Глава VIII. Когда вместо колес - магнитное поле

Борьба за скорость

Еще Карл Маркс говорил, что любая экономия в конечном счете сводится к экономии времени. И действительно, повышение скорости перевозок было и остается извечным стремлением человечества. Можно сказать, что это стремление к повышению скоростей во многом и определяет технический прогресс на транспорте.

Различным транспортным средствам, особенно пассажирским, постоянно стремятся обеспечить все более высокие скорости на земле, по воде и под водой, в воздухе и теперь даже в космосе.

Борьба за увеличение скоростей наземного транспорта началась еще с древних времен. Сначала это повышение скорости человека. Вспомним, как ценили скороходов правители государств древности. А марафонский бег? Известие о победе над персами доставил скороход-воин, бежавший целую ночь. С приручением домашних животных появились повозки. Известно, что во времена римского императора Августа (44-27 гг. до н. э.) тяжелые повозки могли передвигаться со скоростью более 80 км/день. В XIII в. послы Чингисхана на лошадях за один день преодолевали 400 км. Император Наполеон, когда бежал из Москвы, поставил своеобразный рекорд скорости, передвигаясь в санном экипаже. Он покрыл 2100 км за 13 дней, т. е. показал среднюю скорость 160 км/день.

Изобретение парового двигателя и установка его на транспортное средство открыли новую эру в развитии транспорта. В 1769 г. капитан французской армии Кюньо развил на паровом артиллерийском тягаче скорость 7,5 км/ч. И только в 1836 г. на омнибусе с паровым двигателем была получена скорость 20 км/ч. Далее рост скорости на наземном транспорте связан с развитием автомобилестроения. В 1898 г. француз Шасслу-Лоба на автомобиле с электрическим двигателем достиг скорости 63 км/ч, а в 1899 г. итальянец Иенатци увеличил ее до 105,9 км/ч. В 1909 г. француз Эмери на автомобиле фирмы "Бенц" с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости - 202 км/ч. В 1927 г. на автомобиле была достигнута скорость 328 км/ч, в 1932 г.- 408 км/ч, в 1937 г.- 501 км/ч. В 1947 г. англичанин Д. Коббу на автомобиле с хорошей аэродинамикой кузова показал скорость 634,2 км/ч. В начале 70-х годов американец Нейблих на машине "Синее пламя" промчался с невиданной еще на земле скоростью - 1014 км/ч. Конструктивно машина представляет собой ракету с оперением самолетного типа, установленную на раме с колесами. Вероятно, скорость автомобиля может быть повышена до 1200- 1300 км/ч, но это рекордные скорости, а для массовых перевозок пассажиров автотранспортом вероятен предел 200-250 км/ч.

Известно, что наибольшее количество людей в нашей стране перевозит железнодорожный транспорт. Здесь стальные колеса, которые вращает двигатель, катятся по стальным рельсам. На железных дорогах к началу 30-х годов XX в. максимальные скорости пассажирских поездов составляли 100 км/ч, лишь за редким исключением - до 120 км/ч. Однако позднее под давлением конкуренции развивающегося автомобильного и воздушного транспорта у пассажирских поездов начали повышать максимальные скорости. За рубежом на важнейших направлениях они были доведены до 140-160 км/ч, а на отдельных участках - 180 км/ч. В довоенные годы были отдельные попытки повысить скорость поездов до 200 км/ч. В этот период в СССР во время опытных поездок поездов с паровозами типа 2-3-2 также была достигнута скорость 200 км/ч.

Такое положение сохранялось до середины 50-х годов, пока во Франции не была достигнута феноменальная скорость поездов - 331 км/ч. Это было продемонстрировано во время опытной поездки поезда, состоящего из серийных вагонов с модернизированными электровозами.

Успешные исследования и эксперименты французских инженеров послужили основой для развития скоростного железнодорожного сообщения в других странах.

