Як потяги змусили літати над рейкою. Що таке маглев – технологія майбутнього, якій вже 50 років

У вересні у Польщі випробували перший у світі поїзд на магнітній рейці – він може розвивати швидкість до 550 км/год. Магнітна рейка – це спрощений варіант маглева (магнітної левітації), який дозволяє використовувати наявну залізничну інфраструктуру.

А що ж таке саме маглев? Найшвидшими з потягів вважаються маглеви, які рухаються на магнітній подушці. У процесі руху вони не торкаються рейок, тобто на них не впливає сила тертя — їх гальмує хіба що опір повітря. Завдяки цьому маглеви можуть розганятися до швидкості понад 400 км. Liga.Tech розібралась, як працює ця технологія, чому не вийде замінити всі звичайні потяги маглевами і які небезпеки й переваги для людей вона має.

Як розвивалася технологія магнітної левітації

Перші сторінки історії маглевів були заповнені багатьма патентами, отриманих на початку XX століття у різних країнах. 

Наприкінці 1960-х років дослідники перейшли від теорії до практики. Британському інженеру Еріку Лейзвейту, якого називають "батьком маглевів", вдалося розробити перший робочий повнорозмірний прототип лінійного асинхронного двигуна.

У 1979 році з'явився перший у світі прототип поїзда на магнітній подушці, ліцензований для надання послуг з перевезення пасажирів – Transrapid 05. Випробувальний трек довжиною 908 м був побудований в Гамбурзі та представлений на виставці  IVA 79. Інтерес до проєкту виявився настільки великим, що Transrapid 05 вдалося успішно опрацювати ще три місяці після закінчення виставки та перевезти загалом близько 50 000 пасажирів. Максимальна швидкість цього потяга складала 75 км/год.

Монорейки КПІ та монорейкова дорога в Києві

В історії Київського політеху були наукові розробки, які починалися саме в КПІ, видавалися досить прогресивними, але з різних причин не знайшли подальшого розвитку в Україні. Зокрема, монорейкова дорога з лінійним електроприводом – розробка 1960–1970-х років на кафедрі електроприводу й автоматизації промислових установок за участю кафедри електричних машин на електроенергетичному факультеті.

Історія українського монорейкового транспорту з лінійним асинхронним двигуном почалася з розробки співробітниками КПІ моделі вагончика з лінійним двигуном для святкового демонстраційного стенда потужністю лише 15 Вт. У 1966 році був створений вагон для шістьох пасажирів і водія з двома тяговими лінійними двигунами потужністю 5 кВт. Це і дозволило отримати від уряду України кошти на будівництво кільцевої дороги завдовжки 525 м навколо ВДНГ.

У 1966 році НДІ "Промтранспроєкт" розробив для Києва проєкт навісної монорейкової траси від станції метро "Гідропарк" до моста Патона довжиною 1,8 км. На ній повинні були розташовуватися дві станції. Дорога мала проходити на висоті 6–11 м. Трасою повинен був курсувати вагон вагою 20 т, розрахований на 120 пасажирів. Тягові двигуни потужністю 160 кВт мали забезпечити максимальну швидкість 120 км/год.

У 1970 році було спроєктовано лінію "Березняки – Гідропарк" завдовжки 3,5 км. Дуже зацікавилися ініціативою в Казахстані, оскільки метро там побудувати не вдалося, планували новий екзотичний вид транспорту. Та незабаром роботи над проєктами були зупинені. Якби проєкт не закрили, ця технологія могла б в майбутньому зменшити кількість транспортних проблем міста, наприклад бути чудовою альтернативою київському метро.

Зусилля політехніків не пропали марно. Монорейкова дорога була побудована в 1967 році на території ВДНГ в Голосієві. Її вважають першою у світі трасою монорейки з лінійним електроприводом (наприклад, транспортна система "Трансрапід-01" з лінійним двигуном і магнітним підвісом в Німеччині почала будуватися в 1969 році). Демонстраційна монорейкова дорога на ВДНГ проіснувала до 1972 року і була розібрана під час будівництва павільйону товарів народного споживання. 

Як працюють маглеви

Як можна зрозуміти з терміна "магнітна подушка", маглеви тримаються в повітрі й рухаються завдяки електромагнітному полю. Величезні магніти є як на поїздах, так і на коліях, якими вони їздять. Шляхом відштовхування однакових магнітних полюсів конструкція левітує, а притягування різних магнітних полюсів дає можливість швидко рухатися. Оскільки для підтримки величезних конструкцій у повітрі й більш швидкого руху потрібно потужне магнітне поле, технологія передбачає використання дуже важких магнітів. Тож будувати шляхи для руху маглевів дуже складно.

