​​Быстрее звука и в трубе... Именно таким сибирские учёные видят один из вариантов пассажирского транспорта будущего. В научно-популярной повестке всё чаще обсуждаются идеи инновационных средств передвижения для города и междугородних маршрутов. 

Новосибирск становится генератором новых концептов: дирижаблей-троллейбусов, пассажирских капсул на тросах, эстакадного дублера Бердского шоссе… Старый добрый поезд на электрической или тепловой тяге сегодня тоже кажется архаичным и просит замены: стук колес, жалкие 100-150 километров в час… Чтобы не копировать с опозданием японские «Синкансены» и французские «Евростары», российские учёные сосредоточились уже на следующих за ними вариантах развития железной дороги. Точнее, уже не совсем железной и не вполне дороги.
 
«Известны два технологических предела, — рассказал научный сотрудник Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН,​ кандидат технических наук Денис Геннадьевич Наливайченко. — Первый связан с силой трения, на скоростях около 200 километров в час пара «колесо-рельс» перестает нормально работать. Проблема решается — например, созданием магнитной подушки, но на следующем рубеже, порядка 500 километров в час, почти вся энергия начинает уходить на преодоление аэродинамического сопротивления». Решение напрашивается чисто логически: если воздух становится препятствием номер один, его надо убрать — то есть создать вокруг вагона безвоздушную среду.
 
Идея «вакуумного поезда» не нова, она была изложена еще в 1911 году профессором Томского политехнического института Борисом Петровичем Вейнбергом в монографии «Движение без трения». В физической лаборатории ТПИ Б. Вейнберг и его ученики собрали макет вакуумной дороги, на котором удавалось достичь скромной и по тем временам скорости 10 километров в час. Почти одновременно американец Роберт Годдард публикует статью на ту же тему в Scientific American и оформляет два патента: на вакуумную трубу и аппарат для нее. В 1939-1943 годах работа над созданием такой техники на макетах велась в Германии под руководством Германа Кемпера: Третьему рейху требовалось не только чудо-оружие, но и чудо-транспорт. В послевоенное время более проработанные проекты возникали в Швейцарии и США, в том числе и у Илона Маска. Его система Hyperloop предназначалась для сообщения Лос-Анжелес — Сан-Франциско (640 километров).  В трубе двухметрового диаметра предполагалось разгонять капсулу на 20-40 пассажиров до сверхзвуковых 1 200 км/час при давлении разрежения около 100 паскалей (нормальное атмосферное давление в тысячу раз выше). 
 
В современной России подобные проекты тоже вызывают интерес. «На ученых советах РЖД регулярно обсуждаются перспективы вакуумного транспорта», — сообщил Д. Наливайченко. В стране есть отдельные сообщества ученых и инженеров, занятых (как правило, по собственному почину) проработкой отдельных элементов. В ИТПМ СО РАН по инициативе научного руководителя института академика Василия Михайловича Фомина создана небольшая рабочая группа — в основном из молодых ученых и даже студентов. Но всем российским энтузиастам мешает раздробленность и без того немногочисленных сил и ресурсов. «У нас нет отечественной компании, объединяющей инициативные коллективы», — констатировал специалист ИТПМ СО РАН. 
 
Заметим, что во всем мире ни один из проектов вакуумной дороги не продвинулся дальше работающих макетов и небольших опытных участков. И понятно почему. Это совершенно особый вид транспорта, требующий разработки всех его элементов с чистого листа: тоннелей или эстакад, трубопроводов, насосов, переходных шлюзов, подвижного состава, систем управления и жизнеобеспечения… «Создание принципиально новой транспортной системы должно иметь серьезное обоснование, — считает Денис Наливайченко, — а сама система обладать существенным набором преимуществ в сравнении с существующими видами транспорта». 
 
В идеале, по мнению эксперта из ИТПМ, новая транспортная система должна быть: 
— экономичнее;
— быстрее;
— безопаснее;
— более экологичной;
— более защищенной от природных явлений и катаклизмов, от террористических атак и др.;
— более комфортабельной для пассажиров;
— удобной в эксплуатации и техническом обслуживании.
 
