Как поезда полетели над рельсом. Что такое маглев – технология будущего, которой 50 лет

В сентябре в Польше испытали первый в мире поезд на магнитном рельсе – он может развивать скорость до 550 км/ч. Магнитный рельс – это упрощенный вариант маглева (магнитной левитации), позволяющий использовать имеющуюся железнодорожную инфраструктуру.

А что же такое маглев? Самыми быстрыми из поездов считаются маглевы, двигающиеся на магнитной подушке. В процессе движения они не касаются рельсов, то есть на них не влияет сила трения — их тормозит разве что сопротивление воздуха. Благодаря этому маглевы могут разгоняться до скорости более 400 км. Liga.Tech разобралась, как работает эта технология, почему не получится заменить все обычные поезда маглевами и каковы опасности и преимущества для людей.

Как развивалась технология магнитной левитации

Первые страницы истории маглевов были заполнены многими патентами, полученными в начале XX века в разных странах.

В конце 1960-х годов исследователи перешли от теории к практике. Британскому инженеру Эрику Лейзвейту, которого называют "отцом маглевов", удалось разработать первый рабочий полноразмерный прототип линейного асинхронного двигателя.

В 1979 году появился первый в мире прототип поезда на магнитной подушке, лицензированный для предоставления услуг по перевозке пассажиров – Transrapid 05. Испытательный трек длиной 908 м был построен в Гамбурге и представлен на выставке IVA 79. Интерес к проекту оказался настолько большим, что Transrapid 05 удалось успешно проработать еще три месяца после окончания выставки и перевезти около 50 000 пассажиров. Максимальная скорость этого состава составляла 75 км/ч.

Монорельсы КПИ и монорельсовая дорога в Киеве

В истории Киевского политеха были научные разработки, которые начинались именно в КПИ, казались достаточно прогрессивными, но по разным причинам не нашли дальнейшего развития в Украине. В частности, монорельсовая дорога с линейным электроприводом – разработка 1960–1970-х годов на кафедре электропривода и автоматизации промышленных установок с участием кафедры электрических машин на электроэнергетическом факультете.

История украинского монорельсового транспорта с линейным асинхронным двигателем началась с разработки сотрудниками КПИ модели вагончика с линейным двигателем для праздничного демонстрационного стенда мощностью всего 15 Вт. В 1966 году был создан вагон для шести пассажиров и водителя с двумя линейными тяговыми двигателями мощностью 5 кВт. Это и позволило получить от правительства Украины средства на строительство кольцевой дороги длиной 525 м вокруг ВДНХ.

В 1966 году НИИ "Промтранспроект" разработал для Киева проект подвесной монорельсовой трассы от станции метро "Гидропарк" до моста Патона протяженностью 1,8 км. На ней должны были размещаться две станции. Дорога должна была проходить на высоте 6-11 м. По трассе должен был курсировать вагон весом 20 т, рассчитанный на 120 пассажиров. Тяговые двигатели мощностью 160 кВт должны были обеспечить максимальную скорость 120 км/ч.

В 1970 году была спроектирована линия "Березняки – Гидропарк" протяженностью 3,5 км. Очень заинтересовались инициативой в Казахстане, поскольку метро построить там не удалось, планировали новый экзотический вид транспорта. Но вскоре работы над проектами были остановлены. Если бы проект не закрыли, эта технология могла бы в будущем уменьшить количество транспортных проблем города, например, быть прекрасной альтернативой киевскому метро.

Усилия политехников не пропали зря. Монорельсовая дорога была построена в 1967 году на территории ВДНХ в Голосееве. Ее считают первой в мире трассой монорельса с линейным электроприводом (например, транспортная система "Трансрапид-01" с линейным двигателем и магнитным подвесом в Германии начала строиться в 1969 году). Демонстрационная монорельсовая дорога на ВДНХ просуществовала до 1972 года и была разобрана при строительстве павильона товаров народного потребления.

Как работают маглевы

Как можно понять с термина "магнитная подушка", маглевы держатся в воздухе и двигаются за счет электромагнитного поля. Огромные магниты есть как на поездах, так и на путях, по которым они ездят. За счет отталкивания одинаковых магнитных полюсов конструкция левитирует, а притягивание разных магнитных полюсов позволяет быстро двигаться. Поскольку для поддержания огромных конструкций в воздухе и более быстрого движения требуется мощное магнитное поле, технология предполагает использование очень тяжелых магнитов. Так что строить пути для движения маглевов очень сложно.

