Текст книги "100 великих рекордов транспорта"

Автор книги: Станислав Зигуненко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 32 страниц)

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.

Не столь давно российский инженер А.С. Дереза опубликовал проект прокладки железнодорожного тоннеля под Беринговым проливом – тогда из Сибири на Аляску можно будет ездить поездом, не пользуясь услугами парома. Проект получил одобрение президента Американской ассоциации железных дорог Дж. Коумэна. Правда, он припомнил, что еще в 1905—1906 годах с подобной идеей выступил Лойд де Лобел, и была даже создана компания по ее осуществлению. Однако технические сложности, а затем военные и революционные события так и не позволили приступить к реализации.

Сегодня забытую идею решили вспомнить снова. В ноябре 1991 года в Вашингтоне был образован консорциум «Тоннель под Беринговым проливом». Цель поставлена, а для ее достижения можно теперь воспользоваться опытом и машинами, применявшимися при прокладке тоннеля под Ла-Маншем. Скорость продвижения современной проходческой машины колоссальна – 300 м в смену. А ведь одновременно с выработкой горной породы она ведет еще облицовку стен железобетонными панелями.

А там, возможно, дело дойдет дело и до осуществления проекта, разработанного еще в 30-е годы ХХ века российским эмигрантом, жившим во Франции, А.А. Штернфельдом. Он убедительно, с математическими выкладками доказал, что если проложить тоннель сквозь Землю, то выгоднее всего использовать его не для железнодорожного транспорта, а для полетов, в том числе… космических!

«Ракета падает в тоннель без начальной скорости,– рассуждает А.А. Штернфельд.– Двигатель ее пускается в ход лишь в центре тоннеля и мгновенно придает ракете желаемую дополнительную скорость…»

Согласно выкладкам ученого, получалось, что с помощью сквозного тоннеля при запуске ракет на околоземную орбиту будет экономиться до 50 процентов энергии.

«Кроты» наших дней

На сегодняшний день остается решить лишь одну практическую проблему: как наилучшим образом проложить тоннель сквозь Землю? Нельзя ли под землей передвигаться примерно так же, как под водой?.. Оказывается, и на этот счет у инженеров есть кое-какие соображения.

Еще в 1937 году советский инженер А.И. Требелев предложил удивительный аппарат – субтеррину. Как вспомнил сам изобретатель, вместе с двумя коллегами он предложил создать самоходный, движущийся под землей аппарат. «Мы тогда пришли к выводу, что на основе новейших данных советских ученых в теории резания можно построить эффективный аппарат для закрытой раз работки грунтов», – писал он.

Далее Требелев рассказывал, что модель подземной лодки – «субтеррины» – прошла испытания на Гороблагодатском руднике, проделав туннель длиной около 40 м в толще горы Благодать. Экипаж лодки составили три человека. Один из них – водитель – должен бы находиться внутри лодки, управляя ее движением; двое других – механик и слесарь – готовили аппарат к работе.

Однако довести до конца испытания так и не удалось. Сначала произошла авария. Потом разразилась Вторая мировая война и всем стало не до экспериментальных проектов. После войны Н.С. Хрущев, ознакомившись с давним проектом, загорелся было желанием возродить его, да потом охладел к этой затее.

Субтеррина инженера А.И. Требелева

Дело в том, что в 1948 году еще один советский инженер – М.И. Циферов – получил авторское свидетельство на изобретение подземной торпеды – аппарата, способного самостоятельно двигаться в толще земли со скоростью 1 метр в секунду. (Для сравнения: скорость агрегата Требелева – 12 метров за час.)

Циферов предложил способ бурения с помощью скрытого взрыва. Для этого им была сконструирована специальная головка бура, напоминающая гигантское сверло. Его режущими кромками служили две радиальные щели. Далее следовал пороховой отсек, в котором располагался заряд, взрывавшийся от электрического запала. В момент взрыва пороховые газы создавали в камере сгорания давление в 2—3 тысячи атмосфер! С огромной силой они вырывались из узких щелей головки, их реактивные потоки вращали бур. Как только отгорала одна шашка, из специального отсека через затвор, похожий по своему устройству на орудийный замок, подавалась новая.

С помощью подобного бура, как показали расчеты, можно пройти в глубь Земли на 12 км. Почему не больше? Штанга или трос, на которых висит бур, при больших глубинах погружения могут оборваться, не выдержав собственного веса.

