, такой подвижной состав отличается высокой экономичностью, экологической чистотой и низким уровнем шума. Вместе с этим следует отметить тот факт, что увеличение скорости движения влечёт за собой рост аэродинамического сопротивления. Учёные предлагают по аналогичному подходу создать вакуумный поезд. Принцип его работы заключается в том, что трасса должна проходить внутри трубы с откачанным воздухом, поэтому все силы сопротивления исключаются.

Возникновение идеи вакуумного транспорта

Концепция строительства трансатлантического грузопровода для доставки товаров из Европы в Америку и в обратном направлении впервые появилась в США ещё в шестидесятых годах прошлого века. По задумке, планировалось построить в океане трубу на глубине полукилометра, перевозки внутри которой осуществлялись бы за счёт составов, перемещающихся на магнитной подушке. Только в 1999 году американский инженер Дэриел Остер сумел получить патент на вакуумно-трубопроводные технологии транспорта, что дало новый толчок их развитию.

Проект Остера

По задумке Остера, трасса должна представлять собой две надземных трубы (для движения в разные стороны), диаметр каждой из которых составляет 150 см. Предполагается, что внутри будут скользить транспортные капсулы на магнитной подвеске. Их диаметр составит 130 см, а длина – 490 см. В вагончике смогут одновременно перемещаться шесть пассажиров с грузом общим весом до 370 кг.

Двигатель для вакуумного поезда Остера будет состоять из первичного (снабжённая обмотками труба трассы) и вторичного (сам корпус капсулы из ферромагнитного сплава) элементов. Минимальный зазор между ними позволяет использовать асинхронный линейный мотор. В самом вагончике понадобиться установить лишь электродинамическую подвеску для обеспечения магнитной левитации, систему регенерации воздуха, сидения и миниатюрные аккумуляторы, предназначенные для виртуальных окон и телевизоров. Поскольку движение капсулы будет происходить практически без сопротивления, значительная часть затраченной на разгон энергия может возвращаться во время торможения. Главная загвоздка в воплощении в реальность этого проекта заключается в том, что поезд в вакуумной трубе должен двигаться по идеально прямой трассе. В противном случае электромагнитам придётся компенсировать центробежную силу на поворотах.

Швейцарский проект

Нечто подобное инженеры из Швейцарии начали разрабатывать ещё в 1974 году. Их проект вошёл в историю под названием Swissmetro. По задумке, капсулы на магнитной подушке должны были курсировать со скоростью, составляющей до 500 км/ч. Швейцарский вакуумный поезд будущего проектировался с целью соединить главные города государства (Берн, Цюрих, Женеву, Лозанну и Базель). В данном случае планировалось использовать трубы диаметром 180 см и восьмиместный вагон для перевозки пассажиров. На сегодняшний день сложно судить о прочих характеристиках, поскольку проект так и не был проработан до конца. В 2009 году правительство страны отказалось от этой идеи.

Английский поезд будущего

Британские инженеры в 2002 году вернулись к проекту создания вакуумного поезда. Их планы являются просто грандиозными, ведь изобретатели намерены создать сеть, что заменит железнодорожный и автомобильный транспорт. Для этого необходимо построить целую паутину труб по всей стране. При этом капсулы будут рассчитаны максимум на двух пассажиров, расположенных в положении лёжа. В отличие от предыдущих проектов, здесь подвижной состав должен передвигаться по рельсам на скорости до 420 км/ч. Расположенные на тележках электродвигатели будут питаться от контактного рельса. Главный недостаток, который имеет английский вакуумный поезд, по словам разработчиков, связан с большими затратами энергии на перевозку одного пассажира, по сравнению с предыдущими проектами. С другой стороны, его основное преимущество заключается в сравнительно невысокой стоимости сооружения транспортной сети.