С 1964 г. в Японии со скоростью 200 км/ч между городами Токио и Осака курсирует поезд "Синкансэн" (в переводе "поезд-стрела"). В связи с успешной эксплуатацией этой линии ее продлили до Хиросимы, а затем до Фукуока. Здесь уже максимальная скорость может достичь 250 км/ч. Длина скоростной трассы в настоящее время составляет свыше 1000 км. В 1981 г. во Франции был поставлен новый рекорд скорости на железнодорожном транспорте. На поезде с электрической тягой была достигнута скорость 380 км/ч. И в этом же году вступила в строй скоростная линия между Парижем и Лионом, на которой суперэкспресс (по-французски "Трэн а гранд витес", или ТГВ) эксплуатируется со скоростью до 260 км/ч. Аналогичные скоростные железнодорожные линии для поездов примерно со скоростями 200 км/ч построены в Англии, Италии, ФРГ.

В СССР на направлении Москва - Ленинград началась эксплуатация скоростного электропоезда ЭР-200, развивающего скорость до 200 км/ч.

Как правило, скоростные железнодорожные линии предназначены специально для пассажирского движения. Для таких линий необходимы точность геометрии пути и большие радиусы закруглений. Грузовые поезда эксплуатируются на других трассах. Однако становится ясным, что у существующей системы рельсового транспорта есть верхний предел скорости, который определяют ряд факторов:

потеря сцепления колеса с рельсом. Предел скорости по сцеплению примерно 370 км/ч;

динамика движения поезда (рывки, неравномерность движения, вибрации вагонов);

прочность колес и рельсов. Специалисты считают, что железнодорожное колесо может выдержать скорость 350 - 450 км/ч, автомобильное - свыше 1000 км, рельс - 1800 км/ч;

надежная передача электроэнергии с пути движущемуся поезду - так называемая проблема токосъема. Считают, что надежный механический (контактный) токосъем обеспечивается лишь до скорости 300-350 км/ч;

затраты на строительство и особенно на техническое обслуживание скоростных рельсовых дорог. Последний фактор оказывается весьма влиятельным даже на существующих скоростных железных дорогах, где максимальная скорость составляет 200 - 240 км/ч;

экология: шум, вибрации, ударные волны от быстрого перемещения поезда. Эти факторы могут обеспокоить как пассажиров, так и жителей зданий, расположенных вблизи железных дорог.

Принимая во внимание вышеизложенное, иностранные специалисты полагают, что при существующей системе движения поездов по рельсам предел скорости 280- 300 км/ч. При применении линейного тягового двигателя, т. е. тогда, когда колесо не осуществляет функций движителя эта скорость может быть повышена до 340- 350 км/ч.

Наземный транспорт, развивающий скорость 350- 500 км/ч, оказывается предпочтительней железнодорожного и даже авиации по затратам времени на поездку на расстояние до 1000 км. Ведь чтобы добраться до аэропорта крупного города, оформить посадку, сесть в самолет, требуется более 1 ч, а если трасса бесшумного наземного транспорта сможет войти в пределы города, то затраты времени на подготовительные операции составят не более 30 мин.

Специалисты разных стран считают, что ряд проблем, мешающих увеличению скорости поездов, можно решить, если отказаться от применения колеса. Сделать движение транспорта бесконтактным. Очевидно, отпадет проблема реализации сцепления, проще обеспечить динамическую устойчивость, а также снизится изнашивание путевого полотна и подвижного состава.

Первоначально для бесконтактного движения скоростных поездов пробовали использовать воздушную подушку. Еще 100 лет назад французский инженер Жерар предложил заменить колеса ВП. Много и успешно работал в этой области русский ученый К. Э. Циолковский. В 60 - 70-е годы во Франции, Англии, США были созданы экспериментальные вагоны на ВП (аэропоезда), эксплуатационная скорость которых 200-260 км/ч. Так, для связи Парижа и Орлеана был построен аэропоезд "Орлеан" для перевозки 80 пассажиров. Его максимальная скорость 300 км/ч. Рассматривалось применение аэропоездов и для пригородного сообщения. Однако большие затраты энергии на подвеску вагонов, шум и пылеобразование, вызванное действием ВП, заставило прекратить дальнейшие исследования в пользу поездов на магнитной подвеске.