Четверг, 1 декабря, 2022

Дело — труба: что такое вакуумный поезд

Время на чтение 7 мин.

Говоря о развитии проекта Hyperloop, предложенного Илоном Маском, мы вскользь упоминали, что миллиардер не был первым человеком, которого посетила идея подобного вида транспорта. Вакуумный поезд (чем, по существу, является Hyperloop) — это концепция, которая развивается с начала ХХ века.

В безвоздушном пространстве

Итак, что такое вакуумный поезд? В принципе, описание концепции довольно простое. Какие-то капсулы или вагоны помещаются в трубу, из которой откачан воздух. При этом в ней не обязательно достигается полный вакуум, а скорее создается очень низкое давление — так называемый форвакуум. Капсулы приводятся в движение и из-за почти полного отсутствия сопротивления воздуха могут развивать очень высокую скорость (хотя она, конечно, зависит от рельефа и конфигурации тоннеля) — например в проекте трансатлантического тоннеля, предложенном в 1960-х, поезда разгонялись до 8 тысяч километров в час. В других проектах, включая Hyperloop, показатели скромнее, но тоже впечатляющи для наземного транспорта — больше 1 тысячи километров в час.

Транспортные средства в вакуумной трубе представляют собой маглевы, которые как бы парят в сильном электромагнитном поле. Разгон и торможение также обеспечивают электромагниты.

Среди плюсов подобной системы можно выделить, помимо высоких скоростей, низкий износ транспортных средств, экологичность (если энергию получать из возобновляемых источников), полностью автоматическое функционирование. С другой стороны, строительство и обслуживание инфраструктуры вакуумного поезда может быть довольно дорогим, а сильное электромагнитное поле накладывает некоторые ограничения на пассажиров (людям с кардиостимуляторами такой поезд будет недоступен, да и магнитные носители информации в нем лучше не возить). И самое главное, на что упирают критики, — это опасность для пассажиров при аварии. Если что-то пойдет не так, то пассажиры почти наверняка погибнут.

Вакуум вместо локомотива

В 1799 году британский инженер Джордж Медхерст предложил построить железную дорогу, состав на которой приводился бы в движение не локомотивом, а сжатым воздухом. Для этого между рельсов укладывалась труба с разрезом в верхней части. Через этот разрез в нее вставлялся соединенный с вагоном поршень. В трубу подавался воздух — он и толкал поршень, приводя состав в движение.

В 1834 году американский инженер Генри Пинкус видоизменил идею Медхерста: воздух не нагнетался позади поршня, а высасывался перед ним. Однако на практике реализовать пневматическую железную дорогу первыми смогли британские инженеры Сэмюэль Клегг и Джозеф Самуда. В 1840 году они построили опытную железную дорогу Birmingham, Bristol & Thames Junction Railway. Название было почти таким же длинным, как и сама дорога протяженностью около километра.

<strong>Дело — труба: что такое вакуумный поезд</strong>
Обложка журнала с изображением железной дороги Клегга и Самуды, посторенной для Croydon Atmospheric Railway. Изображение: sciencephoto.com

Разработки Клегг и Сэмюда использовал инженер Изенгард Брунель. При поддержке Great Western Railway он построил атмосферную железную дорогу от Эксетера до Ньютона. Насосные станции располагались на расстоянии около трех километров друг от друга. На ровных участках прокладывались трубы диаметром 381 миллиметр, а на уклонах — 559 миллиметров. Скорость движения на дороге доходила до 109 километров в час.

Увы, довольно скоро железная дорога стала сплошной головной болью. Для герметизации трубы использовались кожаные клапаны, из которых вакуум вытягивал природные жиры. Из-за этого клапаны намокали и гнили, а зимой и вовсе замерзли и сломались. Когда проблему попытались решить, смазав их жиром, на железную дорогу началось паломничество крыс, которые обгрызли кожу. В конце концов, через год клапан износился настолько, что стал отрываться от заклепок практически по всей длине дороги. Цена его замены оказалась слишком высокой, и дорогу закрыли. Кроме того, оказалось, что стоимость перевозки с использованием вакуума в три раза выше, чем паровозами.