Проект Hyperloop

Перспективнее всего выглядит проект поезда будущего, который называется Hyperloop. Идею его создания в 2012 году предложил американский миллиардер Элон Маск. Изначально о проекте говорили как о пятом виде транспорта, но дальше обсуждений на телевидении дело не доходило. После того как стало известно о планах правительства построить скоростную железнодорожную ветку между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско, бизнесмен взялся за реализацию своей концепции. Проект Hyperloop представляет собой наземный трубопровод, в котором вакуумный поезд может перемещаться со скоростью, составляющей от 400 до 1220 км/ч. В августе 2013 года идея была официально представлена широкой публике в презентации на 58 страниц.

Принцип работы

Главная идея проекта Hyperloop заключается в максимальной дешевизне создания транспортной сети из труб и дальнейшей эксплуатации. В связи с этим в её основу легла именно такая модель, как вакуумный поезд. В США, по словам изобретателя, необходимо построить сеть закрытых параллельных трасс, которые будут соединяться в конечных точках маршрутов. Для создания в них вакуума и его поддержания, достаточно стальных труб толщиной 25 мм и насосов с невысокой мощностью. Внутри них Элон Маск предлагает запустить капсулы длиной до 30 метров. Первыми бизнесмен хочет соединить между собой Сан-Франциско и Лос-Анджелес.

По словам разработчика, создать абсолютный вакуум в трубах не получится. В связи с этим воздушные массы будут направляться под днище подвижного состава через специальные сопла в его носовой части. Это позволит создать воздушную подушку и сэкономить значительные средства, необходимые на реализацию электромагнита. Для подзарядки двигателя, за счёт которого капсула будет приводиться в движение, через каждые 110 км на полу трубы будет установлен алюминиевый рельс длиной 15 метров.

Варианты функционирования системы

В презентации рассматривается пассажирский и пассажиро-грузовой вариант системы. В первом случае предлагается построить трубу диаметром 2,23 м. Курсирующий внутри вакуумный поезд сможет за одну поездку перевозить до 28 пассажиров. Второй вариант предусматривает использование трубопровода, диаметр которого составляет 3,3 м. В этом случае в каждой капсуле можно будет дополнительно перевозить по три автомобиля. Следует отметить, что по проекту Элона Маска отправление поездов будет осуществляться каждые полминуты.

Экономическая эффективность и испытания

Проект Hyperloop можно назвать очень эффективным. Разработчики намерены полностью удовлетворить его потребности за счёт солнечной и ветровой энергии. Весь её излишек они планируют продавать, зарабатывая на этом около 25 миллионов долларов ежегодно. По словам Элона Маска, стоимость проезда в одну сторону должна будет составлять примерно 20 долларов. В таком случае проект окупится уже через двадцать лет.

Первые испытания вакуумного поезда состоялись в мае 2016 года. С этой целью в пустыне неподалёку от Лас-Вегаса был построен специальный тестовый участок. Тележка при помощи электромагнитов сначала разогналась до отметки в 180 км/ч, после чего постепенно остановилась.

Безопасность

Особо тщательно разработчики отнеслись к безопасности. Движение капсулы никак не скажется на комфорте пассажиров. По ощущению её разгон не будет отличаться от пробежки самолёта перед взлётом, а дальше – тихое скольжение и никакой турбулентности. Элон Маск утверждает, что вакуумный поезд не может сойти с рельсов или упасть с высоты, поэтому его следует рассматривать как один из самых безопасных видов транспорта. На случай возникновения перебоев с электроэнергией в капсуле предусмотрены аккумуляторы, питания которых хватит для жизнеобеспечения пассажиров на протяжении 45 минут, другими словами – на весь маршрут. В конце концов, большинство людей очень спокойно относятся к путешествиям на авиалайнерах, несмотря на то что средства спасения в случае катастрофы в них являются весьма сомнительными.

Завершение

Создание вакуумного поезда, вне всякого сомнения, требует огромных финансовых затрат. Помимо этого, перед реализацией проекта необходимо решить еще далеко не одну техническую задачу. Однако в наше время, с учётом постоянного развития технологий, возможность осуществления этой затеи выглядит уже не так туманно, как несколько десятков лет назад. В связи с этим не стоит удивляться, когда в скором времени для транспортировки пассажиров и грузов начнут использоваться поезда, являющиеся более скоростными, чем современные сверхзвуковые самолёты.