Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

На поезде, как на самолете?

В мире ведутся разработки не только скоростных, но и сверхзвуковых поездов. Когда и как можно будет перемещаться по земле с той же скоростью, что и по небу?

Быстрее 1000 км/ч? Очередной бум, пожалуй, начался с того, что осенью 2010 года китайские инженеры объявили о начале разработки поезда, который сможет передвигаться со скоростью до 1000 км/ч. Причем, как рассказал один из участников работ, член Академии наук Китая Шень Чжиюнь, исследователи надеются воплотить проект в жизнь в течение 10 лет. Более того, такая скорость, по их мнению, не предел. Специалисты уверены: 4 и даже 6 тыс. км/ч – не фантастика, а дело не столь отдаленного будущего.

Чтобы достичь скоростей, свойственных скорее самолетам, чем поездам, китайские инженеры предлагают совершенно отказаться от колес и перейти к магнитной левитации, при которой поезда будут как бы парить над рельсами. Кроме того, двигаться они будут по трубам, закопанным под землю, почти как в туннеле метро. С той лишь разницей, что эти туннели будут вакуумными, то есть из них будет выкачан воздух, позволит уменьшить аэродинамическое сопротивление поезда.

В настоящее время в Юго-Западном Транспортном университете КНР полным ходом ведется разработка прототипа с рабочей скоростью в 500–600 км/ч. А через два-три года настанет черед более скоростного поезда, которому и предстоит побить рекордные 1000 км/ч.

Впрочем, не надо думать, что одни китайцы такие умные. Еще в начале 90-х годов XX века сотрудники японской строительной компании «Фудзита» замыслили построить геоплан – самолет, способный летать по подземному туннелю со скоростью 600 км/ч и более!

Подземная 400-километровая трасса между Токио и Осакой, двумя крупнейшими промышленными центрами Страны восходящего солнца, согласно проекту, будет иметь три яруса. На двух смогут летать геопланы, третий намечается использовать для движения поездов на магнитной подвеске. Ширина туннеля – 50–56 м – вполне достаточна, чтобы не только разместить задуманное, но и провести телекоммуникационные сети, трубопроводы. Закладка туннеля мыслится на глубине не менее 50 м, чтобы он был надежно защищен от сейсмических воздействий.

Геоплан станет разгоняться турбовинтовым двигателем. До скорости 300 км/ч воздушный лайнер будет скользить по специальной эстакаде, подобно современному железнодорожному суперэкспрессу. А превысив этот рубеж, оторвется от полотна и весь остальной путь совершит в полете.

По оценкам, строительство одного 400-местного геоплана обойдется в 15 млрд иен, а на сооружение трассы понадобится почти 30 трлн! Однако колоссальные расходы особо не пугают. Ведь быстрота, всего 50 минут, с которой можно преодолеть немалое расстояние между двумя городами, привлечет к новому виду транспорта множество пассажиров.

От идеи к реальности. Тут, видимо, стоит заметить, что о подобном транспорте мечтал еще в начале прошлого века петербургский доцент Борис Вейнберг. В 20-х годах он разработал проект поезда на электромагнитной подвеске, который должен был двигаться внутри специального трубопровода. Но в те годы стране нашей было не до скоростных подземных поездов.

Да и ныне, впрочем, железнодорожники бывшего СССР не могут похвастаться особыми успехами. Пока что поезда только в четырех странах мира – Китае, Японии, Германии и Франции – способны двигаться быстрее 500 км/ч. Да и то подобные скорости зафиксированы лишь во время испытаний.

Сверхзвуковой поезд на испытаниях

Тем не менее в этих странах ныне, похоже, всерьез нацелились на преодоление 1000-километрового барьера скорости. Для этого специалисты намерены использовать маглевы, то есть поезда, использующие магнитную левитацию. Принцип ее заключается в том, что при движении состав, в отличие от своих колесных аналогов, не касается поверхности рельса, а висит над ним на высоте 12–15 мм благодаря сильному электромагнитному полю.

В результате сила трения колес по рельсам не мешает развитию скорости, и поезда достигают 580 км/ч. Чисто теоретически состав можно разогнать и до первой космической скорости – 7,9 км/с. Однако для этого нужны и космические условия – прежде всего отсутствие аэродинамического сопротивления.

