Левитирующие поезда – это уже реальность, но пока не в России

Японские поезда-маглевы способны двигаться со скоростью 600 километров в час. Фото с сайта www.photos.maryland.gov

При рассмотрении основных тенденций и парадоксов становления в России и мире ВСМ (высокоскоростные железнодорожные магистрали) неизбежно в среднесрочной, а то и ближайшей перспективе следующего этапа их развития возникает тема магнитолевитационного (маглев) транспорта.

На рельсах XXI века

Сразу уточню: рельсы – лишь образ, привычный для массового сознания. Но именно рельсов на железных дорогах недалекого будущего не будет! Как и колес. Опора – магнитное поле между эстакадой и поездом. Маглев – это буквально парение (левитация). Нет трения. Нет контактной сети, физического износа, стука. Эксплуатационные расходы – 70% от обычных ВСМ.

На 2019 год опытная эксплуатация маглева идет в Японии, Китае, Германии. И… Не такой уж частый случай: Россия имеет самый серьезный задел, даже приоритет по важнейшему компоненту маглева: сверхпроводники для мощных электромагнитов, разработанные, производимые серийно, поставляемые в США, Германию, Францию, Англию… московской фирмой «СуперОкс».

В конце прошлого года президент Российского университета транспорта (МИИТ), президент Ассоциации вузов транспорта России профессор Борис Лёвин и глава научно-образовательного центра инновационного развития пассажирских железнодорожных перевозок Петербургского государственного университета путей сообщения Анатолий Зайцев (ранее начальник Октябрьской железной дороги, министр путей сообщения РФ) пригласили меня во Всероссийский НИИ железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ). Свое заседание проводил Объединенный научный совет РЖД. Тема – перспективы российского маглева.

На этом научном совете присутствовали, делали доклады научные руководители, производственники, представлявшие все отрасли наук, промышленности, необходимые для запуска маглева. Более того, прибыл и глава Всемирной ассоциации маглева Йоханес Клюшпис. Ранее его экспертная группа трижды рассматривала российскую магнитолевитационную технологию и пришла к выводу о ее эксклюзивности и готовности к применению. Изучив мировые и российские усилия, одним из серьезных препятствий для применения технологии маглевы на магистральных линиях (пассажирских и грузовых) господин Клюшпис назвал сопротивление владельцев классических железнодорожных технологий «колесо–рельс».

На сегодня 19 стран в разной степени готовности ведут работы по маглеву. Таким образом, если наше предложение правительству РФ о создании сверхскоростной магнитолевитационной пассажирской магистрали Санкт-Петербург–Москва будет принято, Россия может стать третьей страной в мире, обладающей технологией для сверхскоростных магистралей. Российский проект маглева обладает собственной эксклюзивной технологией – более дешевой, более энергетически эффективной. Нам нужно лишь административное восприятие.

ВСМ – это пути, а не подвижной состав

Причина столь высокого внимания к российскому маглеву – притом что у нас нет пока даже «обычных» ВСМ – все в том же удавшемся прорыве по магнитам на сверхпроводниках. Но сначала два слова о «провале», отставании по ВСМ.

Считаясь визитной карточкой высокоразвитых стран, ВСМ имеют строгий, вполне объективный критерий: маршрутная скорость выше 200 км/час. Напомним, сегодня ВСМ есть в Марокко, Узбекистане! А в США (давний упор на личный транспорт), России – нет! Точнее, есть «квази-ВСМ»: американский Acela Express на линии Вашингтон–Бостон (734 км, 7 часов), наши «Сапсаны» Москва–Санкт-Петербург (650 км, 4 часа). Вся проблема и 70–80% объема инвестиций, необходимых для не «квази» ВСМ, – это пути, но отнюдь не подвижной состав. Например, в известном проекте ВСМ Москва–Казань пути – это 73,7% инвестиций, подвижной состав – 4,7%.

