НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Библиотечка «За страницами учебника»

Пассажирский пневмотранспорт. Смирнов Г. В. — 1970 г.

Герман Владимирович Смирнов

Пассажирский пневмотранспорт

*** 1970 ***


DjVu


PEKЛAMA Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD. Подробности...

Выставлен на продажу домен
mp3-kniga.ru
Обращаться: r01.ru
(аукцион доменов)



 

      Полный текст книги

 

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ
ЭЛЕКТРО ИЛИ ПНЕВМО- ДИЛЕММА XIX ВЕКА
ТАМ, ГДЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ПОТЕРПЕЛО КРАХ
УРОКИ АТМОСФЕРИЧЕСКИХ ДОРОГ
ПАССАЖИРСКАЯ ПУШКА ПРОФЕССОРА ВЕИНБЕРГА
КОСМИЧЕСКИЕ ОРБИТЫ В ТОЛЩЕ ЗЕМЛИ


      Пассажирский пневмотранспорт, бесспорно, занимает одно из самых необычных мест среди всех ныне существующих средств передвижения. Обладая, кроме высокой скорости, массой других очень важных достоинств, «атмосферические дорогие были дискредитированы в глазах инженеров прошлого века недостатками, на первый взгляд ничтожными, и тем не менее неустранимыми. Вот почему пассажирский пневмотранспорт с его большими достижениями в прошлом и замечательными перспективами, на будущее в настоящем может похвастать лишь более или менее обстоятельно разработанными проектами. Вот почему, говоря о будущем, автор вынужден так много внимания уделять прошлому.
      И надо сказать, что исторический метод подачи материала в данном случае оказался оправданным. Он ясно и увлекательно раскрывает достоинства и недостатки этого интересного средства передвижения; показывает, что конструктивные трудности, непреодолимые в прошлом веке, постепенно отпадают сами собой по мере развития техники.
      Идеи и направления, которые в прошлом казались совершенно не связанными между собой, проецируясь в будущее, неожиданно смыкаются. Герметичные вагоны, разработанные русским физиком Б. Вейнбергом для его электромагнитного тоннеля, «самокатная дорога», изобретенная.
      А. Родных, оплодотворили «атмосферический» принцип движения англичанина Дж. Медхзрста. И в результате в руках современных инженеров оказалось средство транспорта по-истине небывалое, совмещающее в себе скорость и экономичность полета в космическом пространстве с комфортабельностью и надежностью железнодорожного поезда.
      Недостатки, погубившие пассажирский пневмотранспорт в прошлом столетии, сейчас устранены. Уплотнения, автоблокировка, герметичные вагоны, подвеска, регенерация воздуха, мощные компрессоры — все это в принципе выполнимо на современном уровне техники. Самое основное теперь — производительный и экономичный способ проходки подземных тоннелей. От успешного решения этой задачи, которая едва ли интересовала энтузиастов «атмосферического» транспорта в прошлом веке, зависит его процветание в веке грядущем.
      Н. Г. ДОМБРОВСКИЙ, заслуженный деятель науки и техники, доктор технических наук, профессор
     
      ПРЕДИСЛОВИЕ
      «Если легкость... сообщений по воде заставила с глубокой древности придавать громадное значение этому способу сообщения, если за последнее время стали упорно стремиться к завоеванию воздуха, то будем надеяться, что следующим — и, очевидно, последним — этапом в этом расширении доступных человечеству сред для передвижения по ним — будет эфир — ...тот самый эфир, который мчит нам источник всей жизни на земле — лучистую энергию солнца. Мне хочется верить, что и в вопросе ускорения движения вещественных тел слово переходит теперь к эфиру, — и что в результате споров между землею, водою, воздухом и эфиром последнее слово останется за эфиром».
      «В течение десяти-двадцати лет трубопроводы станут пятым общепринятым видом транспорта в дополнение к существующим методам передвижения по воде, по рельсам, по дорогам и по воздуху».
      Первое из этих утверждений заимствовано из книги русского физика Б. Вейнберга, изданной в 1914 г., второе — из статьи английского инженера С. Мак-Гоуана, опубликованной в 1965 г. Если учесть, что под словом эфир Вейнберг понимал не вакуум космического пространства, а вакуум, созданный искусственно в герметичном трубопроводе, нетрудно понять, сколь близки по смыслу утверждения, между которыми лежат 50 лет, быть может, самого стремительного в истории человечества развития техники, и сколь точным оказался прогноз нашего соотечественника. Трубопроводы действительно быстро становятся серьезным конкурентом для существующих видов транспорта. Мы уже привыкли к тому, что «по ним перекачивают нефть, газ, угольную пульпу, молоко и даже «горячий чай. Но, конечно, самая интересная и самая сложная задача, привлекающая внимание специалистов, — это создание пассажирского трубопроводного транспорта.
      Как ни парадоксально, принцип, который многие современные специалисты считают весьма перспективным, был предложен французским ученым Дени Папеном еще в XVII веке, задолго до появления пароходов, паровозов, автомобилей и самолетов. Попытки осуществить этот принцип на практике, предпринятые 120 — 150 лет назад, поначалу увенчались блистательными успехами. Но, увы, вскоре все эти успехи оказались перечеркнутыми катастрофическими провалами, и самые компетентные комиссии оценивали принцип, на который сегодня возлагаются большие надежды, не иначе, как «работу, которая отстраняет мысль о вознаграждении пользою», а соответствующие конструктивные решения и изобретения относили скорее «к числу остроумно придуманных физических опытов, нежели к числу практически полезных идей».
      И тем не менее за интересам современных инженеров к отарой идее лежат чрезвычайно крупные и важные достижения, которыми обогатила технику пневматика...
     
