Вакуумны цягнік: прынцып працы, выпрабаванні. цягнік будучыні

Навукоўцы ўжо даўно зрабілі выснову, што для павелічэння хуткасці руху любога транспартнага сродку, неабходна максімальна падавіць сілу трэння. Па такім прынцыпе лётаюць касмічныя караблі, якія без супраціву навакольнага асяроддзя могуць падарожнічаць у космасе вельмі доўга. Менавіта гэтая асаблівасць ляжыць у аснове праекта, вядомага як «вакуумны цягнік будучыні».

Самыя хуткія цягнікі

Найвышэйшым дасягненнем навукоўцаў у галіне хуткаснага наземнага руху, па стане на сённяшні дзень лічыцца магнітная левітацыя. Цягніка на магнітнай падушцы былі апрабаваныя ў Японіі, Англіі і Германіі яшчэ ў сямідзесятых гадах мінулага стагоддзя. У цяперашні час такі від транспарту паспяхова эксплуатуецца ў многіх дзяржавах. У дадзеным выпадку за кошт мінімізацыі трэння забяспечваюцца хуткасці ў межах 500 км / г. Больш за тое, такі рухомы састаў адрозніваецца высокай эканамічнасцю, экалагічнай чысцінёй і нізкім узроўнем шуму. Разам з гэтым варта адзначыць той факт, што павелічэнне хуткасці руху цягне за сабой рост аэрадынамічнага супраціву. Навукоўцы прапаноўваюць па аналагічным падыходу стварыць вакуумны цягнік. Прынцып яго працы складаецца ў тым, што траса павінна праходзіць ўнутры трубы з адпампавалі паветра, таму ўсе сілы супраціву выключаюцца.

Ўзнікненне ідэі вакуумнага транспарту

Канцэпцыя будаўніцтва трансатлантычнага грузопровода для дастаўкі тавараў з Еўропы ў Амерыку і ў зваротным кірунку ўпершыню з'явілася ў ЗША яшчэ ў шасцідзесятых гадах мінулага стагоддзя. Па задумцы, планавалася пабудаваць у акіяне трубу на глыбіні паўкіламетра, перавозкі усярэдзіне якой ажыццяўляліся б за кошт складаў, якія перамяшчаюцца на магнітнай падушцы. Толькі ў 1999 годзе амерыканскі інжынер Дэриел Остер здолеў атрымаць патэнт на вакуумна-трубаправодныя тэхналогіі транспарту, што дало новы штуршок іх развіццю.

праект Остера

Па задумцы Остера, траса павінна ўяўляць сабой дзве надземных трубы (для руху ў розныя бакі), дыяметр кожнай з якіх складае 150 см. Мяркуецца, што ўнутры будуць слізгаць транспартныя капсулы на магнітнай падвесцы. Іх дыяметр складзе 130 см, а даўжыня - 490 см. У вагончыку змогуць адначасова перамяшчацца шэсць пасажыраў з грузам агульнай вагой да 370 кг.

Рухавік для вакуумнага цягніка Остера будзе складацца з першаснага (забяспечаная абмоткамі труба трасы) і другаснага (сам корпус капсулы з ферамагнітнага сплаву) элементаў. Мінімальны зазор паміж імі дазваляе выкарыстоўваць асінхронны лінейны матор. У самым вагончыку спатрэбіцца ўсталяваць толькі электрадынамічных падвеску для забеспячэння магнітнай левітацыі, сістэму рэгенерацыі паветра, сядзення і мініяцюрныя акумулятары, прызначаныя для віртуальных вокнаў і тэлевізараў. Паколькі рух капсулы будзе адбывацца практычна без супраціву, значная частка выдаткаванай на разгон энергія можа вяртацца падчас тармажэння. Галоўная загвоздка ў пераўтварэньні ў рэальнасць гэтага праекта заключаецца ў тым, што цягнік у вакуумнай трубе павінен рухацца па ідэальна прамой трасе. У адваротным выпадку электрамагніта прыйдзецца кампенсаваць цэнтрабежную сілу на паваротах.