Добавлю: ради «квази-ВСМ» Санкт-Петербург–Москва с «Сапсанами», закупленными в ФРГ, способными идти 250 км/ч, а в реальности плетущимися с маршрутной скоростью 172 км/час, с трассы сняли грузовые составы, пустив их с крюком более 400 км! В общем, то, к чему мы привыкли, может, даже гордимся, по сути, лишь времянка!

Итоговый вердикт Анатолия Зайцева: «В России значительная часть железных дорог проходит по болотистым местностям, слабым грунтам, в условиях вечной мерзлоты. Устройство пути для ВСМ – серьезная проблема вследствие огромных трудозатрат и последствий для окружающей среды. Ученые предлагают принципиально новый подход к несущей конструкции: эстакады. Мировая практика, стремительное развитие техники для устройства опор без применения бульдозеров и экскаваторов, появление новых материалов с высокими несущими свойствами свидетельствуют о возможности существенного прогресса».

Установлено: затраты на строительство пути по эстакадной и классической технологии идентичны. Но первая имеет тенденцию к снижению стоимости, а классическая, из-за замены грунтов, – к удорожанию.

«В Китае при огромных темпах строительства ВСМ и существующих технологиях создания железнодорожных эстакад коэффициент удорожания в общем объеме составляет лишь 1,07, – подчеркивает Зайцев. – По мере роста скорости поездов острее становится проблема передачи электрической мощности на подвижной состав, контактный провод и токоприемник испытывают большие динамические нагрузки. По мере роста скорости динамическое взаимодействие этих элементов усложняется».

Действительно, перепады температур у нас максимальные, а глинистые грунты такие, что, по свидетельству директора Российской Академии путей сообщения Леонида Карпова, на БАМе, вспучиваясь, они давали смещения до 4 м!

Экономика маглева

Решив кардинально проблему эстакадного пути, можно переходить и к магнитной «начинке», и к рекордным скоростям. Маглев в Японии: 581 км/час (2003 год), сегодня уже 603 км/ч. У авторов проекта российского маглева есть соглашение с «Трансмашхолдингом» (ТМХ), готовым создать российский подвижной состав. При стоимости билета 1500 руб. трасса Москва–Санкт-Петербург (время пути 72 мин.) окупится за 16 лет.

У находящихся в коммерческой эксплуатации в Южной Корее составов на магнитной подушке скорость – 110 километров в час.  Фото Ким Минсона

1) техническое обслуживание подвижного состава: ICE – 0,52 центов, Transrapid – 0,21 цент;

2) техническое обслуживание инфраструктуры: ICE – 1,42 евро, Transrapid – 1,23;

3) общая стоимость технического обслуживания соответственно: 1,93 и 1,43 евро;

4) эксплуатационные затраты обычных ВСМ на 1 км: в Бельгии – 32 тыс. евро, во Франции – 28 тыс. евро, в Италии – 13 тыс. евро, в Испании – 33 тыс. евро. А для маглева Transrapid – 9,6 тыс. евро.

Эти корейско-германские расчеты убедительно показали: стоимость обслуживания магнитного варианта ниже «колесного». А стоимость подвижного их состава сопоставима.

Также важно: пик скорости сверхзвуковых лайнеров достигнут, дополнительные 20–50 км/час никак не изменят общую скорость авиапроцессинга, включающую обработку багажа, контроль пассажиров и время проезда от аэропортов до городских центров. А долговременные козыри маглев-ВСМ кроме безопасности, экологичности – возможность входить в центры больших городов. Абсолютно бесшумный маглев допустим и в спальных районах.

Нет ни одного специалиста, который бы возражал против развития транзитных коридоров. Но это развитие невозможно без конкурентоспособных альтернативных проектов, каждый из которых заслуживает внимания и обсуждения как среди специалистов, так и на федеральном уровне. Важно сделать правильный выбор. Наиболее перспективной с точки зрения государственных интересов в области развития транспортной системы России является технология «маглев», в том числе в эстакадном варианте…

Скоро завершается проект экспериментальной линии маглева: ближнеподмосковный маршрут Царицыно–Домодедово (аэропорт). Тариф составит 400 руб. Срок окупаемости 16 лет при пассажиропотоке 48,7 млн человек к 2024 году; 66,1 млн – к 2030 году.

