Вакуум на службе транспорта: от пневмопочты до Hyperloop — Naked Science
15.09.2014
22 минуты
Редакция

Вакуум на службе транспорта: от пневмопочты до Hyperloop

Проект Hyperloop, вакуумный поезд современности, грозится перевернуть общественный транспорт. Глава SpaceX Элон Маск заявляет, что это будет «пятым видом транспорта». Однако с чего все это началось? Пневмопочта, пневматическая железная дорога и другие представители «вакуумного» семейства прошлого.

Trubnaya_transportnaya_sistema_iz_multfilma_Fut

У этого вида транспорта есть множество названий и разновидностей – пневмотранспорт, пневматическая железная дорога, вакуумный поезд… Однако все это многообразие при ближайшем рассмотрении объединяет один и тот же принцип – создание тяги или необходимая скорость здесь обеспечивается через манипуляции с давлением воздуха.

 

В основном тяга достигается при помощи создания разности между давлением в воздушной среде, при формировании сжатого или разреженного воздуха, либо частичного или полного вакуума.

 

Практически всегда в данном транспорте используется труба, в которой и совершаются все необходимые трансформации среды. А основные отличия между разновидностями «вакуумного транспорта» заключаются в том, каким способом осуществляется тяга и где находится сосуд (капсула, вагон) с грузом – внутри трубы или вне ее.

 

Обратимся к прошлому и посмотрим, с чего начиналась история «пятого вида транспорта».

 

 

Отцы пневматики

 

По некоторым данным основы пневмотранспорта были заложены еще в первом столетии нашей эры греческим инженером Героном Александрийским в его трактате «Пневматика».

 

Пневмопочта – перемещение штучных или сыпучих объектов в легкой капсуле при помощи разреженного воздуха или частичного вакуума, генерируемого в замкнутой (часто подземной) трубе, была изобретена английским инженером Уильямом Мердоком в первой половине XIX века.

 

Широкое распространение, однако, пневмопочта получила лишь к началу XX века, и до сих пор используется некоторыми учреждениями, например банками (Сбербанк) и некоторыми торговыми сетями (IKEA, Media Markt).

 

Пневматическая почта / ©Alamy

 

Идея же о практическом перемещении не только грузов, но и людей при помощи создания искусственных неоднородностей в давлении воздуха появилась в 1812 году, когда английский изобретатель Джордж Мэдхерст поделился ею с научным сообществом.

 

В частности, он предлагал две возможные версии нового вида транспорта: либо капсула сама по себе должна была стать поршнем, на который действует давление воздуха в железной трубе, либо она должна была быть соединена с небольшим поршнем, который вводится в трубу и под воздействием сжатого или разреженного перемещает вагон.

 

Первый вариант с некоторыми допущениями можно назвать предшественником концепций вакуумных поездов и даже самого Hyperloop, однако второй оказался более реализуем для технологий первой половины XIX века.

 

Впрочем, при жизни Мэдхерста ни один из них реализован так и не был.

 

 

Проба поршня

 

Хотя миниатюрные модели пневматической железной дороги были созданы в середине 1830-х годов, первыми, кто практически реализовал этот транспорт в натуральную величину, являются изобретатели Джейкоб Самуда и Сэмюэль Клегг, запустившие первую в истории действующую линию этого транспорта в 1840 году.

 

Инженеры с вниманием отнеслись к работам Мэдхерста и вдохновились ими, создав на западе Лондона линию пневматической железной дороги длиной примерно в 800 метров.

 

Замысел был довольно прост: между рельсами располагалась железная труба с отверстием наверху, а вагон обладал специальным поршнем, который находился под вагоном и помещался в это отверстие.

 

На всем протяжении трубы отверстие было закрыто медвежьей кожей (для герметичности), и открывалось лишь под поршнем, что обеспечивалось специальными клапанами.

 

На одном из концов трубы находился насос мощностью в 16 лошадиных сил, который выкачивал воздух из трубы. В самой трубе, таким образом, появлялась разность в давлении – разреженный воздух впереди поршня и более плотный позади, что приводило к давлению на поршень и движению всего вагона вдоль трубы.

 

Насос находился только на одном из концов трубы, и движение вагона обратно обеспечивала сила тяготения – к точке назначения поезд двигался в гору, и возвращался поэтому под уклон.

 

Максимальная скорость, которой удалось достичь при испытаниях дороги, составила 48 км/ч.

