Маглев - поезда на магнитной подушке

Тем не менее, не взирая на многочисленные достоинства, данный вид электропоездов не получил широкого распространения. Прежде всего, это объясняется высокой стоимостью их создания и разработки.

Немного истории

Прародителями маглевов считаются американский изобретатель Р. Годдарт и немецкий ученый А. Зейден, которые в 1902-1904 гг. независимо друг от друга сформировали концепцию поезда, оснащенного линейным двигателем и движущегося под действием магнитных сил. Через несколько лет российский ученый Д. Вайнберг нашел возможность избежать трения вагона о дорожное полотно и увеличить эффект левитации. Практически одновременно с ним в 1912 г. Э. Башле разработал прототип «Летающего поезда». Несколько позже, в середине 1930-х гг., инженер из Германии Г. Кемпер запатентовал составы с типом линейного электродвигателя. История поездов с магнитной подушкой активно развивалась до начала сороковых, но после создания Э. Лейзвейтом полноценной модели первого рабочего челнока, интерес исследователей к магнитопланам несколько угас.

Только через тридцать лет в Берлине был запущен первый компактный «Трансрапид 02», включающий всего четыре места. В 1979 г. на Гамбургской выставке состоялась презентация усовершенствованной модели «Трансрапид 05», вмещающей уже 68 человек. В течение трех месяцев поезд перевез более пятидесяти тысяч пассажиров со скоростью 75 километров в час по трассе протяженностью 908 м. В начале 1980-х был выпущен состав M-Bahh. Однако, частые технические сбои оборудования и замена дорогостоящих деталей привели к тому, что спустя одиннадцать лет пришлось отказаться от его использования. Закрытие ветки не остановило испытаний маглевов вплоть до 2006 года. На тренировочном полигоне в районе Эсмаленд произошла крупная авария, в результате которой погибло 23 человека.

Аналогичный челнок был успешно создан британцами в 1984 г. Он ездил в Бирмингеме между железнодорожной станцией и аэропортом по линии в 600 м. Через 10 лет дорогу закрыли и выложили классическими рельсовым способом в связи с множеством жалоб от пассажиров.

Ошибка немецких техников могла фатально сказаться на работе предприятия «Трансрапид», но в 2001 году ими подписан договор о закладке магнитной магистрали для аэропорта в Шанхае. Трасса была запущена через год. В будущем конечным пунктом планируют сделать город Ханчжоу. Тогда протяженность магистрали от 30 километров возрастет до 175.

Не отставали от разработок и японские ученые. В семидесятые между Токио и аэропортом Нарита стартовал первый маглев HSST-01, рассчитанный на два места. Со временем применение ракетного двигателя позволило разогнать вагон до 307 км/ч.

Проекты СССР

Наряду с немецкими разработками в конце семидесятых на заводе «Газстроймашина» в СССР был выпущен собственный магнитоплан ТП-01 вместимостью до двадцати человек и массой восемнадцать тонн. Это третья воплощенная в жизнь модель поезда с магнитной подушкой после немецкого и японского образцов.

Последующие прототипы испытывались в Раменском. К 1986 году последней версией маглева стал ТП-05, снабженный алюминиевым кузовом и технологией, сглаживающей недостатки движения по рельсовому полотну. За счет «инопланетного» дизайна состав использовали в качестве декорации на съемках киноленты «С роботами не шутят». Челнок должен был обеспечивать бесперебойные перевозки между Алма-Атой и Ереваном. Затем ветку планировали проложить до Абовяна. Но из-за землетрясения в Армении строительство пришлось отложить.

Сегодня

В настоящее время подавляющее большинство магнитопланов движутся с быстротой около 100 км/ч. Эта цифра значительно снижает стоимость обслуживания их инфратсруктуры и содержания. Сегодня наиболее популярны:

• система магнитной левитации на основе подушки Линимо, разработанная в 2005 г. Магистраль между двумя городами японской префектуры Айти рассчитана на девять станций, а ее расстояние составляет 9 километров. В стране также ведутся испытания другой дороги в районе Яманаси. Технология JR-Maglev пять лет назад позволила установить скоростной рекорд в 580 километров в час. Система представляет собой новое поколение поездов на основе «Cинкансен LO», которые перемещаются по двум рельсам и оснащены обычными колесами для езды на короткие дистанции. Но в такой конструкции есть и свой минус, поскольку возникающее трение приводит к быстрому износу запчастей. К 2027 году проектировщики хотят увеличить километраж трассы до 40 000 м, проложив маршрут до Токио, Нагои и Осаки; 
• состав Пудун – Шанхай с быстротой 431 км/ч. На нем пассажиры могут добраться до бизнес-центра за 8 минут, в то время, как на обычном транспорте поездка заняла бы более часа. В провинции Хунань курсирует еще один магнитный поезд со средней реактивностью до 160 км/ч;
• южнокорейская дорога протяженностью 52 километра, соединяющая аэропорт Инчхон и Янгу-Муи.