      Электро или пневмо: дилемма XIX века
      Когда автор одного философского трактата в XVIII веке определял термин «пневматика» как науку, которая «трактует о всех духах, о боге, ангелах, о душе человека и животных», он едва ли мог даже предполагать,- что каких-нибудь 100 лет спустя этим словом станут обозначать проявления сил и действий неизмеримо более мощных и осязаемых. Ибо вплоть до конца прошлого столетия пневматика считалась одним из самых экономичных, надежных, удобных и гибких методов передачи энергии на расстояние.
      В течение десятилетий промышленность не сталкивалась с этой проблемой, ибо заводы и мануфактуры всегда отроились на берегах рек, где нужная для работы механическая энергия вырабатывалась гидравлическими турбинами прямо на месте. Но когда выяснилось, что невозможно разместить все заводы и фабрики близ плотин, возникла идея: передавать механическую энергию от гидравлических двигателей к расположенным вдали от рек потребителям.
      Появление паровой машины вопреки очевидной независимости ее от источников топлива лищь обострило потребность в надежном и экономичном способе передачи механической энергии на расстояние. Во-первых, на пороховых, лесопильных и т. п. заводах огнедышащие топки паровых котлов необходимо было выносить подальше от территорий, заваленных взрыво- и огнеопасными материалами, а нужную для работы механическую энергию подводить к заводу с помощью передачи. Во-вторых, паровые машины большой мощности оказались в 4 — 5 раз экономичнее маломощных. Именно поэтому становилась особенно выгодной постройка крупных машин, энергия от которых могла бы транспортироваться на большие расстояния, дробиться и распределяться между потребителями с помощью той или иной передачи. И не случайно вторая половина XIX века ознаменовалась небывалыми по масштабам поисками наивыгоднейших типов передачи.
      Чего только не перепробовали инженеры! Сторонники чистой механики возлагали свои надежды на передачу энергии длинными валами и проволочными канатами. Теплотехники предлагали строить огромные котельные, которые по трубам снабжали бы паром находящиеся в отдалении паровые машины потребителей. Гидротехники считали, что в такой системе вода под высоким давлением выгоднее, чем пар. Многие инженеры отдавали предпочтение сжатому воздуху, который передавался бы по трубам и приводил в действие пневмодвигатели. Другие уповали на передачу энергии разрежением: подключая воздушный мотор к сети с разреженным воздухом, потребитель мог получать энергию за счет атмосферного давления.
      Не только в словесных и печатных дискуссиях выявлялись преимущества и недостатки всех этих систем. Европа и Америка стали ареной великой битвы механических передач. Десятки и сотни километров валов и канатов, труб, паровых, гидравлических и пневматических передач плотной сетью покрыли крупнейшие промышленные центры тех времен. Результаты этой необычной поверки идей суровой практикой приведены на рис. 1. Выяснилось, что из трех лучших систем — канатной, гидравлической и пневматической — последняя оказалась наиболее гибкой, удобной и экономичной. Благодаря своим преимуществам именно пневмопередача стала основной соперницей передачи электрической, вступившей в борьбу в 80-х годах прошлого века, а завершающий этап битвы передач проходил под девизом: электро или пневмо?
      Исход этой битвы общеизвестен. Электричество одержало убедительную победу, и сегодня, спустя 70 — 80 лет, мало кто догадывается о том, что едва ли не главную роль в успехе электричества сыграли замечательные достижения побежденной пневматики. В сущности, за исключением электрического освещения, сварки и электротермий, электротехнике не пришлось осваивать новых областей применения. Ей оставалось лишь вытеснять пневматику с возделанных той полей и заменять пневматические устройства электрическими.
      Не говоря уже о том, что принципиальная схема электроэнергетической системы имеет поразительное сходство со схемой системы пневмоэнергетической, трудно в нашей современной жизни найти электрический прибор или машину, которые в свое время не пришли бы на смену соответствующему пневматическому устройству. Об этом свидетельствуют удивительные, порой доходящие до курьезов совпадения и аналогии.
      Действительно, тскарные станки, швейные и типографские машины, лифты, холодильники, бормашины, вентиляторы, которые сейчас приводятся в действие электродвигателями, сто лет наздд работали на пневмомоторах. Привычно глядя на электрочасы, висящие на площадях и улицах наших городов, мы даже не подозреваем, что это — не более как «перевод на электротягу» системы городских пневматичеоких часов, установленных в Париже в 1870 г.
      Убеждение, что телеграф может быть только электрическим, настолько прочно укоренилось в нашем сознании, что мы с трудом воспринимаем мысль о существовании телеграфа пневматического. Изобретенный в 1838 г. он состоял из системы трубок, в которые нагнетался воздух. Количество пузырьков, выходящих из ,ванны с водой на другом конце линии, заменяло точки и тире азбуки Морзе. Избалованные электромикрофонами, мы отказываемся верить, что сто лет назад самым совершенным усилителем голоса был пневматический прибор — ауксетофон, устройство которого максимально приближено к устройству человеческой гортани.
      Электрические бурильные машины тоже не оказались от кровением: за тридцать лет до их появления подобные пневматические устройства с успехом проложили тоннели в Альпах. Даже звонок, привычный всем нам электрический звонок — не более как электрификация пневматических звонков, которых в конце прошлого века в одном Париже насчитывалось больше 30 тысяч! А когда нужно было осветить помещение, пневматика давала в руки инженера замечательно остроумный прием: подключенный в пневмосистему воздушный мотор приводил в движение электрогенератор, питающий током электрические лампы. Наконец, как символический курьез, свидетельствующий о поразительном сходстве пневмо- и электросистем, можно привести тот факт, что известная электротехническая фирма «Дженерал Электрик Компани» имела некогда пневматического двойника «Дженерал Пневматик Компани».
      Теперь нетрудно понять, как хорошо пневматика подготовила наступление эры электричества, которое, не уступая ей в гибкости и удобстве распределения энергии, значительно превосходило ее в области передачи энергии на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями.