Экономичность трудно не поставить на первое место: если она не будет гарантированно достижимой, нет смысла говорить обо всем остальном. Краеугольным камнем здесь видится объём затрат на поддержание вакуума в системе. Впрочем, полный вакуум не нужен: достаточно сделать воздушную подушку перед движущейся капсулой ничтожно плотной. «Мы сравнивали энергию, идущую на преодоление аэродинамического сопротивления, с энергией, необходимой для создания вакуума, — рассказал Денис Наливайченко, — и пришли к выводу, что давление в трубопроводе меньше 50-100 паскалей технологически и экономически нецелесообразно. И в соответствии с этим положением мы сформулировали те задачи, которыми можно заниматься именно в нашем институте, хорошо оснащенном установками для аэродинамических экспериментов и мощными компьютерами для расчетов и моделирования». 
 
Сибирские ученые уже посчитали на примере трассы Москва — Санкт-Петербург (660 км) зависимость количества насосов от выбранного давления разрежения. Для откачки воздуха до уровня 10 паскалей потребуется 129 установок типа ET 3S, 30 паскалей обеспечат 42 насоса, а 100 паскалей — только 13. Но это лишь часть более сложной задачи (скорее, группы задач), в которой присутствует множество других переменных величин — форма и структура поверхности капсул, их собственная энерговооруженность и одновременное количество в тоннеле. Последний показатель, по словам Д.Г. Наливайченко, «…является определяющим параметром, влияющим на величину оптимального давления эксплуатации вакуумного транспорта. Чем больше плотность капсул, тем ниже граница по давлению. И наоборот, чем меньше транспортных капсул в пути, тем большее давление является энергетически и экономически обоснованным».
 
Инициативная группа из ИТПМ СО РАН на сегодня определила круг задач, решить которые ей по силам. «Мы рассматриваем только те вопросы, в которых институт имеет хорошие компетенции, — подчеркнул Денис Наливайченко. — Это, прежде всего, механика, аэродинамика, динамика движения». В числе упомянутых им конкретных задач — выбор оптимального соотношения площадей поперечных сечений путепровода и капсулы, минимизация её лобового сопротивления, снижение сопротивления трения на стенках транспортного средства и так далее. В целом же  новосибирские специалисты занялись проблемой повышения аэродинамической эффективности «вакуумной дороги».
 
А это лишь часть другой проблемы, более общего порядка — достижения эффективности экономической. Даже при конкурентоспособной цене билета Москва — Петербург или Новосибирск — Томск и при гарантированной окупаемости и прибыльности проекта он вряд ли будет реализован при несоблюдении ещё шести ключевых условий, о которых говорил Денис Геннадьевич. Как писал гуру тайм-менеджмента Клаус Мёллер, «слона нужно есть по кусочкам». Соответственно, в любой стране создание вакуумного транспорта начинается с получения комплекса доказательств целесообразности такого шага, а это — типичная «слоновая задача», решаемая лишь при условии консолидации множества коллективов. Они есть и в России — молодая команда ИТПМ тому подтверждение. Но продвижение будет достижимо лишь при координации и ресурсной поддержке всех задействованных групп. Именно так были реализованы атомный и космический проекты.
 
Андрей Соболевский

Источники

Транспорт будущего хотят построить в Новосибирске
Топ-54 (top54.city), 11/07/2017
Транспорт будущего разрабатывают в Новосибирске
Официальный сайт г. Новосибирск (nsknews.info), 11/07/2017
Быстрее звука и в трубе
Наука в Сибири (sbras.info), 11/07/2017
Транспорт будущего хотят построить в Новосибирске
Новости регионов России (skoronovosti.ru), 11/07/2017
В Новосибирске хотят построить транспорт будущего
Vev.by, 11/07/2017
В Новосибирске хотят построить транспорт будущего
Vev.by, 11/07/2017
Быстрее звука и в трубе. Именно таким сибирские ученые видят один из вариантов пассажирского транспорта будущего
Российская академия наук (ras.ru), 11/07/2017
Транспорт будущего разрабатывают в Новосибирске
Новосибирский краеведческий портал (kraeved.ngonb.ru), 11/07/2017
Транспорт будущего
Иня (иня.org), 12/07/2017
Быстрее звука и в трубе.
Polpred.com, 13/07/2017
В Новосибирске создают транспорт будущего
Радио Юнитон (r-uniton.ru), 12/07/2017

