На первый взгляд гравитационные дороги особенно выгодны на больших расстояниях. Из Москвы в Нью-Йорк за 42 мин. 11 сек. – это неплохо. Но здесь ограничивающим фактором становится влияние чрезмерных ускорений на пассажиров. Ведь гравитационные поезда в отличие от знакомых нам видов транспорта не проходят ни одного метра с постоянной скоростью. На протяжении рейса они движутся с ускорением или замедлением, подвергая пассажиров действию перегрузок.
Расчеты, проведенные американским инженером Эдвардсом, показывают, что в ближайшем будущем гравитационные дороги выгодно будет использовать как раз на небольших расстояниях. Правда, тоннели в этом случае придется делать не прямолинейными, а выгнутыми выпуклостью к центру Земли. Тогда поезд будет сначала скатываться вниз, а затем, достигнув высокой скорости, по инерции подниматься вверх. Чем глубже тоннель, тем больше скорость. При глубине 1070 м расстояние в 135 км поезд преодолевает за 13 мин., развивая среднюю скорость 620 км/ч, а максимальную, на середине пути, – 800 км/ч. В час можно отправлять по 3 поезда, вмещающих 1500 человек каждый.
На более коротких расстояниях по скорости перевозки с самокатной дорогой не может сравниться ни один вид наземного транспорта. Чтобы пассажиры не вылетали из кресел, ускорение и замедление вагона, движущегося на поверхности земли, не должно превышать 4,8 км/ч за секунду. Для преодоления 13-километрового маршрута за минимальное время такой поезд должен всю первую часть пути ускоряться, а вторую – тормозиться. Отсюда нетрудно вычислить, что на поверхности 13 км можно преодолеть за 3,2 мин. И это предел, достигаемый ценой огромной затраты мощности. А пассажирский маятниковый поезд преодолевает тот же путь, пройдя через тоннель, опускающийся на глубину 1300 м, всего за 2,1 мин. без подвода энергии и без всяких неприятных ощущений.
Рекорды дороги-пушки
В отличие от гравитационного вакуумный транспорт не только прошел экспериментальную проверку, но и показал рекордный для своего времени результат. В 40-х годах XIX века в Ирландии и Англии были построены так называемые «атмосферные» дороги.
Вместо локомотива к вагонам прицеплялась ведущая тележка, в нижней части которой укреплен был поршень. Этот поршень через прорезь и уплотнения входил в трубу, уложенную между рельсами. С другого конца труба закрывалась наглухо. После того как насосные станции выкачивали из трубы воздух, неуравновешенная сила атмосферного давления начинала вгонять поршень в трубу, как пороховые газы вгоняют снаряд в ствол орудия. Именно на такой дороге тележка без вагонов поставила своеобразный мировой рекорд скорости тех лет – 134 км/ч.
Погубил проект, казалось бы, пустяк. Уплотнения из смазанной жиром кожи неизменно оказывались… съеденными крысами, их приходилось то и дело менять, и «атмосферную» дорогу в конце концов, забросили.
Следующее важное усовершенствование было сделано в 1870 году, когда американцу Бичу пришла в голову мысль весь поезд превратить в гигантский поршень и с помощью вентилятора, нагнетающего воздух в тоннель, сообщать ему движение. Такая дорога работала в Нью-Йорке в течение года и была потом закрыта из-за малой экономичности.
Однако комбинация двух этих решений приводит к удивительно интересному виду транспорта. Действительно, трудно найти более привлекательный привод, чем пневматический. При внешнем диаметре вагона в 3 м атмосферное давление создает тягу в 70 т! При скорости 360 км/ч на поверхности земли для создания такой тяги понадобилось бы 70 тыс. л.с. Здесь же требуется лишь 4 компрессорные станции по 2500 л. с. каждая.
Вакуумная тоннельная дорога аккумулирует энергию непрерывно работающих станций. А затрачивается она на разгон поезда, длящийся всего две минуты. После этого воздушные клапаны на станции отправления закрываются, и атмосферный воздух, проникший в тоннель за движущимся поездом, продолжает расширяться до давления ниже атмосферного. На середине пути давление за поездом и перед ним сравнивается. Движущийся дальше по инерции поезд сжимает перед собой разреженный воздух и замедляется. На станции давление перед поездом становится равным атмосферному, и он останавливается.
Главные источники потерь в вакуумном транспорте – утечка воздуха через зазор между тоннелем и трубой и трение в колесах и подшипниках. Энергия, затрачиваемая на компрессорных станциях, нужна лишь для компенсации этих потерь. Потерь, свойственных обычному наземному транспорту, где энергия тратится на разгон, на турбулентное вихреобразование и разогрев тормозов при замедлении, здесь нет.
Впрочем, можно обойтись даже без… колес и рельсов.
Достижения дороги-соленоида
В 30-е годы ХХ века советской физик Б. Вейнберг предложил электромагнитную подвеску для поддержания движущегося в вакууме железного вагона. Для этого вдоль верхней части медной трубы, из которой выкачан воздух, устанавливаются на определенном расстоянии один от другого мощные электромагниты. Они притягивают к себе движущийся вдоль трубы вагон и не дают ему упасть.
Поскольку неподвижный вагон просто притянется к ближайшему электромагниту, его следует предварительно разогнать до такой скорости, чтобы он, двигаясь по инерции, на успевал этого сделать. По мысли Вейнберга, разгон следует производить в мощном соленоиде, в который вагон втягивается, как сердечник в катушку, и дальше мчится вдоль трубы по волнистой траектории до тормозного соленоида станции назначения.
Проект тем более любопытен, что электромагниты можно в принципе заменить очень сильными постоянными магнитами, сведя к минимуму затраты энергии. Сам Вейнберг видел основное препятствие для реализации его идеи в большой стоимости медной трубы. Сегодня и эта трудность может быть снята: в распоряжении строителей – стеклопластики, сверхпрочные бетоны и другие материалы с нужными электрическими и магнитными свойствами.
Летайте тоннелями!
А может случиться и так, что первая действующая «трубопроводная» дорога окажется гибридом нескольких идей, которые в течение многих лет считались не более чем забавными физическими парадоксами.
Во всяком случае, она кажется вполне осуществимой, когда узнаешь о проекте японской строительной компании «Фудзита». А замыслила она ни много ни мало построить геоплан – самолет, способный летать по подземному тоннелю со скоростью 600 км/ч! Правда, сам тоннель пока мыслится проложить не сквозь Землю, а на более скромное расстояние – между Токио и Осакой, двумя крупнейшими промышленными центрами Страны восходящего солнца.
Подземная 400-километровая трасса, согласно проекту, будет иметь три яруса. На двух смогут летать на встречных курсах геопланы, третий намечается использовать для движения поездов на магнитной подвеске.
Ширина тоннеля – 50—56 м – вполне достаточна, чтобы не только разместить задуманное, но и провести телекоммуникационные сети, трубопроводы. Закладка тоннеля мыслится на глубине 50 м, так, что он будет надежно защищен от сейсмических воздействий.
Конечно, на такой глубине, да и при столь небольшой длине тоннеля земное тяготение еще нельзя использовать в качестве движущей силы. Геоплан станет разгоняться турбовинтовым двигателем. До скорости 300 км/ч воздушный лайнер будет скользить по специальной эстакаде, подобно современному железнодорожному суперэкспрессу. А превысив этот рубеж, оторвется от полотна и весь остальной путь совершит в полете.
По оценкам, строительство одного 400-местного геоплана обойдется в 15 млрд иен, а на сооружение трассы понадобится почти 30 трлн иен! Однако колоссальные расходы особо не пугают. Ведь быстрота – всего 50 минут, с которой можно преодолеть немалое расстояние между двумя городами, привлечет к новому виду транспорта внимание множества пассажиров. А значит, и затраты вскорости окупятся. Удачное же воплощение проекта, может быть, подтолкнет к осуществлению и другие, пока еще фантастические замыслы.
