Вакуумная железная дорога. Ч 2 Шлюзы вакуумной ЖД.

Начало статьи

Предложение автора Олега Тесленко принципиальным образом отличается от гиперлупа Илона Маска. Этих отличий много, даже трудно перечислить. Главнейшие отличия в том, что проект Илона Маска предназначен только для перевозки пассажиров в малых количествах - в специальных капсулах. В противоположность этому проект автора предполагает перевозку не только пассажиров, а и самых обычных грузов: уголь, зерно, цемент, щебень, руду, удобрения, бревна и доски, железобетонные конструкции, стальные и чугунные отливки, стальные листы, нефть, бензин, керосин, пропан, бутан, хлор. А также и штучные грузы: автомобили и тракторы, контейнеры, и многое, многое другое. Причем перевозки будут осуществляться в самых обычных открытых грузовых вагонах - потому, что обычные грузы не боятся вакуума, а пассажирские перевозки - тоже в обычных пассажирских вагонах, только прошедших специальную герметизацию.

Но тут некоторые плохо знающие физику читатели могут забеспокоиться: как это пассажиры смогут остаться живыми в вакууме? Но дело в том, что вакуум будет только снаружи поезда, а вот внутри него - обычный воздух под нормальным атмосферным давлением. То есть все вагоны будут полностью загерметизированы, чтобы не было ни одной дыры выпускающей из них воздух. Это довольно легко осуществить, достаточно вспомнить. что все пассажирские самолеты летают на этом принципе - они имеют абсолютно герметичный фюзеляж с пассажирским салоном в нем. А снаружи каждого реактивного авиалайнера летящего на высоте 10 км очень высокий 74% вакуум с давлением всего 0,26 от атмосферного. И это характерно для американских Боингов и французских Аэробусов, а советские Ту-154 способны были иногда забираться на высоту 14 километров, где давление всего лишь 0,14 от атмосферного - то есть в 7 раз меньше. Или всем известные сверхзвуковые Ту-144 и Конкорды летатали на высоте 17 километров, где давление меньше 0,1 от того которое на поверхности земли. Не говоря уж о космических кораблях летающих годами в полном вакууме.

Но самое главное принципиальное отличие - это способ погрузки и выгрузки пассажиров и грузов. Ведь для осуществления этой операции требуется, чтобы транспортное средство обязательно остановилось. И вот в проекте Илона Маска капсулы с пассажирами будут останавливаться прямо на магистральном пути - точно также как сейчас это делают все пригородные электрички и электропоезда в метро. Но Илон Маск не учитывает, что если таких капсул будет много, то тогда одни капсулы во время остановки будут разбиты другими - задними, которые продолжат мчаться с огромной скоростью. А о том, чтобы перевозить грузы в завиральном проекте у Илона Маска даже и речи нет - потому, что в трубе вакуум, а для того, чтобы выгрузить грузы, трубу пришлось бы открыть, и этим сразу нарушить весь вакуум.

Кроме того - ни Илон Маск, ни другие обыватели, похоже, не понимают, что его капсулы должны будут двигаться по общепринятому принципу движения пригородных электричек: Разгон - потом торможение, остановка и посадка - высадка пассажиров на очередной станции, потом снова разгон и вслед за ним торможение - потом опять остановка. И такое чередование будет вечным: разгон - торможение, остановка, разгон - торможение, остановка, Разгон - торможение, остановка. Именно этот принцип мешает грузовым перевозкам в России - потому, что грузовые поезда едущие вслед за пассажирскими и электричками вынуждены уступать им дорогу и двигаться вслед за ними, при этом грузовые вынуждены уменьшать скорость своего движения. В противоположность этому в проекте автора предполагается, что кроме пассажирских поездов в трубе будут сновать туда-сюда особые пересадочные устройства. Эти пересадочные модули будут разгоняться до скорости пассажирских поездов, потом примагничиваться к ним и соединяться вакуумными присосками. Пассажиры будут входить выходить из вагонов в эти пересадочные модули, которые потом замедляются и останавливаются сбоку от магистрального пути - не мешая грузовым поездам. Таким образом, в проекте автора у пассажирских поездов не будет потерь времени и энергии на езду в режиме: разгон - замедление - остановка, а в предлагаемом проекте они все время будут двигаться с постоянной максимальной скоростью.

