Потяги на магнітних подушках - це транспорт майбутнього? Як працює потяг на магнітній подушці?

Вже більше двохсот років пройшло з того моменту, коли людство винайшло перші паровози. Проте досі залізничний наземний транспорт, що перевозить пасажирів і великовагові вантажі за допомогою сили електрики і дизельного палива, вельми поширений.

Варто сказати про те, що всі ці роки інженери-винахідники активно працювали над створенням альтернативних способів переміщення. Результатом їхньої праці стали поїзда на магнітних подушках.

Історія появи

Сама ідея створити поїзда на магнітних подушках активно розроблялася ще на початку двадцятого століття. Однак втілити даний проект в той час по ряду причин так і не вдалося. До виготовлення подібного поїзда приступили лише в 1969 р Саме тоді на території ФРН почали укладати магнітну трасу, по якій повинно було пройти новий транспортний засіб, який згодом назвали так: поїзд-маглев. Запущено воно було в 1971 р За магнітної трасі пройшов перший поїзд-маглев, який називався «Трансрапід-02».

Цікавий той факт, що німецькі інженери виготовляли альтернативне транспортний засіб на підставі тих записів, які залишив вчений Герман Кемпер, ще в 1934 р отримав патент, що підтверджував винахід магнітоплан.

«Трансрапід-02» складно назвати дуже швидким. Він міг переміщатися з максимальною швидкістю в 90 кілометрів на годину. Низькою була і його місткість - всього чотири людини.

У 1979 р створили понад вдосконалену модель маглева. Цей поїзд, що носить назву «Трансрапід-05», міг перевозити вже шістдесят вісім пасажирів. Переміщувався він по лінії, розташованої в місті Гамбурзі, протяжність якої складала 908 метрів. Максимальна швидкість, яку розвивав цей поїзд, дорівнювала сімдесяти п`яти кілометрам на годину.

У тому ж 1979 в Японії була випущена інша модель маглева. Її назвали «МЛ-500». Японський поїзд на магнітній подушці розвивав швидкість до п`ятисот сімнадцяти кілометрів на годину.

Конкурентоспроможність

Швидкість, яку можуть розвинути поїзда на магнітних подушках, можна порівняти зі швидкістю літаків. У зв`язку з цим даний вид транспорту може стати серйозним конкурентом тим повітряним авіалініям, які працюють на відстані до тисячі кілометрів. Повсюдного застосування маглева перешкоджає той факт, що переміщатися по традиційним залізничним покриттям вони не можуть. Потяги на магнітних подушках потребують побудові спеціальних магістралей. А це вимагає великих вкладень капіталу. Вважається також, що створюване для маглева магнітне поле здатне негативно впливати на організм людини, що негативно позначиться на здоров`ї машиніста і жителів регіонів, що знаходяться неподалік від такої траси.

Принцип роботи

Потяги на магнітних подушках представляють собою особливий різновид транспорту. Під час руху маглев немов ширяє над залізничним полотном, не торкаючись його. Це відбувається з тієї причини, що транспортний засіб управляється силою штучно створеного магнітного поля. Під час руху маглева відсутнє тертя. Гальмує силою при цьому є аеродинамічний опір.

Як же це працює? Про те, якими базовими властивостями володіють магніти, кожному з нас відомо з уроків фізики шостого класу. Якщо два магніти піднести один до одного північними полюсами, то вони будуть відштовхуватися. Створюється так звана магнітна подушка. При з`єднанні різних полюсів магніти притягнуться один до одного. Цей досить простий принцип і лежить в основі руху поїзда-маглева, який буквально ковзає по повітрю на незначній відстані від рейок.

В даний час вже розроблено дві технології, за допомогою яких приводиться в дію магнітна подушка або підвіс. Третя є експериментальною і існує тільки на папері.

Електромагнітний підвіс

Ця технологія носить назву EMS. В її основі лежить сила електромагнітного поля, що змінюється в часі. Вона і викликає левітації (підйом в повітрі) маглева. Для руху поїзда в даному випадку необхідні Т-образні рейки, які виконуються з провідника (як правило, з металу). Цим робота системи схожа на звичайну залізницю. Однак у поїзді замість колісних пар встановлені опорні та направляючі магніти. Їх розташовують паралельно феромагнітним статора, що знаходяться по краю Т-подібного полотна.

Основним недоліком технології EMS є необхідність контролю над відстанню між статором і магнітами. І це при тому, що воно залежить від безлічі факторів, у тому числі і від непостійній природи електромагнітної взаємодії. Для того щоб уникнути раптової зупинки поїзда, на ньому встановлюються спеціальні батареї. Вони здатні заряджати лінійні генератори, вбудовані в опорні магніти, і тим самим досить довго підтримувати процес левітації.

Гальмування поїздів, створених на базі технології EMS, здійснює синхронний лінійний двигун низького прискорення. Він представлений опорними магнітами, а також дорожнім полотном, над яким летить маглев. Швидкість і тягу складу можна регулювати зміною частоти і сили створюваного змінного струму. Для уповільнення ходу достатньо змінити напрямок магнітних хвиль.

Електродинамічний підвіс

Існує технологія, при якій рух маглева відбувається при взаємодії двох полів. Одне з них створюється в полотні магістралі, а друге - на борту складу. Ця технологія отримала назву EDS. На її базі побудований японський потяг на магнітній подушці JR-Maglev.