      И тем не менее победа электричества не была безусловной, ибо нашлась область, где электрические устройства не смогли соперничать с пневматическими. Этой областью оказалась пневмопочта — одна из наиболее интересных разновидностей пневмотранспорта.
     
      Там, где электричество потерпело крах
      Невозможно представить себе транспорт, принцип действия которого был бы проще, чем у пневмопочты. Из длинной, закупоренной с двух сторон трубы выкачивается воздух. Потом с одного конца, отодвинув заглушку, в трубу помещают цилиндрический, плотно прилегающий к стенкам футляр с корреспонденцией. А дальше все происходит само собой: атмосферное давление разгоняет и мчит футляр по трубе, как пороховые газы гонят снаряд по пушечному стволу.
      Впервые осуществленная в 1853 г. в здании Лондонского телеграфа такая система длиной около 100 м показала столь достойные результаты, что спустя год пневматическая труба протянулась от здания телеграфа к торговой бирже. В 1862 г. пневмосистема связала между собой нижний операционный зал и аппаратный зал второго этажа на Петербургской «те-леграфической» станции.
      В течение следующего десятилетия трубы пронзили капитальные стены центральных телеграфных станций, и сеть пневмопочт начала опутывать территории многих столиц и крупных городов мира. Вслед за Лондоном пневмопочты начали строиться в Берлине, Париже, Вене, Манчестере, Бир-мингаме, Ливерпуле. Филадельфии, Дублине, Глазго.
      По странной иронии судьбы, будучи не в силах конкурировать с электричеством в телеграфии, пневматика сделалась его бесценным дополнением на самом трудном участке пути — на доставке телеграмм адресатам. Действительно, телеграммы, запакованные в цилиндрические патроны, могли мчатся с центральной станции в районные почтовые отделения со скоростью 40 км/ч, а в более поздних американских системах, с диаметром труб, вдвое большим, чем у европейских, эта скорость достигала 100 км/ч.
      Особенно важным для развития пневмопочт оказалось изобретение 1857 г., в котором предлагалось ускорять патрон не только атмосферным, но и сжатым до высокого давления воздухом. Благодаря этой простой идее удалось избавиться от установки машин и компрессоров на конечных станциях. Все оборудование и резервуары со сжатым и разреженным воздухом монтировали на центральной станции. Нагнетая сжатый воздух в трубу, можно было отправлять футляр на конечный пункт, а разрежая воздух перед ним, возвращать его обратно на центральную станцию за счет атмосферного давления.
      Если учесть, что за один прием можно отправлять не один, а 5 — 10 футляров, вмещающих до 20 телеграмм каждый, и что в течение часа делается 4 — 5 отправлений, ненетрудно подсчитать: пропускная способность пневмопочты — 800 — 1000 телеграмм в час. Американцы и здесь установили рекорд: их футляры, вмещавшие до 200 телеграмм, могли отправляться с частотой четыре штуки в минуту; иными словами, пневмопочта имела пропускную способность 48 тыс. телеграмм в час.
      Быть может, именно эти феноменальные успехи и сделали пневмопочту особенно популярной. Журналы конца прошлого века пестрят сообщениями о пневмопочтах Нью-Йорка и Филадельфии, о грандиозных проектах пневмопочт в Петербурге и Москве и даже о проекте постройки пневмопочты через Ла-Манш, по которому предлагалось соорудить железные опоры, несущие на высоте 50 м над поверхностью воды трубы этого уникального сооружения. Вероятно, именно в результате этой популярности общая длина трубопроводов пневмопочты только в Европе к 1916 г. перевалила за 1000 км.
      Нельзя сказать, чтобы успехи пневмопочты были достигнуты без конкуренции со стороны электричества. Попыток вытеснить пневматику и создать электропочту оказалось немало. В 1896 г. неугомонные американцы решили, что вагончик с электродвигателем, бегущий по натянутым на столбах электрическим проводам, окажется дешевле пневмопочты. Спустя несколько лет предприимчивый итальянец Писчичелли предлагал подобный же проект, .соблазняя акционеров скоростью 400 км/ч, которую якобы достигнет его бегущий по проводам электрифицированный вагончик. Но, увы, все эти проекты быстро забылись, а пневмопочта осталась. Всемогущее электричество, с легкостью вытеснившее пневматику из энергетики, из машиностроения, добывающей промышленности, оказалась бессильным заменить незатейливую пневмопочту. И получилось это не случайно...
      Изобретатель, который в 1895 г. получил первый патент на линейный электродвигатель, сам того не подозревая, завершил не совсем обычную линию развития электромеханики. Начав с того, чем кончила пневматика, электричество в первую очередь должно было породить двигатель, создающий вращательное движение. Быть может, этим отчасти объясняется любопытное различие в развитии электромеханики и пневматики: если последняя шла от простого к сложному, от линейного двигателя, создающего поступательное движение, к двигателю вращательному, то первая действовала наоборот. Она сначала породила вращательные электродвигатели, чтобы заменить ими пневмомоторы, а потом -перешла к более простым линейным электродвигателям.
      Но вот что любопытно: если вращающиеся электродвигатели легко затмили вращающиеся пневмомоторы, то линейные электродвигатели почти нигде не смогли потеснить линейные пневмодвигатели. Взять, к примеру, такой своеобразный линейный двигатель, как пушка. Здесь пневматика широко применялась на практике: береговая артиллерия Англии и США в конце прошлого века состояла из пушек, в которых начиненные сильным и легко детонирующим динамитом снаряды выбрасывались из ствола не пороховыми газами, а сжатым воздухом. А все попытки создать электропушку, в которой снаряд разгонялся бы электромагнитным полем, не увенчались успехом. То же самое можно сказать о катапультах, конвейерах и копрах. В пневматическом варианте эти механизмы были решены гораздно раньше и успешнее, чем в электрическом. И этому, по-видимому, не стоит особенно удивляться. Ибо впервые электричество потерпело поражение в борьбе с пневматикой именно тогда, когда попыталось заменить ее в пневмопочте — незатейливом устройстве, в которое выродились знаменитые, прогремевшие некогда сенсацией, атмосферические дороги.
     
      Уроки атмосферических дорог
      Когда читаешь статьи о новых скоростных поездах, реактивных самолетах и кораблях на воздушной подушке, возникает мысль, что возможность позавтракать в Москве, а поужинать во Владивостоке едва ли не заветнейшая мечта русского человека и что именно такое редко встречающееся в обычной жизни желание едва ли не главная движущая пружина развития транспорта. Как удивились бы современные журналисты, если бы они узнали, что эту идею еще в 1827 г. применил для пропаганды пневмотранспорта лондонский механик Дж. Медхэрст. В одной из своих многочисленных брошюр он утверждал: пневмопоезда смогут доставлять пассажиров «из одного конца королевства в другой, так что можно позавтракать в Лондоне, пообедать в Эдинбурге и вернуться в Лондон за 12 или 14 часов».
      По сути дела именно Медхэрст предложил все основные схемы пассажирского пневмотранспорта. Прежде всего он считал нужным соорудить «атмосферические дороги» для дилижансов и рельсовых экипажей, между колесами которых вдоль полотна укладывалась труба с продольной прорезью и гибким клапаном-затвором. Нагнетаемый в трубу воздух заставлял двигаться поршень, скрепленный с повозками при помощи соединительных тяг. Затем Медхэрст описал грандиозную пневматическую дорогу, состоящую из трубы диаметром 10 м, в которой подобно поршню перемещается поезд из цилиндрических вагонов. Но здесь уже движущую силу создает не сжатый воздух за поездом, а разрежение перед ним. Наконец, именно Медхэрсту принадлежит идея воздуховоза-локомотива, который приводится в действие пнев-модвигателем, питаемым сжатым воздухом из прочных резервуаров.
      Эти идеи простого механика тем более поразительны, что все они были высказаны в 1827 г., когда во всем мире существовала всего лишь одна коротенькая Стоктон-Дарлинг-тонская железная дорога, на которой большая часть вагонов перевозилась даже не паровозами, а лошадьми. Тяге паровой уже на заре своего развития пришлось доказывать свое право на существование в борьбе с пневматической тягой. И нельзя сказать, .чтобы превосходство пара было подавляющим...
      Умозрительные идеи Медхэрста начали облекаться в плоть патентов в 1830-х годах. В те времена уверенность во всесилии механики была столь прочной, что наиболее практичным решением представлялась путевая труба. Уплотнение продольной прорези казалось инженерам обычной задачей, которая обязательно будет решена каким-нибудь изобретателем или искусным механиком.
      В 1834 г. англичанин Г. Пинкас запатентовал атмосферическую дорогу — наполовину закопанную между рельсами трубу диаметром 55 — 100 см с продольной прорезью, перекрытой клиновидным канатом-клапаном (рис. 2). Когда насосные станции выкачивали из трубы воздух, двухколесная тележка с поршнем, соединенная с головным вагоном выведенной через прорезь тягой, устремлялась в разреженное пространство силой атмосферного давления и увлекала за собой поезд. При этом канат-клапан приподнимался отводным роликом, чтобы пропустить движущуюся в прорези тягу, и затем снова прижимался к прорези нажимным роликом. И хотя затеянное было Пикасом «Национальное общество пневматических железных дорог» быстро заглохло, успешное испытание действующей модели дало первый толчок поток} изобретений. Причем интуитивно энтузиасты пневмотранспорта сразу сое-редоточилн -свои усилия именно на том узле, который, как выяснилось впоследствии, оказался камнем преткновения — на щелевом клапане.
      Спустя 5 лет изобретатели С. Клегг и Дж. Сэмюда предложили более удачную конструкцию такого клапана (рис. 3, а). В чугунной путевой трубе диаметром 2,4 м была сделана верхняя осевая прорезь шириной 5 см, ограниченная литыми бортами. По всей длине эту щель перекрывал ременный кожаный клапан, усиленный железными пластинами. Одна кромка клапана по всей длине наглухо прикреплялась к бортовому ограждению, другая свободно ложилась на противоположный край щели. Чтобы уменьшить утечку воздуха через зазор, его заполняли смесью воска и сала. Откидная железная крышка защищала клапан от дождя и снега. С торцов трубу перекрывали двумя клапанами. Входной, после входа поршня в трубу, оставался открытым, пока поезд шел по данному участку, выходной автоматически закрывал отверстие сразу же после прохода головного вагона.
      Дальше изобретения посыпались как из рога изобилия: в 1844 г. француз М. Алетт запатентовал губчатый клапан, где для уплотнения воздуха он применил прижатые друг к другу по всей длине каучуковые шланги, покрытые жировым слоем (рис. 3, б). В том же году некий Эдьяр предложил перекрывать прорезь упругими изогнутыми железными пластинками, также покрытыми толстым слоем густой смазки (рис. 3, в). Спустя еще 2 года швейцарец К. Сайлер перекрыл прорезь кожаными подушками, прижатыми двумя параллельными рядами ви1ых пружин (рис. 3, г).
      Вся эта работа ше была пустой игрой изобретательских талантов. В 1840 г. двухкилометровая атмосферическая дорога Клегга и Сэхмюда произвела ошеломляющее впечатление на крупнейших деятелей железнодорожного транспорта: 5-тонная тележка легко развила скорость 72 км/ч. И это при полном отсутствии самых головоломных трудностей, которые мучили в то время инженеров-путейцев. Что в те годы могла противопоставить атмосферической дороге паровая техника? хМалоэкономичные локомотивы, нуждающиеся в частых ремонтах, не способные преодолевать крутые подъемы, взрывоопасные, извергающие копоть и искры, часто сталкивающиеся из-за несовершенства сигнализации.
      И вместо всей этой пыхтящей, коптящей, грохочущей техники — атмосферическая дорога — самый легкий двигатель, когда-либо применявшийся на железнодорожном транспорте. Тяга головного вагона, создаваемая не сцеплением колес с рельсами, а поршнем, совершенно не зависела от веса вагона, что весьма облегчало путь. Не удивительно, что несмотря на предостережения умудренного опытом практичного Стефенсона, многие инженеры увидели в атмосферических дорогах транспорт будущего. И их можно понять: сила воздуха ускоряла движение поезда так мягко, -плавно и бесшумно, что от этого захватывало дух. Ради таких достоинств стоило поломать голову над устранением «мелких механических недостатков»...
      Следующий шаг по пути реализации пневмотранспорта превратился в настоящий триумф. 19 августа 1843 г. в Ирландии между Кингстоуном и Далки открылось регулярное движение по атмосферической дороге длиной около 2,8 км. За 5 мин до отправления поезда из Кингстоуна в Далки, разность уровней между которыми составляла 21,6 м, паровая машина в 100 л. с. начинала откачивать воздух из трубы. Затем поезд выталкивался на путь, поршень головного вагона входил через хитроумный клапан в трубу, и атмосферное давление за 5 мин доставляло 60-тонный состав в пункт назначения, разгоняя его до 32 км/ч. Составы весом 38 т двигались со скоростью 60 — 64 км/ч. Ходили слухи, что не предел и 96 км/ч.
      Но все эти феноменальные цифры померкли, когда стало известно о Фрэнке Эбрингтоне — «самом быстром человеке на земле». Однажды Эбрингтон зазевался и не заметил, как головной вагон, на котором он производил некоторые замеры, выкатился на готовый к отправлению путь без прицепленных вагонов. Опомнился он уже в Далки, куда дорога сама домчала его за 75 сек со средней скоростью 135 км/ч\ По странной причуде судьбы именно недотепистому Збринг-тону довелось стать самым первым человеком, преодолевшим скоростной рубеж в 100 км/ч. Лишь спустя 40 лет паровой локомотив смог достигнуть такого результата. Не удивительно, что ,в 1843 г., когда скорость паровиков в 25 — 30 км/ч вызывала крики восторга у ликующих толп, атмосферическая дорога Кингстоун — Далки стала настоящей сенсацией.
      Уже в конце 1843 г. появились сообщения о проекте-постройки двух атмосферических дорог в Германии. Энергично действовали и англичане. В 1845 г. они открыли атмосферическую дорогу Лондон — Кройдон длиной 16,8 км, а спустя год еще одну — Эксетер — Ньютон-Эббот и Корнуэлле длиной 33,6 км. В 1847 г. в это дело включились французы, построившие атмосферическую дорогу Нантерр — Сент-Жермен длиной 11,5 км.
