МАГЛЕВ НА РЕЛЬСАХ XXI ВЕКА

Железная дорога
Рельсы — лишь образ, привычный для массового сознания. Но именно рельсов на железных дорогах недалёкого завтра не будет. Как не будет и колёс. Опора: магнитное поле между эстакадой и поездом — парение (левитация). Нет трения, нет контактной сети, физического износа, стука. Эксплуатационные расходы — 70 % от обычных высокоскоростных магистралей (ВСМ).

На 2019 год опытная эксплуатация маглева — поезда, удерживаемого над полотном дороги, движимого и управляемого силой электромагнитного поля, идёт в Японии, Китае, Германии. И... не такой уж частый случай: Россия имеет самый серьёзный задел, даже приоритет по важнейшему компоненту одной из главных технологий XXI века, той, что переформатирует транспорт мира, — сверхпроводники для мощных электромагнитов, разработанные, серийно производимые и поставляемые в США, Германию, Францию, Англию.

В конце прошлого года во ВНИИЖТе (Всероссийском НИИ железнодорожного транспорта) на заседании объединённого учёного совета РЖД рассматривались перспективы российского маглева.

Доклады представили научные руководители, производственники из всех отраслей наук и промышленности, «необходимых» для запуска маглева. Участие принял и президент Международного совета по магнитной левитации (Тhe International Maglev Board) Йоханнес Клюшпис. Ранее его экспертная группа трижды рассматривала российскую магнитолевитационную технологию и пришла к выводу о её эксклюзивности и готовности к применению. Одним из серьёзных препятствий для внедрения этой технологии на магистральных линиях (пассажирских, грузовых) господин Клюшпис назвал сопротивление владельцев классических железнодорожных технологий колесо — рельс.

Устройство пути для ВСМ — серьёзная проблема вследствие огромных трудозатрат и последствий для окружающей среды. Учёные предлагают принципиально новый подход к несущей конструкции: эстакады. Мировая практика, стремительное развитие техники для устройства опор без применения бульдозеров и экскаваторов, появление новых материалов с высокими несущими Свойствами свидетельствуют о возможности существенного прогресса. Затраты на строительство пути по эстакадной и классической технологиям идентичны. Но первая имеет тенденцию к снижению стоимости, а классическая, из-за замены грунтов — к удорожанию. В Китае при огромных темпах строительства ВСМ и существующих технологиях создания железнодорожных эстакад коэффициент удорожания в общем объёме составляет лишь 1,07. По мере роста скорости поездов острее становится проблема передачи электрической мощности на подвижной состав — контактный провод и токоприёмник испытывают большие динамические нагрузки. По мере роста скорости динамическое взаимодействие этих элементов усложняется».

Да, перепады температур у нас максимальные, а глинистые грунты такие, что, по свидетельству многолетнего директора Российской академии путей сообщения Леонида Карпова, на БАМе, вспучиваясь, они давали смещения до 4 метров.

Предварительные расчёты
По словам Бориса Лёвина, президента Российского университета транспорта (МИИТ), эстакада даёт ряд несомненных преимуществ. Не надо всплошную занимать землю. Нет необходимости в очистке грунта от торфа, подсыпках. За счёт опор нивелируется разница в высоте: путь можно сделать идеально горизонтальным. Эстакада не имеет нежелательных пересечений с другими коммуникациями. Правительство РФ в настоящее время изменило отношение к эстакадным железнодорожным магистралям. И в проекте ВСМ Москва—Казань почти 30 % протяжённости магистрали запланировано на эстакаде. Более того, за последние двадцать—двадцать пять лет строительная индустрия существенно удешевила создание эстакад.

Решив кардинально проблему эстакадного пути, можно переходить и к магнитной «начинке», и рекордным скоростям. Маглев в Японии — 581 км/ч в 2003 году, сегодня уже 603 км/ч.

Важно и то, что пик скорости сверхзвуковыми лайнерами достигнут, дополнительные 20—50 км/час никак не изменят общую скорость авиапроцессинга, включающую обработку багажа, контроль пассажиров и время проезда от аэропортов до городских центров. А долговременные козыри маглев-ВСМ, кроме безопасности, экологичности — это возможность (при удачном совмещении с существующими железнодорожными сетями) входить в центры больших городов.