Развитие азиатских маглевов послужило стимулом для возобновления проектных разработок в Европе. ФРГ запустила создание двух веток от центра Мюнхена до аэропорта и от Дюссельдорфа до Дортмунда (78 000 м). Франция к 2025 году планирует проложить магистраль между Парижем и Орлеаном. Продолжительность поездки составит всего лишь тринадцать минут. Их ученые рассчитывают на то, что смогут добиться ускорения челноков SpaceTrain до семисот километров.

Американские инженеры, в свою очередь, предлагают мини-вагоны Skytrain, которые будут не просто скользить по монорельсу, а как бы «висеть» на нем. Электроэнергия в таком транспорте питает систему от солнечных панелей, располагающихся на опорах и капсулах. Составы запустят по маршруту Эйлат – аэропорт Рамон со скоростью до 240 000м/ч. Однако, дата старта точно не запланирована.

Принцип работы

Можно сказать, что маглевы буквально приподнимаются над землей и скользят по воздуху. За счет чего же это происходит? Все основано на банальном принципе взаимодействия магнитных полюсов: одноименные заряды отталкивают друг друга. В результате возникает левитация, то есть способность физических тел преодолевать гравитационное притяжение. Разберем три основных системы, на которых работает подушка магнитоплана:

• электромагнитную (EMS);
• электродинамическую (EDS);
• электродинамическую с постоянными магнитами.

Электоромагнитный подвес

По технологии EMS для старта и остановки челноков используется линейный синхронный двигатель малого ускорения, который образован железнодорожной магистралью и опорными электромагнитами. Для движения поездов с таким подвесом рельсы обычно выкладывают в форме буквы Т. Металл, из которого они изготовлены, обязательно должен обладать высокой электропроводностью, так как скорость и сила тяги регулируются переменным током. Колеса в вагонах заменяют направляющие и опорные магниты с линейными генераторами. От них питание поступает к бортовым батареям, запускающим процесс левитации. По бокам монорельса располагаются специальные статоры. Расстояние между ними и опорными магнитами составляет 15 мм. Данный параметр не допускает превышения заданного предела и подлежит жесткому наблюдению, поскольку на него оказывают влияние различные факторы. ЕMS применяется в транспорте Шанхая.

Электродинамический подвес

Принцип использования системы EDS основан на образовании двух полей: внутри магнитоплана и в рельсовом полотне. Их взаимное влияние друг на друга приводит в движение весь состав и регулирует его устойчивость. Незначительные колебания в расстоянии компенсируются силами отталкивания и притяжения. Они возвращают магниты в исходную позицию, поэтому отсутствует необходимость в постоянном контроле и корректировке зазора между челноком и дорогой. Важной особенностью считается то, что электродинамический подвес обеспечивает непрерывную передачу электропитания даже при выключении источника. Каждый маглев должен быть оснащен колесным составом, так как на скорости до ста километров в час вынужден передвигаться по земле. Технология EDS используется в японских магнитопланах.

Третья система подушек, которую иногда называют Inductrack, существует исключительно в теоретическом варианте. Она предполагает, что электромагниты могут удерживать вагон в воздухе и без поступления электрического тока.

Плюсы и минусы

Среди бесспорных преимуществ магнитопланов выделяют:

• высокую экологичность;
• самую быструю скорость среди всех видов наземного транспорта;
• бесшумное движение;
• экономически выгодное обслуживание и эксплуатацию.

К недостаткам относят:

• крупные затраты на строительство;
• создание дорогостоящей инфраструктуры и эстакад;
• необходимость установки защитных экранов для пассажиров с кардиостимуляторами и другими магнитными носителями.

Несмотря на ряд минусов, азиатские специалисты сошлись во мнении, что вложение денег в разработку маглевов является оправданным. Они детально проанализировали, как работает поезд на магнитной подушке по сравнению со стандартными челноками. Оказывается, магнитопланы потребляют больше электроэнергии, но их обслуживание требует гораздо меньше средств. Поэтому масштабное развитие такого транспорта в будущем вполне реально.