А процесс погрузки - разгрузки грузовых вагонов в принципе будет повторять существующий на настоящее время общепринятый принцип, хотя и с некоторыми отличиями. В существующих железных дорогах чтобы остановить грузовой поезд для погрузки-выгрузки, он сначала замедляет ход при приближении к нужному пункту, затем диспетчер перекладывает стрелку так, что поезд переходит с магистральной линии на другой - параллельный путь (короткую ветку). И вот на этой боковой параллельной ветке поезд окончательно останавливается и там уже производится погрузка - выгрузка, не мешая ходу поездов по основной магистрали. Недостаток существующей системы в том, что конкретному потребителю может быть нужно малое количество вагонов - например: два или три, или десяток - из ста вагонов поезда. Но приходится останавливать весь поезд - все сто вагонов. А в предлагаемом проекте будет устройство, которое в условиях вакуума будет автоматически отцеплять несколько последних вагонов. И вот эти отцепившиеся вагоны по радиосигналу от диспетчера будут автоматически включать свои собственные тормоза, и замедляют движение, отставая от основного поезда. После этого компьютер диспетчера отдает сигнал на перевод стрелки, и отстающие вагоны тут же переходят на параллельную вакуумированную ветку длиной несколько километров, по которой они доезжают до конца ветки и оказываются в шлюзе. Тут же за ними закрывается задняя стенка шлюза, которая полностью обеспечивает герметичность и вакуум в основной магистрали. После этого открывается герметичная передняя стенка шлюза, и в него врывается воздух с обычным атмосферным давлением. Затем к стоящим вагонам подъезжает обычный небольшой маневровый локомотив, который протаскивает остановившиеся вагоны на несколько сотен метров вперед для разгрузки или погрузки. И вот на этот открытом пространстве под обычным атмосферным давлением воздуха производится операция разгрузки или погрузки. После этого вагоны опять загоняют в шлюз, через открытую внешнюю заслонку, которую сразу закрывают. После этого шлюз заполняют водородом и тут же начинают откачивать его с помощью обычной турбины, для того, чтобы создать нужный вакуум в шлюзе. Когда через несколько минут нужный вакуум будет достигнут, тогда маневровый локомотив загонит эти несколько вагонов на один из магистральных путей - прямой или обратный. И локомотив разгонит эти вагоны до большой скорости - так, что подцепит сзади к мчащемуся впереди поезду. Вот так будут осуществляться грузовые перевозки по предлагаемому проекту в отличие от Илона Маска.

Также Илон Маск собирается разместить трубу над землей на высоких железобетонных опорах, а проект О.Т. предполагает, что труба будет зарыта в землю на глубину до 6 метров. От этой разницы появляются сразу два эффекта: труба гиперлупа Илона Маска будет обогреваться жарким летним днем до температуры максимум до 50 градусов, а зимой охлаждаться до температуры - 41 градус, таким образом, разница температур может достигнуть 90 градусов. Из-за этого будет действовать эффект теплового расширения и сжатия рельсов. И с ним придется бороться. Обычно между стыками рельсов оставляют небольшие промежутки на которых стучат колеса. Но дело в том, что сила удара колеса на стыках рельсов сильно зависят от кинетической энергии удара, а эта энергия пропорциональна скорости во второй степени. То есть, если скорость поезда увеличена в 2 раза, то кинетическая энергия в 4 раза, если скорость в 3 раза, то кинетическая энергия в 9 раз, если скорость в 4 раза, то кинетическая энергия в 16 раз, если скорость в 5 раз, то кинетическая энергия - в 25 раз! Из-за этого колеса поездов в гиперлупе Илона Маска будут биться о стыки рельсов, и очень быстро изнашиваться.

В противоположность этому в проекте О.Т. труба зарыта в землю, и при этом возможно покрыта еще и теплоизолирующим слоем. Дело в том, что изменение температуры с глубиной уменьшается: "Глубина промерзания грунта составляет 2–2,5 метра. Температура земли ниже этой отметки остается одинаковой и зимой и летом в диапазоне от плюс одного до плюс пяти градусов Цельсия." Но дело в том, что вакуумная труба будет покрыта сверху тонким слоем теплоизолирующего материала, а нижняя часть квадратной трубы зарыта на глубину примерно 6 метров - где будет абсолютно постоянная температура. Мало кто знает, что теплопроводность самых обычных материалов примерно в тысячу раз хуже, чем, например, у алюминия, и достаточно толщины теплоизолирующего материала всего лишь 10 см, как это обеспечит такой же приток внешнего тепла, как через слой алюминия гигантской толщины 100 метров!!! Поэтому труба поездов, зарытая в землю, запросто обеспечит минимальную разницу зимних и летних температур всего +/-1 градус! А если применить хотя бы простейшие устройства для стабилизации тепла - то разницу зимних и летних температур для рельсов расположенных на глубине 6 метров можно вообще свести к нулю!

При проектировании надземных ВСМ в России предъявляются особо жесткие условия по температурному режиму: причем решающее значение имеют не только перепады, но и их нижнее значение: -48 С. Именно воздействие низких температур негативно отражается на прочностных свойствах металла, а следовательно, элементов кузова и навесного оборудования.

Разница между проектом Илона Маска и обычными наземными железными дорогами и проектом О.Т. в том, что в моем проекте будет обеспечена высокая экологичность. Железобетонная труба для поездов зарытая в землю на глубину 6 километров будет сверху присыпана тонким слоем земли, и на ней вполне сможет расти трава, кустарники и даже деревья по бокам от трубы на расстоянии одного метра от ее оси. А это значит, что сверху трубы запросто смогут пастись коровы и козы, пробегать лошади, олени и кабаны, проходить медведи, волки и лисы, переползать ежики и ужи, проходить люди и проезжать велосипедисты и мотоциклисты. А также грибники могут собирать грибы и ягоды, а сельские жители смогут косить траву для коров и коз и собирать стога сена поверх трубы. Нельзя будет только ставить дома над трубой, бурить скважины и рыть колодцы. Но и ставить дома и рыть колодцы и бурить скважины можно будет уже в 4 метрах от оси квадратной трубы. Таким образом, проект О.Т принципиально отличается от гиперлупа Илона Маска.

Но еще больше отличия от обычных открытых наземных железных дорог, пускай даже и высокоскоростных. Дело в том, что при движению любого высокоскоростного объекта, будто то снаряд, пуля, самолет, или поезд - перед каждый таким объектом обязательно движется ударная волна сжатого воздуха. Но конечно эта ударная волна очень сильно зависит от размеров и скорости объекта. Потому, что хотя например маленькая пуля и летит со скоростью в два раза быстрее звука, но благодаря ее маленьким размерам ударная волна от нее ничтожна. Но вот если летит крупнокалиберный снаряд, то даже если не произошло взрыва, то воздушная волна от него способна разбросать людей стоявших близко от его траектории. Известен случай, когда в одном морском бою крупнокалиберный снаряд пролетел мимо капитана корабля, и так отбросил его в сторону и ударил о стенки рубки, что тот потерял сознание. А дело в том, что поезда и самолеты имеют во много раз большие размеры и вес чем любой снаряд, поэтому ударная волна от них будет в тысячи раз сильнее, чем от любого снаряда. И хотя для авиации эта проблема решается очень просто: всего лишь тем, что самолеты летают высоко в небе и благодаря этому ударная волна от них не достигает земли, но вот уже для сверхзвуковых самолетов ударная волна достает до населенной поверхности с высоты 17 километров. А это значит, что если бы сверхзвуковые самолеты летали бы на малой высоте, то на расстоянии 17 километров от них и в ту и в другую сторону сшибало бы с ног и убивало бы всех людей, автомобили, выбивало бы стекла в домах. Причем люди не знакомые с законами аэродинамики вообще ни бельмеса не понимают в этой теме. Автору это было наглядно продемонстрировано в институте, когда преподаватель задал всем студентам вопрос: что за хлопок производит самолет летящий на сверхзвуке - так ни один студент кроме автора этой работы не знал правильного ответа! Все наивно думали, будто самолет в этот момент перешел на сверхзвук. А на самом деле сверхзвуковой самолет постоянно летит на скорости больше звука, и создает перед собой ударную волну в виде конуса, которая даже с большой высоты в сильно ослабленном виде достигает поверхности земли в виде хлопка. А если бы самолет летел на малой высоте, то ударная волна от него действовала бы как взрыв снаряда.

