1. Історія становлення
2. Як це працює
3. Книга рекордів Гіннесса
4. практична реалізація
5. Дуже дорога іграшка
6. Що далі?

Потяги на магнітній подушці, маглева - найшвидший вид наземного громадського транспорту. І хоча в експлуатацію поки введено всього три невеликих треку, дослідження і випробування прототипів магнітних поїздів проходять в різних країнах. Як розвивалася технологія магнітної левітації і що чекає її в найближчому майбутньому ви дізнаєтеся з цієї статті.

Історія становлення

Перші сторінки історії маглев були заповнені рядами патентів, отриманих на початку XX століття в різних країнах. Ще в 1902 році патентом на конструкцію поїзда, оснащеного лінійним двигуном, відзначився німецький винахідник Альфреда Зейді. А вже через чотири роки Франклін Скотт Сміт розробив ще один ранній прототип поїзда на електромагнітному підвісі. Трохи пізніше, в період з 1937 року по 1941 рік, ще кількох патентів відносяться до потягів, оснащеним лінійними електродвигунами, отримав німецький інженер Герман Кемпер. До слова, рухомі склади Московської монорельсової транспортної системи, побудованої в 2004 році, використовують для руху асинхронні лінійні двигуни - це перший в світі монорельс з лінійним двигуном.

Поїзд Московської монорельсової системи біля станції Телецентр

В кінці 1940-х років дослідники перейшли від слова до діла. Британському інженеру Еріку Лейзвейту, якого багато хто називає «батьком маглева», вдалося розробити перший робочий повнорозмірний прототип лінійного асинхронного двигуна. Пізніше, в 1960-х роках, він приєднався до розробки швидкісного поїзда Tracked Hovercraft. На жаль, в 1973 році проект закрили через брак коштів.

Прототип поїзда з лінійним двигуном RTV 31 (проект Tracked Hovercraft)

У 1979 році з'явився перший в світі прототип поїзда на магнітній подушці, ліцензований для надання послуг з перевезення пасажирів - Transrapid 05. Випробувальний трек довжиною 908 м був побудований в Гамбурзі і представлений в ході виставки IVA 79. Інтерес до проекту виявився настільки великий, що Transrapid 05 вдалося успішно пропрацювати ще три місяці після закінчення виставки і перевезти в цілому близько 50 тис. пасажирів. Максимальна швидкість цього поїзда становила 75 км / год.

Система Transrapid 05 на виставці IVA 79

А перший комерційний магнітоплан з'явився в 1984 році в Бірмінгемі, Англія. Залізнична лінія на магнітному підвісі з'єднувала термінал міжнародного аеропорту Бірмінгема і розташовану поруч залізничну станцію. Вона успішно пропрацювала з 1984 по 1995 рік. Протяжність лінії становила всього 600 м, а висота, на яку склад з лінійним асинхронним двигуном піднімався над полотном дороги - 15 міліметрів. У 2003 році на її місці була побудована система пасажирських перевезень AirRail Link на базі технології Cable Liner.

У 1980-х роках до розробки і реалізації проектів по створенню високошвидкісних поїздів на магнітній подушці приступили не тільки в Англії і Німеччині, а й в Японії, Кореї, Китаї і США.

Як це працює

Про базові властивості магнітів ми знаємо ще з уроків фізики за 6 клас. Якщо піднести північний полюс постійного магніту до північного полюса іншого магніту вони будуть відштовхуватися. Якщо один з магнітів перевернути, з'єднавши різні полюси - притягатися. Це простий принцип закладений в поїздах-маглева, які ковзають по повітрю над рейкою на незначній відстані.

В основі технології магнітного підвісу лежать три основні підсистеми: левітації, стабілізації і прискорення. У той же час на даний момент існує дві основні технології магнітного підвісу і одна експериментальна, доведена лише на папері.

Потяги, побудовані на базі технології електромагнітного підвісу (EMS) для левітації використовують електромагнітне поле, сила якого змінюється за часом. При цьому практична реалізація даної системи дуже схожа на роботу звичайного залізничного транспорту. Тут застосовується Т-образне рейковий полотно, виконане з провідника (в основному металу), але поїзд замість колісних пар використовує систему електромагнітів - опорних і напрямних. Опорні та напрямні магніти при цьому розташовані паралельно до феромагнітним статора, розміщеним на краях Т-подібного шляху. Головний недолік технології EMS - відстань між опорним магнітом і статором, яке становить 15 міліметрів і має контролюватися і коригуватися спеціальними автоматизованими системами в залежності від безлічі факторів, включаючи непостійну природу електромагнітної взаємодії. До слова, працює система левітації завдяки батареям, встановленим на борту поїзда, які заряджаються лінійними генераторами, вбудованими в опорні магніти. Таким чином, в разі зупинки потяг зможе досить довго левитировать на батареях. На базі технології EMS побудовані поїзда Transrapid і, зокрема, шанхайський маглев.