 

 

Пневматический бум

 

Демонстрационная линия Самуды и Клегга просуществовала два года и, разумеется, привлекла к себе внимание общественности, ученых и даже правительства, которое всерьез заинтересовалось перспективами нового транспорта.

 

Свои силы решили испытать и другие инженеры, начался своеобразный бум развития пневмотранспорта, который поддерживался государственными кредитами. Первой коммерческой линией пневматической железной дороги стала Dalkey Atmospheric Railway в Ирландии, покрывшая более 2 км между Дублином и Кингстауном.

 

Прибытие в Кингстаун поезда Dalkey Atmospheric Railway / ©London News

 

В августе 1843 года она открылась для общественного использования, а к марту 1844 вышла на показатель в 4,5 тысячи пассажиров в неделю. Просуществовала Dalkey Atmospheric Railway более десяти лет и была закрыта в 1855 году.

 

Прогресс наблюдался не только на территории Британской империи. Самой «живучей» линией оказалась Paris-Saint-Germain во Франции длиною в 8,5 км, которая была открыта для коммерческого использования в 1847 году, а закрылась в 1860-м.

 

Если не считать относительно удачных, но все же весьма краткосрочных и всего лишь демонстрационных проектов подземной пневматической железной дороги в Нью-Йорке во второй половине XIX века, то на Paris-Saint-Germain развитие и даже использование этого вида транспорта временно обрывается.

 

Концепт вагона Paris-Saint-Germain / ©la Vie du Rail

 

Главная причина – низкий КПД по сравнению с другими видами железнодорожного транспорта. О пневматической тяге на время забыли.

 

В современности, впрочем, развитие технологий позволило претворить в жизнь более эффективные проекты на основе того же принципа, правда, не столь многочисленные.

 

В Индонезии и Бразилии в данный момент действуют так называемые «аэромовелы» (Aeromovel) – те же пневматические железные дороги с вагонами без машинистов, только движущиеся по эстакадам и с электрическими насосами на протяжении всей трубы, в которой создается частичный вакуум, и электрическим же питанием от рельсов. Также, конечно, аэромовелы обладают куда более совершенной технологией клапанов, чем их предшественники из XIX века.

 

К повсеместному распространению этого экологичного вида транспорта, вероятно, не приводит все тот же сравнительно низкий КПД и популярность других видов общественного транспорта.

 

 

Движение без трения

 

В начале 1910-х годов, еще до своего воплощения в научной фантастике, идея вакуумного поезда – то есть поезда, движущегося по трубе с откачанным воздухом и не касающегося при этом стенок из-за магнитной левитации – была опытным путем продемонстрирована в российской лаборатории.

 

Ученый Борис Вейнберг из Томского технологического института тогда разработал концепцию «магнитоплана», которая стала довольно известна не только в России, но и за рубежом.

 

Несмотря на довольно сложное для страны время, Вейнберг прямо в лаборатории построил работающую модель вакуумного поезда на электромагнитном подвесе, а затем опубликовал работу «Движение без трения», где описал основные принципы разработанного им нового вида транспорта.

 

Вейнберг со своей моделью вакуумного поезда / ©Вести.Ru

 

Аналогичные эксперименты проводил примерно в то же время американский изобретатель французского происхождения Эмиль Башле, который даже представил похожую работающую модель в Лондоне в 1914 году.

 

Но тут началась Первая мировая война, и странам Европы стало не до науки. Проекты ученых были на время забыты, однако о работах по крайней мере Башле затем вспомнили, что при последующих экспериментах привело в 1960-х годах к созданию маглевов – поездов, движимых силой электромагнитного поля.

 

Концепция вакуумных же поездов переместилась в научную фантастику, и долгое время служила в основном предметом рассуждений и мечтаний писателей и футурологов. Нечто похожее пытались реализовать в Швейцарии, однако проект закрыли после сомнений в его коммерческой рентабельности.

 

Так было до начала 2010-х годов.

 

 

Пятый вид транспорта

 

В 2010 году китайские ученые заявили о том, что к 2020 году собирается построить первый вакуумный поезд, способный развивать скорость до 1000 км/ч. С тех пор, правда, о проекте ничего не слышно.

 

А в 2012 году Элон Маск – основатель SpaceX, Tesla Motors и SolarCity – заявил, что готов подарить миру концепцию пятого вида транспорта (после водного, воздушного, автомобильного и железнодорожного) – Hyperloop.