Однако, железнодорожные поезда ездят гораздо медленнее чем скорость звука, и поэтому у них нет звуковой ударной волны. Но никто из железнодорожников не понимает, что в этой проблема важна не только скорость, но и размеры объекта. потому, что если самолет весит максимум 200 тонн, то железнодорожный поезд из ста вагонов может весить порядка 6000 тонн! А значит и воздушная волна от него может быть весьма значительной. В отличие от самолетов, грузовые поезда движутся относительно медленно - со скоростью порядка 48 км/ч, поэтому воздушная волна от них сравнительно невелика. Но дело в том, что воздушная волна возрастает примерно в третьей степени от скорости движения. И если на своей обычной скорости поезда создают лишь небольшой вихревой след поднятой ими пыли или снега, то уже при скорости 200 км час будет заметное воздействие на людей, а при скорости порядка 500 км/ч вероятно людей будет отбрасывать в сторону, а поезда идущие рядом по параллельному пути ударной волной вероятно вообще будет сбрасывать с рельс. Поэтому хотя рекорды скорости на железной дороге и составляют огромные величины: 487; 574; и 581 км/ч, но вероятно все эти рекорды ставились в особых условиях - когда на параллельных путях вообще не было никаких поездов, а у самой дороги стояло оцепление из солдат - чтобы никто из людей случайно не подошел бы к железной дороге. И до сих пор поездов с такими скоростями не работают в обычной эксплуатации. И дело вовсе не в том, что там якобы новые, непроверенные принципы поддержания - магнитная или воздушная подушка, на самом деле просто большая скорость наземных поездов может убивать посторонних людей. Есть два обстоятельства, на которые никто не обращает внимания. Первое: что китайские скоростные дороги снизили скорость вместо 350 км/ч до 250 км/ч - якобы из-за экономии электроэнергии, поскольку будто бы на больших скоростях они становятся убыточными. Но тогда возникает вопрос: а для чего нужны сверхскоростные поезда со скоростями 487, 584 и 581 км/ч? А на самом деле: скорее всего это обман. Вероятно, уже при скорости 350 км/ч поезда создают настолько сильную воздушную волну, что создают аварийные ситуации на прилегающей местности. Или пример со сверхскоростной 30 километровой электромагнитной дорогой Шанхай-аэропорт Пудонг, со скоростью 431 км/ч, хотя в принципе эти поезда способны развивать скорость 581 км/ч. Оказывается что эта высокоскоростная линия нерентабельна из-за неудачного расположения конечной (или начальной станции). Но автор предполагает, что это обман. На самом деле вероятно этот поезд создает сильную ударную воздушную волну, поэтому начальный вокзал не смогли расположить в городе Шанхае, и из-за этого пассажирам сначала приходится добираться на другом виде транспорта до железнодорожного вокзала и на этом терять время. Таким образом воздушная ударная волна очень сильно ухудшает эксплуатацию высокоскоростных поездов.

Продолжение - Часть 3. Аэродинамика поездов в вакууме.

Статьи сайта "Раскрытие тайн"