Вакуумная железная дорога

Ч. 1 Критика Илона Маска.

28 июля

Полная статистика будет доступна после того, как публикация наберет больше 100 просмотров.

Вакуумная железная дорога. Ч 1 Критика Илона Маска.

2019 04 07

Автор - Олег Тесленко

Это предложение отправлено президенту Российской федерации, в Государственную Думу, в Главгосэкспертизу, в министерство транспорта, в Российскую академию транспорта, в общественную палату, в российские железные дороги.

Критика Илона Маска

Предлагаю для рассмотрения проект высокоскоростной вакуумной железнодорожной магистрали. Этот проект близок к идее знаменитого изобретателя Илона Маска, который предложил заключить пассажирские вагоны в трубу с вакуумом или с водородом под низким давлением под названием "Гиперлуп" - или огромная петля. Но надо сразу сказать, что Илон Маск ничего особо нового вовсе не придумал, потому, что первые железные дороги в трубе с вакуумом были придуманы на сто лет раньше - еще в 1902 году. Но с другой стороны, предлагаемый вашему вниманию проект принципиально отличается от работы И. Маска и от всех других. Потому, что проект Илона маска на самом деле имеет одни только недостатки, а предлагаемый проект О. Тесленко наоборот - обладает огромными перспективами. Дело в том, что для того, чтобы сохранить вакуум в трубе, Маск придумал откровенную глупость - создать замкнутую трубу в виде огромного кольца (тора). Недостаток этой идеи понятен тем, кто хотя бы немного разбирается в физике. Так как поезда или пассажирские модули в в гиперлупе вынуждены мчаться с огромной скоростью практически по кольцевой дороге, но при этом как все знают из физики возникает центростремительное ускорение, и огромная центробежная сила, которая с большими перегрузками начнет вжимать пассажиров в кресла, и поэтому вряд ли кто из пассажиров выдержит больше нескольких минут без вреда для здоровья и даже смерти - так как при перегрузках у человека начинается отток крови от мозга, затем потеря сознания и через некоторое время - смерть. А Илон Маск на самом деле просто профан, который выдвинул идею, но не проработал ее. Сейчас уже мало кто помнит, что вначале Маск предлагал установить тысячи вращающихся колес на всем протяжении пути, а вот сами капсулы сделать безколесными. Это ж надо было додуматься до такой глупости - ведь если ставить колеса через каждые 2 метра, тогда на путь 700 км (700 000 метров) потребовалось бы 350 тысяч колес, причем каждое со своим электромотором! Поняв идиотизм этого, по его заданию создали 500 метровой длины трубу с магнитной левитацией, и запустили туда легкую стеклопластиковую капсулу в безвоздушной среде, но тормозить то ее было нечем! И тогда придумали насыпать просто кучу песка для торможения! Конечно капсулу напрочь разбили во время такого "испытательного пуска" а всем глупым обывателям сообщили только что достигли скорости 309 километров в час, но какой ценой! Это явно неработоспособное устройство. И опубликовали статью под издевательским названием: «Когда вы слышите звук Hyperloop, вы слышите звук будущего». Издевательство в том, что в вакууме звук вообще не передается. То есть никакого "звука будущего" от гиперлупа быть не может.

В обоих случаях испытания проводились без присутствия прессы. После такой «выдающейся» демонстрации через несколько недель со скандалом из Hyperloop One был выгнан на тот момент ее технический директор. Последовало несколько судов. Окончательное разбирательство завершилось только к концу года. А потом в январе 2017 года начали строить Тоннель под Лос-Анджелесом. Тогда Илон Маск отмечал, что «понятия не имеет, что делает». Тоннель длиной 1,8 километра обошёлся компании в 10 миллионов долларов. Но вместо суперсовременных капсул в этот тоннель Маск поставил самые обычные автомобили, но только с боковыми колесами. Если кто не понял, так на железной дороге у каждого колеса обязательно есть так называемая реборда - чтобы колеса поездов не уходили бы вбок от рельсов. А поскольку на резиновое колесо автомобиля реборду не поставишь, то Маск придумал дополнительно к обычным колесам (которые как всем известно стоят вертикально) еще и горизонтальные - боковые, чтобы автомобили в трубе не уходили бы вправо - влево от линии пути. И причем он отказался от использования вакуума, и использовал воздух под обычным атмосферным давлением. А от этого сразу скорость стала как у обычных автомобилей - 240 км/ч. Ничего выдающегося.