Абсолютно бесшумный маглев допустим и в спальных районах.

На сегодня ещё 19 стран ведут работы по маглеву. Таким образом, если правительством РФ предложение о создании сверхскоростной магнитолевитационной пассажирской магистрали Санкт-Петербург— Москва будет принято, Россия может стать третьей в мире, обладающей технологией для сверхскоростных магистралей.

Эти корейско-германские расчёты убедительно показали: стоимость обслуживания магнитного варианта ниже «колёсного». А стоимость подвижного их состава — сопоставима.

У авторов проекта российского маглева есть соглашение с «Трансмашхолдингом» (ТМХ), готовым создать российский подвижной состав. При стоимости билета 1500 рублей трасса Москва—Санкт-Петербург (время в пути — 72 минуты) окупится за 16 лет.

На маршруте свыше четырёх часов преимущество пока за авиа. Но сегодня каждый полёт лайнера начинает восприниматься как «дыра, пробитая в небе». Партии «зелёных» всего мира калькулируют потери озонового слоя, выброс углекислоты (парниковый эффект). А поскольку политический потенциал «зелёных» и их программ неуклонно растёт, особенно в Евросоюзе (лозунг «Углеродно-нейтральная Европа» принят как руководство к действию), — авиация станет, как и угольные электростанции, ближайшей мишенью. Финансовые, налоговые преференции получит экологичный, «углеродно-нейтральный» маглев.

Согласно выводам А. А. Зайцева, для создания подвижного состава маглев «потребуется разработка стандартов магнитолевитационного транспорта, правил его технической эксплуатации, стандартов безопасности и охраны труда, правил оказания услуг, строительных норм и правил для объектов инфраструктуры». Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС) и АО «Ленгипротранс» имеют опыт разработки такой документации. О своей готовности заявляют «Трансмашхолдинг» — крупнейшая российская компания, специализирующаяся на разработке и производстве подвижного состава для железных дорог, городских транспортных систем; диверсифицированная компания Группа Синара и АО «Научно-производственная Корпорация «Уралвагонзавод». Для реализации проекта ВСМ маглев потенциал накоплен и вузовской транспортной наукой.

Но вернёмся к рекордам другого рода, зафиксированным вплоть до бухгалтерских проводок... Один из немногих технологических российских прорывов ХХI века: высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), доведённые до промышленного производства (и продаж в передовые страны мира) фирмой «СуперОкс».

Кроме исторической «победы над силой трения», маглев для устойчивой, экономически обоснованной эксплуатации требует и великой победы над электрическим сопротивлением. По закону Джоуля-Ленца, как помним со школы: потеря мощности равна силе тока в квадрате, умноженной на сопротивление. Как известно, сопротивление при достижении сверхпроводимости равно нулю, следовательно, сверхпроводники позволяют передавать высокие токи без потерь энергии.

Явление сверхпроводимости известно ещё с 1911 года и последующие 80 лет интенсивно изучалось, но все практические достижения были сделаны в районе температур Кельвина (–270 °C). Благодаря сверхпроводникам появились томографы, ускорители частиц и коллайдеры.

Важнейшим событием стало достижение в конце 1980-х годов высокотемпературной сверхпроводимости. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) работают уже при 77 К (–196,15 °C). С бытовой точки зрения это может показаться «одинаково ужасно холодно», но в действительности между двумя этими ступенями — пропасть. Настоящая технологическая пропасть.

Температура жидкого гелия — –270 °C , жидкого азота — –196,15 °C. Соорудить что-либо, например, токопроводящую ленту, охлаждаемую жидким гелием, высоко-текучим, дорогостоящим и трудноудерживаемым элементом, — удел лабораторий. Жидкий азот — принципиально иное дело, это продукт широкой промышленности.

Базирующиеся на обрывках из Википедии могут возразить: «Но сверхпроводимость достигнута уже и почти при комнатных температурах!». Однако... материалы «комнатной сверхпроводимости» работают лишь при создании огромного давления. Что тоже выводит из промышленного применения — в узколабораторное.

Сверхпроводники, эксплуатируемые при температуре 77 °К (–196,15 °C — температуре кипения жидкого азота) имеют огромное, невероятное число сфер применения. ВТСП-провод (ленту) покупают такие знаковые потребители, как CERN, MIT, Кембриджский университет, Siemens...