Четверг, 1 декабря, 2022

Магнитный курс: что ждет маглев в будущем?

Время на чтение 6 мин.

Вжу-у-у-ух — и на скорости 600 км/ч вы пролетаете расстояние между, например, Минском и Москвой чуть больше чем за час. И делаете это на почти бесшумном поезде, который еще и не изнашивает пути, ведь не соприкасается с ними. Остается вопрос: почему технология, разработанная больше пятидесяти лет назад, до сих пор не завоевала мир?

Левитирующий поезд

Речь идет о технологии маглев — магнитной левитации. На «рельсе» и на самом вагоне находятся магниты. Состав как бы парит над полотном на высоте около сантиметра благодаря тому, что одноименные полюса отталкиваются. Такова технология магнитного подвеса, которая может быть по-разному реализована на практике.

Электромагнитный подвес (EMS) использует для левитации поле, возникающее от электромагнитов. «Рельс» для такой системы представляет собой выполненную из проводящего материала (чаще всего металла) т-образную балку, на которой закреплены ферромагнитные статоры (неподвижные детали, которые выполнены из материала, сохраняющего магнитные свойства в отсутствие внешнего магнитного поля). На составе же находится система опорных и направляющих электромагнитов. В движение он приводится линейным двигателем — разновидностью электродвигателя переменного тока. Тяга и скорость состава регулируются за счет изменения силы и частоты переменного тока. Такая технология лежит в основе системы Transrapid.

Магнитный курс: что ждет маглев в будущем?
Поезд Transrapid 08 на испытательной трассе в Эмсланде. Фото: Jan Oosterhuis / Википедия

Другой вариант маглева — электродинамический подвес (EDS). Полотно такого поезда представляет собой желоб, по которому и передвигается состав. Левитация происходит благодаря взаимодействию электромагнитных полей, генерируемых вагонами и путями. В отличие от EMS, в поездах EDS применяются магниты на сверхпроводниках, так как для работы системы необходимо добиться эффекта Мейснера (вытеснения магнитного поля из объема сверхпроводника).

Поскольку пока неизвестен материал, обладающий свойством сверхпроводимости при сколько-нибудь вменяемых температурах, на поезда устанавливают сложную систему, позволяющую охлаждать материалы до температуры минимум –170 градусов. EDS использую поезда JR, которые сейчас разрабатываются в Японии.

Магнитный курс: что ждет маглев в будущем?
Испытательная трасса JR в Японии. Фото: Yosemite / Википедия

Какая из систем лучше? У каждой свои недостатки. EMS не работает при отключении электричества, поэтому на поезда ставят аккумуляторные батареи. Кроме того, электромагнитный подвес требует постоянного расстояния между поездом и «рельсом». Поэтому составы оборудуют сложной электроникой, которая контролирует этот момент и корректирует его в зависимости от изменения окружающих условий. Проблемы EDS в необходимости криогенной установки для сверхпроводящих магнитов. Кроме того, генерируемое ими поле достаточно сильное, поэтому состав должен быть экранирован, иначе плакали все наши банковские карточки, винчестеры и, самое главное, кардиостимуляторы. Наконец, поездам с электродинамическим подвесом… нужны колеса! Дело в том, что силы, достаточные для удержания поезда за счет левитации, появляются только на скорости больше 150 км/ч.

А что же насчет третьей технологии? Она пока что только разрабатывается, но, например, Hyperloop планирует использовать именно ее. Inductrack придумал в Ливерморской национальной лаборатории в США. По сути, это усовершенствованный вариант EDS, где вместо магнитов на сверхпроводниках используются постоянные магниты, организованные в сборку Халбаха (таким образом создается магнитное поле достаточной силы). Для создания магнитного поля в таком случае вообще не нужно электричество, оно необходимо только для тяги.

Проекты и прожекты

Сама по себе технология маглева не нова. Первые патенты, которые заложили фундамент ее разработки, появились в начале века. Отцом маглева называют британского инженера Эрика Лейтвейта, который первым сконструировал линейный двигатель. В 1960-е разработчик присоединился к команде, создававшей скоростной поезд Tracked Hovecraft, однако этот проект был свернут из-за недостаточного финансирования.

Значительно большего успеха добился развивавшийся примерно в то же время в Германии проект Transrapid. Для тестирования своих поездов компания в 1984 году возвела испытательную трассу в районе Эмсланд на северо-западе Германии. Трасса использовалась до 2011 года, после чего была закрыта. Ее демонтаж начался лишь спустя пять лет и ограничился только оборудованием, которое можно было сдать на переработку. В 2021 году китайская компания CRRC, намеревающаяся развивать высокоскоростные маглевы в Поднебесной, заинтересовалась трассой как полигоном для испытаниях своих поездов.

Вообще же у Transrapid только один коммерчески успешный проект (и на сегодняшний день это единственная высокоскоростная линия маглева, находящаяся в коммерческой эксплуатации). Дорога, соединяющая международный аэропорт Пудун в Шанхае и ближайшую станцию метро, была открыта в 2004 году. Ее протяженность — 30,5 км, а поезда разгоняются до 431 км/ч, что позволяет преодолеть расстояние всего за семь минут.

Первоначальные планы предполагали продление этой линии дальше в город Ханьчжоу, что увеличило бы общую протяженность до 175 км. Однако вместо этого построили высокоскоростную железную дорогу, так что дальше шанхайский маглев уже не пойдет.

Конкурирующий японский JR разрабатывается с 1970-х годов, но пока не зашел дальше испытательной трассы в префектуре Яманаси. Длина этого участка составляет 18,5 км, и в перспективе он должен стать частью высокоскоростной трассы Токио — Осака. Однако пока что этот маглев не находится в коммерческой эксплуатации, хотя выглядит перспективно. По крайней мере, в 2015 году именно здесь был поставлен рекорд скорости для железнодорожного транспорта (а мы помним, что у JR всё же есть рельсы и колеса) — 603 км/ч.

Слишком дорого

Основная проблема, которая мешают технологии стать широко распространенным видом транспорта, — очень высокая цена. Шанхайский маглев обошелся в 1,3 млрд долларов. Традиционные железнодорожные магистрали дешевле, но сопоставимы по скоростям. Кроме того, по «железке» могут ездить любые поезда — и медленные, и грузовые, — что позволяет окупить строительство инфраструктуры быстрее.

Маглев по скорости должен был бы составить конкуренцию самолетам на ближние и средние дистанции. Однако в мире не так много мест с достаточно большим пассажиропотоком, чтобы высокоскоростные поезда окупились в обозримой перспективе.

Впрочем, планы по развитию маглевов есть и в Японии, и в Южной Корее, и в США. Возможно, изобретение новых материалов и снижение затрат на строительство приведет к тому, что через несколько десятилетий маглевы потеснят традиционные железные дороги.

Другие статьи

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь

Enter Captcha Here : *

Reload Image