Фото ілюстративне. Depositphotos
Сьогодні ідея вакуумних потягів Hyperloop або високошвидкісних магнітопланів (маглевів) сприймається як атрибут сучасного технологічного світу, прерогатива компаній Ілона Маска чи японських інженерних корпорацій. Проте фундаментальні дослідження та практичні розробки транспорту на магнітній подушці активно велися ще півстоліття тому українськими вченими.
У 1970–1980-х роках у межах масштабної програми зі створення високошвидкісного наземного транспорту (ВСТ) значна частина найскладніших інженерних завдань була покладена на науково-дослідні інститути Української РСР. Українські вчені відповідали за найбільш наукомісткий і перспективний напрям: електродинамічну левітацію з використанням кріогенних технологій та надпровідників.
Зміст
На початку 1970-х років транспортна система зіткнулася з парадоксом середніх відстаней. Реактивна цивільна авіація стрімко розвивалася, проте використання літаків для перельотів на дистанції 500–1000 кілометрів було економічно та логістично неефективним. Державі був потрібен транспорт, який міг би гарантовано доставляти пасажирів з центру одного мегаполіса в центр іншого зі швидкістю 400–500 км/год.
Класична залізниця типу “колесо-рейка” для таких швидкостей не підходила через закони фізики: на швидкості понад 300 км/год зчеплення сталевого колеса з рейкою критично падає, виникають руйнівні вібрації, а знос матеріалів стає колосальним. Єдиним логічним виходом була відмова від коліс на користь магнітної левітації. Потяг мав “парити” над естакадою, не торкаючись її, що зводило тертя виключно до аеродинамічного опору повітря.
У світовій практиці магнітного підвісу тоді сформувалися дві принципово різні концепції, які розділили між собою розробників.
Електромагнітний підвіс (EMS). Використовує класичні електромагніти, розташовані на “охоплюючому” днищі вагона. Цим варіантом пішли московські інженери, розробляючи прототипи серії ТП. Перший вагон, ТП-01, вийшов на 36-метрову заводську трасу ще в 1979 році. За різними джерелами, ТП-01 мав масу близько 12 тонн, довжину 9 метрів, місткість 20 пасажирів, а зазор підвісу становив лише 10 міліметрів. Утримувати такий мікроскопічний зазор на швидкості 400 км/год неймовірно складно: найменша нерівність колії чи порив вітру може призвести до катастрофи.
Електродинамічний підвіс (EDS). Працює на основі надпровідних магнітів. Завдяки взаємодії надпотужного магнітного поля потяга зі струмами, що індукуються в алюмінієвій колії під час руху, потяг відштовхується від естакади. Ця технологія дозволяє збільшити зазор левітації до 10–15 сантиметрів, що робить рух на швидкості 500 км/год абсолютно безпечним і стабільним.
Саме розробку технологічно складнішого, але перспективнішого електродинамічного підвісу (EDS) було доручено українським науковим інститутам — у межах загальносоюзної програми, яку координував Всесоюзний науково-дослідний і проєктно-конструкторський інститут електровозобудування (ВЕлНДІ) у Києві.
Створення електродинамічного маглева вимагало надзвичайних зусиль у суміжних галузях фізики. Щоб магніт на борту вагона створював поле необхідної потужності без використання важких залізних осердь, його обмотки мали перейти у стан надпровідності, тобто повністю втратити електричний опір. Досягти цього у 1970-х роках можна було лише охолодивши провідники до температури, близької до абсолютного нуля, за допомогою рідкого гелію (близько -269 °C). До роботи залучили провідні наукові центри УРСР, між якими було чітко розподілено компетенції:
Харківський фізико-технічний інститут низьких температур (ФТІНТ): тут розробляли бортові кріостати — спеціальні надтехнологічні “термоси”, які мали утримувати рідкий гелій всередині вагона, що мчить на швидкості півтисячі кілометрів на годину, ізолюючи систему від вібрацій та зовнішнього тепла.
Київський політехнічний інститут (КПІ): науковці мали великий досвід проєктування лінійних електродвигунів ще з середини 1960-х. У 1966 році тут побудували перший дослідний вагончик на кілька пасажирів, оснащений двома двигунами потужністю по 5 кВт кожен, а вже у 1967 році на території ВДНГ УРСР збудували кільцеву монорейкову естакаду завдовжки 525 метрів.
На базі цієї команди ентузіастів у Києві створили спеціалізоване Окреме конструкторське бюро лінійних електродвигунів (ОКБ ЛЕД), яке продовжувало профільні розробки аж до розпаду СРСР — зокрема, у 1980 році воно виготовило для ВЕлНДІ односторонні лінійні асинхронні двигуни потужністю 800 кВт, розраховані на номінальну швидкість 400 км/год, які на той час не мали світових аналогів.
