Поезд летит над рельсами
Поезд летит над рельсами
И поезд тоже?
Ему-то зачем лететь?
Автомобилю — понятно: он перестает зависеть от дорог. Но перед железнодорожным составом всегда идеальная дорога — стальные рельсы. А летание даром не дается. Чтобы подняться в воздух, нужно совершить работу, израсходовать топливо в двигателе. Эта работа идет на сжатие и подачу воздуха в подушку — она же дырявая, из нее постоянно воздух вытекает, его приходится все время добавлять. А тут длиннющий, тяжеленный состав. Представляете, сколько воздуха потребуется и во что это обойдется? И зачем, если дорога и так хороша?
Есть одна причина, но зато решающая. Это — скорость. В погоне за скоростью, как мы знаем, строятся летающие суда. Сопротивление воды не позволяет двигаться с большой скоростью: хочешь удвоить, утроить скорость — выбирайся из воды. Поезду вола не мешает. И все же скорость его ограничена.
Было время, когда скорость самых первых поездов казалась невероятно большой — ее сравнивали со скоростью единственно известного до того транспорта — гужевого. Пассажирские вагоны тоже мало чем отличались по внешнему виду от карет, да и назывались тогда дилижансами — если это первый класс, шарабанами — если второй.
В начале прошлого века один английский журнал писал: «Нет ничего более смешного и глупого, чем обещание построить паровоз, который двигался бы в два раза быстрее почтовой кареты. Так же маловероятно, впрочем, что англичане доверят свою жизнь такой машине, как и то, что они дадут себя взорвать добровольно на ракете». Паровоз Д. Стефенсона, названный им «Ракетой», в 1829 году установил первый мировой рекорд скорости на рельсах — шестнадцать километров в час!
В те времена в английский парламент был внесен законопроект, требовавший ограничения скорости поездов и ограждения железных дорог высокими сплошными заборами. Автор закона утверждал, что на поезд, мчащийся со «страшной скоростью» (тридцать километров в час!), нельзя даже смотреть, от одного его вида люди, да и животные тоже, будут мгновенно сходить с ума!
Как изменилось с тех пор сознание людей. В век научно-технической революции одним из ее главных девизов стала скорость. Быстрее, еще быстрее! Дороже всего — время. Скорость — это производительность, эффективность, рентабельность.
И это удобство.
Оказалось, что удовлетворить этому важнейшему требованию железнодорожный транспорт не в состоянии. Никакие технические совершенствования радикально помочь не смогут, разве что несколько отодвинут непреодолимый барьер. Потому, что он — в самой основе железнодорожного транспорта — в колесной паре, катящейся по рельсам. Верой и правдой служившее ему колесо становится тормозом его дальнейшего прогресса.
При большой скорости колесо теряет сцепление с рельсом, проскальзывает, растут нагрузки на рельсы, они изнашиваются, дорожное полотно разрушается, возникают недопустимые вибрации. Английский ученый и писатель Артур Кларк в книге «Черты будущего» пишет: «История железных дорог, столь славно послуживших человечеству в течение почти полутора столетий, вступает теперь в заключительную фазу».
Железнодорожники уделяют огромное внимание повышению скорости движения — одному из важнейших показателей технического прогресса в железнодорожном транспорте. У нас в стране самые быстрые поезда ходят по линии Москва — Ленинград. Поезд «Аврора» проходит этот путь за пять часов, а новый поезд «Русская тройка» — даже за три с половиной, его скорость достигает двухсот пятидесяти километров в час. Когда сидишь в кабине машиниста, кажется, что поезд не мчится по рельсам, а летит. Но это только кажется…
В Японии и Франции, где курсируют самые быстроходные в мире поезда, их скорость превышает на отдельных участках двести пятьдесят километров в час. Рекордная скорость достигнута во Франции — на прямом участке длиной шестьдесят километров два электровоза промчались со скоростью триста тридцать километров в час. Хотя испытание имело технические цели, все же его результат носит характер спортивного достижения. Оно уже, правда, побито, но… летающим поездом!
Ученые считают, что на обычных железных дорогах не может быть превзойдена скорость триста пятьдесят километров в час. Но и гораздо меньшие скорости потребуют весьма дорогого строительства специальных железнодорожных путей. Проект линии Москва — Минеральные Воды со скоростью движения до двухсот пятидесяти километров в час показал, что строительство километра пути обойдется не менее полутора миллионов рублей! И эксплуатация будет дорогостоящей.
Поэтому и связывается столько надежд с поездами, летящими над рельсами. С поездами на воздушной подушке. Уже при скоростях порядка двухсот пятидесяти километров в час они оказываются выгоднее обычных поездов. И им доступны несравненно большие скорости.
Еще в 1918 году русский изобретатель В. Белов получил патент на «скользящую» железную дорогу, с упругой подушкой из газа или жидкости. Но он остался практически неизвестным.
В двадцатых годах идею «поезда без колес» высказал К. Э. Циолковский. Основоположник ракетной техники и космонавтики, изобретатель жесткого дирижабля, он стал и провозвестником новой эры в железнодорожном транспорте. В 1924 году великий ученый говорил своему изумленному собеседнику, будущему профессору А. Чижевскому: «Вы увидите, что воздушная подушка заменит колеса! Вы еще доживете до этого времени. Это кажется теперь смешным — пусть! В будущем весь транспорт перейдет на мой способ — воздушную подушку и реактивную тягу».