Причем если на дозвуковых скоростях движению мешает лишь трение о воздух, то на сверхзвуковых добавляется эффект скачка уплотнения. Например, перед летящим на сверхзвуковой скорости снарядом или самолетом виден полукруглый ободок, а внутри его нечто вроде линзы. Этот ободок и есть фронт скачка уплотнения, а эффект линзы создается более плотным воздухом, находящимся между этим фронтом и летящим телом. В результате потери энергии на преодоление сопротивления очень велики.

Чтобы избежать излишних потерь, конструкторы и собираются пускать сверхзвуковые поезда по вакуумным трубам. Белорусский дизайнер Павел Коняев даже разработал свой проект вакуумной дороги. Оболочка туннеля, внутри которого поедут поезда, должна будет представлять собой многослойную долговечную конструкцию из особо прочного железобетона с поперечными кольцами и продольными ребрами жесткости, а также компенсаторами для уменьшения продольных деформаций.

Внешне туннели будут выглядеть как серебристые трубы на бетонных опорах, полагает Коняев. И разместятся они на высоте около 6 м от поверхности грунта на особых опорах. При этом земли под дорогой можно осваивать как угодно – засевать, прокладывать обычные автодороги и т. д. Чтобы не огибать крупные водоемы или неровности рельефа местности, частично трубы можно будет проложить под водой или под землей.

Что же касается влияния на здоровье людей электромагнитных полей, наводимых при движении маглева, то, как показывают первые опыты, влияние выхлопных автомобильных газов намного вреднее. Между тем, по расчетам экологов, даже современные поезда на магнитной подушке выбрасывают в атмосферу в 112 раз меньше углекислого газа, оксидов натрия и прочих вредных веществ, чем автомобили, и в 29 раз меньше, чем обычные поезда.

Какие проблемы? Конечно, устройство такого пути намного сложнее, чем обычной стальной магистрали. В разрезе труба должна выглядеть так – обхватывающая оболочка вокруг шины с электромагнитами, подводящими кабелями и вспомогательным оборудованием. Оболочка трубы полностью закроет все внутренние коммуникации и предохранит их от природных осадков, ураганов, жары и холоды, от птиц, падения деревьев и т. д. Причем для каждого пути в целях безопасности должна использоваться отдельная оболочка-труба.

Однако закрытость может пойти и во вред. Что, если случится ЧП внутри туннеля, как это, например, произошло сравнительно недавно в железнодорожном туннеле, проложенном под Ла-Маншем? Чтобы люди при возникновении экстренных ситуаций (авария, пожар, теракт и т. д.) не оказались запертыми в безвоздушном пространстве, в трубе через каждые 3–4 км пути предусмотрены шлюзы, которые автоматически перекроют аварийный участок. В самом же поезде сработает автоматическая система торможения. И как только он остановится, начнет работать вентиляция. Вакуум в туннеле сменится обычной земной атмосферой.

Когда давление в трубе сравняется с внешним, откроются люки туннеля и поезда и люди смогут подняться на поверхность или выйти в эвакуационные подземные туннели. Шлюзы запланированы и на станциях. При въезде поезда в привокзальный шлюз туда подается воздух, давление выравнивается, и состав выезжает на перрон.

Единственное ограничение для прокладки вакуумных путей Павел Коняев видит в сейсмической опасности. Над этим думают и японские инженеры, для которых проблема землетрясений – одна из основных. Поэтому они предлагают прокладывать транспортные магистрали поглубже в недрах Земли. А это потребует огромных вложений. Так, по расчетам Павла Коняева, километр трубы, проложенной даже на поверхности, обойдется примерно в 60 млн долларов. Пока меценатов, готовых рискнуть огромными деньгами для строительства хотя бы опытного участка, в мире не нашлось.

Передвижные АЭС

Разговоры о них ведутся давно. В середине XX века, например, многие эксперты всерьез полагали, что именно атомные локомотивы, автомобили, корабли, самолеты и ракеты станут основой транспорта XXI века. Однако очередного «чуда техники» пока не получилось. Почему? Давайте попробуем разобраться.

Планов громадье. Как только в Обнинске в 1947 году заработала первая в мире стационарная АЭС, ученые и конструкторы стали мечтать о оснащении «ядерными котлами» транспортных средств. Определенная логика в том была. Заправил ядерную силовую установку один раз, и можно отправлять в кругосветное путешествие, не заботясь более о запасах топлива.

Первыми эту мечту начали осуществлять моряки. Атомные подлодки и ледоколы, как известно, верой и правдой служат вот уже многие десятилетия. Хотя и здесь, как стало известно относительно недавно, после снятия пелены секретности, реакторы на атомные подлодках несколько раз были на грани взрыва.

Да и ныне, когда многие атомоходы выработали свой ресурс, никто толком не знает, что с ними делать, как их утилизировать с наименьшим вредом для экологии? Вот и стоят они пока в затонах, подальше от людских глаз и постепенно ржавеют.

С атомолетами дела пошли и того хуже. Проект ядерной установки открытого типа, когда продукты радиоактивного распада выбрасывались в атмосферу, был забракован И. В. Курчатовым еще на стадии предварительного проекта. Он понимал, что такой, с позволения сказать, транспорт даже без всяких аварий за пару десятилетий превратит планету в радиоактивную пустыню.

Установки же закрытого типа, подобные тем, что стоят на атомных подлодках, требуют мощной свинцовой защиты для экипажа, что делает ее практически неподъемной. Кроме того, даже одетая в свинцовый кокон, такая установка все же несет немалую опасность для окружающей среды в случае аварии или катастрофы самолета.

Поэтому ядерные реакторы прижились лишь в космосе. Да и то их стараются применять как можно реже, памятуя, как однажды очередной советский «Космос» с ядерной установкой на борту свалился на территорию Канады и руководству СССР пришлось изрядно раскошелиться, а дипломатам немало потрудиться, чтобы замять скандал. А в США дело дошло даже до суда, когда общественность обнаружила изотопный реактор на борту межпланетного зонда, отправляющегося к окраинам Солнечной системы. Запустить его удалось, лишь клятвенно заверив судью, что никакой аварии на старте не будет. Дескать, все предусмотрено до мелочей…

Попытки поставить ядерные реакторы на атомные локомотивы и автомобили тоже, по существу, завершились провалом на самой ранней стадии. Уже первый образец мобильной АЭС «Памир», созданной сотрудниками Института ядерной энергетики Белорусской АН на базе двух тягачей МАЗ-5637, показал низкую надежность конструкции и был законсервирован.

Плавучий атомный энергоблок

Куда более пафосно выглядела идея мегапоездов на ядерной тяге. Как сообщала газета «Гудок» в 1956 году, они должны были состоять из могучего атомного локомотива и гигантских вагонов, поставленных на сверхширокую колею, которая в 2,5–3 раза превышала бы по ширине принятый в нашей стране стандарт – 1520 мм. При этом грузовместимость товарных вагонов этого класса могла бы быть сравнима с аналогичным показателем речного грузового судна, а двухэтажные пассажирские вагоны предложили бы путникам небывалый простор и комфорт.

Однако до строительства сверхшироких магистралей дело не дошло и по сей день. А вместе с ними увяла и идея создания мегапоездов.

Возвращение к былому? Тем не менее ядерщики на том не успокоились. И лет десять тому назад исподволь начали кампанию по проталкиванию концепции строительства плавучих атомных теплоэлектростанций (ПАЭС). При этом концерн Росэнергоатом намеревался до 2015 года построить флотилию из 8 плавучих атомных теплоэлектростанций. Вот что рассказывал об этом тогда журналистам заместитель генерального директора концерна Сергей Крысов.

Еще в 70-х годах XX века в нашей стране были созданы плавучие электростанции «Северное сияние». Ток они вырабатывали с помощью авиационных турбин, отработавших свой ресурс в небе. Однако опыт эксплуатации таких станций показал: работают они крайне шумно и потребляют большое количество топлива, которое в условиях Крайнего Севера – немалый дефицит.