швейцарскі праект

Нешта падобнае інжынеры з Швейцарыі пачалі распрацоўваць яшчэ ў 1974 годзе. Іх праект увайшоў у гісторыю пад назвай Swissmetro. Па задумцы, капсулы на магнітнай падушцы павінны былі курсіраваць з хуткасцю, якая складае да 500 км / г. Швейцарскі вакуумны цягнік будучыні праектаваўся з мэтай злучыць галоўныя горада дзяржавы (Берн, Цюрых, Жэневу, Лазану і Базель). У дадзеным выпадку планавалася выкарыстоўваць трубы дыяметрам 180 см і васьмімесны вагон для перавозкі пасажыраў. На сённяшні дзень цяжка меркаваць пра іншыя характарыстыках, паколькі праект так і не быў прапрацаваны да канца. У 2009 годзе ўрад краіны адмовілася ад гэтай ідэі.

Англійская цягнік будучыні

Брытанскія інжынеры ў 2002 годзе вярнуліся да праекта стварэння вакуумнага цягніка. Іх планы з'яўляюцца проста грандыёзнымі, бо вынаходнікі маюць намер стварыць сетку, што заменіць чыгуначны і аўтамабільны транспарт. Для гэтага неабходна пабудаваць цэлую павуцінне труб па ўсёй краіне. Пры гэтым капсулы будуць разлічаны максімум на двух пасажыраў, размешчаных у становішчы лежачы. У адрозненне ад папярэдніх праектаў, тут рухомы састаў павінен перасоўвацца па рэйках на хуткасці да 420 км / г. Размешчаныя на калясках электрарухавікі будуць харчавацца ад кантактнай рэйкі. Галоўны недахоп, які мае англійская вакуумны цягнік, па словах распрацоўшчыкаў, звязаны з вялікімі выдаткамі энергіі на перавозку аднаго пасажыра, у параўнанні з папярэднімі праектамі. З іншага боку, яго асноўная перавага заключаецца ў параўнальна невысокай кошту збудаванні транспартнай сеткі.

праект Hyperloop

Перспектыўней за ўсё выглядае праект цягніка будучыні, які называецца Hyperloop. Ідэю яго стварэння ў 2012 годзе прапанаваў амерыканскі мільярдэр Элона Маск. Першапачаткова аб праекце казалі як пра пяты выглядзе транспарту, але далей абмеркаванняў на тэлебачанні справа не даходзіла. Пасля таго як стала вядома аб планах ўрада пабудаваць хуткасную чыгуначную галінку паміж Лос-Анджэлесам і Сан-Францыска, бізнэсмэн узяўся за рэалізацыю сваёй канцэпцыі. Праект Hyperloop ўяўляе сабой наземны трубаправод, у якім вакуумны цягнік можа перамяшчацца з хуткасцю, якая складае ад 400 да 1220 км / г. У жніўні 2013 году ідэя была афіцыйна прадстаўлена шырокай публіцы ў прэзентацыі на 58 старонак.

Прынцып працы

Галоўная ідэя праекта Hyperloop заключаецца ў максімальнай таннасці стварэння транспартнай сеткі з труб і далейшай эксплуатацыі. У сувязі з гэтым у яе аснову легла менавіта такая мадэль, як вакуумны цягнік. У ЗША, па словах вынаходніка, неабходна пабудаваць сетку закрытых паралельных трас, якія будуць злучацца ў канчатковых кропках маршрутаў. Для стварэння ў іх вакууму і яго падтрымання, досыць сталёвых труб таўшчынёй 25 мм і помпаў з невысокай магутнасцю. Унутры іх Элона Маск прапануе запусціць капсулы даўжынёй да 30 метраў. Першымі бізнэсмэн хоча злучыць паміж сабой Сан-Францыска і Лос-Анджэлес.