М.И. Циферов предложил еще и подземную… ракету. Она была «перевернута вверх тормашками», чтобы выжигать и активно выталкивать грунт из проделываемой скважины. С поры первой заявки прошло уж, считай, полвека. Подземные ракеты ныне совершенствует сын изобретателя. Но в широкую практику они так и не внедрились. Главный недостаток конструкции: никак не удается вести подземную ракету строго по заранее намеченной траектории.

А потому во всем мире проходчики продолжают уповать на традиционное буровое оборудование, обычные проходческие щиты. Именно с их помощью, например, построен туннель под Ла-Маншем.

Впрочем, все это вовсе не значит, что время подземных кораблей и ракет еще не пришло. Очень может быть, что разработка подземных лодок для больших глубин ныне ведется в глубокой тайне в каких-нибудь специализированных КБ. Во всяком случае, подземные «кроты», способные проходить скважины не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости, тратя на то значительно меньше времени, чем землекопы и буровики, уже существуют не первый десяток лет.

А недавно японцы сообщили о создании подземных машин нового класса – микротуннельных роботов. Они способны прорывать туннели диаметром от 25 см до 1 м.

Агрегат в люльке опускают в шахту, ориентируют в направлении будущего туннеля. Буровая головка начинает дробить грунт. После того как пройдено несколько первых метров, к машине подсоединяется очередная секция трубы. Операция продолжается до тех пор, пока робот не пройдет около 150 метров. Далее машина останавливается из-за сильного трения труб о грунт. Для продолжения работ необходимо закладывать новую шахту.

Изобретение, применяемое для прокладки водопровода, газовых магистралей, силовых и информационных кабелей, разрабатывалось десятками японских фирм; наиболее известные из них – «Изеки», «Окимура», «Комацу»… Роботы проходят в Японии 1000 километров в год. За японцами следуют немцы, они тоже производят сотни машин, работающих ныне под многими крупными городами Германии. Самые хорошие результаты получены на трудных стройках – в обводненных грунтах, под фундаментами крупных зданий и т.д. Причем шумы, вибрация, пыль, возникающие при работе механических лопат и отбойных молотков, в данном случае практически отсутствуют – слышно лишь урчание электромоторов.

Ну а как обстоят дела с подземоходами? Они вовсе не канули в Лету. Еще лет 20 тому назад американцы продемонстрировали новый буровой снаряд. Носовая часть представляла собой мощный нагреватель, выполненный из термостойкого молибденового сплава и способный создавать температуру примерно 1000 градусов. При таком нагреве любая кристаллическая порода если не плавится, то размягчается. Под действием собственного веса снаряд погружается в породу, словно нож в масло. Его хвостовая часть охлаждает и заодно цементирует стенки ствола; оплавленная порода образует прочную стеклообразную массу, предупреждающую прорыв подземных вод или обвал породы без дополнительного крепления.

Аналогичный проект «тонущего реактора» в конце ХХ века предложили и сотрудники Института теоретической физики и физики Земли РАН. Суть идеи заключается в следующем. Для начала обычным способом бурится скважина диаметром около метра и глубиной в несколько километров. Дно ее забивается серой, а потом туда опускают двухтонную капсулу с отходами. Радиоактивное излучение разогревает окружающее пространство, сера стимулирует реакцию, и капсула со скоростью 2—3 метра в сутки станет проваливаться в недра Земли. А вслед за ней можно запустить следующую… Так за несколько лет, используя 2—3 скважины, заложенные в разных частях света, можно будет избавить планету от радиоактивных отходов, которых ныне накопилось немало.

По волнам и под волнами

Ходить и плавать они научились одновременно. Так говорят о некоторых людях. То же можно сказать и обо всем человечестве. Испокон века люди предпочитали путешествовать и возить грузы по воде, а не посуху. А моряки и по сей день говорят, что они на своих кораблях «ходят», а не плавают.

«Стригущие волны»

История мореплавания насчитывает несколько тысячелетий. Начав с первых плотов и папирусных лодок, люди спустя тысячелетия додумались до атомоходов. Но особой строкой в истории мореплавания стоят парусники, в частности, клиперы.

«Клипер» в дословном переводе с английского – «стригун». Так назывались суда, «подстригавшие» своими легкими корпусами верхушки волн. Их стали строить в конце ХVII – начале ХVIII века, когда появилась надобность в легких, быстроходных судах, способных в считаные недели пересечь Атлантический океан, в целости и сохранности доставить из заморских колоний чай, кофе, пряности и прочие заморские диковины.

Первые клиперы были построены на американских верфях, а создателем их был конструктор Джон Гриффит. С толстопузыми судами типа каравелл было покончено. Для клиперов характерны были стройные корпуса, похожие на гигантских рыб. Устранено было все, что хоть в какой-то мере могло препятствовать уменьшению сопротивления воде и воздуху. Палубные надстройки сокращены до минимума.

