В прекрасное далеко на поезде

Парадоксальным образом будущее железных дорог к самой железной дороге имеет отношение весьма опосредованное. В далеком будущем «железку» можно будет увидеть разве что в справочниках по истории. Скорее всего, поезд будущего станет монорельсовым транспортом. Одно из самых перспективных направлений в этой области – технология магнитной подушки. Но пока такие поезда делают лишь первые неуверенные шаги в большой мир. 

Сейчас нашу планету опоясывают сотни тысяч километров железнодорожных путей. Наивно полагать, что всю современную железнодорожную инфраструктуру можно будет заменить в скором времени. Гораздо разумнее «выжать» из железной дороги максимум ее возможностей. В первую очередь речь идет о скорости передвижения. Проектируемые пассажирские поезда будущего смогут развивать скорость, которая не снилась их предшественникам. 

Самым быстрым поездом Европы очень скоро станет итальяно-канадская разработка Frecciarossa 1000. Максимальная скорость такого поезда – 400 км/ч, но эксплуатироваться поезда будут на скорости 360 км/ч. Такую же эксплуатационную скорость, кстати, развивает новейший французский поезд AGV, разработанный компанией Alstom. Правда, в отличие от своего итальянского коллеги, AGV уже бороздит просторы Франции. Первый коммерческий рейс он совершил 28 апреля 2012-го года. 

Поезд Frecciarossa 1000 разработан итальянской компанией AnsaldoBreda и канадской Bombardier Transportation. Состав будет курсировать по маршруту Милан – Рим. Это расстояние он будет преодолевать всего за два часа двадцать минут. В дальнейшем электропоезд планируется эксплуатировать на многих других европейских маршрутах. Для этого в его конструкции предусмотрено несколько режимов электропитания. Они будут использоваться в зависимости от европейских сетей. Одной из важных особенностей проекта является высокий уровень удобства и комфорта. Среди всех существующих скоростных поездов Frecciarossa 1000 может похвастаться самым большим расстоянием между сидениями пассажиров. Не последняя роль при проектировании поезда была отведена и эстетике. Frecciarossa 1000 – один из самых красивых пассажирских поездов мира. 

В общем, можно по праву назвать Frecciarossa 1000 настоящим проектом XXI века, поездом будущего. Кстати, именно так его уже успели окрестить пассажиры. Новый поезд будет испытываться уже в этом году. Со следующего года планируется начать регулярные рейсы. 

Над созданием новых скоростных составов работают не только на Западе, но и на Востоке. Fastech 360 – прототип японского поезда будущего. Он разработан для осуществления рейсов между городами Токио и Аомори. Предполагается, что максимальная скорость Fastech 360 достигнет 405 км/ч. Тип E954 (официальное название проекта Fastech 360) станет самым быстрым видом электропоездов Японии. До него пальму первенства среди скоростных поездов Страны восходящего солнца удерживал «Синкансэн 500».

Как и в случае с новой европейской разработкой, японский проект может похвастаться не только высокой скоростью, но и рядом инновационных решений. Конструкция Fastech 360 позволяет ему двигаться вне зависимости от снега на железнодорожных путях. Одна из самых интересных новинок его конструкции – аэродинамические тормоза. Такие же можно увидеть на некоторых самолетах. В активном положении тормоза Fastech 360 напоминают кошачьи уши. За это поезд даже получил прозвище «Нэкомими Синкансэн», что в переводе с японского означает «Синкансэн с кошачьими ушами». 

Новое творение японских инженеров имеет весьма причудливый внешний вид. Что бы ни говорили его сторонники, но прошлые поколения японских скоростных поездов имели куда более привлекательную наружность. Впрочем, дизайн никогда не был сильной стороной японцев. Их конек – надежность и функциональность.

Идея создания поезда на магнитной подушке отнюдь не нова. Еще в 1922-м году немецкий инженер Герман Кемпер впервые провел опыты с использованием этой технологии. А в 1927-м году идею создания поезда на магнитной подушке выдвинул отечественный ученый Константин Циолковский. 

Но лишь современные технологии позволили начать масштабную реализацию проектов маглев (от словосочетания – магнитная левитация). Даже самые совершенные железнодорожные поезда имеют скоростные ограничения. Эти ограничения связаны с силой трения, не позволяющей поезду развить скорость авиалайнера. Но маглев движется, используя силу электромагнитного поля. В основу этой концепции положено свойство магнитов отталкиваться друг от друга. Правда, в отличие от обыкновенных магнитов, в конструкции маг­лева используются электромагниты. Они начинают работать лишь под воздействием электрического тока. Для движения поезда используется так называемый линейный электродвигатель. Скорость поезда, а также его торможение зависят от частоты тока. 