 

Транспортная система Hyperloop / ©SpaceX

 

Проект, правда, не следует целиком концепции вакуумного поезда – в Hyperloop, к примеру, вообще не используется магнитная левитация – однако он очень близок к ней.

 

Маск предложил построить между Сан-Франциско и Лос-Анджелесом (550 км) подземную или наземную трубу диаметром приблизительно в 2,2 метра, в которой в частичном вакууме (давление – 1/1000 атмосферного) капсулы из плотного алюминия перевозили бы людей на скоростях порядка 1000 км/ч – что достигалось бы, конечно, практически отсутствующим трением среды.

 

Та часть воздуха, которая должна быть в трубе, втягивалась бы насосом на носу капсулы и передавалась бы под «лыжи» поезда – таким образом, капсула бы не касалась стенок трубы, левитируя над ее поверхностью.

 

Движение и торможение самого поезда осуществлялось бы установленными на нем линейными электродвигателями.

 

Расположение пассажиров в капсуле Hyperloop / ©SpaceX

 

По словам Маска, такой поезд способен перевезти пассажиров по указанной междугородней дистанции менее чем за полчаса, к тому же по довольно низкой цене за билет.

 


Одним из проектов вакуумного поезда также является трансатлантический подводный поезд Великобритания-США на основе магнитной левитации, правда, проект пока что находится на стадии самого раннего концепта.

 

©Maxicep ?nternet Hizmetleri


 

При переносе на российскую географию это говорит о том, что Hyperloop домчал бы пассажиров из Москвы в Санкт-Петербург примерно за 40 минут, что, конечно, стало бы воплощением мечтаний очень и очень многих.

 

Плюсов добавляет экологичность транспорта и отсутствие пробок. Перегрузки на организм пассажиров также сведены к минимуму и по расчетам будут составлять 0,5 g.

 

Впрочем, компьютерное моделирование показало, что при всех заявленных характеристиках концепцию Hyperloop следует значительно усовершенствовать. Стоимость проекта, названная Маском в 6 миллиардов долларов, по мнению многих специалистов, значительно недооценена, ведь речь идет о действительно новом виде транспорта.

 

Различные политические и экономические препятствия также пока что стоят на пути Маска, и реализация проекта на данный момент отложена на неопределенный срок. Тем не менее, Маск все же собирается построить демонстрационную модель (прямо как Самуда и Клегг), чтобы доказать реализуемость и эффективность Hyperloop.

 

В мультфильме «Футурама» гигантские пневматические трубы, по которым люди самостоятельно, но нарочито нелепо перемещаются через мегаполис образца 3000-ого года, служат высмеиванием наивных экстраполяций современных тенденций касательно технологий будущего.

 

Вероятно, современники Мэдхерста и Самуды могли всерьез написать что-то подобное, однако никто из них не подозревал, что пневматическая железная дорога окажется на обочине научно-технического прогресса спустя всего 20 лет после своего яркого дебюта в Лондоне.

 

Может, схожая судьба ждет и китайский вакуумный поезд, и американский Hyperloop. Однако во времена, когда технологический прогресс движется быстрее, чем когда-либо раньше и продолжает ускоряться, возможно все.

 

Как изменится лицо мирового общественного транспорта, если демонстрационная модель Hyperloop окажется успешной? Загадывать, как показывает опыт прошлого, не стоит.

 

Однако помечтать о 40-минутном путешествии из Санкт-Петербурга в Москву, стоя в многочасовой пробке, вряд ли вредно.

 

Позавчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Позавчера, 15:31
4 минуты
Илья Ведмеденко

По оценкам американских специалистов, одно место на пилотируемой версии корабля Dragon стоит 55 миллионов долларов. Это намного дешевле стоимости одного места на аппаратах серии «Союз».

Позавчера, 14:05
7 минут
Полина Гершберг

Новая работа предложила объяснение того, как могущественное государство погибло при нападении более слабых соседей.

Позавчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

Позавчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

ulogin_facebook_1694105993937902
11:19
-
0
+
Кто-то может объяснить для чего нужна турбина (лопасти) транспорту хайперлуп , ведь там же должен быть вакуум ???
    ulogin_vkontakte_22720117
    11:19
    -
    0
    +
    Где про турбину сказано?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: