Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 07 (14)

Второй этап — период бурного развития, охватывает XVIII и XIX века. Здесь определяющим в развитии транспортных средств стало изобретение движителей: парового, электрического, а также двигателя внутреннего сгорания. В итоге, в этот период появился пароход с железным корпусом, поезд, автомобили и трамвайные линии в городах. С появлением и развитием средств связи (телеграф, телефон) появились первые диспетчерские системы и началось фактическое управление транспортными потоками.

Третий этап — современный период — начинается в XX веке с изобретения летательных аппаратов. Использование в них реактивных двигателей дало возможность реализовать их в столь широких масштабах, что перевозки приобрели совершенно новые возможности, как с точки зрения расстояний, так и с точки зрения затрачиваемого времени. Современный период развития транспорта характеризуется широким применением в системах управления компьютерных технологий. Характерной чертой рассматриваемого периода является также непрерывное увеличение количества и мощности транспортных средств. И, наконец, вторая половина XX века ознаменована внедрением на железных дорогах высокоскоростных поездов с традиционным подвесом «колесо-рельс», движущихся со скоростями 200–350 км/ч, а также высокоскоростных поездов на магнитном подвесе, достигающих скоростей более 500 км/ч. Поскольку движение этих транспортных средств осуществляется благодаря электромеханическому преобразованию энергии, считаем справедливым его назвать высокоскоростным электрическим транспортом (ВЭТ).

Японский поезд MLX01-1на электродинамическом подвесе, представленный на выставке ЕХРО-2005

Подытоживая эти исторические наблюдения, укажем:

Во-первых, промежутки времени, в которых происходят сравнимые по важности новые крупные изменения, становятся все короче и короче, изменяясь на много порядков.

Во-вторых, эпохи в области транспорта и составляющих его систем: подвеса, движителя, управления, — являются следствием ряда крупных достижений в технике: колесо, паровая машина, компас и т. д.

В-третьих, в последние десятилетия XX века возникли проблемы, которые в настоящее время в значительной мере определяют деятельность мирового сообщества в области транспорта. Речь идет:

— о безопасности на транспорте;

— о защите окружающей среды и сохранении энергетических ресурсов;

— об использовании земли для транспортных средств.

В-четвертых, развитие транспорта до последнего времени велось экстенсивным путем. Строилось все большее число все более широких дорог, создавались все более и более мощные и дорогие транспортные средства (реактивный самолет на порядок дороже винтового). Но широкое внедрение цифровых вычислительных машин открыло возможность интенсификации транспортного обслуживания. Наступает эпоха, когда улучшение транспортного обслуживания будет обеспечиваться не за счет приложения грубой силы, а за счет применения тонких методов управления, которые обеспечат более умелое использование того, что у нас есть.

Левитационное качество современных видов транспорта

Сравнение различных видов современного транспорта ведется по многим критериям. Однако определяющими здесь являются экономические соображения. Стоимость перевозки определенного груза на заданное расстояние зависит от энергии, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению. Свойство различных видов транспорта с такой точки зрения характеризует левитационное качество — отношение подъемной силы FL к тормозящей FD, то есть показатель, оценивающий, какую силу веса способно перемещать транспортное средство при преодолении силы сопротивления движению в один ньютон. Зависимости левитационного качества от скорости для существующих видов транспорта приведены на рисунке. Помимо шкал левитационного качества и скорости в виде наклонных линий дана шкала, показывающая затраты мощности на перемещение единицы массы.

Здесь видно, что на низких скоростях превалирует океанский лайнер, что традиционный железнодорожный транспорт превосходит автомобиль, что самолет берет свое на высоких скоростях, хотя и велики требования к энергопотреблению из-за низкого левитационного качества.

Любопытно отметить, что в интервале скоростей 160–480 км/ч ни один из видов современного транспорта не имеет хороших характеристик. Именно этот интервал и был заполнен в последней половине XX столетия высокоскоростным электрическим транспортом.

Высокоскоростной электрический транспорт представляет собой совокупность подвижного состава, направляющей его путевой структуры и системы электроснабжения. Подвес транспортного средства и его перемещение относительно путевой структуры со скоростью более 200 км/ч осуществляется либо системой «колесо-рельс» в сочетании с управляемым электроприводом на базе ротативных (вращающихся) электрических машин, либо магнитолевитирующей системой в сочетании с управляемым электроприводом на базе линейных двигателей. Первый из перечисленных выше видов будем в дальнейшем именовать высокоскоростным колесным транспортом (ВСКТ), а второй — высокоскоростным магнитным транспортом (ВСМТ). По таким показателям, как скорость и степень использования перспективных технологий, эти два вида транспорта можно условно расположить на двух уровнях.

На первом уровне стоят высокоскоростные колесные поезда. Их скорость — 250–300 км/ч. Это японские Shinkansen, французские TGV, германские ICE. При их создании ничего принципиально нового предложено не было, а лишь доводились до совершенства имеющиеся в железнодорожном транспорте технологии. Но по таким параметрам, как энерговооруженность, массогабаритные показатели, ходовые и энергетические характеристики, последние модели высокоскоростных колесных поездов перечисленных выше типов находятся на уровне изделий современной автомобильной и аэрокосмической промышленности. А по такому показателю, как безопасность, даже превосходит их.

Более высокий уровень занимает высокоскоростной магнитный транспорт. Его скорость — 500 км/ч. Это принципиально новый вид транспорта — фундаментальная новинка в области транспортных технологий. Новизна состоит в том, что подвес, направление и движение поезда обеспечивается здесь не взаимодействием колеса с рельсом, а бесконтактным способом — посредством магнитного поля.

Поезд серии 500сети Shinkansenна станции в Токио

Поезд серии 700сети Shinkansen

Поезд TGV Thalys