Потяги на магнітних подушках не є новою концепцією і вже використовуються у Китаї, Південній Кореї та Японії. Система магнітної левітації утримує поїзд над рейками та рухає його вперед. Потяг фактично пливе на висоті 5 см над рейками та рухається на повітряній подушці. Потяги на магнітній підвісці швидші та тихіші за звичайні.

Китай та Японія змагаються за лідерство у розробці до 2040 року першої у світі залізниці далекого прямування для надшвидкого поїзда, що левітує, на магнітній підвісці. Китайці та японці створюють нові види поїздів, прагнучи продемонструвати свою перевагу, і той, хто переможе у цій гонитві, отримає величезний прибуток від експорту технології високошвидкісного залізничного транспорту наступного покоління.

У серпні 2022 року в Південному Китаї вперше продемонстровано першу у світі експериментальну залізничну транспортну систему — Red Rail. Її найпомітнішою особливістю є підвіска з нульовою потужністю, яка може заощадити не менше як 31% електроенергії, що необхідно для підвішування поїздів з використанням попередньої технології магнітної левітації.

У Польщі ж випробували перший у світі поїзд на магнітній рейці. В цей стартап було вкладено понад 5 млн євро. Ця технологія, розроблена польським стартапом Nevomo, дозволяє потягам підійматися та левітувати над рейками, розвиваючи високу швидкість – до 550 км/год.

Чим поїзди на магнітній подушці кращі за звичайні

Найочевиднішою перевагою потягів на магнітній подушці проти звичайних є висока швидкість руху. З огляду на те що під час їзди не виникає тертя з рейками, а форма, що обтікає, зводить до мінімуму аеродинамічний опір, маглеви можуть їздити так само швидко, як літають літаки – від 600 до 900 км/год. 

Також однією з переваг транспорту  на магнітній підвісці є той факт, що в них немає частин, що рухаються, як у звичайних потягах, що робить знос деталей мінімальним, а це значно знижує вартість обслуговування. Ще з нюансів: між потягом та коліями відсутній фізичний контакт, тому немає опору коченню, що забезпечує пасажирам більш спокійну та плавну подорож. 

Важливим плюсом також є те, що вони споживають менше енергії, ніж автомобілі та літаки. Маршрути на магнітній підвісці також не "розділяють ландшафт", як це зазвичай роблять автомагістралі та залізничні колії. Тварини можуть переходити дорогу під надземними конструкціями на магнітній підвісці, що вони роблять без вагань, а фермери можуть спокійно обробляти землю, як показують спостереження та досвід на випробувальних об'єктах у префектурі Яманасі в Японії та у німецькому місті Латен в Емсланді.

Мінуси потягів на магнітній подушці

Найголовнішим із недоліків вважають те, що прокладені для маглевів рейки зовсім непридатні для інших видів транспорту. Поїзд на магнітній підвісці не сумісний зі звичайними залізничними коліями, що робить їх будівництво дуже дорогим, оскільки потрібні нові шляхи. Також є теорія, що  маглев має шкідливе електромагнітне випромінювання, але тести довели, що такі твердження хибні. 

Найстрашніша катастрофа з маглевом

Переваг у маглевів набагато більше, ніж недоліків. Чому б повністю не замінити ними потяги? На жаль, досвід показує, що висока швидкість може бути небезпечною.

Першою країною, яка наважилася протестувати потяги на магнітній подушці, стала Німеччина. У 1979 році, на території німецького району Емсланд, було збудовано випробувальний центр для проведення заїздів поїзда компанії Transrapid. Вони пройшли непогано, тому 1984 року було прокладено 31,5-кілометрову трасу, яка дозволила поїздам їздити зі швидкістю до 420 км/год.

Протягом наступних років мешканці Німеччини могли швидко пересуватися між комунами Дерпен і Латен, але у 2006 році виникла велика трагедія — через збій у сигналізації поїзд Transrapid 08 на швидкості 160 км/год врізався у вагон ремонтної служби. Внаслідок цього загинув 21 пасажирів, а 10 з них були серйозно поранені. У 2011 році термін дії ліцензії Transrapid минув, через що дорогу довелося закрити. Ще раніше закрили трасу маглева в аеропорту британського Бірмінгема. Вона пропрацювала з 1984 до 1995 року та була закрита через перебої з електрикою.

Через високу швидкість руху маглеви вважаються небезпечними для людей. Повністю замінити ними потяги ніхто не наважується через наявність згаданих недоліків та небезпеку.