Сфера безусловного лидерства

Прекрасно представляю скептицизм среднего читателя: у нас-де про всякий случай есть свой Кулибин, Левша, Черепановы... Действительно, можно отметить своеобразный печальный рекорд: паровоз гениальных самоучек, крепостных работников Черепановых был не только первым русским паровозом, но и… первым в истории паровозом, в итоге эксплуатации уступившим свою колею конке! Яркий пример регресса. В политическо-административном болоте могут кануть любые изобретения.

Теперь о рекордах другого рода, зафиксированных вплоть до бухгалтерских проводок…

Кроме исторической «победы над силой трения» маглев для устойчивой, экономически обоснованной эксплуатации требует еще одной великой победы – над электрическим сопротивлением. Как известно, сопротивление при достижении сверхпроводимости равно нулю, следовательно, сверхпроводники позволяют передавать высокие токи без потерь энергии.

Сверхпроводимость известна еще с 1911 года и последующие 80 лет интенсивно изучалась. Но все практические достижения были сделаны в районе температур 4 Кельвина (−270°C). Благодаря сверхпроводникам появились томографы, ускорители частиц и коллайдеры.

Важнейшим событием стало достижение в конце 1980-х годов высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Высокотемпературные сверхпроводники работают уже при 77 К (–196,15°С). С бытовой точки зрения это может показаться «одинаково ужасно холодно», но в технической реальности между двумя этими ступенями пропасть. Настоящая технологическая пропасть: – 270°С – температура жидкого гелия; –196,15°С – жидкий азот. Соорудить, например, токопроводящую ленту, охлаждаемую жидким гелием (высокотекучим, дорогостоящим и трудноудерживаемым элементом) – удел лабораторий. Жидкий азот – это продукт широкой промышленности.

Могут возразить: мол, сверхпроводимость достигнута уже и почти при комнатных температурах! Но дело в том, что материалы «комнатной сверхпроводимости» работают лишь при создании огромного давления – миллион атмосфер, что тоже выводит их из промышленного применения.

Сверхпроводники, эксплуатируемые при температуре 77 К (–196,15°С, кипение жидкого азота) имеют огромное число сфер применения. ВТСП-провод (ленту) покупают такие знаковые потребители, как CERN, MIT, Кембриджский университет, Siemens…

Но именно маглев может стать самым крупным потребителем, допингом российским ВТСП. Здесь может повториться русская история XIX века: железные дороги потянули за собой весь технический уровень страны.

Да, японский маглев уже в опытной эксплуатации. Но его магнитолевитационный подвес основывается на сверхпроводящих магнитах, охлаждаемых жидким гелием. А магниты «СуперОкса», единственные в России и Европе второго поколения, – на азоте, дешевом, технологичном. Это шаг, сравнимый с научным скачком 1986 года, исходным в этой сфере: открытие высокотемпературных сверхпроводников, ВТСП (Нобелевская премия 1987 года). То есть переход сверхпроводимости из научной диковины в промышленность.

У немцев тоже маглев в опытной эксплуатации, но – на обыкновенных электромагнитах. Разница? Сверхпроводящие магниты дают левитационный зазор 300 мм, обычные – 10 мм, то есть в 30 раз точнее надо нивелировать опорную поверхность.

Вообразите некий «самолет с потолком» 10 м: его трассу надо расчистить, «вылизать», любая возникшая погрешность грозит соударением. И – самолет с потолком 300 м!

Сейчас Научный центр Анатолия Зайцева и компания «СуперОкс» Андрея Вавилова идут к цели «Маглев на сверхпроводящих магнитах». В опытном режиме работает (создатели называют это самым зрелищным из применений ВТСП) сверхпроводник, 200-килограммовая платформа. Она уже почти четыре года левитирует, парит над магнитным полотном.