Между рельсом и поездом на магнитной подушке существует зазор. Поезд как бы парит над путями. Специальный компьютер поддерживает состав на высоте ровно 10 мм. Вне зависимости от массы груза, электроника просто не позволит поезду соприкоснуться с поверхностью монорельса. Все это в будущем позволит приблизить скорость маглева к скорости воздушного транспорта. 

Еще одна важная особенность маглева – его безопасность. Конструкция поезда устроена таким образом, что состав как бы обхватывает монорельс. Это полностью исключает вероятность схода состава с рельса. Тем не менее избежать катастроф не удалось. Первая серьезная катастрофа произошла во время испытаний немецкого поезда Transrapid. Основная причина трагедии тривиальна – халатность работников железной дороги. В сентябре 2006-го года Transrapid на огромной скорости (200 км/ч) врезался в технический поезд, оставленный на пути следования маглева. Жертвами столкновения стали двадцать три пассажира. 

Для набора поездом скорости 300 км/ч достаточно пяти километров. На длинных прямых участках поезд Transrapid может без труда разогнаться до 450 км/ч. И это только начало. В будущем скорость маглева может существенно возрасти. 

В компании Transrapid полагают, что поезд на магнитной подушке очень скоро сможет стать полноценной альтернативой воздушного транспорта. В гражданской авиации короткие перелеты сложно назвать экономически целесообразными. В США перелеты менее чем на 1 тыс. км составляют около половины всех авиаперевозок. Именно здесь самым разумным решением могло бы стать использование маглева.

Первыми, кто по достоинству оценил перспективы поезда на магнитной подушке, стали китайцы. В Шанхае была построена первая в мире коммерческая линия на магнитном подвесе. Реализацией проекта занялась немецкая компания Transrapid. Строительство линии началось в 2001-м году. Уже к 2004-му году она была введена в коммерческую эксплуатацию. Эта линия соединяет одну из станций шанхайского метро с аэропортом Пудун. Общая ее протяженность около 30 км. Дистанцию поезд преодолевает всего за семь минут. Но проект обошелся китайцам недешево. Полная его стоимость превысила полтора миллиарда долларов. Именно высокая ценовая категория маглева является главным сдерживающим фактором его повсеместного распространения. 

Концепцией поезда на магнитной подушке заинтересовались и главные любители перенимать чужой технологический опыт– японцы. Японский проект получил название JR-Maglev. На сегодняшний день JR-Maglev существует лишь в виде прототипа и является проектом будущего. Для его испытаний был построен испытательный полигон близ города Кофу. Длина полигона – 18 км. 

За реализацию проекта взялись Railway Technical Research Institute и группа компаний Japan Railways. В 2003-м году японский маглев MLX01 установил абсолютный мировой рекорд скорости среди всех типов поездов. Ему удалось разогнаться до 581 км/ч. Как и его немецкий аналог, японский поезд может обходиться без машиниста. Во время эксплуатации его движением будет управлять электроника. 

Но между немецким и японским проектами существует важное различие. В системе JR-Maglev, в отличие от системы Transrapid, не используется монорельс. Японский состав движется в канале между магнитами. Помимо этого, на малых скоростях JR-Maglev будет применять специальные колеса. Система Transrapid этого не предполагает. 

Как считают японские ученые, такой подход даст JR-Maglev ряд преимуществ: простоту эксплуатации, большую максимальную скорость и еще больший уровень безопасности. Но за все это придется заплатить высокую цену. Предполагается, что японская разработка обойдется еще дороже, чем проект Transrapid. 

Современный поезд на магнитной подушке имеет свои ограничения. Одна из главных сложностей таких проектов, как Transrapid или JR-Maglev, – то, что поезд целиком и полностью привязан к своей линии. Говоря простым языком, в случае с маглевом нельзя перенаправить движение состава, просто переведя стрелки на путях. 

Но как сделать маглев, эксплуатация которого не ограничивалась бы одной линией? На этот непростой вопрос постарался ответить американский исследователь Джим Фиск из компании Launchpoint Technologies. Его концепция выстроена вокруг стабилизированной постоянной магнитной системы. Согласно задумке, она позволит маглеву двигаться по линии, не будучи прикрепленным к ней. Если этот проект получит путевку в жизнь, то в будущем маглев ожидают революционные изменения. Ведь теперь поезд на магнитной подушке сможет менять направление своего движения подобно тому, как это делают обыкновенные железнодорожные составы. Для изменения вектора движения маглева будет достаточно перенаправить одну из магнитных линий в нужную сторону. Но и это лишь вершина айсберга. Наиболее интересной идеей Джима Фиска является создание автоматизированных мини-поездов, действующих по образу и подобию современных лифтов. Согласно этой концепции, перед отправкой пассажир сможет просто указать конечный пункт своего прибытия, и поезд отправится в путь. Иными словами, эта концепция предполагает создание личного железнодорожного транспорта. 