Судостроители сотворили истинное чудо, добившись легкости корпуса при одновременном увеличении прочности. «Длина бежит!» Следуя этому принципу, клиперы строили с таким расчетом, чтобы длина их почти в шесть раз превосходила ширину. Впервые к судостроению были применены законы гидродинамики. Легкость конструкции достигалась не в ущерб прочности, а путем применения отборной древесины и железных шпангоутов. Деревянная обшивка обивалась сверху медной жестью.

Медная обивка подводной части судна, оказавшаяся весьма эффективной, впервые была введена в Англии. Она хорошо и на долгое время предохраняла корпус судна от обрастания ракушками и водорослями, а также от поражения древоточцами. Это позволяло на треть повысить путевую скорость и избавляло от необходимости частого ремонта. Нельзя было только прилаживать по соседству какую-либо железную деталь: в сочетании с медью и соленой морской водой образовывался своего рода гальванический элемент, в результате действия которого медные листы быстро разрушались.

Винтовой клипер «Стрелок». Неизвестный художник

Клиперы имели настолько высоко развитый такелаж, что у соленых мореходов прежних лет от одного лишь зрелища семиярусных полотняных облачных шатров, возвышающихся над палубой, трубки падали изо рта.

«Эти стремительные парусные колоссы были быстрейшими из рысаков Эола, которые бегали когда-либо по морям», – пишет о клиперах известный немецкий историк флота Х. Ханке. Быстрые рейсы сулили судовладельцам значительное повышение доходов. Честолюбивые капитаны, как правило, участвующие в прибылях, лично подбирали экипажи, вплоть до последнего матроса. Игра стоила свеч: ведь опоздание грозило увольнением самому капитану.

Однако служить на клиперах было тяжело и опасно. И не только потому, что матросам приходилось в любую погоду взбираться на головокружительную высоту, чтобы поставить или убрать паруса. Узкие корпуса и сверхразвитый высокий рангоут нередко приводили к тому, что клиперы не только переворачивались, кренясь на борт, но иной раз и совершали «кувырок через голову».

Современный парусный барк «Седов»

Из-за этого же большинство верфей вскоре прекратило закладку больших судов с прямоугольными парусами и перешло к строительству шхун. Шхуны отличались великолепными парусными свойствами и благодаря простоте такелажа прекрасно обслуживались командой в десять раз меньшей, чем команда клипера. Это давало большую экономическую выгоду.

А сами клиперы ждала довольно печальная судьба. Вспомним, к примеру, о знаменитой «Катти Сарк» – самом прославленной чайном клипере. После того как парусник перестал участвовать в «чайных гонках», его неоднократно переделывали и в конце концов превратили в судно-угольщик, подвозившее топливо для первых пароходов.

И лишь когда легендарный парусник отправили на слом, мировая общественность спохватилась. Были собраны деньги на реставрацию «Катти Сарк», и корабль занял почетное место в специально созданном для него музее. Но и тут злой рок не оставил судно. В 2008 году случился пожар, при котором чайный клипер сгорел практически дотла.

Вплоть до наших дней существуют парусные мореходные яхты и шхуны. Они появились на морях вслед за бригами и логгерами. Эти выносливые и неприхотливые «морские пони» и по сей день используются для рыболовства и морских прогулок. Большие парусники в наши дни служат еще учебными судами для подрастающего поколения морских офицеров.

Самым большим парусным судном был корабль «Франция» (водоизмещение – 5899 тонн), спущенный на воду в Бордо (Франция) в 1911 году. Длина стального корпуса этого пятимачтового барка составляла 127,4 м.

Из нынешних парусников самым большим считается 109-метровый «Седов», построенный в 1921 году в Киле (Германия). В его команду входят 65 курсантов и 120 офицеров-преподавателей.

И, наконец, всему миру была известна в свое время советская шхуна «Заря». Это парусное судно водоизмещением 605 т было построено в середине ХХ века целиком из немагнитных материалов и использовалось для исследований магнитного поля Земли.

Вместо паруса – ротор

После всего этого, казалось бы, о парусниках можно забыть навсегда. И все-таки, несмотря ни на что, парус на морях не исчез окончательно.

С началом XXI века, как ни странно, вернулся интерес и к парусникам. И вот почему. Эксперты подсчитали, что за последние 200 лет скорости на воде если и изменились, то незначительно. Что чайные клиперы XIX века, ходившие со скоростью 19—22 узлов, что гордость дореволюционной России – речной пароход «Спартак», развивавший скорость 20—25 км/ч, – все эти рекордсмены прошлого не сильно уступают современным теплоходам и атомоходам.