Така система має деякі відмінності від EMS, де застосовуються звичайні магніти, до яких від котушок підводиться електричний струм тільки при подачі живлення.

Технологія EDS увазі постійне надходження електрики. Це відбувається навіть у тому випадку, якщо джерело живлення відключений. У котушках такої системи встановлено криогенное охолодження, що дозволяє економити значні обсяги електроенергії.

Переваги та недоліки технології EDS

Позитивною стороною системи, що працює на електродинамічному підвісі, є її стабільність. Навіть незначне скорочення або збільшення відстані між магнітами і полотном регулюється силами відштовхування і притягання. Це дозволяє системі перебувати в незмінному стані. При даній технології відсутня необхідність в установці електроніки для контролю. Не потрібні і прилади для регулювання відстані між полотном і магнітами.

Технологія EDS має деякі недоліки. Так, сила, достатня для левітації складу, може виникнути тільки на великій швидкості. Саме тому маглева оснащують колесами. Вони забезпечують їх рух при швидкості до ста кілометрів на годину. Ще одним недоліком даної технології є сила тертя, що виникає в задній і передній частині відразливих магнітів при низькому значенні швидкості.

Через сильного магнітного поля в секції, призначеної для пасажирів, необхідна установка спеціального захисту. В іншому випадку людині з електронним стимулятором серця подорожувати заборонено. Захист потрібна і для магнітних носіїв інформації (кредитних карток і HDD).

Розробляється технологія

Третьою системою, яка в даний час існує лише на папері, є використання у варіанті EDS постійних магнітів, які для активації не потребують подачі енергії. Ще зовсім недавно вважалося, що це неможливо. Дослідники вважали, що у постійних магнітів немає такої сили, яка здатна викликати левітації поїзда. Однак цієї проблеми вдалося уникнути. Для її вирішення магніти помістили в «масив Хальбаха». Подібне розташування призводить до створення магнітного поля не під масивом, а над ним. Це сприяє підтримці левітації складу навіть на швидкості близько п`яти кілометрів на годину.

Практичної реалізації даний проект поки не отримав. Це пояснюється високою вартістю масивів, виконаних з постійних магнітів.

Гідності маглева

Найбільш привабливою стороною поїздів на магнітній подушці є перспектива досягнення ними високих швидкостей, які дозволять маглева в майбутньому конкурувати навіть з реактивними літаками. Даний вид транспорту досить економічний за рівнем споживаної електроенергії. Невеликі витрати і на його експлуатацію. Це стає можливим у зв`язку з відсутністю тертя. Радує і низький шум маглева, що позитивно позначиться на екологічній обстановці.

Недоліки

Негативною стороною маглева є занадто велика сума, необхідна для їх створення. Високі витрати і на обслуговування колії. Крім того, для розглянутого виду транспорту потрібна складна система шляхів і надточні прилади, що контролюють відстань між полотном і магнітами.

Реалізація проекту в Берліні

У столиці Німеччини в 1980 роках відбулося відкриття першої системи типу маглев під назвою M-Bahn. Довжина полотна становила 1,6 км. Поїзд на магнітній подушці курсував між трьома станціями метро по вихідних днях. Проїзд для пасажирів був безкоштовним. Після падіння Берлінської стіни населення міста збільшилося практично вдвічі. Знадобилося створення транспортних мереж, що володіють можливістю забезпечення високого пасажиропотоку. Саме тому в 1991 р магнітне полотно було демонтовано, а на його місці почалося будівництво метро.

Бірмінгем

У цьому німецькому місті низкоскоростной маглев з`єднував з 1984 по 1995 рр. аеропорт та залізничну станцію. Довжина магнітного шляхи становила всього 600 м.

Дорога пропрацювала десять років і була закрита в зв`язку з численними скаргами пасажирів на існуючі незручності. Згодом монорельсовий транспорт замінив маглев на цій ділянці.

Шанхай

Перша магнітна дорога в Берліні була побудована німецькою компанією Transrapid. Невдача проекту не відлякала розробників. Вони продовжили свої дослідження і отримали замовлення від китайського уряду, який вирішив звести в країні трасу-маглев. Шанхай і аеропорт «Пудун» пов`язав цей високошвидкісний (до 450 км / год) шлях.
Дорогу довжиною в 30 км відкрили у 2002 р У планах на майбутнє - її продовження до 175 км.

Японія

У цій країні в 2005 р пройшла виставка Expo-2005. До її відкриття була введена в експлуатацію магнітна траса довжиною 9 км. На лінії розташовується дев`ять станцій. Маглев обслуговує територію, яка прилягає до місця проведення виставки.

Маглева вважаються транспортом майбутнього. Уже в 2025 р планується відкрити нову надшвидкісну трасу в такій країні, як Японія. Поїзд на магнітній подушці буде перевозити пасажирів з Токіо в один з районів центральної частини острова. Його швидкість складе 500 км / ч. Для реалізації проекту знадобиться близько сорока п`яти мільярдів доларів.

Росія

Створення високошвидкісного поїзда планується і РЖД. До 2030 р маглев в Росії з`єднає Москву і Владивосток. Шлях в 9300 км пасажири подолають за 20 годин. Швидкість поїзда на магнітній подушці буде доходити до п`ятисот кілометрів на годину.