Летающий поезд

Система «колесо – рельс» обеспечивает скорость до 300–350 км/ч. Для повышения скорости поезда сверх этой величины необходимо использование других принципов. Это магнитная левитация, или сокращённо – маглев. Похоже, этот тип несущей системы и привода в не очень далёкой перспективе станет реальностью.


Китайский магнит

Перемещение из аэропорта Пудун к ближайшей станции метро в Шанхае стало одним из туристических аттракционов этого китайского мегаполиса. Путь в 30 км поезд преодолевает за 7 минут 20 секунд, развивая максимальную скорость 431 км/ч. У этого поезда нет колёс – при движении его удерживает над полотном электромагнитное поле, а в движение приводит линейный электромотор. Эти идеи известны довольно давно, однако примеры реализации коммерческой эксплуатации можно пересчитать по пальцам.

Самая скоростная линия наземного транспорта в мире действует с 2004 года. Шанхайский маглев был построен при участии немецких специалистов, и 30-километровая трасса обошлась Китаю в $1,3 млрд. Однако это не первый пример использования принципа магнитной левитации. Он был запатентован Германном Кемпером в Германии ещё в 1934 году.

Как это бывает со многими технологиями, внешне магнитная левитация напоминает магию: вагон благодаря взаимодействию магнитных полей висит в воздухе на небольшой высоте, обычно 8–15 мм. В результате отсутствует трение качения и состав испытывает только аэродинамическое сопротивление. Оно также бывает значительным, поскольку зависит от квадрата скорости, то есть если двигаться в два раза быстрее, сопротивление воздуха будет в четыре раза больше. Но снижать его человечество уже научилось, самолёты летают со скоростью под тысячу километров в час, а сверхзвуковые – в несколько раз быстрее. Поезда таких скоростей ещё не достигли, однако японский экспериментальный поезд L0 на испытательной трассе Яманаси в 2015 году разогнался до 603 км/ч. И это был поезд на магнитной подушке!

К слову, рекорд скорости на рельсах не намного ниже: французский экспериментальный состав TGV развил 574,8 км/ч в 2007 году. Но это может быть лишь разовым событием – на такой скорости токосъёмник соединяется с контактным проводом через дугу, и износ оборудования исключает регулярную эксплуатацию. Пара «колесо – рельс» обеспечивает приемлемую себестоимость движения со средними скоростями 300 км/ч, и, соответственно, подвижной состав и пути должны быть рассчитаны максимум на 350–360 км/ч. Дальнейшее увеличение скорости экономически оправданно только при использовании магнитной левитации.

Отсутствие контакта между поездом и путями требует принципиально нового типа привода, и он тоже известен довольно давно. В 1902 году немецкий инженер Альфред Цеден получил патент на линейный электродвигатель для привода поезда. Правда, он предполагал его использовать для обычных вагонов или монорельсов. Это разновидность электродвигателя, где статор развёрнут во всю длину дороги, а ротор находится на самом вагоне, так что вместо вращения происходит линейное перемещение. Есть различные варианты реализации этой идеи.

Питание для бортового оборудования (а расход энергии на кондиционирование воздуха в экспериментальном немецком поезде Transrapid 08 был больше, чем на поддержание его левитирования) на высоких скоростях также подаётся за счёт электромагнитных полей. На невысоких скоростях (до 80 км/ч) использовали механический контакт с токопроводящими шинами.


Первые километры

На международной транспортной выставке IVA 79 (Internationale Verkehrsausstellung), которая проходила с 8 июня по 1 июля 1979 года в Гамбурге, между двумя выставочными площадками курсировал поезд на магнитной подушке Transrapid 05. Дистанция была невелика – 908 м, максимальная скорость 68-местного двухвагонного состава была лишь 75 км/ч, но это была первая публичная демонстрация действующего поезда с использованием принципа магнитной левитации. Его реализовал консорциум нескольких немецких промышленных гигантов – Kraus-Maffei, Messeschmidt-Bölkow-Blohm и Thyssen-Henschel. Он был создан в 1969 году, но предыдущие экспериментальные Transrapid двигались только на закрытых полигонах и использовались для отработки технологии.

За время выставки Transrapid 05 перевёз около 55 тыс. пассажиров. Затем трассу демонтировали и собрали в укороченном варианте на территории Thyssen-Henshel в Касселе. В 2010 году поезд был восстановлен и передан техническому музею Касселя.

В 70-е годы о повышении скорости поездов задумались в Японии. При участии авиакомпании Japan Air Lines началась разработка высокоскоростного наземного транспорта (High Speed Surface Transport), который связал бы Токио с новым международным аэропортом Нарита. Первый экспериментальный двухместный «вагон» HSST-01 был запущен в 1975 году. Из-за короткой трассы для быстрого разгона использовался ракетный двигатель производства Nissan. Благодаря этому в 1978 году он достиг скорости 307,8 км/ч. Правда, отметку 300 км/ч уже преодолел на рельсах экспериментальный французский TGV с газовой турбиной – в 1972 году он развил 318 км/ч.