Конечно, суда на подводных крыльях или на воздушной подушке способны перешагнуть и 100-километровый рубеж, но в открытом море они не ходят. Их удел – каботажное плавание. Большому же океанскому судну законы физики не позволяют перейти рубеж в 25 узлов (46 км/ч), чтобы рейс при этом оставался экономически оправданным.

Впрочем, скорости никогда не были главным козырем водного грузового транспорта, его основные преимущества – объемы перевозок и их дешевизна. И вот тут-то, по критерию дешевизны, любое судно, использующее в качестве движущей силы энергию топлива, теоретически явно проигрывает паруснику.

Кстати, позвольте заметить, что даже в военном деле, где всегда применялись самые современные технологии и не очень привыкли экономить, от паруса не отказывались очень долго. Скажем, так называемые корабли революции – броненосец «Потемкин», крейсера «Очаков» и «Память Азова» – кроме брони и паровых машин имели также и парусный такелаж, поскольку постановка парусов при свежем ветре могла увеличить скорость такого корабля почти вдвое!

Грузовое судно «Букау», оснащенное ротором Флеттнера

Скорость позволяют также увеличить и новые конструкции парусов, каких не бывало ранее. Речь тут прежде всего идет об открытии немецкого ученого Антона Флеттнера. В начале прошлого века он разработал движитель, названный впоследствии «ротором Флеттнера», или турбопарусом. Этот турбопарус представлял собой вращающийся вертикальный цилиндр, сила тяги которого создавалась за счет эффекта Магнуса.

В 1852 году к немецкому ученому Густаву Магнусу обратились артиллеристы, которые хотели понять, почему в полете вращающийся снаряд отклоняется от цели, да и вообще ведет себя довольно странно. Исследователь в ходе экспериментов обнаружил, что на вращающийся цилиндр, обдуваемый сбоку ветром, действует сила, перпендикулярная его направлению (это явление и стали называть эффектом Магнуса). Снаряд нарезного орудия – это, в сущности, и есть вращающийся цилиндр. Потому, когда ветер дул на него с одного бока, он поднимался и летел дальше, а когда дул с другой стороны, то терял высоту.

Физическую суть эффекта Магнуса прояснил профессор Геттингенского университета Л. Прандтль в начале ХХ столетия. Он рассудил, что на поверхности вращающегося цилиндра, обдуваемого воздушным потоком, с одной его стороны направление вращения совпадает с направлением потока, а с другой – ему противоположно. При этом воздух, коснувшийся поверхности цилиндра, образует так называемый пограничный слой, в котором, чем ближе к поверхности, тем меньше его скорость относительно этой поверхности. На самой же поверхности воздух относительно неподвижен, он как бы к ней прилипает. По мере поворота цилиндра «прилипший» к ней пограничный слой устремляется навстречу внешнему потоку, отрывается от поверхности цилиндра, и возникает давление, направленное перпендикулярно потоку, омывающему цилиндр.

На практике этот эффект был впервые использован в 1931 году, когда в Германии переоснастили небольшое грузовое судно «Букау». На его палубе появились два цилиндра высотою 15,6 и диаметром 2,8 м. Вращаясь, они, подобно парусам, гнали корабль по волнам, позволили ему даже переплыть Атлантику.

Даже при небольшом ветре 8 м/с на каждом цилиндре возникала сила тяги в 2300 кг. Цилиндры предварительно раскручивались электромоторами мощностью 18 л.с., получавшими энергию от дизельной электростанции. Под действием же ветра судно двигалось со скоростью 40 км/ч, развивая мощность около 700 л.с. Сравните: если то же судно двигать при помощи винтов, то понадобятся двигатели общей мощностью около 1000 кВт!

К сожалению, и суда с ротором Флеттнера, как и обычные парусники, зависели от прихотей ветра, а потому и были вытеснены теплоходами. Интерес к ним возродился в 70-е годы прошлого века в связи с ростом цен на топливо и повышением внимания к экологии. Так, знаменитый французский исследователь океана Ж.И. Кусто в 1980 году построил судно «Калипсо», оснащенное двумя роторными ветродвижителями. На каждом его роторе имелся щиток, направляющий поток воздуха. Изменяя его положение, можно было получать тягу в нужном направлении независимо от того, куда дует ветер. К сожалению, опыты с такими судами были прекращены после кончины ученого и более не возобновлялись.