из него, вагон силой земного тяготения сначала втягивается в тоннель на окраине Москвы, непрерывно ускоряясь. Докатившись до середины, вагон достигнет скорости, достаточной для того, чтобы с разбегу домчаться до Санкт-Петербурга, постепенно замедляясь. После остановки и nepегрузки он готов совершить обратный рейс в Москву. Время, затрачиваемое на один перегон, – 42 мин. 11 сек.
Причем оно, как ни удивительно, не зависит от длины тоннеля. Путешествие из Москвы во Владивосток, в Нью-Йорк или в Мельбурн продолжаются одно и то же время – 42 мин. 11 сек.
И на эти рекордные по скорости путешествия не требуется в принципе ни грамма топлива, ибо для движения используется потенциальная энергия, которой обладает любое тело, лежащее на поверхности Земли и удаленное от ее центра на 6300 км.
Но, конечно, сопротивление воздуха и трение колес сводят на нет все теоретические преимущества гравитационного транспорта. И до тех пор, пока не удастся устранить эти досадные помехи, самокатные дороги будут оставаться не более чем забавными мысленными экспериментами…
Космические полеты подсказывают идеальный метод снижения аэродинамического сопротивления: тоннель, в котором движется поезд, следует сделать герметичным и откачать из него воздух. Потери же на трение стального колеса на шарикоподшипниках, катящегося по стальному рельсу, столь невелики, что с ним не может сравниться никакой другой вид транспорта. На перевозку тонны груза в этом случае требуется сила в 900 г, почти независимо от скорости. В 30 раз меньше, чем у лучших самолетов. Кроме того, колесо исключительно точно фиксирует положение поезде в трубе. А подключение генераторов для питания кондиционеров и осветительной сети поезда к осям колес не представляет никаких трудностей.
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
