100 великих чудес техники - Сергей Мусский

TGV-A оборудован электрическим тормозом, независящим от контактной сети, ведь синхронный тяговый двигатель в генераторном режиме возбуждается от батареи, а тормозная мощность гасится на сопротивлениях. Для вагонов этого состава разработаны дисковые тормоза, обеспечивающие тормозное усилие, на семьдесят процентов превышающее достигнутое на TGV.

Так как пассажироемкость поезда TGV-A выше, чем TGV, на нем получено значительное снижение расхода энергии на пассажиро-километр. Эта экономия во многом достигнута благодаря улучшению аэродинамики. Расчеты показывают, что издержки на содержание поездов TGV-A из расчета на один пассажиро-километр также меньше на двадцать процентов».

На первом этапе Национальное общество французских железных дорог (НОФЖД) построило линию TGV-Юго-Восток, в которую вошли магистраль Париж – Лион и примыкающие к ней участки Юго-Восточного региона. При создании этой линии проектировщики и строители придерживались двух принципов. С одной стороны, скоростная линия должна органически сливаться с существующими железными дорогами, то есть их подвижной состав и скоростные экспрессы могут беспрепятственно переходить со скоростной магистрали на примыкающие участки и обратно. С другой – предусмотрена строгая специализация скоростных линий на перевозку пассажиров.

Естественно, при движении экспрессов по обычным линиям скорость их ограничивается техническими обустройствами этих магистралей. Такое решение позволило в полной мере использовать существующие станционные сооружения, вокзалы и не создавать для скоростных линий новую инфраструктуру. Кроме того, способность скоростных поездов продолжать движение по обычным стальным транспортным артериям позволяет обеспечить беспересадочную доставку пассажиров на многочисленные станции, расположенные на ответвлениях высокоскоростных линий.

Разделение грузового и пассажирского движения повышает эффективность перевозок за счет увеличения частоты следования поездов на специализированных участках. Это наиболее оптимальный вариант с точки зрения обеспечения безопасности движения. К тому же при строительстве линий, специализированных только на скоростное пассажирское движение, можно наиболее полно и экономично решить проблемы реализации высоких скоростей.

Французский опыт показывает, что скоростные линии довольно эффективно можно использовать и для продвижения скоростных почтовых, а также рефрижераторных составов.

Высокоскоростная линия TGV-Юго-Восток проектировалась для скорости движения до 300 километров в час – с резервом на будущее. К 1990-м годам пассажирские поезда курсировали здесь с максимальной скоростью 270 километров в час, а коммерческая скорость в сообщении Париж – Лион достигла 213 километров в час, что позволило сократить время хода экспрессов в среднем на 1 час 50 минут. Опыт эксплуатации магистрали связывающей Париж с регионом, где проживает около сорока процентов населения страны, показал ее эффективность.

Надежной оказалась и линия TGV: на миллион километров пробега всего 1,7 остановок поездов из-за неисправности оборудования. Столь высокие показатели работоспособности подвижного состава обеспечиваются четко действующей службой профилактического ремонта. Высокоскоростные поезда регулярно проходят технический осмотр.

В 1989 году началась эксплуатация западной ветви TGV Атлантической линии высокоскоростной железной дороги Париж – Ле-Ман. На год позже было открыто движение высокоскоростных поездов на юго-западной ветви этой линии до города Тур.

В Париже большая часть линии проложена в крытых галереях. Это позволило повысить безопасность. Вдоль магистрали устроены пешеходные и велосипедные дорожки, разбиты цветники и газоны. В густонаселенной местности для снижения уровня шума и вибрации вдоль линии устанавливаются защитные барьеры и экраны. Для прохода через линию диких животных устроено десять специальных переходов, засеянных травой.

В рамках дальнейшего развития сети западноевропейских скоростных железных дорог во Франции был построен TGV-Север для связи с Лондоном, через тоннель под проливом Ла-Манш, с Бельгией, Нидерландами и ФРГ. Кроме того, были соединены все три линии TGV.

Высокоскоростные поезда создали Германия, Италия, Япония, США, Австралия. В России же подобный поезд «Сокол» (ВСМ250) находится лишь в стадии опытной эксплуатации.

Предполагается, что его масса составит 712 тонн. «Сокол» будет состоять из четырех моторных вагонов, вагонов с преобразователями, прицепных и концевых – всего 12. Общее число пассажиров – 712. Конструкционная скорость – 250 километров час.

