Из архива: Китайцы решили построить первый вакуумный поезд

Разработчик спорной концепции самого быстрого наземного транспорта продал в шести странах более 60 лицензий, позволяющих участвовать в реализации проекта. Особый интерес задумка вызвала в Поднебесной, чьи учёные намерены первыми воплотить смелый замысел, которому скоро исполнится вот уже как сто лет.

Деловой подход к реализации своей мечты выбрал изобретатель из Флориды Дэрил Остер (Daryl Oster). Его компания ET3.com разрабатывает систему скоростного сообщения, призванную заменить самолёты, но строить её предлагается всем желающим: автор распространяет лицензии на право использования своей интеллектуальной собственности.

ET3 означает Evacuated Tube Transport Technologies (технологии транспортировки по вакуумной трубе), соответственно, сам такой транспорт Дэрил именует ETT. В общих чертах суть его проста. Герметичные капсулы на магнитной подвеске (маглев) летят внутри трубы, из которой откачан воздух.

Evacuated Tube Transport – труба и стартовая станция, рисунки из патента Остера (иллюстрации ET3.com, Daryl Oster).

Поскольку «вагоны» не касаются стенок, а аэродинамическое сопротивление практически сведено к нулю, затраты на перемещение такого аппарата в пространстве (в расчёте на килограмм груза) могут быть в десятки раз ниже, чем у обычного поезда. Ведь начальная энергия, необходимая для разгона капсулы до высокой скорости, может быть почти полностью возвращена в сеть близ пункта назначения — при торможении за счёт всё тех же электромагнитных систем.

Типичная трасса ETT должна состоять из двух труб для движения в двух направлениях. Трубы могут быть как надземными, так и подземными, в зависимости от конкретной местности. В развитой системе труб может быть и больше, а также могут появиться узловые станции с системами, автоматически направляющими входящие капсулы на боковые ветки (иллюстрация ET3.com).

О деталях проекта Остера скажем чуть ниже. А сейчас необходимо вспомнить, что перед нами не что иное, как вакуумный поезд. Его идея впервые была выдвинута отечественным физиком Борисом Вейнбергом ещё в 1914 году.

Дэрил Остер начал работать над идеей вакуумного поезда в середине 1980-х годов. Неизвестно, был ли он знаком с предложением своего далёкого предшественника из России – профессора Вейнберга, которое популярно изложил в своей «Занимательной физике, часть 2» Яков Перельман. Впервые эта книга, рисунок из которой мы приводим, вышла в свет в 1916 году и пережила множество изданий.

В теории, летающие в вакуумной трубе вагончики могли бы развивать скорость, более менее сопоставимую с космической (до 8 тысяч километров в час), и преодолевать межконтинентальные расстояния быстрее любого самолёта.

Но хотя в XX веке с подобными предложениями инженеры выступали не раз, вакуумный поезд до сих пор остаётся сказкой. Очевидно, при его создании необходимо преодолеть массу трудностей. Это нисколько не смущает Остера, который ещё в 1999 году получил на ETT американский патент.

Документ описывает многие тонкости в устройстве и работе дороги: капсулы и систему их подвески, приспособления для согласованного ускорения капсул и регенеративного торможения, контроль за вибрациями и автоматическое управление транспортными потоками в таких трубах, меры безопасности (в том числе резервирование систем) и так далее.

Загрузка и выгрузка капсул должна быть роботизирована. Пассажирам нужно лишь ввести наименование станции через компьютерный терминал и занять свои места в «вагоне» (иллюстрация ET3.com).

Автор ETT полагает, что вакуумированная дорога может быть реализована в нескольких модификациях, отличающихся поперечником трубы и размером капсул. Оптимальный же вариант по соотношению капитальных затрат и вместимости – это полутораметровая труба и капсулы на шесть пассажиров либо 370 килограммов груза, насчитывающие 1,3 метра в диаметре и 4,9 м в длину.

Несмотря на размер, как у легкового автомобиля, капсулы должны весить всего 180-190 кг. Дело в том, что эти аппараты будут играть в системе совершенно пассивную роль, как посылки пневмопочты. Все системы привода, активные части магнитной подвески, управление движением – всё отдано на откуп самой трубе.

В капсулах будут размещены только магниты и проводящие обмотки для отклика на внешние поля. По информации Gizmag,
вероятно, там могут быть использованы и сверхпроводники.

ETT предлагает променять различные удобства обычного поезда или самолёта на многократное сокращение времени поездки. Но страдающие клаустрофобией едва ли оценят быстроту вакуумного транспорта. На протяжении всего вояжа тут нельзя будет встать и размять ноги или сходить в туалет. А ведь более дешёвый вариант ETT предусматривает постройку ещё более тонкой трубы с маленькой капсулой и вовсе на одного обитателя (иллюстрация ET3.com).

На станциях по всему маршруту ETT должны быть предусмотрены автоматические шлюзы, запускающие заполненные капсулы в трубу и извлекающие их в месте назначения. В коротких (междугородних) поездках скорость таких капсул могла бы составлять 600 км/ч, а в дальних – до 6500 км/ч. Это позволило бы добираться из Нью-Йорка в Пекин за два часа.