Інститут кібернетики імені В. М. Глушкова (Київ): безпечне управління багатотонним потягом на швидкості 500 км/год не могло здійснюватися людиною-машиністом — реакція людини надто повільна. Київські кібернетики розробляли автоматизовані системи управління (АСУ), які мали в реальному часі контролювати розгін, гальмування, інтервали між поїздами та параметри кріогенної левітації.
Витоки українського напряму сягають кінця 1960-х років, коли під керівництвом академіка АН УРСР В. А. Лазаряна у Дніпропетровському відділенні Інституту механіки АН УРСР розпочали науково-дослідні роботи зі створення транспортних засобів на магнітних та повітряних підвісах; згодом цей заклад було реорганізовано в Інститут технічної механіки АН УРСР.
На початку 1980-х років у ньому створили окрему лабораторію досліджень надпровідних електромагнітних систем, яку очолив тоді ще молодий науковець Віктор Дзензерський. Оскільки обсяг робіт зростав, 1 лютого 1989 року при Інституті геотехнічної механіки АН УРСР в Дніпропетровську створили Відділення фізико-технічних проблем транспорту на надпровідних магнітах “Трансмаг” на чолі з Дзензерським.
Саме в Дніпропетровську створювалася стендова база для тестування повномасштабних вузлів майбутнього маглева. Ключова роль дніпровської групи в загальносоюзній програмі, за оцінкою галузевих істориків, — розробка кріостата й надпровідного електромагніта саме для електродинамічного підвісу.
Оскільки побудувати тестову естакаду довжиною у десятки кілометрів лише для лабораторних досліджень було неможливо (та й занадто дорого), українські інженери створили унікальний динамічний стенд — велике колесо з алюмінієвим ободом, яке розкручувалося потужними двигунами.
До цього обода на спеціальному підвісі підносили розроблений кріогенний магнітний модуль. Колесо імітувало рух колії під вагоном на швидкості понад 300 км/год. Датчики фіксували силу підйомної тяги, стабільність левітаційного зазору, поведінку рідкого гелію в кріостатах під час прискорень та стійкість матеріалів до навантажень.
Паралельно інститути УРСР працювали над створенням спеціальних композитних матеріалів для корпусу вагонів, адже вони мали бути максимально легкими (як фюзеляж літака), але при цьому витримувати колосальні аеродинамічні навантаження, особливо під час розминування двох поїздів на зустрічних курсах (коли сумарна швидкість зближення сягала б 1000 км/год).
Плани щодо впровадження маглева були грандіозними. Першою дослідною пасажирською лінією в СРСР мала стати не траса до самого озера Севан, а маршрут, що з’єднав би Єреван з містом Абовян — проєкт передбачав створення до 1990 року першої черги дослідно-експлуатаційної маглев-системи довжиною 3,2 км, у координації якої брали участь понад 40 організацій і підприємств та понад 10 міністерств і відомств. Початкова розрахункова швидкість становила 250 км/год, однак пізніше її знизили до 180 км/год — через недостатню потужність тягової електропідстанції, яка мала живити лінію.
Однак наприкінці 1980-х років розвиток проєкту зіткнувся з непереборними перешкодами, що не мали стосунку до техніки. По-перше, будівництво інфраструктури для маглева (спеціальних естакад на бетонних опорах із точним прокладанням алюмінієвих шин та обмоток лінійного двигуна) виявилося астрономічно дорогим.
По-друге, аварія на Чорнобильській АЕС у 1986 році, а потім руйнівний Спітакський землетрус 7 грудня 1988 року в Вірменії (де саме мала будуватися перша траса) змусили керівництво країни екстрено перенаправити колосальні фінансові, матеріальні та наукові ресурси на ліквідацію наслідків. Фінансування програми високошвидкісного наземного транспорту було спочатку різко скорочено, а потім заморожено, а розпочате будівництво естакади законсервоване.
Робота над маглевом в УРСР не завершилася створенням готового комерційного поїзда — ця доля спіткала багато проривних технологій тієї епохи. Однак суто в інженерному сенсі це був безперечний успіх. Українські вчені довели фундаментальну можливість створення важкого транспорту на електродинамічній подушці з кріогенним охолодженням.
Технології лінійних двигунів, автоматизованих систем управління та роботи з надпровідниками на великих швидкостях, розроблені в лабораторіях Дніпропетровська, Харкова та Києва, лягли в основу багатьох суміжних галузей. Для порівняння японський прототип на надпровідних магнітах ML-500 вже у 1977–1979 роках досяг рекордної на той час швидкості 517 км/год.
Саме за тією ж фізичною схемою електродинамічної левітації, прототипи якої тестували на обертових стендах вітчизняні інженери понад п’ятдесят років тому. Сучасні японські маглеви серії L0 сьогодні розвивають понад 600 км/год, концептуально продовжуючи ту саму лінію розвитку.
Контент сайту призначений для осіб віком від 21 року. Переглядаючи матеріали, ви підтверджуєте свою відповідність віковим обмеженням.
Cуб'єкт у сфері онлайн-медіа; ідентифікатор медіа - R40-06029.