      Большой интерес к новинке проявило и российское Главное управление путей сообщения и публичных зданий, которое еще в ноябре 1843 г. поручило инженер-майору П. Палибину, .находившемуся тогда в заграничной командировке, изучить вопрос на месте и дать свои соображения, имея в виду возможность применения атмосферических дорог в Россйи. Такое же задание было дано инженеру Уистлеру, работавшему над проектом железной дороги Петербург — Москва. Можно лишь поражаться проницательности русских специалистов, которые сразу указали на самые уязвимые особенности атмосферических дорог: невыгодность постоянной работы мощных насосных станций независимо от меняющихся интенсивности движения и веса поездов и несовершенство работы клапана в суровых зимних условиях.
      Дальнейшие события подтвердили эти опасения: в 1847 г. прекратила свое существование линия Лондон — Кройдон; в 1848 — Эксетер — Ньютон-Эббот; в 1855 — Кдагстоун — Далки; и, наконец, в 1859 — Нантерр — Сент-Жермен. В чем же дело? Почему одна за другой закрылись дороги, которые в общем-то оправдали возлагавшиеся на них надежды, показав, какие рекордно высокие скорости поездов могут быть достигнуты?
      Прежде всего, энтузиастам «атмосферического движения» довелось столкнуться с тем, что пассажиры находятся во власти машиниста, который работает на насосной станции в пункте назначения в нескольких километрах от них. Малейшая ошибка в маневрировании тормозами на головном вагоне приводила к тому, что поезда проскакивали перрон, поршень вылетал из путевой трубы как пробка из бутылки шампанского, и пассажирам нередко приходилось самим толкать поезд назад к перрону.
      Постепенно проявлялись все новые и новые недостатки. Из-за неровности внутренней поверхности труб быстро выходили из строя кожаные манжеты поршня. Трубы ржавели от скапливавшейся внутри них воды. Но настоящим камнем преткновения стали, конечно, клапаны. Малейшая неплотность при огромной длине прорези приводила к быстрой потере воздуха. В холодную погоду кожа клапана утрачивала гибкость, поскольку застывала смазка. На ведущем экипаже пришлось установить медный нож, нагреваемый тлеющими угольями: прижимаясь к кожаному ремню, он нагревал и размягчал его. Попытки заменить затвердевающую смазку жидкой привели к тому, что она легко всасывалась внутрь трубы и замещалась водой. На морозе ремень такого клапана — «самого дорогого клапана в мире» — кололся на куски, как лед.
      Изобретатели устремились на поиски конструкции, которая была бы лишена этих недостатков. Так, А. Лабрюйер и
      П. Гриффитс предложили наглухо перекрыть всю прорезь путевой трубы кожаным ремнем. На тележке с поршнем, движущейся внутри трубы, устанавливают один за другим два ролика, выступающие над прорезью и вытягивающие ремень двумя горбами. При движении поршневой тележки по поверхности кожаного ремня бежит некое подобие волны. Если во впадину между горбами ввести ролик, жестко связанный с головным вагоном, он начнет двигаться с такой же скоростью, как и поршневая тележка, не будучи непосредственно связанным с ней (рис. 4, а).
      Еще более остроумную систему предложил инженер Дж* Пильброу (рис. 4, б). Если вдоль путевой трубы мчится поршень с зубчатой рейкой на широком штоке, он может раскручивать одну за другой шестерни, попеременно входящие в зацепление со штоком. Поместив каждую из таких шестерен на вертикальный уплотненный вал и насадив (на его верхний конец вторую шестерню, мы можем проследить движение невидимого для нас поршня по распространяющейся вдоль трубы «волне вращений». Если на рельсах находится вагон с длинной зубчатой рейкрй, шестерни, попеременно сцепляясь с ней, начнут двигать вагон, передавая его друг другу как эстафету. Следуя таким образом за поршнем, вагон будет повторять его движения, не входя с ним в непосредственное соприкосновение.
      Тогда же появилась и идея электромагнитной атмосферической железной дороги. В ней прорезь путевой трубы перекрывали глухой П-образной крышкой из немагнитного материала, а на поршневом штоке крепили деревянные стойки с толстыми железными пластинами, высовывающиеся из прорези и движущиеся в желобке П-образной крышки (рис. 4, в). У наружных боковых сторон этой крышки располагаются полюса сильных электромагнитов, скрепленных с вагонным кузовом. Притягиваясь к железным пластинам движущейся поршневой тележки, электромагниты увлекали за ней и весь вагон.
      Само обилие остроумных решений лишний раз доказывало: трудности осуществления идеи Медхэрста столь велики, что, может быть, лучше отказаться от нее и взяться за другую — воздуховозы. 1850 — 1860 гг. изобилуют экспериментами в этом направлении. Воздуховозы строят в Англии, во Франции. Но наиболее внушительные испытания проведены в России. Здесь в начале 1862 г. на железной дороге Петербург — Москва «духовой самокат» профессора С. Барановского развил скорость 20 — 30 км/ч. Этот воздуховоз вез на себе баллоны со сжатым воздухом, необходимым для работы пневмодвигателей.
      Такой же принцип спустя 15 — 20 лет широко применялся в городском транспорте. Воздушные трамваи в Англии работали на воздухе, сжатом в баллонах до 12 ат, во Франции — до 50 — 80 ат, в Швейцарии — до 32. Запаса сжатого воздуха в 10 — 12 баллонах, укрепленных под вагоном трамвая, хватало на 20 км пути при движении со скоростью 12 км/ч. Достоинством такой системы для городского транспорта считалось то, что машины не шумят, не выделяют ни пара, ни дыма, ни копоти, легко регулируются. Только вот баллоны получались очень тяжелыми. Это привело к разработке систем, получающих сжатый воздух для работы пневмодвигателей по трубам от центральной станции.
      Так, отказавшись от линейного принципа, пневматика вновь сослужила хорошую службу электричеству. Воздуховозы с баллонами стали прототипом аккумуляторных, а воздуховозы, питаемые по трубам, — прототипом троллейных электрических экипажей. И когда электрический трамвай окончательно вытеснил пневматический, в активе пневматики осталась последняя идея Медхэрста — тоннельный поезд.
      Изобретатели не обошли вниманием и эту схему пневмотранспорта. Еще в 1826 г. англичанин Валланс построил в Брайтоне действующую модель дороги длиной 46 ж и с удовольствием катал в трубе восторженных любителей острых ощущений. Спустя 20 лет французы М. Сэгэн и П. Диар предлагали подобный проект русскому правительству. Деревянная труба, уложенная на уровне железнодорожного полотна, и деревянные щиты на торцовых стыках головных вагонов, плотно пригнанные к стенкам трубы, могли бы, по мнению изобретателей, «с большой выгодой применяться в России».
      В 1860-х годах в связи с прокладкой тоннелей в Альпах и начавшимся строительством подземных городских дорог интерес к старой идее Медхэрста достиг высшего накала. Мысль «о преодолении гор с помощью сжатого воздуха в металлических тоннелях» настолько волновала инженеров, породила столько проектов и статей, что можно было утверждать: осуществление идеи не за горами. И действительно, осенью 1864 г. англичанин Т. Рэммел ввел в эксплуатацию большую модель пневмотранспорта — тоннель длиной 550 м и диаметром около 3 м. Насос мощностью 60 л. с. создавал в тоннеле разрежение, достаточное для того, чтобы разгонять вагон до 35 — 40 кх/ч. В 1867 г. американец А. Бич построил аналогичную модель, пользовавшуюся большим успехом у нью-йоркцев (рис. 5).
      Рис. 5. Дорога А. Бича.
      Необычность и поражающая воображение грандиозности пневмотоннельного транспорта породила даже слухи о готовящейся постройке пневматической железной дороги черев Ла-Манш. «Но тем не менее мало надежды, чтобы подобный
      способ передвижения вагонов получил распространение. Для железнодорожного передвижения в тоннелях и подземных городских путях, где локомотив неудобен потому, что дымит, гораздо лучше пользоваться электрической тягой», — писал некий Э. Розенбоом в 1902 г. К тому времени электричество вытеснило пневматику из всех областей, кроме пневмопочты. В последующие десятилетия широкое распространение электрического метрополитена заставило, казалось бы, совершенно забыть о тоннельном пневмотранспорте. И тем не менее самый важный вклад в развитие этой старой идеи сделал человек, разработавший самый что ни на есть электрифицированный вид тоннельного транспорта...
     