Но даже в таком случае поезд останется зависимым от объектов соответствующей инфраструктуры. Как бы ни старались разработчики, а поезд способен двигаться лишь по проложенным путям. Или необязательно? 

Похоже, именно об этом задумался в свое время сотрудник компании Tubural rails Роберт Пуллиам. Согласно его идее, для движения поезда совсем необязательно использовать железную дорогу или монорельс. Проект Пуллиама получил условное название «трубчатая дорога». В основе проекта концепция, согласно которой поезд будет двигаться через специальные кольца, построенные над поверхностью земли. Состав будет проходить через эти кольца подобно тому, как тонкая нить проходит через игольное ушко. В каждом таком кольце будет собственный двигатель, приводящий поезд в движение. При этом в любой момент поезд будет находиться внутри как минимум нескольких таких колец. Это будет удерживать состав над землей. 

Расширить скоростные возможности поездов будущего предложил японский ученый Ясаки Коама из Университета Тохоку. Его идея заключается в создании поезда с крыльями, конструкция которого была бы построена с использованием так называемого экранного эффекта. В его основе лежит резкое увеличение подъемной силы летательного аппарата при сверхнизком полете. При этом высота полета не превышает нескольких метров. В свое время похожая концепция получила свою реализацию в СССР. В Советском Союзе было разработано несколько типов экранопланов. Только тогда речь шла преимущественно об их эксплуатации в морских условиях. Теперь японский исследователь предлагает перенести этот принцип в мир пассажирских поездов. Согласно новому проекту, аэропоезда смогут эксплуатироваться на специальных полузакрытых бетонных путях. Аэропоезд будет передвигаться с помощью электрических пропеллеров. Такой подход должен позволить поезду не только развивать огромную скорость, но также экономно расходовать электроэнергию.

К вопросу об экономии энергии весьма оригинально подошел американский исследователь из Нью-Йоркского университета Шелдон Вайнбаум. Основная задумка заключается в максимально возможном снижении трения. Для этого Шелдон Вайнбаум предлагает усыпать железную дорогу …гусиным пером. Согласно оригинальной идее, это должно позволить поезду двигаться по железнодорожным путям подобно тому, как движется по заснеженному склону горнолыжник или сноубордист. При таком движении верхний слой снега создает своеобразную воздушную подушку, позволяя горнолыжнику развить большую скорость. Конечно, идея с использованием гусиных перьев– лишь первая стадия реализации проекта. Если он получит путевку в жизнь, можно не сомневаться, что вскоре вместо перьев будут использовать специальные синтетические материалы. Такой принцип движения станет возможным лишь тогда, когда поезд наберет большую скорость. На низких скоростях разработчики планируют использовать специальные выдвижные колеса. Когда начнется реализация проекта, сказать сложно. Пока он находится лишь в стадии лабораторных испытаний.

Одной из самых невероятных идей является концепция так называемого вакуумного поезда. Она предполагает движение поезда внутри специальных вакуумных тоннелей. В таком случае состав не будет подвержен ни воздушному сопротивлению, ни трению. За счет этого, по мнению ученых, удастся достигнуть огромных скоростей. Подробнее про это мы писали в этой статье. 

А вот Вам и самый амбициозный проект далекого будущего – гравитационный поезд. В его основе – теория перемещения от одной точки к другой при помощи силы тяжести. Путь следования такого поезда мог бы проходить сквозь всю нашу планету. В таком случае, ускорение свободного падения позволило бы гравитационному поезду достичь скорости 29 тыс. км/ч (!), а время путешествия из любой точки Земли к любой другой ее точке заняло бы всего сорок две минуты. Двигатели гравитационному поезду были бы не нужны. Сила тяжести позволила бы ему «падать» до самого центра Земли. Конечно, все это пока лишь глубокая теория. На сегодняшний день попросту не существует никаких материалов, способных выдержать температуру земного ядра. 

С другой стороны, для реализации этой концепции совсем необязательно строить тоннель через центр Земли. Одним из путей решения проблемы могло бы стать строительство путей под очень большим углом наклона по отношению к земной коре. Но даже при таком подходе нужно признать, что гравитационный поезд – проект очень далекого будущего. Едва ли в наше время найдется кто-то, кто мог бы всерьез взяться за его реализацию. 

Источник