Потяги на базі технології EMS наводяться в рух і здійснюють гальмування за допомогою синхронного лінійного двигуна низького прискорення, представленого опорними магнітами і полотном, над яким летить магнітоплан. За великим рахунком, рухова система, вбудована в полотно, являє собою звичайний статор (нерухома частина лінійного електродвигуна), розгорнутий вздовж нижньої частини полотна, а опорні електромагніти, в свою чергу, працюють в якості якоря електродвигуна. Таким чином, замість отримання крутного моменту, змінний струм в котушках генерує магнітне поле возбуждающихся хвиль, яке переміщує склад безконтактно. Зміна сили і частоти змінного струму дозволяє регулювати тягу і швидкість складу. При цьому щоб уповільнити хід, потрібно всього лише змінити напрям магнітного поля.

У разі застосування технології електродинамічного підвісу (EDS) левітація здійснюється при взаємодії магнітного поля в полотні й поля, створюваного сверхпроводящими магнітами на борту складу. На базі технології EDS побудовані японські поїзда JR-Maglev. На відміну від технології EMS, в якій застосовані звичайні електромагніти і котушки проводять електрику тільки в той момент, коли підключений до джерела живлення, надпровідні електромагніти можуть проводити електрику навіть після того, як джерело живлення був відключений, наприклад, в разі відключення електроенергії. Охолоджуючи котушки в системі EDS можна заощадити досить багато енергії. Проте, кріогенна система охолодження, яка використовується для підтримки більш низьких температур в котушках, може виявитися досить дорогою.

Головною перевагою системи EDS є висока стабільність - при незначному скороченні відстані між полотном і магнітами виникає сила відштовхування, яка повертає магніти в початкове положення, в той же час збільшення відстані знижує силу відштовхування і підвищує силу тяжіння, що знову ж таки веде до стабілізації системи. У цьому випадку ніякої електроніки для контролю і коригування відстані між поїздом і полотном не потрібно.

Правда, без недоліків тут також не обійшлося - достатня для левітації складу сила виникає тільки на великих швидкостях. З цієї причини поїзд на системі EDS повинен бути оснащений колесами, які зможуть забезпечувати рух при низьких швидкостях (до 100 км / ч). Відповідні зміни також повинні бути внесені по всій довжині полотна, так як поїзд може зупинитися в будь-якому місці в зв'язку з технічними несправностями.

Ще одним недоліком EDS є те, що при низьких швидкостях в передній і задній частинах відразливих магнітів в полотні виникає сила тертя, яка діє проти них. Це одна з причин, по якій в JR-Maglev відмовилися від повністю відразливою системи і подивилися в бік системи бокового левітації.

Варто також відзначити, що сильні магнітні поля в секції для пасажирів породжують необхідність установки магнітного захисту. Без екранування подорож в такому вагоні для пасажирів з електронним стимулятором серця або магнітними носіями інформації (HDD і кредитні картки), протипоказано.

Підсистема прискорення в поїздах на базі технології EDS працює точно також, як і в складах на базі технології EMS за винятком того, що після зміни полярності статори тут на мить зупиняються.

Третьою, найбільш близькою до реалізації технологією, яка існує поки тільки на папері, є варіант EDS з постійними магнітами Inductrack, для активації яких не потрібна енергія. До недавнього часу дослідники вважали, що постійні магніти не володіють достатньою для левітації поїзда силою. Однак цю проблему вдалося вирішити шляхом розміщення магнітів у так званий «масив Хальбаха». Магніти при цьому розташовані таким чином, що магнітне поле виникає над масивом, а не під ним, і здатні підтримувати левітацію поїзда на дуже низьких швидкостях - близько 5 км / год. Правда, вартість таких масивів з постійних магнітів дуже висока, тому поки і не існує жодного комерційного проекту даного роду.

Книга рекордів Гіннесса

На даний момент першою рядок в списку найшвидших поїздів на магнітній подушці займає японське рішення JR-Maglev MLX01, якому 2 грудня 2003 року на випробувальній трасі в Яманасі вдалося розвинути рекордну швидкість - 581 км / ч. Варто відзначити, що JR-Maglev MLX01 належить ще кілька рекордів, встановлених у період з 1997 по 1999 рік - 531, 550, 552 км / год.

Якщо поглянути на найближчих конкурентів, то серед них варто відзначити шанхайський маглев Transrapid SMT, побудований в Німеччині, якому вдалося в ході випробувань в 2003 році розвинути швидкість 501 км / год і його прабатька - Transrapid 07, який подолав рубіж в 436 км / ч ще в 1988 році.

практична реалізація

Поїзд на магнітній подушці Linimo, експлуатація якого почалася в березні 2005 року, був розроблений компанією Chubu HSST і досі використовується в Японії. Він курсує між двома містами префектури Айті. Протяжність полотна, над яким летить маглев становить близько 9 км (9 станцій). При цьому максимальна швидкість Linimo дорівнює 100 км / ч. Це не завадило йому тільки протягом перших трьох місяців з моменту запуску перевезти понад 10 млн пасажирів.

Більш відомим є шанхайський маглев, створений німецькою компанією Transrapid і введений в експлуатацію 1 січня 2004 року. Ця залізнична лінія на магнітному підвісі з'єднує станцію шанхайського метро Лун'ян Лу з міжнародним аеропортом Пудун. Загальна відстань становить 30 км, поїзд долає його приблизно за 7,5 хв, розганяючись до швидкості 431 км / ч.

Ще одна залізнична лінія на магнітному підвісі успішно експлуатується в місті Теджон, Південна Корея. UTM-02 став доступний пасажирам 21 квітня 2008 року, а на його розробку і створення пішло 14 років. Залізнична лінія на магнітному підвісі з'єднує Національний музей науки і виставковий парк, відстань між якими всього лише 1 км.

Серед поїздів на магнітній подушці, експлуатація яких розпочнеться в найближчому майбутньому, варто відзначити Maglev L0 в Японії, його випробування були відновлені зовсім недавно. Очікується, що до 2027 року він буде курсувати за маршрутом Токіо - Нагоя.

Дуже дорога іграшка

Не так давно популярні журнали називали поїзда на магнітній подушці революційним транспортом, а про запуск нових проектів подібних систем із завидною регулярністю повідомляли як приватні компанії, так і органи влади з різних країн світу. Однак більшість з цих грандіозних проектів були закриті ще на початкових стадіях, а деякі залізничні лінії на магнітному підвісі хоч і зуміли недовго послужити на благо населення, пізніше були демонтовані.

Головна причина невдач в тому, що поїзди на магнітній підвісці надзвичайно дороги. Вони вимагають спеціально побудованої під них з нуля інфраструктури, яка, як правило, і є найбільш витратною статтею в бюджеті проекту. Наприклад, шанхайський маглев обійшовся Китаю в $ 1,3 млрд або $ 43,6 млн за 1 км двостороннього полотна (включаючи витрати на створення поїздів і будівництво станцій). Конкурувати з авіакомпаніями поїзда на магнітній подушці можуть лише на довших маршрутах. Але знову ж таки, в світі досить мало місць з великим пасажиропотоком, необхідним для того щоб залізнична лінія на магнітному підвісі окупилася.

Що далі?

На даний момент майбутнє поїздів на магнітній підвісці виглядає туманно більшою мірою через позамежної дорожнечі подібних проектів і тривалого періоду окупності. У той же час безліч країн продовжують інвестувати величезні кошти в проекти зі створення високошвидкісних залізничних магістралей (ВСМ). Не так давно в Японії було відновлено швидкісні випробування поїзда на магнітній подушці Maglev L0, який увійде в експлуатацію до 2027 року .

Японський уряд також сподівається зацікавити власними потягами на магнітній подушці США. Нещодавно представники компанії The Northeast Maglev, які планують з'єднати за допомогою залізничної лінії на магнітному підвісі Вашингтон і Нью-Йорк, зробили офіційний візит до Японії. Можливо поїзда на магнітній підвісці отримають більше поширення в країнах з менш ефективною мережею ВСМ. Наприклад, в США і Великобританії, але їх вартість, як і раніше залишиться високою.

Є ще один сценарій розвитку подій. Як відомо, одним із шляхів підвищення ефективності поїздів на магнітній подушці є застосування надпровідників, які при охолодженні до близьких до абсолютного нуля температур повністю втрачають електричний опір. Однак тримати величезні магніти в баках з надзвичайно холодними рідинами дуже дорого, так як щоб утримувати потрібну температуру, потрібні величезні «холодильники», що ще більше підвищує вартість.

Але ніхто не виключає ймовірності, що в найближчому майбутньому світилам фізики вдасться створити недороге речовина, що зберігають надпровідні властивості навіть при кімнатній температурі. При досягненні надпровідності при високих температурах потужні магнітні поля, здатні утримувати на вазі машини і поїзди, стануть настільки доступними, що навіть «літаючі автомобілі» виявляться економічно вигідними. Так що чекаємо новин з лабораторій.