Проекты СССР


В СССР для разработки новых транспортных систем в 1975 году был создан ВНИИПИ «ТрансПрогресс», и в 1979 году его специалисты запустили трассу маглев длиной 36 м на заводе «Газстроймашина». Не стоит удивляться – ВНИИПИ «ТрансПрогресс» относился к Миннефтегазстрою. Первый вагон ТП-01 на 20 пассажиров весил 18 тонн. Название расшифровывали как «транспортное средство прогрессивное». Это был третий реализованный проект маглева после немецкого Transrapid и японского HSST.

Для испытаний следующих образцов построили 180-метровую трассу в Раменском, позже удлинённую до 850 м. В 1986 году был построен последний советский поезд на магнитной подушке – ТП-05 с алюминиевым кузовом массой 18 тонн и системой управления магнитами, которая позволяла компенсировать неровности полотна – да, они неизбежны даже на столь высокотехнологичном транспорте. В то время уже разрабатывались планы по строительству линий маглев в Алма-Ате и Ереване. ТП-05 выглядел эффектно и футуристично, так что стал даже декорацией для съёмок короткометражного фильма «С роботами не шутят» для телепрограммы «Этот фантастический мир». Нетипично для нашего времени то, что он сохранился, простоял четверть века в цеху, где его и построили.

В Алма-Ате маглев решили заменить обычным метрополитеном, а вот в Армении 16-километровую трассу Ереван – Абовян даже начали строить в 1987 году. Предполагалось затем увеличить её длину до 40 км и довести до Севана. К сожалению, землетрясение в Спитаке сорок лет назад отвлекло ресурсы республики и СССР на восстановление, а в начале 90-х годов ситуация изменилась настолько, что стало не до новых транспортных технологий.

Вот как описал «Гудку» ситуацию министр путей сообщения РФ в 1996–1997 годах, а ныне руководитель Научно-образовательного центра инновационного развития пассажирских железнодорожных перевозок, профессор кафедры «Экономика транспорта» Петербургского университета путей сообщения Анатолий Зайцев: «Для развития нового вида транспорта необходимо, чтобы его возможности осознали те, кто распоряжается российским пространством. В 1987 году началось строительство магистрали с магнитной левитацией между Ереваном и Севаном, однако после землетрясения в Спитаке продолжать её строительство не стали. Были и другие проекты, которые не были реализованы. Когда я стал министром путей сообщения, то увидел рекомендации Европейского банка реконструкции и развития и Международного валютного фонда для России – нашей стране не рекомендовали развивать железнодорожный транспорт, а советовали сосредоточиться на автомобильном. Как видим, рекомендации строго выполнялись».

Также был закрыт из-за отсутствия финансирования и проект трассы до Шереметьево, где 64-местные вагоны должны были развивать скорость до 250 км/ч. Его разрабатывал ИНЦ «ТЭМП», который позже применил некоторые наработки для московского монорельса – для его привода также используется линейный электродвигатель, но опираются вагоны не на магнитную подушку, а на колёса.



Ближе к небу

Как видно, довольно часто линии маглев использовались в аэропортах. Объяснением может быть то, что это относительно изолированные транспортные системы: аэропорты находятся за пределами городов, и при строительстве линии маглева – а они должны быть выделенными – не возникает препятствий в виде городской застройки. Кроме того, именно авиация сегодня самый высокоскоростной транспорт, но на то, чтобы добраться до самолёта из города и обратно, пассажир зачастую теряет столько же, а иной раз и больше времени, чем на сам полёт.

Первый в мире коммерческий маглев-транспорт (он так и назывался – MAGLEV) был запущен в аэропорту Бирмингема 16 августа 1984 года. Правда, он экономил время не за счёт скорости – вагоны развивали не более 42 км/ч, линия длиной 585 м соединяла терминал аэропорта со станцией железной дороги, и на этом пути пассажирам надо было пересекать автодорогу и обходить другие препятствия, а маглев «пролетал» над ними. Автоматические вагоны ходили каждые несколько минут в час пик, а в другое время надо было вызывать их нажатием кнопки.

Со временем вагоны стали всё чаще выходить из строя, а запчастей для уникального транспорта взять было негде. Эксплуатация стала слишком дорогой, и MAGLEV закрыли, а пассажиров стали возить в объезд на автобусах. В 2003 году аэропорт с вокзалом соединили поездом с канатным приводом производства австрийской Doppelmayr – она недавно поставила транспортную систему, соединяющую южный и северный терминальные комплексы в Шереметьево. Это был первый проект, реализованный Doppelmayr для аэропорта.