      Пассажирская пушка профессора Вейнберга
      «Движение без трения» — так назвал свою небольшую книгу, выпущенную в 1914 г., профессор Томского технологического института Б. Вейнберг. Задавшись целью полностью избавиться от потерь, сопровождающих движение экипажей по земной поверхности, он пришел к идее «безвоздушного электрического пути».
      Принцип работы такого пути довольно прост. «Пустим тело — железное или с железными стенками — в горизонтальном направлении в горизонтальной трубе, из которой выкачан воздух и в которой таким образом уничтожено сопротивление среды. А чтобы не было трения о дно, будем поддерживать это летящее в пустоте тело при помощи магнитов, электромагнитов или соленоидов с током, подрегулированных так, чтобы этот заколдованный вагон не касался дна и не подтягивался к самому потолку, — и тогда вагону не придется преодолевать какие-либо силы, и он будет продолжать бесконечно свое движение, не изменяя ни величины, ни направления своей скорости» (рис. 6).
      Простая в принципе идея потребовала от Вейнберга немалой изобретательности в разработке технических деталей. Прежде всего, каким должен быть сам путь? По мнению Вейнберга, это металлическая труба, отдельные звенья которой соединены сильфонными вставками для компенсации температурных расширений трубопровода. Через определенные интервалы вдоль трубы установлены насосы, поддерживающие внутри ее вакуум, и боковые камеры с затворами, способные в любой момент герметически перекрыть путь, чтобы дать возможность произвести ремонт, и т. д.
      Вейнберг считал: диаметр пассажирского трубопровода должен быть около 90 см. Внутри него движутся вагоны-цилиндры с коническими боковыми крышками, сделанные из железа, причем боковые и верхние стенки у них гораздо толще, чем нижние. Сверху вдоль трубы смонтированы на некотором расстоянии друг от друга мощные электромагниты. Они включаются в электрическую цепь только тогда, когда к ним приближается вагон, и ток в их обмотках протекает в течение доли секунды, только пока,вагон находится близ них. Благодаря кратковременности действия обмотка из малого числа витков, пропускающая токи очень высокой плотности, не будет перегреваться.
      На криволинейных участках для изменения траектории вагона нужны дополнительные электромагниты, установленные с той стороны, в которую изгибается путевая труба. Они тоже включаются поочередно — в тот момент, когда нос вагона подходит к ним, и отключаются, когда задняя часть вагона отходит от их середины.
      Таково устройство безвоздушного электрического пути в его средней части — самой длинной, самой дорогостоящей и самой, в сущности, простой, ибо ее назначение — лишь поддерживать движение вагона с первоначально заданной скоростью. Разгон же производится на станции отправления. Здесь расположен длинный ряд соленоидов-катушек, охватывающих путевую трубу. Когда нос вагона подходит к очередной катушке, в нее пускается ток, и она втягивает вагон, ускоряя его. Когда же середина вагона проходит через середину соленоида, ток отключается, и получивший ускорение вагон подлетает к следующей катушке. Она сообщает ему новый толчок, и эта операция повторяется, пока вагон не достигнет расчетной скорости — 800 км/ч.
      На станции назначения точно такое же устройство производит торможение и остановку вагона, только каждый соленоид включается тогда, когда середина вагона пройдет его середину, и выключается, когда конец вагона выйдет из соленоида. Интересно, что энергия, затраченная на разгон вагона на станции отправления, может быть снова возвращена в сеть на станции назначения.
      Сам Вейнберг в своей книге отметил, что система ускоряющих соленоидов напоминает электрическую пушку, изобретенную в 1905 г. норвежским физиком Биркеландом. Если это так, то безвоздушный электрический путь русского физика можно уподобить двум гигантским стоящим друг против друга электрическим пушкам, перебрасывающим из ствола в ствол вагоны с пассажирами через искусственно созданное насосами космическое пространство. И именно Вейнбергу принадлежит честь изобретения затвора к этим необычным пассажирским электрическим пуигкам, ибо действительна устройство станции отправления (рис. 7) необыкновенно напоминает затвор скорострельного орудия.
      Унизанный соленоидами ускорительный участок путевого трубопровода входит в основную камеру, перпендикулярную пути. В ней по рельсам передвигается тележка, на которую могут быть уложены 12 вагонов. К основной камере примыкают четыре боковых, которые могут отделяться от нее и от атмосферного воздуха герметичными задвижками. В каждой из боковых камер 12 вагонов. Когда погрузка окончена; боковая камера изолируется от атмосферного воздуха, в ней создается вакуум и она сообщается с основной. Вагоны _ук-
      ладывают на тележку, как снаряды в обойму. И она подает их один за другим в отверстие путевой трубы. «Расстреляв» таким образом вое вагоны, тележка подходит к затвору другой боковой камеры, и вся операция повторяется.
      По подсчетам Вейнберга, за минуту можно отправить все 12 вагонов с интервалом между ними 1 км. С учетом времени на «заряжание обоймы» провозная способность составит 15 тыс. вагонов в сутки, или, считая на каждый вагон 150 кг груза, — 2250 г в одном направлении. При этом выгодно располагать станции возможно дальше, так, чтобы одну от другой разделяло около 500 — 1000 км.
      Пожелав сохранить все достоинства такой идеальной, лишенной потерь дороги, Вейнберг столкнулся с массой, казалось «бы, второстепенных, но, в сущности, убийственных для проекта трудностей. И удивительнее всего то, что самые серьезные недостатки проекта вытекали как раз из его достоинств. Вейнберг смог убедиться, что незатейливое стальное колесо, катящееся по рельсу, ценой в общем-то небольших потерь снимает головоломнейшие проблемы. Вынужденный заменить осязаемый рельс невидимым тоннелем, «вытканным» из упругих магнитных силовых линий, он обнаружил, как трудно управлять вагоном, обретшим все шесть степеней свободы. Малейшая неточность, малейшее отклонение при запуске — и вагон начинал «рыскать» в горизонтальной плоскости, гулять вверх и вниз, «клевать» носом, крутиться вокруг продольной осн. И самое главное: раз начавшись, такие движения ще затухают, ибо из-за отсутствия потерь ,на трение, энергию этих движений невозможно рассеять, превратить в теплоту. Больше того, поддерживающие электромагниты могут усиливать некоторые отклонения до такой степени, что вагон, вместо того чтобы описывать волнистую линию с отклонением от оси трубы всего в 1 см, может задеть за верхнюю или нижнюю часть трубы и создать чудовищную катастрофу. Чтобы избежать такой опасности, Вейнберг предлагал очень точно центрировать вагоны перед отправкой и устанавливать сложную систему регулировочных электромагнитов для устранения нежелательных движений вагона уже в пути.
      И все-таки ему не удалось отказаться полностью от колес. На начальном и конечном участках пути вагоны должны были перемещаться на колесах. Наконец, немало беспокойства доставила Вейнбергу проблема ускорения и торможения пассажиров: приняв его равным ускорению свободного падения, он обнаружил, что длина тормозного и разгонного участков должна быть по 2,5 км
      Все это до такой степени умаляло достоинства идеального безвоздушного электрического пути, что Вейнберг попытался найти иные, компромиссные варианты. Особенно перс-
      иективным казался ему подвесной электромагнитный путь, «в котором вагон катился бы по потолку, прижимаясь к нему очень небольшим избытком притяжения магнитами или электромагнитами над весом», или облегченный электромагнитный путь, «в котором вагон катился бы по ровному полотну, но давил бы на него лишь малою долею своего веса, большая часть которого компенсировалась бы притяжением находящихся над путем магнитов или электромагнитов. Задержку от трения осей колес о подшипники и обода колес о потолок или полотно легко можно было бы компенсировать действием втягивающих соленоидов...»
      Уже из краткого описания безвоздушного электрического пути видно: в нем трудно найти хоть что-нибудь общее с пневматическим транспортом. Скорее даже наоборот, это — прямая ему противоположность. И все-таки Вейнберг сослужил пассажирскому пневмотранспорту неплохую службу, ибо он между делом разрешил проблему, которая поставила бы в тупик любого инженера 1860-х годов, а именно — проблему герметичного вагона; «Для перевозки людей вагон должен иметь соответствующие приспособления, как-то: мягкие тюфяки, электрические лампочки с аккумуляторами для них, снаряды для поглощения углекислоты, запас кислорода», — писал Вейнберг в» 1914 г. И спустя 50 лет необходимость применять такие вагоны для пневмотранспорта никого не привела в ужас.
      Тем временем другой человек из других соображений разработал еще одну идею, чрезвычайно важную для пневмотранспорта. А. Родных, 60 лет назад издавший брошюру «Самокатная подземная железная’ дорога между С.-Петербургом и Москвой», в этом «фантастическом романе в трех главах, да и то неоконченных», предлагает парадоксальную и тем не менее совершенно безупречную с точки зрения физики идею. Между Москвой и Ленинградом прорывается прямолинейный тоннель, пересекающий земную сферу по хорде (рис. 8). Поскольку середина тоннеля ближе к центру Земли, чем вход и выход из него, вагон силой земного тяготения втягивается в тоннель, непрерывно ускоряясь. Докатившись до середины, вагон достигнет скорости, достаточной для того, чтобы по инерции с разбега домчаться до Ленинграда, постепенно замедляясь. После перегрузки он готов таким же образом совершить обратный рейс в Москву. Время, необходимое на один перегон, — 42 мин 11 сек.
      Любопытная особенность самокатных дорог — время, проведенное в пути, не зависит от его длины. Путешествие ив Москвы во Владивосток, в Нью-Р1орк, в Мельбурн продолжается одно и то же время — 42 мин И сек. И на эти рекордные по скорости путешествия не требуется в принципе ни грамма топлива, ибо для движения в гравитационных дорогах используется потенциальная энергия, которой обладает любое тело, лежащее на поверхности Земли и удаленное от ее центра на 6300 км.
      Но, конечно, сопротивление воздуха и трение колес сводят на нет все теоретические достоинства гравитационного транспорта. Вот если бы удалось устранить подобные досадные помехи!
      Так сошлись линии развития самокатных дорог и безвоздушного электрического пути. А когда эти два направления слились с линией эволюции старинных атмосферических дорог, родился комплекс идей, от которого современные специалисты в области транспорта ожидают многого.
     
