В погоне за высокими скоростями транспортная сфера испытывает достаточно серьезные проблемы: отсутствие достаточного финансирования, высокая аварийность и загрязнение окружающей среды. Отрасли нужны прорывные решения. На что поставят изобретатели?

Чем кардинально отличается современный человек от первобытного? Прежде всего, потенциальной способностью за сутки добраться в любую точку земного шара. Быстрый транспорт открыл новые горизонты туристам и бизнесменам, совершил революцию в промышленности и торговле. Однако, как это часто бывает, существует и другая, менее привлекательная сторона транспортной революции. Загрязнение окружающей среды, глобальное потепление, разрушение природного пейзажа путями сообщения и т.д. Кроме того, транспорт стал страшным бедствием: за год в мире в авариях на транспорте гибнет около 10 млн человек. Т.е. за 6 лет самой кровопролитной в истории Второй мировой войны погибло столько же людей, сколько за аналогичный период современности погибает в авто-, авиа- и прочих транспортных катастрофах. Статистика постоянно ухудшается – по мере расширения транспортной инфраструктуры в развивающихся странах. Развитые же страны испытывают другие проблемы: перегрузка транспортных артерий, снижение удобства для пассажиров и растущие транспортные расходы для бизнеса. Например, в США только воздушный транспорт ежедневно перевозит около 2 млн пассажиров, сжигая огромное количество топлива.

Если человечество не решит проблему транспорта, оно просто не сможет развиваться глобальным динамичным сообществом людей, и растущее население планеты окажется запертым в узких национальных границах провинций и государств.

Мне бы в небо

Традиционно воздушный транспорт является основной надеждой на кардинальный прорыв в сфере транспорта. Действительно, надежные поршневые самолеты впервые позволили быстро преодолевать большие расстояния. Тысячу километров можно было преодолеть за 2–3 часа, а современный авиалайнер сокращает это время до чуть более 1 часа. Однако, пожалуй, все достоинства современных авиалайнеров скоростью и ограничиваются.

Современный авиалайнер, например, Boeing 747–8, при весе около 280 т перевозит менее 500 пассажиров. Да, он может лететь на расстояние в 15 тыс. км и даже дальше, но насколько полезно для здоровья и нервов провести 17 часов в самолете?

При этом обслуживание сложной воздушной машины, состоящей из около 6 млн деталей – дело недешевое и сложное.

Коммерческие авиаперевозчики прежде всего заинтересованы в экономичности (т.е. выгодности) полетов, а не в скорости доставки и комфорте пассажиров.

Да, крейсерская скорость в 850 км/ч выглядит большой, но на перелет Лондон-Сидней современному авиалайнеру потребуется более 20 часов. Выдержать такое испытание большинству пассажиров будет непросто, не говоря уже об экипаже. К тому же, чем длиннее полет, тем больше риск отказа техники и негативных последствий для здоровья, таких как тромбоз глубоких вен, который занимает третье место в списке причин смерти после инфаркта и инсульта.

Поэтому при существующих скоростях и длительные беспосадочные полеты даже в авиалайнерах-отелях выглядят не очень привлекательно.

Одним из способов выйти из «авиатупика» является разработка более скоростных авиалайнеров. Опыт эксплуатации Конкорда и Ту-144 показал, что пассажирские самолеты будущего должны летать намного быстрее звука, иначе люди просто откажутся платить втридорога, чтобы прилететь в пункт назначения «всего лишь» в два раза быстрее. К тому же,

ограниченная дальность полета не позволяла максимально реализовать скоростное преимущество сверхзвуковых авиалайнеров.

В XXI взоры авиаконструкторов обращены на гораздо более смелые проекты – гиперзвуковые авиалайнеры, способные за считанные часы добраться в любую точку земного шара. Например,

японское аэрокосмическое агентство (JAXA) совместно с компанией Boeing разрабатывает самолет с прямоточным реактивным двигателем, который сможет развить скорость в 6700 км/ч. Такой авиалайнер смог бы долететь из Лондона в Сидней всего за 3 часа.

Проблема расстояния исчезнет окончательно, и «слетать на выходные» из Москвы в южную Америку будет только вопросом денег.

К сожалению, на пути создания гиперзвукового авиалайнера стоит очень много препятствий. Военные накопили довольно большой опыт тестирования гиперзвуковых летательных аппаратов, и до сих пор устойчивого управляемого полета на скоростях около 10 тыс. км/ч добиться не удалось. Огромная скорость создает соответствующие нагрузки на планер самолета и затрудняет управление даже с помощью быстродействующей автоматики, не говоря уже об управлении человеком.

С другой стороны, скорость в 5–6 тыс. км/ч на современном уровне вполне достижима. Это, в частности, демонстрирует прямоточный двигатель гиперзвуковой ракеты ВВС США X-51A Waverider, который надежно работал в ходе всех летных испытаний, поддерживая скорость ракеты в диапазоне 5–7 тыс. км/ч.

