9 августа в Китае провели первые испытания линии подвесного маглева, работающего на постоянных магнитах. Это первый масштабный прототип третьего направления развития таких поездов. Линия «Красной железной дороги» длиной всего 800 м построена в городском округе Ганьчжоу провинции Цзянси на юге Китая.
Маглев — это поезд, который использует для движения магнитную силу. Система отрывает состав с пассажирами от поверхности, позволяя избежать трения, и толкает его вперед. Благодаря технологии магнитной подвески поезд движется по направляющим, которые контролируют его устойчивость и скорость.
Несмотря на то, что технологии строительства маглевов развиваются уже более 100 лет, в настоящее время небольшие коммерческие участки подобных дорог созданы только в Японии, Китае и Южной Корее.
В чем особенность китайского маглева?
Как правило, при слове «маглев» сразу возникает картинка поезда, который парит над монорельсом на небольшом расстоянии. Китайская разработка совсем другая. Линия подвесного маглева «Радуга» работает на постоянных магнитах, а сам состав при этом находится под направляющей, а не над ней. Преимущество такой системы в том, что для левитации поезда не требуется электроэнергии. Если его оставить в покое, он будет находиться в подвешенном состоянии вечно.
В отличие от обычной трассы на магнитной подвеске, для которой требуются электромагниты, линия «Радуга» основаны на сплавах редкоземельных металлов. Они создают магнитные поля с индукцией более 1,2 Тл. У обычного железного или керамического магнита для сравнения она составляет от 0,5 до 1 Тл.
Материалы, которые использовались для строительства линии, относительно дешевы, при этом такая система не требует затрат энергии на поддержание «полета» транспортного средства. Тестовый полигон разработан для поездов со средней скоростью: максимальная расчетная скорость системы составляет всего 80 км/ч. Этого достаточно для внутригородских и пригородных перевозок в густонаселенных районах.
Силы магнитов, которые использовались в конструкции линии, хватает для обслуживания поезда, состоящего из двух вагонов, которые могут вмещать до 88 человек. Китайские власти сообщают, что в случае успешного тестирования система может использоваться в качестве экспресса до аэропорта, на туристических маршрутах и даже в качестве внутреннего транспорта для небольших городов.
Электромагнитная подвеска
Технология создания маглева на постоянных магнитах — это третье направление развития этого вида транспорта. Две другие системы используют электрические (поезда на электромагнитной подвеске) или сверхпроводящие магниты (поезда на электродинамической подвеске).
В системах с электромагнитной подвеской поезд парит над стальным рельсом с помощью электромагнитов, размещенных на дне состава. К нижней части корпуса таких поездов крепятся рычаги в форме буквы «С», причем верхняя часть рычага прикреплена к транспортному средству, а нижний внутренний край содержит магниты. Рельс проходит между внутренним и внешним краем рычага.
Недостаток такой технологии в большой нестабильности. Магнитное притяжение изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Даже незначительные изменения расстояния между магнитами и рельсом сильно влияет на силу притяжения и отталкивания. Поэтому в такой системе используются сложные системы для «возврата» поезда в нужное положение. Они постоянно контролируют и корректируют расстояние между магнитами и рельсом.
Именно с помощью этой технологии был создан первый коммерческий маглев. Он заработал в 1984 году в Англии и связал аэропорт и железнодорожную станцию в Бирмингеме. Этот поезд разгонялся до скорости 42 км/ч и работал на участке монорельса длиной всего 600 м. Система просуществовала чуть больше 10 лет и была закрыта в 1995 году из-за устаревания технологии и проблем с надежностью.
Маглев на магнитной подвеске может работать не только на низких, но и на высоких скоростях. Например, именно эту технологию используют поезда Шанхайской линии. Эта система, запущенная в 2003 году, — старейший маглев из тех, что еще эксплуатируются, и первый коммерческий высокоскоростной поезд на магнитной левитации.
Этот маршрут соединяет аэропорт Шанхая с местной линией метро, а поезд может перевозить 574 пассажира. При этом на полной скорости поездка занимает 7 минут и 20 секунд. За это время состав проходит расстояние в 30 км. Он может разогнаться до 300 км/ч чуть больше, чем за 2 минуты, а максимальная нормальная рабочая скорость 431 км/ч достигается через 4 минуты.
Несмотря на отдельные недостатки, именно технология поездов на магнитной подвеске является основной в большинстве систем, эксплуатируемых в настоящее время. Например, они работают в аэропорту Инчхон в Южной Корее и префектуре Лимо в Японии.
Электродинамическая подвеска
В отличие от электромагнитной подвески, поезда на электродинамической подвеске используют магниты, которые установлены не только в поезде, но и на самом рельсе. В таком маглеве сверхпроводящие магниты подвешивают вагон над U-образной бетонной направляющей. Как и обычные магниты, эти магниты отталкиваются друг от друга, когда совпадающие полюса обращены друг к другу.
Используемые магниты являются сверхпроводящими, а это означает, что при охлаждении до низких температур они могут генерировать магнитные поля в 10 раз сильнее, чем обычные электромагниты. Эти магнитные поля взаимодействуют с простыми металлическими петлями, установленными в бетонных стенках направляющей маглева. Они сделаны из проводящих материалов, таких как алюминий, и когда магнитное поле поезда проходит мимо, оно генерирует электрический ток, который формирует другое магнитное поле.
Три типа петель устанавливаются на направляющей через определенные промежутки времени для выполнения трех важных задач. Во-первых, они создают поле, которое заставляет поезд зависать на расстоянии в несколько сантиметров над направляющей. Во-вторых, удерживают состав в вертикальном положении. А в-третьих, двигают поезд вперед.
Пока в эксплуатацию не запущено ни одного коммерческого поезда, который работает на этой технологии. Но предварительные испытания идут в разных странах. Например, такую систему представляет собой SCMaglev — японская линия железных дорог, которой принадлежит рекорд скорости для маглевов. В 2015 году поезд этой компании смог разогнаться до 603 км/ч.
Ожидается, что коммерческая эксплуатация таких поездов начнется в 2027 году, когда они свяжут Токио и Нагойю.
Несмотря на то, что поезда на магнитных подушках разрабатываются многие десятилетия, но пока так и не стали доминирующим средством передвижения, эту технологию не стоит хоронить. У таких поездов есть ряд преимуществ перед классическими поездами. Они могут развивать более высокие скорости, потребляют меньше энергии и меньше зависят от погодных условий таких, как снег или дождь.
Возможности строительства собственных линий маглева рассматривают многие страны. И, возможно, с появлением дешевой и экологичной технологии постоянных магнитов, таких составы перестанут быть диковинкой.
На обложке: поезд серии L0 для SCMaglev. Изображение: Saruno Hirobano, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Читать далее:
«Джеймс Уэбб» прислал фото столкновения двух огромных галактик
«Бесполезная» бактерия на Земле обеспечит жизнь колонизаторам Марса
На пирамиде в Китае нашли портрет «царя предков». Он правил более 4 000 лет назад