Но при всем глобальном заделе наших ВТСП при нынешних условиях эта идиллия маглева долго не продержится! Производство лент ВТСП возрастает в разы, находятся новые и новые сферы их применения. Понятно, что маглев-линии России стали бы просто гигантской сферой их применения. Ведь нынешний основной заказчик, Большой адронный коллайдер в Женеве, – это, конечно, престижно, но он один, а дорог в России… Увы, партнеры из маглева пока в стадии ожидания «отмашки» и ограничиваются лишь пробными партиями.

Я попросил генерального директора ЗАО «СуперОкс» Сергея Самойленкова дать свою оценку ситуации. «В РФ магнитолевитационного проекта пока нет, несмотря на усилия неутомимого энтузиаста Анатолия Зайцева, – подчеркивает Самойленков. – И проблема, очевидно, лежит не в технологической плоскости. Поэтому – увы, но продаж ВТСП для магнитолевитирующего транспорта у нашей компании сегодня практически нет. Есть только какие-то крохи эпизодических экспортных поставок тем университетам, которые этой темой интересуются.

Потенциально это могло бы быть гигантской темой и мощным драйвером для роста нашей компании. МЛТ связаны с высокими полями, сверхпроводники – наилучшие сегодня материалы для создания высоких магнитных полей, а ВТСП – это передовой край сверхпроводников по техническим характеристикам. Если бы МЛТ было решено строить – хотя бы в виде повторения японской Yamanashi-line – но на ВТСП, то потребность в ВТСП кратно превысила бы наши производственные возможности. Будут заказы – мы готовы кратно масштабировать производство, нам ничего, кроме твердого заказа, для этого не нужно. Может быть, это когда-то произойдет…»

Да, переход от гениальных разработок к серийным производствам всегда сложнейший, а в России порой просто «заколдованный» шаг. «СуперОкс» находит свои выходы на массового заказчика. Один из таковых – в сфере, не очень далекой от транспорта: сверхпроводниковые токоограничивающие устройства (ТОУ). Их кабели/ленты при воздействии тока выше порогового значения способны мгновенно переходить из состояния сверхпроводимости в резистивное (состояние сопротивления протеканию электрического тока). Некий мега-аналог бытовых пробок, только в миллион раз мощнее и не требующий выкручивания и замены.

Но по главной перспективе ВТСП на маглев-линиях пока лишь «энтузиазм Зайцева». А отдельные заказы – от зарубежных университетов, что еще более тревожно. Связка ВТСП-маглев не должна бы уйти из России (и вернуться сюда вроде сименсовских «Сапсанов»)…

Крупные инфраструктурные проекты имеют огромное морально-политическое значение, объединяя нацию вокруг цели, которую можно «пощупать». Транссиб, Суэцкий канал, Синкансэн (японская ВСМ)... Ряд ждет понятно какого продолжения. n

Действующие сегодня в коммерческом режиме магнитолевитационные транспортные системы

1. «Трансрапид» немецкой разработки и производства, куплена китайцами и успешно эксплуатируется в Шанхае. Принцип действия: а) электромагниты обеспечивают левитацию, боковую стабилизацию; б) асинхронный двигатель с приемом электроэнергии индукционным методом обеспечивает линейное движение до скоростей, лимитируемых целесообразностью. Сегодня это 431 км/час. Китайцы, развивая эту технологию, продемонстрировали макет поезда на скорость 600 км/час. Заявлен план строительства 100-километровой магистрали на ту скорость.

2. Япония эксплуатирует 40-километровый участок, где устойчиво достигается скорость более 600 км/час (618), в том числе и при встречном движении по параллельным путям. В обнародованном плане намечается продлить эту линию к 2027 году на 470 км. Срок определился с учетом, что линия спроектирована для преодоления горной местности в тоннелях. Здесь другой вид технологии: левитация обеспечивается за счет магнитного поля, формируемого электромагнитами со сверхпроводящими обмотками.

3. В Японии, Южной Корее в коммерческом режиме эксплуатируются и низкоскоростные городские (110 км/час) линии. В Китае таких линий уже семь, и к 2022 году запланирован перевод всех метрополитенов Поднебесной на эту технологию.