Вдохновленный этой идеей Чижевский в том же году построил в Калужских железнодорожных мастерских небольшую платформу на воздушной подушке. Как писал потом ученый, он, «словно зачарованный, смотрел на волшебную платформу», повисшую над столом…
В 1927 году появилась знаменитая брошюра Циолковского «Сопротивление воздуха и скорый поезд», в которой впервые во всей мировой научной литературе была сформулирована идея летающего поезда, приведены чертежи и схемы, произведены основные расчеты.
Нам легко понять идею ученого. Между вагонами поезда и полотном дороги создается воздушная подушка. В нее непрерывно подается воздух для компенсации утечек через узкую наружную щель. На тонкую подушку опирается поезд, на ней он движется. Если рельсы и существуют, то лишь в качестве направляющих, чтобы поезд не сошел с полотна.
По-разному мыслится устройство полотна летающего поезда. Оно может быть наземным, располагаться на насыпи или эстакаде, но всегда должно иметь опорную поверхность для подушки и направляющие устройства.
В большинстве разрабатываемых проектов летающий поезд-рельсолет должен мчаться над бетонным ложем, формы которого могут быть различными. Подушка должна не только поддерживать вагон, но и направлять его. Чаще всего эти функции разделяются, они выполняются разными подушками.
Во французском проекте летающего поезда «Урба» использована «подушка наоборот», в ней давление не выше, а ниже окружающего, царит разрежение, вакуум. Поэтому воздух втекает в нее, а не вытекает наружу, как обычно. Вентилятор должен непрерывно откачивать из подушки лишний воздух. Вагон будет лететь не над, а под рельсом. Проведены испытания экспериментального вагона на двенадцать пассажиров с тремя «подушками наоборот». Рельсолет рассчитан по проекту на тридцать пассажиров и скорость восемьдесят километров в час, он предназначен в основном для внутригородского сообщения. Пока же в городе Лионе два полупрозрачных пластмассовых вагончика движутся по пути длиной шесть километров вдоль реки Роны.
Кроме устройства подушки, важной проблемой для любого рельсолета является выбор двигателя.
Поскольку рельсолет должен лететь, то естественно стремление установить на нем двигатели, используемые на самолетах. С целью испытаний подобные двигатели ставятся и на колесных железнодорожных локомотивах и вагонах. На советском экспериментальном вагоне-лаборатории установлены два авиационных турбореактивных двигателя. При испытаниях реактивных поездов достигнута скорость двести восемьдесят километров в час. Их движет реактивная тяга вытекающей из двигателя струи газов. В турбовинтовых двигателях эта сила создается воздушным винтом.
Пожалуй, еще больше перспективы двигателя, хотя и известного давно, но как бы рожденного именно для летающих поездов, — линейного электрического двигателя. Его идея предложена известным русским изобретателем М. О. Доливо-Добровольским. В 1924 году этот двигатель впервые был построен.
В отличие от миллионов обычных электрических двигателей, в которых работу совершает вращающийся вал, в линейном двигателе вала нет, хотя принцип работы по-прежнему основан на перемещении в магнитном поле электрического проводника с током. Движущийся проводник уже не связан более с вращающимся валом — он перемещается прямолинейно вдоль такой же прямолинейной магнитной катушки.
У линейного электрического двигателя есть серьезные преимущества. Он бесшумен, в то время как шум авиационных газовых турбин общеизвестен, не загрязняет воздуха выхлопными газами. Направление движущей силы легко изменить на противоположное, это важно, так как решает сложную задачу торможения рельсолета.
Линейные двигатели уже применяются в опытных образцах летающих поездов, в частности, на рельсолете «Урба». На выставке передового опыта в народном хозяйстве Украины, в Киеве, в 1967 году построен опытный участок кольцевой эстакадной дороги длиной полкилометра с линейным двигателем, по нему бегает вагончик на четыре человека.
Еще один возможный двигатель для рельсолета — импульсный. Он тоже, по существу, повторяет двигатель, хорошо известный и применяющийся в настоящее время, — турбину. Основной частью турбины является турбинное колесо, на лопатки которого с большой скоростью вытекает струя пара или газа, заставляя колесо быстро вращаться. Паровые турбины — основа современной энергетики; они установлены на большинстве электростанций. Газовая турбина — основа современной авиации.
Импульсный пневматический двигатель для рельсолета — та же, по существу, турбина, только как бы разрезанная и вытянутая вдоль пути поезда. Из множества сопел, находящихся в коробе-воздухопроводе, вырываются с большой скоростью струи воздуха и, пролетая через небольшой зазор между полотном и поездом, устремляются на лопатки, укрепленные внизу поезда. Под ударами струй лопатки начинают перемещаться. Но если в обычной турбине это приводит к вращению колеса, то здесь — к движению поезда. Эти же воздушные струи приподнимают поезд, создают воздушную подушку.
Двигатель может и разгонять и тормозить поезд, в зависимости от положения лопаток. Подача воздуха в сопла производится автоматически в момент, когда над ними находится поезд.