Похожие новости

  • 25/07/2016

    Сибирская наука на службе авиации России

    ​На XVIII Международной конференции по методам аэрофизических исследований ICMAR 2016, прошедшей в Перми, ученые со всей России представили и обсудили разработки, призванные вывести отечественную авиацию на новый уровень.
    983
  • 07/06/2017

    Российский «Циркон» вырывается вперед в гиперзвуковой гонке

    ​Американская консервативная газета The Washington Times сообщила об испытании в России новейшей гиперзвуковой ракеты «Циркон», которая, по словам автора статьи, представляет собой «квантовый скачок» в создании «асимметричного оружия» для защиты от ядерной атаки.
    202
  • 04/05/2017

    Ученые ИТПМ СО РАН готовы к созданию гиперзвукового летательного аппарата

    Россия готова к началу работ по конструированию и выпуску гражданской гиперзвуковой авиации. Об этом сообщил директор новосибирского Института теоретической и прикладной механики. На пресс-конференции, прошедшей в Москве, директор новосибирского Института теоретической и прикладной механики, Василий Фомин рассказал о том, что в данный момент Россия готова к тому, чтобы начать производство гиперзвуковой гражданской авиации.
    372
  • 07/06/2017

    На базе ИТПМ СО РАН прошла конференция «Высокоэнергетические процессы в механике сплошной среды»

    Открывшаяся в новосибирском Академгородке XXV Всероссийская конференция с международным участием "Высокоэнергетические процессы в механике сплошной среды" посвящена 60-летию Института теоретической и прикладной механики им.
    351
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    926
  • 10/08/2016

    Новосибирские ученые изобрели экономичный струйный двигатель

    ​Ученые из Новосибирска придумали экономичный газотурбинный струйный двигатель (ГТСД). Как объясняет ведущий научный сотрудник Института теоретической и прикладной механики СО РАН Анатолий Локотко, традиционные газовые турбины ограничены в эффективности температурным барьером - максимальной температурой, которую способен выдержать материал лопаток (около 1500 °C).
    996
  • 03/08/2017

    Почему в Сибири не внедряют альтернативные виды транспорта?

    Корреспондент "АиФ-Новосибирск" узнал, что предлагают ученые для решения актуальной сибирской проблемы расстояний? "От того, насколько мобильными будут трудовые ресурсы, зависит развитие сибирских городских агломераций и в целом Южно-Сибирской конурбации", - говорит начальник департамента промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска Александр ЛЮЛЬКО.
    112
  • 19/09/2016

    Как рождаются новые научные подходы

    ​В конце 1980-х годов директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков организовал три молодежные лаборатории, завлабами в которых стали свежеиспеченные кандидаты наук в возрасте до 32 лет.
    706
  • 02/05/2017

    Новосибирские ученые скорректируют методы лечения остеопороза и атеросклероза

    Сибирские ученые промоделировали, как в организме происходит патологическая кальций-фосфатная минерализация, и установили, что принятые сегодня методы лечения таких болезней, как остеопороз и атеросклероз, нуждаются в серьезной корректировке.
    277
  • 14/07/2016

    Ученые создали стальную замену человеческому сердцу

    ​Новосибирские медики и ученые придумали разработку, которая сможет спасти многих пациентов с тяжелым диагнозом - терминальная стадия сердечной недостаточности.Ученые Новосибирска придумали стальное сердце, которое продлит жизнь пациентов и поможет дождаться пересадки донорского.
    702