Па словах распрацоўніка, стварыць абсалютны вакуум у трубах не атрымаецца. У сувязі з гэтым паветраныя масы будуць накіроўвацца пад дно рухомага складу праз спецыяльныя сопла ў яго насавой часткі. Гэта дазволіць стварыць паветраную падушку і зэканоміць значныя сродкі, неабходныя на рэалізацыю электрамагніта. Для падзарадкі рухавіка, за кошт якога капсула будзе прыводзіцца ў рух, праз кожныя 110 км на падлозе трубы будзе ўсталяваны алюмініевы рэек даўжынёй 15 метраў.

Варыянты функцыянавання сістэмы

У прэзентацыі разглядаецца пасажырскі і пасажыра-грузавы варыянт сістэмы. У першым выпадку прапануецца пабудаваць трубу дыяметрам 2,23 м. Курсіруе ўнутры вакуумны цягнік зможа за адну паездку перавозіць да 28 пасажыраў. Другі варыянт прадугледжвае выкарыстанне трубаправода, дыяметр якога складае 3,3 м. У гэтым выпадку ў кожнай капсуле можна будзе дадаткова перавозіць па тры аўтамабілі. Варта адзначыць, што па праекце Элона Маска адпраўленне цягнікоў будзе ажыццяўляцца кожныя паўхвіліны.

Эканамічная эфектыўнасць і выпрабаванні

Праект Hyperloop можна назваць вельмі эфектыўным. Распрацоўшчыкі маюць намер цалкам задаволіць яго патрэбы за кошт сонечнай і ветравой энергіі. Увесь яе лішак яны плануюць прадаваць, зарабляючы на гэтым каля 25 мільёнаў даляраў штогод. Па словах Элона Маска, кошт праезду ў адзін бок павінна будзе складаць прыкладна 20 даляраў. У такім выпадку праект акупіцца ўжо праз дваццаць гадоў.

Першыя выпрабаванні вакуумнага цягніка адбыліся ў траўні 2016 года. З гэтай мэтай у пустыні непадалёк ад Лас-Вегаса быў пабудаваны спецыяльны тэставы ўчастак. Каляска пры дапамозе электрамагнітаў спачатку разагналася да адзнакі ў 180 км / ч, пасля чаго паступова спынілася.

бяспеку

Асоба старанна распрацоўшчыкі паставіліся да бяспекі. Рух капсулы ніяк не адаб'ецца на камфорце пасажыраў. Па адчуванні яе разгон не будзе адрознівацца ад прабежкі самалёта перад узлётам, а далей - ціхае слізгаценне і ніякай турбулентнасці. Элона Маск сцвярджае, што вакуумны цягнік не можа сысці з рэек або ўпасці з вышыні, таму яго варта разглядаць як адзін з самых бяспечных відаў транспарту. На выпадак узнікнення перабояў з электраэнергіяй у капсуле прадугледжаны акумулятары, харчавання якіх хопіць для жыццезабеспячэння пасажыраў на працягу 45 хвілін, іншымі словамі - на ўвесь маршрут. У рэшце рэшт, большасць людзей вельмі спакойна ставяцца да вандраванняў на авіялайнерах, нягледзячы на тое што сродкі выратавання ў выпадку катастрофы ў іх з'яўляюцца вельмі сумнеўнымі.

завяршэнне

Стварэнне вакуумнага цягніка, па-за ўсякім сумневам, патрабуе велізарных фінансавых выдаткаў. Акрамя гэтага, перад рэалізацыяй праекта неабходна вырашыць яшчэ далёка не адну тэхнічную задачу. Аднак у наш час, з улікам пастаяннага развіцця тэхналогій, магчымасць ажыццяўлення гэтай задумы выглядае ўжо не так туманна, як некалькі дзесяткаў гадоў таму. У сувязі з гэтым не варта здзіўляцца, калі ў хуткім часе для транспарціроўкі пасажыраў і грузаў пачнуць выкарыстоўвацца цягніка, якія з'яўляюцца больш хуткаснымі, чым сучасныя звышгукавыя самалёты.