      Космические орбиты в толще Земли
      Рекордные скорости атмосферических дорог, повергавшие в изумление XIX век с его паровыми локомотивами и омнибусами, современному человеку отнюдь не кажутся чем-то из ряда вон выходящим. Что значит этот неофициальный мировой рекорд скорости 1843 г., что значат эти 135 км/ч в наше время, когда сверхзвуковые лайнеры могут мчать пассажиров со скоростью, превышающей 2000 км/ч\
      И тем не менее, внимательное изучение проблемы дает основание и сейчас, в середине XX века, удивляться старым рекордам атмосферических дорог. Действительно скорости наземных видов транспорта в наши дни не так уж далеко ушли от скоростей конца прошлого столетия. Железнодорожный и автомобильный транспорт, в сущности, достигли уже своего скоростного предела, а авиация, непревзойденная на дальних линиях, утрачивает все свои достоинства на корот-кйх. Вот и оказывается, что в арсенале современного транспорта есть средства доставки малого количества людей на очень большие расстояния и есть средства перевозки огромных масс людей на очень короткие дистанции. А вот удачного средства для перевозки средних количеств пассажиров на средние дистанции — 400 — 500 км — до сих пор еще нет.
      И его отсутствие уже начинает тормозить развитие так называемых мегалополисов — гигантских скоплений сомкнувшихся границами городов. Крупнейший мегалополис, охватывающий Бостон, Филадельфию, Нью-Йорк, складывается сейчас на восточном побережье США. Возникают мегалополисы в Японии, в Европе.
      Если попытаться сформулировать требования, которым должен удовлетворять «внутримегалополисный транспорт», то они сведутся вот к чему:
      1. Средняя скорость такого транспорта должна быть не меньше 300 км/ч. С учетом затрат времени на остановки это означает, что максимальная скорость на перегонах должна достигать 600 — 650 км/ч.
      2. Поезд и путь должны быть полностью защищены ото льда, снега, даже капель дождя, ибо при столь высоких скоростях даже щепка, попавшая на путь, может стать причиной катастрофы.
      3. На уровне моря аэродинамическое сопротивление становится преобладающим уже при скорости современного же-лезнодрожного транспорта, т. е. при 150 — 200 км/ч. Ни о каком новом средстве массового скоростного транспорта не может быть и речи, если не будет найден метод радикального снижения воздушного сопротивления.
      Вот когда инженеры-транспортники вспомнили о проекте Вейнберга. Ведь он идеально удовлетворяет всем этим требованиям: скорость — 800 км/ч, путь гарантирован от попадания посторонних предметов, проблемы же аэродинамического сопротивления нет за полным отсутствием воздуха. А многих недостатков системы Вейнберга можно избежать, объединив ее с пневматической дорогой Медхэрста. Занявшись этой задачей, американский инженер Дж. Эдвардс разработал несколько проектов, вызвавших большой интерес у специалистов-транспортников всего мира.
      Эдвардс остановился на тоннелях, проложенных под землей, ибо на глубине, превышающей 15 м, температура постоянна и никогда не опускается ниже точки замерзания воды. Погода также не оказывает никакого влияния на работу тоннельного транспорта. Наконец, цилиндрические вагоны так эффективно заполняют тоннель, что площадь его поперечного сечения может быть всего 25 м2, т. е. составлять лишь 7з площади сечения обычного железнодорожного тоннеля.
      Укладка путевой трубы внутри тоннеля потребовала нескольких серьезных усовершенствований. Высокая скорость невозможна без идеально гладкого пути, который нередко
      оказывается основным фактором, ограничивающим скорость рельсового транспорта. И здесь инженеры воспользовались опытом Стефенсона, который еще на заре своей деятельности обнаружил: самый гладкий и ровный участок пути получился у него на болоте Чат-Мосс, на податливой поверхности которого едва мог стоять, не проваливаясь, человек.
      Это подало идею заставить трубу плавать в воде, частично заполняющей тоннель. Когда поезда нет, труба плавает, погрузившись, к примеру, на 500 мм (рис. 9). Когда же по-
      езд находится в трубе, она должна была бы заглубиться еще на 225 мм. Но благодаря тому, что при проседании трубы уровень вытесняемой воды в тоннеле повышается, труба при проходе поезда опустится всего на 38 мм. Такое динамическое плавание, вероятно, снизит шумность и будет гасить вибрации и толчки.
      Несмотря на то, что уже в течение нескольких десятилетий изобретатели изощряются в поисках устройства, способного заменить колесо, им пока не удалось найти ничего более экономичного, чем стальное колесо на роликовых подшипниках, катящееся по стальному рельсу. Всего 1 кГ тяги достаточно для того, чтобы преодолеть трение качения и перемещать 1 т при помощи колес и рельсов. У лучших самолетов на выполнение такой же задачи нужно 60 кГ тяги!
      Столь высокая экономичность — не единственное достоинство колеса. Вековой опыт достаточно полно выявил его замечательные качества: оно удерживает груз без всякой затраты энергии; точнее, чем какое-либо устройство фиксирует
      Рис. 10. Устройство пневмопоезда.
      положение вагона в пространстве; с него просто и надежно молено снимать энергию для питания ламп и кондиционеров, установленных в вагоне. Однако при фантастических для рельсового транспорта скоростях смогут ли колеса и подшипники работать так же хорошо, как на современном рельсовом транспорте? Не разлетится ли от огромной окружной скорости обод колеса? Не станут ли рессоры так сильно раскачивать вагон, что он начнет задевать за стенки путевой трубы?
      Все же можно надеяться, что эти трудности преодолимы. Ведь работают же, не расплавляясь и не выкрашиваясь, роликовые подшипники современных рекордных гоночных автомобилей, развивающих скорость до 800 км/ч. Ведь не разлетаются же на куски роторы компрессоров в современных турбореактивных двигателях, у которых окружная скорость гораздо выше, чем у колес пневмопоездов.
      А что касается рессор и пружинных подвесок, которые нередко создают неприятностей больше, чем устраняют, то, вероятно, можно будет обойтись совсем без них. Посмотрите, как катится бильярдный шар по поверхности стола: плавно, бесшумно, без тряски и раскачивания. Оказывается, всего этого можно избежать, если сделать путь идеально ровным и гладким. То же самое применимо к пневмопоезду, где на смену рессорам придут небольшие резиновые прокладки, гасящие незначительные вибрации и заглушающие шум. Некоторые трудности, правда, могут еще возникнуть в связи с тем, что смазка должна работать в условиях вакуума, но опыты освоения космоса показывают: и такая трудность преодолима.
      Сам пассажирский вагон весьма прост: это тонкостенный цилиндр длиной 20 м с опорами для четырех колес (рис. 10). Нагрузка на колесо примерно такая же, как и в современном железнодорожном транспорте. Между собой вагоны соединяются совершенно жестко на штырях, автоматически выдвигающихся из плоских прочных торцовых стенок. Такое жесткое сцепление, не дающее вагонам дергаться из стороны в сторону, возможно лишь потому, что путь необычайно прямой. Наименьший радиус закругления на поворотах — 8 км\ Поэтому напряжения, возникающие в стенках вагона, получаются меньше, чем в крыле самолета.
      Главная нагрузка на стенки вагона возникает из-за внутреннего атмосферного давления, поскольку поезд движется в разреженном воздухе. Напряжения в цилиндрической оболочке вагона получаются при этом столь небольшими, что достаточно сравнительно тонкого листового металла. Силовая конструкция нужна лишь в местах крепления дверей и колес. В конце и в начале каждого поезда — ведущие вагоны. В каждом из них к внешней торцовой стенке, в которой сделан аварийный выход, примыкает герметизированный отсек, отделенный от салона воздушным шлюзом. Здесь находится автомат, способный заменить машиниста, аккумуляторы и электродвигатели для передвижения в случае аварии и на станциях, батареи, генераторы, телефоны, кондиционеры и т. д. Пройдя чистый и тихий зал ожидания, пассажир через дверь, напоминающую дверь современного лифта, сразу попадает внутрь вагона: цилиндрический салон диаметром 290 см, в котором размещаются 64 кресла авиационного типа, и помещение для багажа.