Суть глупости Маска в том, что если использовать трубу с вакуумом - то действительно можно достичь выдающихся результатов. Но тут надо понимать, что нельзя просто так открывать двери такого транспортного средства - потому что вакуум тут же ворвется внутрь и все пассажиры мгновенно погибнут. И вот от этого автор альтернативного проекта Олег Тесленко предлагает использовать вакуумный путь в основном для перевозки железно дорожных грузов, а если захочется перевозить пассажиров - то только с применением специальных герметичных резиновых уплотнений для посадки - высадки пассажиров. А тупой Илон Маск не пожелал детально продумывать эту систему - он «понятия не имеет, что делает». Но чтобы показать всему миру что проект "гиперлупа" развивается, Илон Маск решил построить пробный тоннель под Лос-Анжелесом. Однако он понял, что у него ума не хватит создать систему с вакуумом, чтобы пассажиры оставались живы. И тогда он решил поставить втоннель самые обычные негерметичные автомобили, а тоннель конечно наполнен обычным воздухом. Но ведь от этого хотя скорость атих тоннельных автомобилей высока, но в принципе на наземных участках 240 км/ч развивают и обычные автомобили - тоннель для этого совсем не нужен, только для обмана народа. Поэтому проект Гиперлупа Илона Маска благополучно умрет, тихо скончавшись, как в конце-концов бесславно закончит свой глупый изобретательский путь и сам Илон Маск, со всеми его идиотскими затеями электроавтомобилей и полетами на Марс.

Ч 2 Шлюзы вакуумной ЖД.

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.

Ч 3 Аэродинамика поездов в вакууме.

И вот тут то и появляется поразительный эффект от движения поезда в трубе. Принципиальное отличие поездов в трубе в том, что никакая воздушная волна в принципе не способна вырваться из железобетонной трубы! Ну, это примерно как электрические вагоны метро - они есть фактически в трубе, но на поверхности люди ни капельки не замечают их существования. И, разумеется, что поезда не сбрасывают друг друга с рельсов. Причем совершенно неважно - с какой скоростью будут летать поезда внутри трубы - да хоть с 500 или тысячу километров в час, или даже в два раза больше скорости звука - все равно не будет ни малейшего воздействия на людей снаружи от трубы! То есть если трубу закопать в землю, то на ней спокойно смогут пастись коровки и козочки, играть дети и проезжать автомобили и велосипедисты, и никто из них не будет знать что там под ними с огромной скоростью туда и сюда ездят поезда.

Казалось бы - единственно возможный выход для сверхскоростных поездов со скоростью больше 500 км/ч - это движение внутри трубы. Но тут внезапно на этом пути возникла засада. Дело в том, что при движении внутри трубы любого твердого объекта возникает огромное дополнительное сопротивление. Уже сотни лет, как известно, что корабли и баржи при движении в каналах вынуждены двигаться с очень маленькой скоростью. Это из-за того, что чем уже сечение канала, то поток воды обтекающий судно должен протискиваться между стенками канала и формой корпуса судна, и от этого возникает большое дополнительное сопротивление. Так например сжатый газ в магистральных газопроводах движется со скоростью меньше 25 метров в секунду - это меньше даже чем 100 км/ч, тогда как сверхскоростные поезда способны развивать скорость 581 км/ч. Конечно при перекачке газа имеет огромное отрицательное значение, что газ испытывает не ламинарное течение, а турбулентное - то есть постоянное перемешивание слоев друг с другом, а поезда и самолеты представляют собой твердые тела, которые не перемешиваются внутри себя. Но все равно поезд внутри трубы будет увлекать в своем движении десятки тонн воздуха, и как бы толкать впереди себя огромную воздушную пробку, которая создаст чудовищное дополнительное сопротивление. Поэтому затраты энергии на движение поездов внутри трубы заполненной воздухом будут примерно в два раза больше, чем у надземных поездов.