Для городского транспорта маглев использовали в Берлине с 1989 года по 1991-й. Линия длиной 1,6 км соединяла три станции и использовала эстакаду участка метро, который вывели из эксплуатации из-за строительства Берлинской стены. Компания Magnentbahn («Магнитная дорога») начала строительство в 1983 году, а пробные поездки провела в 1984-м. Однако при пожаре один вагон был уничтожен, второй сильно пострадал. Поэтому единственная линия M-Bahn была открыта лишь в 1989 году. Почти два года она работала в нерегулярном режиме и возила пассажиров бесплатно. Лишь в июле 1991 года она была включена в общую транспортную систему Берлина, а через два месяца её начали разбирать – после разрушения Берлинской стены оказалось выгоднее восстановить движение по линии метро U2.


Экологически чистый

Как видим, с технической точки зрения использовать магнитную левитацию научились довольно давно. Однако почему же её не так уж широко применяют, ведь это экологически чистый транспорт, который расходует в несколько раз меньше энергии, чем авиация, при сопоставимых скоростях. Уровень шума существенно ниже, чем у современной железной дороги: колёса не стучат на стыках и вообще не создают никакого шума, поскольку нет ни колёс, ни рельсов.

Опасения вреда электромагнитного излучения, которые не так давно, например, вынудили из-за протестов жителей изменить маршрут линии пекинского метро S1 (она тоже на магнитной левитации), не подтверждаются.
«Магнитная левитация абсолютно безвредная технология. В Первом Санкт-Петербургском медицинском университете проводили исследования, которые показали, что никакого влияния на человека электромагнитное излучение от такой системы не оказывает. Нет никаких помех и для систем связи. В 5 см от рельса уровень сопоставим с магнитным фоном Земли», – комментирует Анатолий Зайцев. Эти выводы также подтверждены Всемирной организацией здравоохранения, которая официально признала, что маглев не наносит никакого вреда человеку.

Главный фактор – необходимость больших вложений в инфраструктуру. Шанхайский маглев длиной, напомним, 30 км стоил примерно 10 млрд юаней, или $1,3 млрд, включая стоимость депо и поездов.

В какую сумму обойдётся «Тюо-синкансен» между Токио и Нагоя, пока неизвестно – за время после начала строительства расчётная стоимость уже выросла с 5 трлн иен до 9 трлн иен (более $80 млрд). Так что даже в богатой Японии часто звучит критика этого проекта именно с точки зрения чрезмерной стоимости. Правда, это отчасти связано с тем, что для поддержания средней скорости движения 500 км/ч здесь планируют использовать сверхпроводящие электромагниты – технологию новую и поэтому недешёвую.

Экспериментальный Transrapid несколько лет стоял в аэропорту Мюнхена, рекламируя будущую линию от города до воздушной гавани, но в 2008 году было объявлено, что проект не будет реализован – жители решили, что преодолевать 40 км со средней скоростью 350 км/ч за 1,85 млрд евро как-то дороговато и им достаточно уже действующей линии обычного S-Bahn.

Высокие скорости предполагают отсутствие пересечений, большие радиусы кривых и небольшие уклоны. Необходимость выноса полотна на эстакады предполагает также создание системы эвакуации пассажиров в случае происшествий.

Кроме того, управление очень быстрой транспортной системой, да ещё основанной на новых сложных технологиях, требует совершенных и производительных компьютеров. Это ещё один фактор, который наверняка сказался на задержке реализации маглева.

Правда, при более низких скоростях, например в городе или пригороде, требования к трассе не настолько жёсткие, и при этом транспорт на магнитном подвесе сохраняет свои достоинства – тишину, экономичность и экологическую чистоту.


Не только пассажиры

Для России с нашими огромными расстояниями и выгодным расположением сейчас важны не только пассажирские перевозки. И нет никаких препятствий для включения высокоскоростных поездов в мультимодальную систему контейнерных перевозок. Правда, высокие скорости предъявляют особые требования к аэродинамике – и обычный контейнер далеко не идеален с этой точки зрения, так что нужны аэродинамические экраны или крышки или даже вагоны, в которые надо вставлять контейнеры. Это также дополнительные расходы. Однако существенное сокращение времени перевозки может делать их не очень значимыми.
«В майском указе президента «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» поставлена задача Правительству РФ обеспечить развитие транспортных коридоров «Запад – Восток» и «Север – Юг» для перевозки грузов, в том числе за счёт сокращения времени перевозки контейнеров железнодорожным транспортом с Дальнего Востока до западной границы Российской Федерации до семи дней, – говорит Анатолий Зайцев. – Я, как человек погружённый в тему, готов уверенно заявить, что на колесе и рельсе реализовать такое сокращение не удастся. Простой добавкой поездов и контейнеров мы не увеличим среднюю скорость их перевозки, а она у нас в стране сейчас 14 км/ч. Надо её увеличивать. При этом необходимо учитывать, что такие транзитные перевозки – это экспортная услуга. И при увеличении объёмов перевозок до 200 млн тонн доход от эксплуатации транзитных коридоров будет сопоставим с доходами от экспорта углеводородов».

Похоже, высокоскоростной наземный транспорт может стать для России существенным источником доходов.

Валерий Чусов