      Пока идет погрузка на станции отправления, клапан надежно перекрывает отверстие путевой трубы, в которой насосные станции создали уже высокое разрежение. Как только погрузка окончена, двери вагона герметически закрываются, и откидывается клапан путевой трубы. Атмосферное давление, действующее на наружную торцовую стенку поезда, автоматически вталкивает поезд в трубу и начинает быстро» ускорять его. Через некоторое время, тем большее, чем тяжелее поезд, клапан закрывается, и порция атмосферного воздуха, оказавшаяся в ловушке, расширяясь, продолжает ускорять поезд, который на первых же 6,5 км достигает скорости 480 км/ч. По мере того, как поезд приближается к станции назначения, давление воздуха за ним падает все ниже и ниже, а разреженный воздух перед ним сжимается все сильнее и сильнее. Наконец, давление за поездом сравнивается с давлением перед ним, тогда начинается торможение. Двигаясь по инерции, поезд сжимает воздух перед собой до атмосферного давления и как раз в это время достигает станции назначения.
      Здесь немедленно открывается клапан путевой трубы, который, пропустив поезд, сразу же захлопывается. Если пренебречь потерями на учечку воздуха между поездом и трубой и потерями на трение качения, то окажется, что поезд совершил поездку, не затратив никакой энергии. В трубе за ним — снова такое же разрежение, как и в начале пути. Выходит, компрессорные станции нужны лишь для компенсации сравнительно небольших потерь. Какой разительный контраст с обычными наземными средствами транспорта, расточительно расходующим энергию Движения на вихреоб-разование и нагрев тормозов!
      Еще более удивительные достоинства пневмотранспорта обнаруживаются при вычислении развиваемой им тяги. В самом деле, атмосферное давление, действующее на вагон диаметром около 3 м, создает тягу в 70 т! Даже при скорости 80 км/ч это эквивалентно тяге нескольких мощных локомотивов. Но такую же тягу атмосферное давление может создавать и при скорости поезда 320 км/ч, что эквивалентна уже 70 тыс. л. с. А на пневмотранспорте с такой титанической работой управляются всего четыре электрокомпрессора суммарной мощностью 10 тыс. л. с. Секрет этого удивительного свойства прост: поезд ускоряется всего 2 мин, а компрессоры работают более или менее постоянно, постепенно накапливая энергию, которая будет потом высвобождена за короткое время. В сущности, такой пневмопоезд не что иное, как уникальной длины катапульта, позволяющая разгонять пассажиров с легко переносимым ускорением.
      Как только мысль о том, что можно строить вакуумиро-ванные тоннели, перестала устрашать инженеров, идея «самокатной дороги», предложенная А. Родных, заиграла новыми, еще более яркими красками. Ведь разгон и торможение поезда можно осуществить не только расширением и сжатием воздуха. Достаточно вакуумированный тоннель сделать сначала уходящим вглубь, а потом снова поднимающимся наверх. В таком своеобразном подобии всем знакомого маятника поезд сначала будет разгоняться, скатываясь вниз, а потом замедляться, поднимаясь вверх. При путешествии в вагоне «самокатной дороги» пассажирам не придется испытывать неприятных ощущений от непрерывного действия ускорений, ибо силы, возникающие при ускорении и замедлении, в сочетании с наклонным полом вагона создадут ощущение неподвижности. Пассажиры смогут спокойно стоять, ходить, пить воду. Только в низшей точке, где спуск переходит в подъем, люди испытывают кратковременную и незначительную перегрузку.
      Скорость, достигаемая поездом в низшей точке, зависит от глубины тоннеля. При глубине 300 м она равняется примерно 280 км/ч, при 1200 м — 560 км/ч. Для сравнения укажем: самые глубокие медные шахты — 1500 м, а алмазные — 3000 м. По-видимому, глубины 1000 м практически будет вполне достаточно для гравитационных дорог. При прокладке тоннелей через каждые 15 — 16 км нужно будет проложить вертикальные шахты диаметром 5 м со скоростными лифтами. В случае аварии через эти шахты можно быстро заполнить вакуумированный тоннель воздухом и поднять пассажиров на поверхность.
      Гравитация оказывается очень ценым подспорьем в работе пневмотранспорта. Сделав начальный и конечный участки пути криволинейными в вертикальной плоскости, можно примерно вдвое снизить мощность компрессорных станций. Именно такой проект Эдвардс разработал для массовых пассажирских перевозок внутри американского мегалополиса. За 13 мин преодолевает пневмогравитационный поезд расстояние между Филадельфией и Нью-Йорком. Его средняя скорость составляет около 625 км/ч, а максимальная — все 800. На весь же маршрут от Бостона до Вашингтона с семью промежуточными остановками поезд затрачивает 1,5 ч.
      Каждый поезд рассчитан на перевозку 3 тыс. пассажиров, из которых 1500 могут сидеть, а 1500 — стоять. При отправке трех поездов в час провозная способность составляет 9 тыс. человек. Эту цифру нетрудно удвоить, отправляя в час по шесть поездов. Каждый поезд на поездку туда и обратно требует 4 ч, поэтому для всей такой гигантской линии нужно всего 12 поездов.
      Разработка системы пневмогравитационного транспорта для мегалополисов закономерно привела ицженеров к тому, чтобы изучить возможности его применения и для внутренних перевозок в крупных современных городах. В отличие от мегалополисной .системы у тоннеля внутригородского пнев-могравитационного транспорта нет горизонтального участка.
      В сущности, он состоит только из спуска и подъема. При расстоянии между станциями 13 км поезд развивает среднюю скорость, с учетрм остановок, около 190 км/ч. Вместимость каждого поезда 6 тыс. пассажиров, из которых 2600 сидят и 3400 стоят. При отправке поезда раз в 10 мин провозная способность одного тоннеля — 36 тыс. пассажиров в час. Любопытно, что длина каждого поезда 800 м. На станциях над местом остановки поезда расположен такой же длинный павильон, что позволяет пассажирам быстро без толкучки входить и выходить из вагонов. По подсчетам специалиста» потребности такого города, как Нью-Йорк, могут быть удовлетворены пневмогравитационной дорогой, содержащей 225 км двойных тоннелей, 19 станций и 18 поездов.
      Необыкновенные свойства пневмогравитационной дороги особенно ярко проявляются при сравнении ее с наземным транспортом. Предположим, что в нашем распоряжении есть экипаж с двигателем неограниченной мощности. Чтобы покрыть расстояние в 13 км на поверхности земли за минимальное время, такой экипаж на первой половине пути, должен непрерывно ускоряться, а на второй половине — замедляться. Поскольку для сохранения хорошего самочувствия пассажиров максимальная допустимая величина ускорения не должна превышать 1,4 м/сек2, скорость в средней части составит 470 кц/ч, а 3,2 мин — теоретический предел времени, за которое наземный пассажирский экипаж может преодолеть 13-километровый горизонтальный участок пути. Уменьшение этого времени возможно только в том случае, если пассажиры согласятся подвергаться перегрузкам. Расход энергии при этом получается огромный.
      А в «самокатной» вакуумной дороге поезд, скатывающийся под действием собственной тяжести на глубину 1300 м, в средней точке достигает скорости 580 км/ч и преодолевает весь путь всего за 2,1 мин, не требуя никаких затрат мощности и не давая пассажирам почувствовать неприятные горизонтальные ускорения (рис. 11).
      Правда, на практике чисто гравитационная система такого типа не очень удобна, ибо на станциях поезда стоят не горизонтально, а под наклоном к поверхности земли. Более практична опять-таки пневмогравитационная система. Поезд с 6 тыс. пассажиров весом в 720 т движется в гравитационном тоннеле с максимальной глубиной 900 м. С помощью атмосферного давления он разгоняется на начальном полуторакилометровом участке, и на таком же участке тормозится, сжимая разреженный воздух. На этих отрезках пути горизонтальные перегрузки составляют лишь 0,93 м/сек2. В течение всего остального пути, где вступает в действие гравитация, перегрузки практически отсутствуют. Такая пневмо-гравитационная система позволяет с помощью компрессорных станций, потребляющих 7,7 тыс. л. сдостичь результата, который на поверхности земли потребовал бы 275 тыс. л. сА Поезд в таком тоннеле разгоняется в средней точке до 540 км/ч и преодолевает 13 км за 3,2 мин.
     
      * * *
     
      Возможности пневмогравитационной системы еще не оценивались применительно к грузовым перевозкам. Не исключено, что они окажутся эффективнее нынешних способов благодаря своей экономичности, скорости, огромной пропускной способности. И когда пневмогравитационные грузовые и пассажирские линии протянутся на самых оживленных, на самых напряженных, участках мировых торговых и транспортных путей, мы сможем утверждать: арсенал классического трубопроводного транспорта пополнится новой, уникальной разновидностью — транспортом пневмограеитационным.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Распознавание текста книги с изображений (OCR) — творческая студия БК-МТГК.

 

 

НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru