Ученые рассказали о перспективах магнитолевитационного транспорта в России
Сегодня, когда Россия в одночасье оказалась отрезана от западных товаров и технологий, всё больше говорят об импортозамещении. Замещать необходимые импортные товары, безусловно, нужно и важно. Но еще важнее, как представляется, постараться использовать создавшиеся тяжелые условия для серьезного переосмысления привычных подходов во всем, в том числе техносфере. И постараться прорваться в новое — в то, что находится совсем на переднем крае науки или не обрело удовлетворительного технического воплощения.
27 ноября в Минобороны РФ рассказали, что в центре перспективного вооружения при 46-м центральном научно-исследовательским институте разбатывают концепцию надрельефной машины для транспортировки людей и грузов в зоне боевых действий. Речь идет об устройстве, которое с помощью движителей будет подниматься над поверхностью и перемещаться, огибая рельеф.
Но замыслы нового транспорта вынашивают не только в военном ведомстве, но и на гражданке. Мы хотели бы рассказать о любопытном проекте «Квантовый гравилет» — детище Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), ОАО «Российские Железные Дороги» и университета «Сириус» в Сочи.
В рамках проекта «Разгон, торможение и рекуперация вакуумного сверхпроводящего магнитолевитационного транспорта» (МАГЛЕВ) создаются физические основы такого вакуумного, сверхпроводящего транспорта, который будет работать с минимальным расходом энергии, практически без экологической нагрузки на окружающую среду: без вибраций и вредных выбросов.
Занимаясь проектом «Квантовый гравилет», группа сотрудников Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН под руководством доктора физико-математических наук Виктора Викторовича Коледова занимается поиском прорывных научных решений в физике, материаловедении и других областях знания.
«Мы исследуем принципиальную возможность создать транспорт будущего, который можно применять как на огромных географических пространствах материков, так и внутри городов. Внутригородской „Квантовый гравилет“ для движения может использовать энергию гравитационного поля Земли. Парящий над магнитной трассой сверхпроводящий „ковер-самолет“ не будет создавать в городской среде никакого шума, вибраций, выбросов химических веществ», — рассказал руководитель проекта.
«Чтобы свести к минимуму потери энергии при сверхскоростном движении, мы хотим поместить всю систему в вакуумною трубу, чтобы приблизить эксплуатационные потери энергии к нулю. Также энергия будет экономиться за счет рекуперации. Таким образом, наша цель — создать транспорт, себестоимость эксплуатации которого будет на порядки меньше существующего, а скорость на порядки выше», — пояснил Виктор Коледов.
Задачи, которые ставит перед собой проектная группа, пока не решены ни в одной стране мира. Это создание транспорта будущего, в котором будет возможность путешествовать со сверхзвуковой скоростью по поверхности Земли.
Авиатранспорт, который претендует на сверхбыстрое сообщение, не предлагает ничего кардинального для уменьшения расхода топлива, а значит, себестоимости полетов и всех остальных ресурсов, в том числе нагрузки на природу.
Магнитолевитационный вакуумный сверхпроводящий транспорт использует не колеса, а силу взаимодействия магнитов и сверхпроводников. Благодаря этому резко повысится скорость с одновременным снижением экологической нагрузки. Создание такого транспорта требует масштабной научной проработки, осуществляемой в проекте «Квантовый гравилет».
За счет рекуперации физические свойства вакуумного сверхпроводящего МАГЛЕВа могут обеспечить минимальные потери энергии при движении поездов. Основные потери при движении современных поездов, особенно при больших скоростях, связаны с трением состава о воздух, что предотвращается за счет помещения поезда в вакуумную трубу.
Одной из целей жизни Юрия Алексеевича Терентьева, энтузиаста, посвящающего свою жизнь магнитолевитационному транспорту, является воплощение этой «сказки о ковре-гравилете» в жизнь.
Он считает, что одна из начальных проблем, которую решает коллектив проекта — надежное управление вакуумным сверхпроводящим гравилетом, который, в основном, использует в начальном варианте для разгона и торможения силу гравитации Земли. Однако, как и всякому виду транспорта, «Квантовому гравилету», может потребоваться остановка в пути. И такую возможность надо обеспечить.
«Экспериментальная опытная установка, моделирующая „Квантовый гравилет“, представляет собой почти математический маятник. Измеряя период его колебаний, мы можем вычислить радиус трассы, над которой он летает, а меняя его — управлять движением нашего левитера. Такая трасса — это трасса с изменяемой геометрией профиля пути в вертикальной и смежных плоскостях. Если трасса изменяет профиль, то на отдельных участках пути, „Квантовый гравилет“ будет либо замедляться, либо ускоряться», — комментирует ученый.
Чтобы сделанный из высокотемпературных сверхпроводников «Квантовый гравилет» парил над трассой, сверхпроводники необходимо не только охладить до температуры ниже сверхпроводящего перехода, примерно 190⁰ К, но и поддерживать эту температуру во время движения, объясняет Юрий Терентьев. Здесь встает еще одна важная физическая проблема, которую необходимо решить — создание криостатов, которые обеспечат все эти требования.
Терентьев продемонстрировал уверенно парящий над трассой «квантовый гравилет» с немагнитным, неметаллическим композитным криостатом с вакуумной изоляцией.
«Хороший криостат должен обеспечить полет в течение неограниченного времени при использовании на его борту автономного криорефрижератора с бортовым источником питания. Если энергии начнет не хватать на длинной трассе, то дополнительную энергию можно поставить за счет установки на борту рефрижератора, который получает энергию от фотоэлементов, которые работают в том числе и ночью. Одной из самых важных систем в магнитной левитации будет являться охладитель, то есть, например, магнитный рефрижератор, позволяющий экономить энергию», — утверждает исследователь.
О нем также рассказывает участник проекта к. ф.-м.н. Александр Каманцев: «Примерно пять лет назад был придуман такой концепт, в котором применяется магнитокалорическое охлаждение. Магнитокалорическое охлаждение известно уже давно, но в данном случае оно применяется следующим образом: рабочее тело магнитного холодильника помещается в магнитное поле, которое создается сверхпроводящим магнитом».
Он пояснил, что, поскольку сверхпроводимость существует только при низких температурах, то само тело магнитного холодильника должно охлаждать свою собственную рабочую область.
«На начальном этапе магнитная система сверхпроводящего магнита заливается жидким азотом, таким путем создается необходимое магнитное поле. А впоследствии утечки тепла компенсируются магнитокалорическим рефрижератором. Рефрижератор охлаждает себя и область сверхпроводящего магнита, что позволит значительно сэкономить расходы энергии на охлаждение. Предложена компактная система такого магнитного охладителя. Все комплектующие будут российскими», — рассказал Александр Каманцев.
Участник проекта аспирант Денис Карпухин рассказал о разгоне и торможении, а также о ходе самой работы по выполнению проекта.
«Управление движением осуществляется автоматически. Разгон осуществляется включением катушки, когда сверхпроводник, который является движителем, проходит половину сердечника катушки, при этом он получает импульс, с которым он ускоряется и проходит часть пути», — объяснил он.
«При торможении процесс идет в другую сторону. Причем движитель при торможении как будто наталкивается на магнитную стену. Торможение происходит в том числе и из-за естественных причин, которые компенсируются этим же способом. Таким образом, можно компенсировать и неровности трассы, обеспечивая равномерное движение, без ускорения, что также будет экономить энергию», — объяснил аспирант.
Юрий Терентьев считает, реализация транспортного проекта могла бы не только решить транспортные проблемы России, но и сильнее интегрировать пространство ЕАЭС и большей части стран ШОС. Также он считает, что вакуумный магнитолевитационный сверхпроводящий коридор в плане логистики и транспортировки грузов сможет конкурировать с многими морями и проливами, как например, Желтым морем, Суэцким каналом, Малаккским проливом.
Опыт России показывает важность транспортных путей в необжитых местах, неких «медвежьих углах», где транспорт и транспортные магистрали решали, в том числе, геополитические задачи, играя огромную роль в контроле над географическим пространством.
«Сверхскоростной транспорт значительно увеличит подвижность населения. Хотелось бы отметить, что так как создание самих магистралей — это инфраструктурные геополитические проекты, а себестоимость эксплуатации будет очень мала за счет минимального расхода энергии, то себестоимость билетов также может быть минимальной. Это обеспечит появление необходимых трудовых ресурсов в нужных местах, что будет способствовать росту экономики, в том числе развитию востока страны, а следовательно, значительному геополитическому укреплению и созданию устойчивых позиций российского государства», — отметил ученый.
Виктор Коледов подчеркнул, что для создания такой транспортной системы будет нужно создание новых функциональных и конструкционных материалов, геофизические и геологические, радиофизические, физические, математические и биологические исследования во многих отраслях науки.
Ученые считают, что проект «квантового транспорта» мог бы стать для России неким подобием космического или атомного проекта СССР. По научному, техническому, инновационному потенциалу он мог бы вывести Россию на новые рубежи и дать большой толчок развитию образования, а также, считают ученые, проект способствовал бы большей интеграции регионов России, а значит — укреплению страны.