Но самое главное: это грубейшее нарушение законов аэродинамики - то есть отсутствие благоприятного обтекания воздухом железнодорожных составов! Инженеры, проектирующие железнодорожные вагоны - просто враги аэродинамики! Надо всех конструкторов вагонов расстреливать поголовно! Дело в том, что любой предмет в виде плоскости поставленной поперек потока воздуха испытывает сопротивление в 30 раз больше, чем такой же по площади предмет, имеющий обтекаемую форму с отношением длины к ширине 3,5. И все стальные ребра и гофрированные поверхности железнодорожных вагонов создают огромное воздушное сопротивление, которое на больших скоростях во много раз больше, чем сопротивление колес по рельсам. То есть если бы железнодорожные вагоны делать аэродинамически обтекаемыми, то тогда запросто можно было бы снизить расход электроэнергии на их движение примерно в 20-30 раз!

Но есть еще один - гораздо более эффективный и недорогой способ уменьшения аэродинамического сопротивления - просто уменьшение плотности воздуха или среды, в которой движется объект! Дело в том, что формула аэродинамического сопротивления выглядит как плотность среды умноженная на коэффициент сопротивления объекта, его площадь и скорость движения во второй степени. И если другие способы использовать довольно затруднительно - улучшать аэродинамику, уменьшать площадь лобовой проекции и скорость - которую наоборот желательно увеличивать, то вот плотность среды при определенных условиях можно запросто уменьшить! И этим широко пользуются в авиации и в судостроении. В авиации всем хорошо известно, что с увеличением высоты полета самолета сильно уменьшается плотность воздуха, например при подъеме на высоту 10 км плотность воздуха уменьшается в 3 раза! А это значит, что если соблюсти равными все прочие условия (в первую очередь скорость) то только благодаря уменьшению плотности в три раза увеличится дальность полета и уменьшится расход топлива, или если не соблюдать равенство условий, то увеличится скорость полета. Правда увеличение скорости не желательно, потому, что при приближении к скорости звука начнется волновой кризис на крыле и возможно возникновение флаттера. Однако, на высотах порядка 20 км где плотность воздуха 0,07 от наземной могут летать сверхзвуковые истребители, которые развивают скорость в 2 раза больше скорости звука. А в судостроении используются суда и катера на подводных крыльях, которые невысоко приподнимают корпус судна из воды в воздух, плотность которой в 800 раз больше плотности воздуха, поэтому суда на подводных крыльях движутся гораздо быстрее обычных водоизмещающих плавсредств.

Вот поэтому наиболее перспективный путь развития железных дорог - это движение поездов в среде пониженной плотности - при этом произойдет и экономия электричества и увеличение скорости, и улучшение безопасности от отсутствия ударной воздушной волны. Однако всем понятно, что невозможно заставить летать железнодорожные поезда на высоте десяти и более километров. Но зато природа открыла другую блестящую возможность - движение поездов в трубе с вакуумом! В принципе возможны три варианта уменьшения плотности газа в трубе:

1 Вариант (самый плохой) - заполнить трубу вместо воздуха легким газом: водородом либо гелием. При этом в идеале можно получить плотность в 15 раз меньше плотности воздуха. И это значит, что сила аэродинамического сопротивления движению поезда в трубе - уменьшится в 15 раз. Но гелий очень дорог, да и он через несколько десятков лет кончится на земле. А водород хотя дешев, но может слабо взрываться. Конечно, сила взрыва его не велика, потому, что он может детонировать только при условии смешения с кислородом, а в воздухе всего 23% кислорода - то есть примерно 300 грамм, а идеальный состав - это 16 весовых частей кислорода на 2 части водорода. Поэтому максимум, что может быть в одном кубометре воздуха - это всего 66 грамм водорода. Но в реальности не бывает полного перемешивания, водород очень легкий и он соберется вверху, и перемешивания с кислородом не будет.