Вакуумний потяг: принцип роботи, випробування. Поїзд майбутнього

Вчені вже давно зробили висновок, що для збільшення швидкості руху будь-якого транспортного засобу, необхідно максимально придушити силу тертя. За таким принципом літають космічні кораблі, які без опору навколишнього середовища можуть подорожувати в космосі дуже довго. Саме ця особливість лежить в основі проекту, відомого як «вакуумний потяг майбутнього».

Найшвидші поїзди

Найвищим досягненням вчених в області швидкісного наземного руху, станом на сьогоднішній день вважається магнітна левітація. Потяги на магнітній подушці були випробувані в Японії, Англії і Німеччині ще в сімдесятих роках минулого століття. В даний час такий вид транспорту успішно експлуатується в багатьох державах. В даному випадку за рахунок мінімізації тертя забезпечуються швидкості в межах 500 км/год. Більше того, такий рухомий склад відрізняється високою економічністю, екологічною чистотою і низьким рівнем шуму. Разом з цим слід відзначити той факт, що збільшення швидкості руху тягне за собою зростання аеродинамічного опору. Вчені пропонують з аналогічного підходу створити вакуумний потяг. Принцип його роботи полягає в тому, що траса повинна проходити всередині труби з откачанним повітрям, тому всі сили опору виключаються.

Виникнення ідеї вакуумного транспорту

Концепція будівництва трансатлантичного грузопровода для доставки товарів з Європи в Америку і в зворотному напрямку вперше з'явилася в США ще в шістдесятих роках минулого століття. За задумом, планувалося побудувати в океані трубу на глибині півкілометра, перевезення в межах якої здійснювалися б за рахунок складів, які переміщаються на магнітній подушці. Тільки в 1999 році американський інженер Дериел Остер зумів отримати патент на вакуумно-трубопровідні технології транспорту, що дало новий поштовх їх розвитку.

Проект Остера

За задумом Остера, траса повинна представляти собою два надземних труби (для руху в різні сторони), діаметр кожної з яких становить 150 см. Передбачається, що всередині будуть ковзати транспортні капсули на магнітній підвісці. Їх діаметр складе 130 см, а довжина – 490 см. У вагончику зможуть одночасно переміщатися шість пасажирів з вантажем загальною вагою до 370 кг. Двигун для вакуумного поїзда Остера буде складатися з первинного (обладнана обмотками труба траси) і вторинного (сам корпус капсули з феромагнітного сплаву) елементів. Мінімальний зазор між ними дозволяє використовувати асинхронний лінійний мотор. У самому вагончику знадобитися встановити лише електродинамічний підвіску для забезпечення магнітної левітації, систему регенерації повітря, сидіння і мініатюрні акумулятори, призначені для віртуальних вікон і телевізорів. Оскільки рух капсули буде відбуватися практично без опору, значна частина витраченої на розгін енергія може повертатися під час гальмування. Головна заковика у втіленні в реальність цього проекту полягає в тому, що поїзд у вакуумній трубі повинен рухатися по ідеально прямій трасі. В іншому випадку електромагнитам доведеться компенсувати відцентрову силу на поворотах.

Швейцарський проект

Щось подібне інженери з Швейцарії почали розробляти ще в 1974 році. Їх проект увійшов в історію під назвою Swissmetro. За задумом, капсули на магнітній подушці повинні були курсувати зі швидкістю, що становить до 500 км/ч. Швейцарський вакуумний потяг майбутнього проектувався з метою поєднати головні міста країни (Берн, Цюріх, Женеви, Лозанни і Базель). В даному випадку планувалося використовувати труби діаметром 180 см і восьмимісний вагон для перевезення пасажирів. На сьогоднішній день складно судити про інших характеристики, оскільки проект так і не був опрацьований до кінця. У 2009 році уряд країни відмовився від цієї ідеї.

Англійська поїзд майбутнього

Британські інженери в 2002 році повернулися до проекту створення вакуумного поїзда. Їхні плани є просто грандіозними, адже винахідники мають намір створити мережу, що замінить залізничний і автомобільний транспорт. Для цього необхідно побудувати ціле павутиння труб по всій країні. При цьому капсули будуть розраховані максимум на двох пасажирів, розташованих в положенні лежачи. На відміну від попередніх проектів, тут рухомий склад повинен пересуватися по рейках на швидкості до 420 км/ч. Розташовані на візках електродвигуни будуть харчуватися від контактної рейки. Головний недолік, який має англійський вакуумний потяг, за словами розробників, пов'язаний з великими витратами енергії на перевезення одного пасажира, порівняно з попередніми проектами. З іншого боку, його основна перевага полягає в порівняно невисокій вартості спорудження транспортної мережі.

