Магнитопланы
Магнитоплан – серьезная попытка составить конкуренцию авиации. При всей скорости самолетов, аэродромы обычно строят далеко от центра, так что на дорогу до них надо потратить еще 1,5-2 часа. В то же время железнодорожные вокзалы расположены гораздо удобнее. Конечно, сконструировать обычный поезд, способный состязаться с самолетом, непросто. Хотя бы потому, что при скорости 500 километров в час центробежные силы угрожают разорвать колеса. Выход один – отказаться от колес.
Основоположник космонавтики Константин Эдуардович Циолковский еще в 1927 году предложил построить поезд на воздушной подушке. Прошло много лет, пока в 1960-е годы реализовать эту идею пробовали французские инженеры. Однако попытка оказалась неудачной. Экспериментальный вагон с сумасшедшей скоростью носился по бетонному желобу, оглашая при этом окрестности диким ревом двух авиационных двигателей, Один из двигателей создавал воздушную подушку, второй же «отвечал» за горизонтальную тягу. Зная жесткие требования в Европе к экологии, можно догадаться, что даже одного шума было достаточно для того, чтобы поставить крест на проекте. По той же причине, кстати, так и не нашли применения локомотивы с турбореактивными двигателями и даже со значительно более тихими газотурбинными.
Создать воздушную подушку могут мощные компрессоры, но где для их работы найти соответствующие двигатели. Дизели потребляют слишком много топлива. Нет пока автономных электродвигателей, пригодных для установки на транспортные машины такого класса.
К счастью, нашелся еще один путь и, по-видимому, оптимальный: «подвесить» поезд над (или под) рельсами. Такое решение нашел немецкий инженер Герман Кемпер в 1934 году. Он назвал свое изобретение магнитной подвеской. Работа подвески Кемпера основана на известном всем принципе – одноименные полюса магнитов отталкиваются.
Самый простой вариант реализации идеи – выложить как путь, так и днище поезда постоянными магнитами с соответствующей ориентацией полюсов. Тягу же будет создавать линейный электродвигатель. Такой двигатель имеет своеобразные ротор и статор. В отличие от обычного электромотора, где они свернуты в кольца, здесь они растянуты в полосы. Включаясь поочередно, обмотки статора создают бегущее магнитное поле. Укрепленный на локомотиве статор втягивается в это поле и движет весь состав.
Однако подобная магистраль с постоянными магнитами стоит дорого, да и их подъемная сила мала. Напрашивается другой вариант – использовать на составе и на рельсах электромагниты. Но опять же держать все время под напряжением путевые обмотки нерационально. Значит, надо подавать питание только в те катушки, над которыми в данный момент находится поезд. Достаточно сильное магнитное поле состава будет проводить ток в путевых обмотках. В свою очередь, они создадут магнитное поле.
Другой способ решения проблемы – покрыть путь сплавом с малым электрическим сопротивлением. В сплаве возникнут индукционные токи, вполне достаточные для создания сильного магнитного поля.
Работы по созданию магнитопланов ведутся уже не одно десятилетие в Германии, США, Японии и России. В Советском Союзе к началу 1980-х появился опытный линейный участок пути и экспериментальный вагон. Однако дальше эксперимента дело не пошло. Так остались в проектах идеи связать при помощи магнитоплана московские аэропорты Шереметьево и Домодедово с Центральным аэровокзалом, как и трасса от Еревана до курортной зоны на берегу озера Севан.
Наибольших успехов достигли немцы и японцы. Немецкие фирмы «Хеншель» и «Тиссен» занимались реализацией программы «Трансрапид». Уже к середине 1980-х была построена опытная трасса с линейным и двумя кольцевыми участками. На ней испытали поезд, достигший скорости 500 километров час. Кроме того, были опробованы конструкции пути, стрелочные переходы, станционные сооружения, системы безопасности. Рассматривались два варианта поездов в зависимости от дальности следования и предполагаемых маршрутов. Для сообщения городов с аэропортами требуются двухвагонные на 164 человека, а для междугородных поездок более вместительные десятивагонные на 820 человек.
Создатели «Трансрапида» удивили простой и в то же время неожиданной схемой магнитной подвески. Немецкие конструкторы нашли парадоксальное решение: они использовали не отталкивание одноименных полюсов, а притягивание разноименных. Подвесить груз над магнитом несложно, и эта система будет устойчива. Разместить же груз под магнитом практически невозможно. Ситуация в корне меняется, если использовать управляемый электромагнит. Бдительная система контроля сохраняет величину зазора между магнитами постоянной – в несколько миллиметров. Стоит зазору измениться, и система оперативно реагирует. При увеличении зазора она повышает силу тока в несущих магнитах и таким образом «подтягивает» вагон, а при уменьшении – понижает силу тока, и зазор увеличивается.
Надо отметить серьезные преимущества схемы. Путевые магнитные элементы защищены от погодных воздействий, к тому же их поле существенно слабее за счет на порядок меньшего зазора между путем и составом. Значит, требуются токи гораздо меньшей силы. В итоге поезд такой конструкции оказывается гораздо более экономичным.
Несущие магниты питаются от бортовых аккумуляторов, подзаряжающихся на каждой станции. Ток на линейный электродвигатель подается только на том участке, по которому идет поезд.
Но при всех успехах Германии самые быстрые поезда ходят, вернее летают, в Японии. Их иногда называют «маглевами» (от сокращения и слияния двух слов – magnetic levitation) Эти поезда, не касающиеся рельсов, по-прежнему являются одним из самых эффективных видов наземного общественного транспорта в Японии. Абсолютный рекорд, установленный «маглевом», – 531 километр в час для поезда, управляемого вручную, и 550 километров в час для поезда, ведомого автопилотом. Все испытания поездов на магнитной подушке проводятся на специальной трассе, построчной в префектуре Яманаси в 1997 году.