Системы регенерации воздуха, похожие на те, что применяются на подлодках и в космических кораблях, обеспечивали бы пассажиров кислородом. А заскучать в межконтинентальных рейсах им не давали бы экраны с видеофильмами или играми. Также на «виртуальные окна» на стенках капсулы можно выводить любой пейзаж, сообщает новатор.

Остер – специалист в области машиностроения, занимавшийся конструированием и сертификацией различных морских и авиационных систем (фото ET3.com).

При внеплановой остановке капсулы Дэрил предлагает использовать для эвакуации людей аварийные люки, которые должны быть встроены в стенки трубы каждые полтора километра. В общем, предусмотрено действительно многое. Только реализация по-прежнему едва виднеется на горизонте.

За $100 и 6-процентные отчисления от будущих доходов Остер продаёт лицензии на ETT. Инженер надеется, что именно лицензиаты помогут ему довести замысел до стадии железа.

Среди заинтересованных сторон могут найтись специалисты по электромагнитным системам и вакуумным установкам, знатоки сопротивления материалов и доки в автоматизированных системах управления… Свою компанию Дэрил называет открытым консорциумом, а покупателей лицензий – его совладельцами.

Финальное проектирование работоспособной вакуумной дороги американец сравнивает с разработкой открытого ПО. Он утверждает, что дело сдвинется с мёртвой точки, если наберётся тысяча владельцев лицензии, способных в какой-то мере поучаствовать в проекте – расчётами, материалами, лабораторными экспериментами. Пока таковых набралось едва больше 60.

Остер полагает, что ETT хорошо подходит для дальних междугородних маршрутов, пролегающих по ровной и безлюдной местности на сравнительно южных широтах. В качестве перспективных рынков для пионерских вакуумных линий американец называет Китай и Индию (иллюстрация ET3.com).

Возможно, первая такая дорога будет построена в Китае. Ещё в 2001 году патентом на ETT заинтересовался доктор Чжан Яопин (Zhang Yaoping) из Юго-Западного университета Цзяотуна (SWJTU), который написал американцу письмо.

В 2002 году Дэрил приехал в Китай, познакомился с Яопином лично и помог ему запустить в Поднебесной исследования по ETT, причём в них удалось заинтересовать ещё нескольких учёных из разных китайских институтов и университетов, а чуть позже и специалистов из Японии. Важно, что в число соратников Дэрила вошли физики, занимающихся системами магнитной левитации на основе высокотемпературных сверхпроводников.

Во время визита в Китай Остер опробовал прототип маглева на сверхпроводниках, принцип действия которого американец намерен перенести на «вагончики» вакуумной дороги (фото с сайта magnetbahnforum.de).

Международная сеть ETT в видении Дэрила (иллюстрация ET3.com, Daryl Oster).

В 2010 году появилась информация, что работа над китайским вариантом ETT идёт полным ходом. Чжан и его коллеги решили построить два прототипа. К 2013 году они намерены создать небольшую модель вакуумного поезда, рассчитанную на достижение скорости 600-1000 км/ч, а в последующие годы — более крупную систему, фактически прообраз рабочего транспортного аппарата, с максимальной скоростью 500-600 км/ч.

Этот поезд должен передвигаться по подземному туннелю. Причём если Дэрил предлагал создавать в туннеле вакуум, то китайцы решили ограничиться просто пониженным давлением воздуха. Это позволило бы получить заметную экономию энергии и в то же время упростило бы и удешевило бы конструкцию трубы. Её стоимость китайцы оценили примерно в $3 миллиона за километр, что ниже, чем для двухпутного рельсового высокоскоростного транспорта.

Трансатлантический туннель (Transatlantic tunnel), плавающий в толще воды, – это ещё один футуристический проект, в котором могла бы пригодиться концепция вакуумного поезда.

Впервые идея туннеля между Лондоном и Нью-Йорком, в варианте с магнитной левитацией вагонов и откачкой воздуха, была выдвинута в 1960-х годах и позже всплывала несколько раз. Но все оценки говорили не только о колоссальной технической сложности сооружения, но и его заоблачной стоимости, измерявшейся триллионами (иллюстрации Discovery Communications, travelvice.com, sketchucation.com, tunneltalk.com).

Очевидно, для построения пассажирской системы ETT нужно будет подумать ещё над тысячей вещей. Как дорога будет защищена от землетрясений, какие дублирующие тормоза будут останавливать капсулы при сбое в работе электроники, сколько энергии будет уходить на поддержание низкого давления в трубах длиной в сотни километров…

На часть из этих вопросов ответы были получены в 2011 году: Остер и его соратники из Китая и Японии опубликовали две работы (1, 2), в которых рассмотрели проблему построения больших вакуумных труб с разумными капитальными затратами и способы быстрой откачки воздуха, задачу регулирования температуры внутри такой дороги и методы поиска утечек воздуха, работу систем жизнеобеспечения в капсулах и другие аспекты проекта.

Интересно, что похожую вакуумированную дорогу в 2002 году предлагали британцы. Правда, в их системе Fast Tube крохотные капсулы двигались на колёсах по рельсам. И хоть это было явно более простое решение, чем маглев, дело закончилось пшиком.

Большой прототип системы ETT вряд ли стоит ждать раньше 2020 года. Но, может быть, именно упорные китайцы с японцами первыми доведут столетнюю идею до воплощения. Идею, которую флоридский инженер поэтично называет Space Travel on Earth, космическим путешествием на Земле.