Проект Hyperloop

Перспективніше все виглядає проект поїзда майбутнього, який називається Hyperloop. Ідею його створення у 2012 році запропонував американський мільярдер Елон Маск. Спочатку про проект говорили як про п'ятому виді транспорту, але далі обговорення на телебаченні справа не доходила. Після того як стало відомо про плани уряду побудувати швидкісну залізничну вітку між Лос-Анджелесом і Сан-Франциско, бізнесмен узявся за реалізацію концепції. Проект Hyperloop являє собою наземний трубопровід, в якому вакуумний потяг може переміщатися зі швидкістю, що становить від 400 до 1220 км/ч. У серпні 2013 року ідея була офіційно представлена широкій публіці в презентації на 58 сторінок.

Принцип роботи

Головна ідея проекту Hyperloop полягає в максимальній дешевизні створення транспортної мережі труб і подальшої експлуатації. У зв'язку з цим в її основу лягла саме така модель, як вакуумний потяг. У США, за словами винахідника, необхідно побудувати мережу закритих паралельних трас, які будуть з'єднуватися в кінцевих точках маршрутів. Для створення в них вакууму і його підтримки, досить сталевих труб товщиною 25 мм і насосів з невисокою потужністю. Всередині них Елон Маск пропонує запустити капсули довжиною до 30 метрів. Першими бізнесмен хоче з'єднати між собою Сан-Франциско і Лос-Анджелес. За словами розробника, створити абсолютний вакуум в трубах не вийде. У зв'язку з цим повітряні маси будуть направлятися під днище рухомого складу через спеціальні сопла у його носовій частині. Це дозволить створити повітряну подушку і заощадити значні кошти, необхідні на реалізацію електромагніту. Для підзарядки двигуна, за рахунок якого капсула буде приводитися в рух, через кожні 110 км на підлозі труби буде встановлений алюмінієвий рейок довжиною 15 метрів.

Варіанти функціонування системи

У презентації розглядається пасажирський і пасажиро-вантажний варіант системи. У першому випадку пропонується побудувати трубу діаметром 223 м. Курсує всередині вакуумний потяг зможе за одну поїздку перевозити до 28 пасажирів. Другий варіант передбачає використання трубопроводу, діаметр якого становить 33 м. В цьому випадку в кожній капсулі можна буде додатково перевозити по три автомобілі. Слід зазначити, що за проектом Елона Маска відправлення поїздів буде здійснюватися кожні півхвилини.

Економічна ефективність та випробування

Проект Hyperloop можна назвати дуже ефективним. Розробники мають намір повністю задовольнити його потреби за рахунок сонячної та вітрової енергії. Весь її надлишок вони планують продавати, заробляючи на цьому близько 25 мільйонів доларів щорічно. За словами Елона Маска, вартість проїзду в одну сторону повинна буде становити приблизно 20 доларів. У такому разі проект окупиться вже через двадцять років. Перші випробування вакуумного поїзда відбулися в травні 2016 року. З цією метою в пустелі неподалік від Лас-Вегаса був побудований спеціальний тестовий ділянку. Візок за допомогою електромагнітів спочатку розігналася до позначки 180 км/год, після чого поступово зупинилася.

Безпека

Особливо ретельно розробники поставилися до безпеки. Рух капсули ніяк не позначиться на комфорті пасажирів. По відчуттю її розгін не буде відрізнятися від пробіжки літака перед злетом, а далі – тихе ковзання і ніякої турбулентності. Елон Маск стверджує, що вакуумний потяг не може зійти з рейок чи впасти з висоти, тому його слід розглядати як один з найбільш безпечних видів транспорту. На випадок виникнення перебоїв з електроенергією в капсулі передбачені акумулятори, живлення яких вистачить для життєзабезпечення пасажирів на протязі 45 хвилин, іншими словами – на весь маршрут. Зрештою, більшість людей дуже спокійно ставляться до подорожей на авіалайнерах, незважаючи на те що засоби рятування у разі катастрофи в них є досить сумнівними.

Завершення

Створення вакуумного поїзда, поза всяким сумнівом, вимагає величезних фінансових витрат. Крім цього, перед реалізацією проекту необхідно вирішити ще далеко не одну технічну задачу. Проте в наш час, з урахуванням постійного розвитку технологій, можливість здійснення цієї затії виглядає вже не так туманно, як кілька десятків років тому. У зв'язку з цим не варто дивуватися, коли незабаром для транспортування пасажирів і вантажів почнуть використовуватися потяги, які є більш швидкими, ніж сучасні надзвукові літаки.