Магнитопланы

Магнитоплан – серьезная попытка составить конкуренцию авиации. При всей скорости самолетов, аэродромы обычно строят далеко от центра, так что на дорогу до них надо потратить еще 1,5-2 часа. В то же время железнодорожные вокзалы расположены гораздо удобнее. Конечно, сконструировать обычный поезд, способный состязаться с самолетом, непросто. Хотя бы потому, что при скорости 500 километров в час центробежные силы угрожают разорвать колеса. Выход один – отказаться от колес.

Основоположник космонавтики Константин Эдуардович Циолковский еще в 1927 году предложил построить поезд на воздушной подушке. Прошло много лет, пока в 1960-е годы реализовать эту идею пробовали французские инженеры. Однако попытка оказалась неудачной. Экспериментальный вагон с сумасшедшей скоростью носился по бетонному желобу, оглашая при этом окрестности диким ревом двух авиационных двигателей, Один из двигателей создавал воздушную подушку, второй же «отвечал» за горизонтальную тягу. Зная жесткие требования в Европе к экологии, можно догадаться, что даже одного шума было достаточно для того, чтобы поставить крест на проекте. По той же причине, кстати, так и не нашли применения локомотивы с турбореактивными двигателями и даже со значительно более тихими газотурбинными.

Создать воздушную подушку могут мощные компрессоры, но где для их работы найти соответствующие двигатели. Дизели потребляют слишком много топлива. Нет пока автономных электродвигателей, пригодных для установки на транспортные машины такого класса.

К счастью, нашелся еще один путь и, по-видимому, оптимальный: «подвесить» поезд над (или под) рельсами. Такое решение нашел немецкий инженер Герман Кемпер в 1934 году. Он назвал свое изобретение магнитной подвеской. Работа подвески Кемпера основана на известном всем принципе – одноименные полюса магнитов отталкиваются.

Самый простой вариант реализации идеи – выложить как путь, так и днище поезда постоянными магнитами с соответствующей ориентацией полюсов. Тягу же будет создавать линейный электродвигатель. Такой двигатель имеет своеобразные ротор и статор. В отличие от обычного электромотора, где они свернуты в кольца, здесь они растянуты в полосы. Включаясь поочередно, обмотки статора создают бегущее магнитное поле. Укрепленный на локомотиве статор втягивается в это поле и движет весь состав.

Однако подобная магистраль с постоянными магнитами стоит дорого, да и их подъемная сила мала. Напрашивается другой вариант – использовать на составе и на рельсах электромагниты. Но опять же держать все время под напряжением путевые обмотки нерационально. Значит, надо подавать питание только в те катушки, над которыми в данный момент находится поезд. Достаточно сильное магнитное поле состава будет проводить ток в путевых обмотках. В свою очередь, они создадут магнитное поле.

Другой способ решения проблемы – покрыть путь сплавом с малым электрическим сопротивлением. В сплаве возникнут индукционные токи, вполне достаточные для создания сильного магнитного поля.

Работы по созданию магнитопланов ведутся уже не одно десятилетие в Германии, США, Японии и России. В Советском Союзе к началу 1980-х появился опытный линейный участок пути и экспериментальный вагон. Однако дальше эксперимента дело не пошло. Так остались в проектах идеи связать при помощи магнитоплана московские аэропорты Шереметьево и Домодедово с Центральным аэровокзалом, как и трасса от Еревана до курортной зоны на берегу озера Севан.

Наибольших успехов достигли немцы и японцы. Немецкие фирмы «Хеншель» и «Тиссен» занимались реализацией программы «Трансрапид». Уже к середине 1980-х была построена опытная трасса с линейным и двумя кольцевыми участками. На ней испытали поезд, достигший скорости 500 километров час. Кроме того, были опробованы конструкции пути, стрелочные переходы, станционные сооружения, системы безопасности. Рассматривались два варианта поездов в зависимости от дальности следования и предполагаемых маршрутов. Для сообщения городов с аэропортами требуются двухвагонные на 164 человека, а для междугородных поездок более вместительные десятивагонные на 820 человек.

Создатели «Трансрапида» удивили простой и в то же время неожиданной схемой магнитной подвески. Немецкие конструкторы нашли парадоксальное решение: они использовали не отталкивание одноименных полюсов, а притягивание разноименных. Подвесить груз над магнитом несложно, и эта система будет устойчива. Разместить же груз под магнитом практически невозможно. Ситуация в корне меняется, если использовать управляемый электромагнит. Бдительная система контроля сохраняет величину зазора между магнитами постоянной – в несколько миллиметров. Стоит зазору измениться, и система оперативно реагирует. При увеличении зазора она повышает силу тока в несущих магнитах и таким образом «подтягивает» вагон, а при уменьшении – понижает силу тока, и зазор увеличивается.