При всех своих достоинствах гиперзвуковые авиалайнеры могут быть и экологичными. На прошлогоднем Парижском авиасалоне концерн EADS представил проект авиалайнера Zero Emission Hyper Sonic Transport, который может приступить к полетам в 2050 году. Этот самолет сможет лететь со скоростью более 4,5 тыс. км/ч., используя водородное топливо.

Самолет EADS не будет разрушать озоновый слой, выбрасывать парниковые газы или сажу – лишь чистейший водяной пар. Zero Emission HST планируется оснастить тремя типами двигателей. На взлете и посадке будут работать обычные турбореактивные двигатели, такие же, как и на современных авиалайнерах. После набора высоты включатся ракетные ускорители, которые поднимут самолет на высоту более 30 км и разгонят его до скорости более 2 тыс. км/ч. Затем включатся прямоточные реактивные двигатели, поддерживающие маршевую скорость в 4,5 тыс. км/ч и высоту 30–10 км. Маршрут Лондон-Сидней этот самолет преодолеет всего за 4 часа.

К взлету готов

Впрочем, воздушный транспорт может развиваться не только по пути «быстрее, выше, сильнее». В свое время автомобиль предложил другой способ: небольшой быстрый транспорт для небольшого количества пассажиров.

Летающие автомобили могли бы решить многие транспортные проблемы.

Одним из самых известных проектов по разработке летающего автомобиля является SkyCar компании Moller. Их прототип Skycar M400X весит всего 1088 кг, фактически он представляет собой конвертоплан с четырьмя подъемно-маршевыми вентиляторами, которые способны поддерживать крейсерскую скорость в 491 км/ч на высоте почти в 8 тыс. метров. При этом максимальная скорость четырехместной машины достигает 531 км/ч на большой и 579 км/ч на малой высоте, что позволяет M400X конкурировать с современными легкомоторными самолетами.

Летающий автомобиль оснащен парашютной системой, которая должна спасти пассажиров в случае отказа двигателей или системы управления. Дальность полета составляет 1207 км при среднем расходе около 11,76 л этанола на 100 км пути. Высокий расход топлива, как и малая полезная нагрузка (360 кг), являются серьезными недостатками M400X.

Правда, надо отметить, что летающий автомобиль использует экологически чистое топливо, а к обычному пассажирскому авиалайнеру тоже любимую яхту не прицепить.

К сожалению, у Skycar M400X есть и другой, куда более серьезный недостаток – высокая цена. Этим и объясняется, почему M400X, впервые взлетевший в воздух в 2003 году, до сих пор не пошел в серийное производство. Точная цена M400X неизвестна, но в 2004 году ее пытались продать за 500 тыс. долл. – слишком дорого для широкого распространения летающего авто. К сожалению, существенно снизить цену летающего автомобиля можно только в одном случае: отказавшись от дорогостоящих и сложных в эксплуатации авиационных двигателей на химическом топливе в пользу электротяги. Правда, для этого нужно дождаться появления легких и емких аккумуляторов.

Тем не менее, Skycar наиболее соответствует представлению о личном авиатранспорте. В отличие от множества «любительских» и военных проектов, Skycar учитывает некоторые особенности потенциального массового распространения летающих автомобилей. Так, Skycar M400X может приземляться на площадку диаметром 10 м, а затем самостоятельно передвигаться по земле и парковаться более плотно. Кроме всего прочего, Skycar может лететь достаточно высоко, позволяя создать множество эшелонов воздушной трассы и избежать опасного скопления летающих машин на высотах до 3 тыс. метров.

Летающие автомобили разрабатывают не только частные компании во главе с энтузиастами-изобретателями и военные. Так, в ЕС недавно стартовала программа myCopter, которая должна обеспечить безопасность полетов летающих автомобилей. Не секрет, что эта проблема больше всего волнует обывателей: легко представить, как лихачи или просто неопытные водители не просто носятся по шоссе, а на бреющем полете пролетают над домами и, в конце концов, врезаются в жилой дом или падают во дворе школы.

К сожалению, с появлением летающих авто люди вряд ли изменятся. Но в случае успеха программы myCopter каждый летающий автомобиль получит компьютерную систему, предотвращающую аварии. В лаборатории ETH в Лозанне уже добились успеха в разработке системы, которая в автоматическом режиме координирует полет 10 беспилотных аппаратов. Роботы в ограниченном пространстве выполняют маневры, садятся, взлетают, летят по прямой, избегая столкновения друг с другом. Таким образом, в будущем летающий автомобиль будет намного безопаснее современного – просто потому, что в действие невнимательного или безрассудного водителя будет вмешиваться автоматика.

Экспрессы будущего

Железная дорога имеет большой потенциал для решения транспортной проблемы человечества. Поезд обладает многими достоинствами: большой грузоподъемностью и экономичностью. Однако современные поезда движутся слишком медленно: со скоростью в среднем не более 100 км/ч. При этом использование поездов в густонаселенных пригородах осложняется тем, что частые остановки требуют повышенного расхода топлива, снижают среднюю скорость поезда и вызывают его повышенный износ.

Самый большой опыт использования высокоскоростных поездов сегодня имеет Япония и Китай.

Японская железная дорога за год перевозит более 20 млрд пассажиров (для сравнения российские железные дороги – 1,3 млрд). Без железной дороги урбанизированная Япония встала бы в гигантских пробках и переселилась в залы ожидания аэропортов. Японские скоростные поезда Синкансэн движутся со средней скоростью 250–260 км/ч, что позволяет преодолеть расстояние 1000 км за четыре часа. За почти 35-летнюю историю скоростных японских поездов с ними не случались серьезные аварии.

Китай активно строит сети скоростных железных дорог и к 2020 году планирует соединить с их помощью 70% крупных городов. Таким образом, китайское правительство хочет решить острую транспортную проблему, связанную с сезонными миграциями и большой плотностью населения. Темпы строительства поражают: так, тысячекилометровая скоростная железнодорожная линия Гуанчжоу-Ухань была построена китайцами всего за 4 года. Изначально китайские скоростные поезда двигались со средней скоростью 350 км/ч, но после прошлогоднего столкновения двух поездов скорость снизили до 300 км/ч.

В декабре прошлого года Китай представил новую модель скоростного поезда мощностью 22,8 тыс. кВт, сделанную на базе поезда CRH380 (9,6 тыс. кВт). Новый поезд развивает максимальную скорость 500 км/ч и целиком выполнен из магниевых сплавов и пластика с добавлением углеродного волокна.

Из шанхайского аэропорта пассажиров доставляет другой очень перспективный вид железнодорожного транспорта: уникальный поезд Maglev. Это новинка в мире перевозок: на колесах поезд едет только во время очень короткого разгона, а затем начинает парить в воздухе на магнитной подушке. Поезд безопасен: магнитные силы удерживают его на путях не хуже колес, автоматика контролирует состояние полосы, а сам поезд разгоняется и останавливается очень быстро.

С момента открытия линии Maglev в Шанхае поезд, летящий со скоростью 430 км/ч, не попал ни в одну аварию.

Пожалуй, только поезда на магнитной подушке на сегодня способны решить проблему огромного пассажиропотока в урбанизированных регионах.

Колесные поезда слишком шумные, медленно разгоняются и тормозят. Ко всему этому, для того, чтобы повысить скорость движения колесных поездов «хотя бы» до 500 км/ч, требуются гигантские расходы на строительство дорогостоящих путей и эксплуатацию поездов. Maglev лишен этих недостатков и легко достигает скорости 650 км/ч.

В принципе, его скорость зависит только от расхода электроэнергии и сопротивления воздуха. Если пустить такой поезд в трубе с пониженным давлением воздуха, он в несколько раз превысит скорость, развиваемую современными пассажирскими самолетами.

На скорости 480 км/ч при нормальном атмосферном давлении Maglev потребляет всего 0,4 МДж на одну пассажиро-милю, по сравнению с 4 МДж у автомобиля, который «тащится» со скоростью 100 км/ч. Проще говоря, поезду на магнитной подушке на перевозку одного пассажира требуется приблизительно 2% топлива, потребляемого легковым авто.

Если же использовать тоннель с пониженным атмосферным давлением, то Maglev доедет из Лондона в Сидней всего за 3–4 часа, потратив на одного пассажира всего 4 литра условного топлива. Расходы на эксплуатацию поезда на магнитной подушки невелики, поскольку он не имеет движущихся частей и подвергается равномерным нагрузкам. В среднем 1 км пути в Maglev стоит 1,5 цента, по сравнению с 7,5 центов у пассажирского самолета.

Таким образом, Maglev кажется идеальным современным средством передвижения. Однако его дальнейшее распространение упирается в инвестиции. Несмотря на низкую себестоимость перевозки, на постройку железной дороги нового типа требуются немалые деньги: около 5 млн долл. за один километр пути.

Даже Китай, потратив более 1 млрд долл. на возведение 30-км магнитного пути на болотах и песчаниках, решил строить колесную железную дорогу. Разумеется, не в последнюю очередь это объясняется необходимостью перевозки не только пассажиров, но и тяжелых грузов.

В другом измерении

Смягчить остроту транспортной проблемы можно не только суперпоездами и гиперзвуковыми авиалайнерами. Помочь может… интернет. После теракта 11 сентября 2001 года, когда смертники направили авиалайнеры в здания Всемирного торгового центра, на десятки процентов упал воздушный пассажиропоток и возросло использование систем интернет-связи, таких как видеоконференции.

Не секрет, что доступность авиатранспорта привела к тому, что сегодня бизнесмены летают на другой конец света, чтобы поучаствовать в двухчасовых переговорах. Подобные мероприятия, как и конференции, собирающие тысячи людей, можно проводить с помощью интернета – в виртуальной реальности. Это не только сэкономит время и деньги, но и будет совершенно безопасно для жизни.

Автор: Михаил Левкевич