Поезда на магнитных подушках не являются новой концепцией и используются в Китае, Южной Корее и Японии. Система магнитной левитации удерживает поезд над рельсами и двигает его вперед. Поезд фактически плывет на высоте 5 см над рельсами и двигается на воздушной подушке. Поезда на магнитной подвеске быстрее и тише обычных.

Китай и Япония соревнуются за лидерство в разработке к 2040 году первой в мире железной дороги дальнего следования для сверхбыстрого левитирующего поезда на магнитной подвеске. Китайцы и японцы создают новые виды поездов, стремясь продемонстрировать свое преимущество, и победивший в этой гонке получит огромную прибыль от экспорта технологии высокоскоростного железнодорожного транспорта следующего поколения.

В августе 2022 года в Южном Китае впервые продемонстрирована первая в мире экспериментальная железнодорожная транспортная система — Red Rail. Ее наиболее заметной особенностью является подвеска с нулевой мощностью, которая может сэкономить не менее 31% электроэнергии, необходимой для подвешивания поездов с использованием предыдущей технологии магнитной левитации.

В Польше же испытали первый в мире поезд на магнитном рельсе. В этот стартап было вложено более 5 млн евро. Эта технология, разработанная польским стартапом Nevomo, позволяет поездам подниматься и левитировать над рельсами, развивая высокую скорость — до 550 км/ч.

Чем поезда на магнитной подушке лучше обычных

Наиболее очевидным преимуществом поездов на магнитной подушке против обычных является высокая скорость движения. Учитывая, что во время езды не возникает трения с рельсами, а обтекающая форма сводит к минимуму аэродинамическое сопротивление, маглевы могут ездить так же быстро, как летают самолеты – от 600 до 900 км/ч. 

Также одним из преимуществ транспорта  на магнитной подвеске является тот факт, что у них нет движущихся частей, как в обычных поездах, что делает износ деталей минимальным, а это значительно снижает стоимость обслуживания. Еще из нюансов: между поездом и путями отсутствует физический контакт, поэтому нет сопротивления качению, что обеспечивает пассажирам более спокойное и плавное путешествие. 

Важный плюс также в том, что они потребляют меньше энергии, чем автомобили и самолеты. Маршруты на магнитной подвеске к тому же не разделяют ландшафт, как это обычно делают автомагистрали и железнодорожные пути. Животные могут переходить дорогу под надземными конструкциями на магнитной подвеске, что они делают без сомнений, а фермеры могут спокойно обрабатывать землю, как показывают наблюдения и опыт на испытательных объектах в префектуре Яманаси в Японии и в немецком городе Латен в Эмсланде.

Минусы поездов на магнитной подушке

Самым главным из недостатков считают то, что проложенные для маглевов рельсы совершенно непригодны для других видов транспорта. Поезд на магнитной подвеске не совместим с обычными железнодорожными путями, что делает их строительство очень дорогим, поскольку требуются новые пути. Также есть теория, что  маглев имеет вредное электромагнитное излучение, но тесты доказали, что такие утверждения ошибочны. 

Страшнейшая катастрофа с маглевом

Преимуществ у маглевов гораздо больше, чем недостатков. Почему бы полностью не заменить ими поезда? К сожалению, опыт показывает, что высокая скорость может оказаться опасной.

Первой страной, решившейся протестировать поезда на магнитной подушке, стала Германия. В 1979 году на территории немецкого района Эмсланд был построен испытательный центр для проведения заездов поезда компании Transrapid. Они прошли неплохо, поэтому в 1984 году была проложена 31,5-километровая трасса, позволившая поездам ездить со скоростью до 420 км/ч.

В последующие годы жители Германии могли быстро передвигаться между коммунами Дерпен и Латен, но в 2006 году произошла большая трагедия — из-за сбоя в сигнализации поезд Transrapid 08 на скорости 160 км/ч врезался в вагон ремонтной службы. В результате происшествия погиб 21 пассажир, а 10 из них были серьезно ранены. В 2011 году срок действия лицензии Transrapid истек, из-за чего дорогу пришлось закрыть. Еще раньше закрыли трассу маглева в аэропорту британского Бирмингема. Она проработала с 1984 по 1995 год и была закрыта из-за перебоев с электричеством.

Из-за высокой скорости движения маглевы считаются опасными для людей. Полностью заменить ими поезда никто не решается из-за наличия упомянутых недостатков и опасности.