Магнитная подушка

Магнитная подушка

Как ни перспективна воздушная подушка для создания летающих поездов, у нее есть серьезный конкурент. Поезд может лететь над рельсами и без воздушной подушки, место которой способна занять ее своеобразная дальняя родственница — тоже подушка, но… магнитная.

Явление магнетизма, магнетическая сила известны людям с древних нор. Наука и теперь далеко не до конца выяснила природу магнетизма, его роль в жизни, однако сумела во множестве случаев использовать эту могучую природную силу на службе людям. Вполне реально и будущее магнитной подушки для рельсолетов.

Самый простой путь для этого — использование силы отталкивания одноименных полюсов магнита или, наоборот, притягивания разноименных полюсов. Но обычные магниты слишком слабы для этого, а применение мощных электромагнитов, образующих сильное магнитное поле с помощью электрического тока, связано со многими трудностями.

Наиболее эффективный путь решения задачи был впервые продемонстрирован в лаборатории одного из московских физических институтов полвека назад. Изумленные наблюдатели видели магнит, недвижно повисший в стеклянном сосуде над небольшой свинцовой тарелочкой.

Значение опыта столь велико, что о нем стоит рассказать подробнее. Прежде всего, для чего нужна была свинцовая тарелочка? Не на случай ли возможного падения магнита?

Ее роль была куда более важной. В сосуде под тарелочкой находился жидкий гелий, температура которого всего на четыре градуса выше абсолютного нуля. При столь низкой температуре свинец приобретает удивительное свойство сверхпроводимости. Если в сверхпроводящем веществе возник электрический ток, то он никогда не прекратится: сопротивление току равно нулю.

Вот что происходило в опыте, ставшем историческим. Когда магнит, небольшой брусок квадратного сечения, бросили в сосуд, то он упал на тарелочку, но не остался лежать на ней, как можно было ждать. Поведение магнита казалось необъяснимым — он подпрыгнул, еще раз и… завис над тарелочкой.

Когда магнит падал на свинцовую тарелочку, то вызвал в ней электрический кольцевой ток. Общеизвестно, что перемещение проводника в магнитном поле наводит (индуцирует) в нем ток. Сила наведенного в тарелочке тока была небольшой, при обычных условиях из-за сопротивления свинца ток почти сразу прекратился бы. Но свинец был сверхпроводящим, и ток, раз возникнув, продолжал существовать. Но раз появился ток, то появилось и связанное с ним магнитное поле, которое мешало магнитному стержню приблизиться к тарелочке.

Невидимая глазу борьба магнитных сил привела в конце концов к тому, что магнитный брусок недвижно завис в воздухе над тарелочкой. Вместо воздушной подушки «призраком» стала на этот раз подушка магнитная, сотканная из незримых силовых линий магнитного поля.

Исследования показали, что создание летающего поезда на магнитной подушке не только технически возможно, но и вполне оправдано. Он обладает некоторыми преимуществами перед рельсолетом на воздушной подушке — расходует меньше энергии, бесшумен, не поднимает туч пыли, не загрязняет атмосферу шлейфом выхлопных газов. Теперь, когда защита окружающей природы становится одним из главных требований к создаваемой технике, это важные достоинства.

Есть у магнитного поезда и недостатки. Главное — нужно достичь сверхпроводимости, а для этого обеспечить охлаждение чуть ли не до абсолютного нуля. Успехи физики и техники сверхнизких температур столь велики, что широкое использование явления сверхпроводимости в технике не за горами. И все же пока это сложно и дорого.

Исследование и проектирование рельсолетов на магнитной подушке ведется и у нас в стране, и за рубежом. Первые рельсолеты для регулярных рейсов будут, наверное, все же воздушными, и лишь потом в ряд с ними станут рельсолеты магнитные.

Собственно, магнитная подушка появилась на свет даже раньше воздушной. Первую модель вагона на магнитной подушке сделал бельгиец монтер Башле в 1910 году. Она тогда нашумела на весь мир, вызвала настоящую сенсацию. Еще бы, модель вагона весом пятьдесят килограммов не только поднималась магнитным полем и парила в воздухе над рельсами, но и мчалась с совершенно фантастической по тем временам скоростью — пятьсот километров в час!

Прошло четверть века, и другую модель построил немецкий инженер Кемпер Он оказался более практичным и взял патент на изобретение «Дороги с бесколесными вагонами, которые могут двигаться вдоль железных рельсов, будучи приподнятыми магнитным полем».

В обоих случаях для магнитной подвески служили электромагниты. Изобретатели применили немало интересных технических новшеств, но их проекты, намного опережавшие время, не смогли быть реализованы.

Новые перспективы открыло использование сверхпроводимости. Как будут выглядеть магнитные летающие поезда, если судить по известным проектам?

Магнитная подушка создается в них силой отталкивания между сверхпроводящими магнитными катушками под днищем вагона и расположенными вдоль полотна пути алюминиевыми обмотками-контурами. Место контуров может занять и обычный токопроводящий рельс, например алюминиевая полоса. Создающий отталкивающее магнитное поле ток в контурах или рельсе наводится магнитами проносящегося поезда. Помимо контуров, создающих подушку, вдоль пути должны быть расположены и другие контуры, уже не горизонтальные, а вертикальные — они служат для направления поезда, чтобы он не сошел со своих магнитных рельсов.

Подобным же образом могут быть устроены и высокоскоростные автомагистрали, по которым будут мчаться автолеты со сверхпроводящими магнитами под днищем. В бетон или асфальт шоссе должны быть заделаны отталкивающие контуры. Хочешь — можешь лететь на автолете, нет — ехать по нему на обычном автомобиле.

Первая модель вагона на магнитной подушке испытана в Японии лет десять назад. Позднее вагончик длиной семь метров промчался метров двести со скоростью почти пятьсот километров в час над полотном пути на высоте шесть сантиметров — его удерживала магнитная подушка со сверхпроводящим магнитом, а для движения служил линейный электрический двигатель.

Экспериментальный вагон на магнитной подушке построен в США. Сверхпроводящие катушки под днищем вагона изготовлены из ниобиевой проволоки, проложенной внутри тщательно изолированного кабеля с жидким гелием. Предполагается, что поезд на сто пассажиров будет обладать скоростью более четырехсот пятидесяти километров в час.

В ФРГ в 1971 году начаты испытания двух экспериментальных магнитных вагонов: один весом пять, другой — одиннадцать тонн.

В Англии имеются проекты создания летающего поезда с использованием и воздушной и магнитной подушек. Предполагается, что воздушная подушка будет несущей, а магнитная — направляющей.

У нас в стране работы по магнитным рельсолетам ведутся в Москве, Ленинграде, Киеве, Ростове-на-Дону. В Ростовском институте инженеров железнодорожного транспорта первая модель локомотива на магнитной подушке была создана студентами и участвовала в 1970 году во Всесоюзной выставке студенческих работ, получив там премию. Она парила на высоте четырех-пяти миллиметров над магнитами. В 1973 году в институте велись испытания модели локомотива «Молниеносный» на магнитной подушке с линейным электрическим двигателем. Предполагается создать магнитолет с четырьмя пассажирами. Уже не раз выпускники института свои дипломные проекты посвящали магнитным рельсолетам, работают над ними и ученые института.