<strong>Дело — труба: что такое вакуумный поезд</strong>
Реконструкция железной дороги Брунеля в железнодорожном музее Дидкота. Фото: Wikipedia

Неоцененное метро

В 1867 году американский инженер Альфред Бич продемонстрировал модель транспортной системы, в котором давление воздуха в тоннеле приводило в движение пассажирский вагон. Эту разработку уже с полным правом можно назвать вакуумным поездом. Прототип доказал, что идея реализуема, и Бич основал Beach Pneumatic Transit Company, целью которой было построить подземную вакуумную железную дорогу под нью-йоркским Бродвеем.

Властям идея подобного транспорта не понравилась, поэтому Бич вложил в проект собственные 350 тысяч долларов (сегодня это были бы несколько десятков миллионов), объявив, что собирается прокладывать коммуникации для пневмопочты. На это он и получил разрешение, которое, впрочем, вскоре было дополнено разрешением построить один большой тоннель с почтовыми трубами внутри.

В результате компания с помощью землеройного щита за 58 дней построила 90-метровый демонстрационный тоннель диаметром почти 2,5 метра. В планах же было проложить под землей восемь километров. Вагон вмещал 22 пассажира. Вентилятор весом 44 тонны нагнетал воздух в тоннель, тем самым приводя транспорт в движение. Когда нужно было ехать обратно, включали реверс, и вентилятор высасывал воздух из тоннеля, а вагон толкало назад отрицательное давление.

На демонстрационной линии построили одну станцию. Единственный вагон ездил туда-сюда от станции в тупик и обратно. Любой желающий мог опробовать новинку за 25 центов, и уже за первую неделю компания продала 11 тысяч билетов, а за год — целых 400 тысяч. Однако энтузиазм публики не убедил власти, которые раз за разом отказывали Бичу в разрешении на строительство полноценной линии. В итоге бумага была получена только в 1873 году, когда интерес к новинке упал и инвестиции стало получить сложнее. Вдобавок грянул финансовый кризис, известный как Паника 1873 года, который отпугнул последних инвесторов. В результате проект закрылся, а на месте подземной станции Beach Pneumatic Transit теперь станция метрополитена Нью-Йорка City Hall.

Электрификация

В 1909 году в Scientific American вышла статья The Limit of Rapid Transit. Автор фигурировал в ней как «наш читатель», и только спустя время стало известно, что за бесхитростным словосочетанием скрывается инженер, физик, изобретатель, пионер американской космонавтики Роберт Годдард, построивший первую в мире ракету на жидком топливе. В концепцию вакуумного поезда он внес существенное дополнение, предложив использовать силу электромагнитов для «подвешивания» и перемещения составов. Не приводя в статье подробных расчетов, Годдард утверждал, что подобный поезд смог бы преодолеть 305 километров от Нью-Йорка до Бостона за 10 минут.

Однако Годдард ограничился только теоретическими размышлениями и выкладками на бумаге. Российский физик, профессор Борис Вейнберг в 1909 году построил в Томске модель вакуумного поезда с электромагнитами.  Впоследствии он читал лекции на эту тему и опубликовал работу «Движение без трения (безвоздушная электрическая дорога)», в которой изложил концепцию своего вакуумного поезда.  К сожалению, с началом Первой мировой войны опыты пришлось прекратить. Ценная медь, из которой была сделана труба прототипа, пошла на военные нужды. Вейнберг опубликовал еще несколько статей в американских журналах (например вот эту в Popular Science, по ссылке она переведена на русский) и после этого к вакуумным поездам не возвращался.

Другие статьи

Оставьте ответ

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

Enter Captcha Here : *

Reload Image