А потому энергетики задумались, как можно получать тепло и электричество и без особого шума и при малом расходе топлива. Необходимость же в подобных теплостанциях большая. По подсчетам статистиков, население двух третей территории России каждую зиму испытывает нехватку света и тепла, согреваясь с помощью мазутных и угольных котельных, топливо для которых приходится доставлять корабельными караванами, а в экстренных случаях – и самолетами. Плавучие атомные электростанции позволят покончить с такой практикой.

Весной 2007 года на стапелях завода «Севмаш» в Северодвинске, где раньше обычно строились подводные атомные лодки, должна была состояться закладка первого плавучего теплоэнергоблока с реактором КЛТ40С. Завершение строительства намечалось на 2010 год.

Было объявлено, что есть уже и первые потенциальные покупатели ПАЭС. Одними из первых высказали свою заинтересованность в новых источниках энергоснабжения представители Газпрома. Администрация Чукотского автономного округа тоже не прочь заполучить такую станцию и поставить ее в районе г. Певек. Здесь дополнительная энергия требуется для дальнейшего наращивания золотодобычи.

Обнаружились возможные покупатели и за рубежом, Например, в подобных электростанциях весьма нуждается Индия, которой нужны энергетические мощности для опреснения морской воды. Кроме Индии, в подобных установках заинтересованы Китай, Индонезия, страны Персидского залива и Африки.

И для севера, и для юга. В обоих вариантах, и в южном, и в северном, основу ПАЭС составляют один или два реактора, а точнее – энергетических блока с реакторными установками типа КЛТ40С, которыми обычно оснащают ледоколы и подводные лодки. Только в данном случае их монтируют на металлической или даже железобетонной барже. Причем в последнем варианте корпус получается дешевле и не так подвержен коррозии. Прочность же и мореходные качества его таковы, что это специфическое сооружение можно буксировать даже через океаны.

По соседству с энергетическими блоками расположится хранилище ядерного топлива, отсеки с подсобным оборудованием. На корме – помещения, где с удобствами будет находиться персонал станции, порядка 50 человек, работающих вахтовым методом.

В условиях энергетического кризиса, затрагивающего многие регионы страны и мира, плавучая АЭС может предоставить недорогую энергию, а мобильность позволяет относительно легко перемещать ее с места на место. Причем стоимость создания такой станции значительно ниже, чем стационарной АЭС, утверждают разработчики. Ведь ее можно построить прямо на заводе и доставить на место уже в готовом виде.

Далее мощные океанские буксиры в сопровождении конвоя ВМФ оттащат станцию в то место, где ей предстоит работать. Там ее пришвартуют к заранее подготовленному пирсу, подсоединят провода, включат реактор, и на 10–12 лет местные власти могут забыть о проблемах с теплом и электричеством. По истечении этого срока ПАЭС просто отбуксируют на завод для профилактики, а на ее место встанет новая «ядерная баржа».

Технические же параметры станции как раз хорошо подходят для небольших городов: ее реакторы способны выдавать порядка 70 МВт электроэнергии и около 140 Гкал/ч тепла. Этого хватит на то, чтобы осветить и обогреть город с населением примерно 200 тыс. человек или большое промышленное предприятие.

А если террористы? Таковы хозяйственные плюсы проекта. Но есть у него и минусы. Во-первых, не опасно ли иметь у себя под боком в том или ином городе, по существу, плавучую ядерную бомбу? А если авария? А если террористы?.

Специалисты рассеивают подобные опасения следующим образом. Ныне Финляндия, Франция и Япония усердно наращивают мощности атомной энергетики. По тому же пути идут Иран, Индия и Китай. Естественно, Россия, одна из основных ядерных держав, тоже не желает оставаться в стороне.

У российских проектировщиков ПАЭС энтузиазм, кроме всего прочего, вызывает и тот факт, что большинство стран, желающих получить атомную энергию и пресную воду, не входят в Договор о нераспространении ядерного оружия, а следовательно, им не «светит» получение «ядерной баржи» в собственность. Они могут попросить пригнать ее к своим берегам при условии, что обслуживать ПАЭС будут российские специалисты и все отработанное ядерное топливо будет возвращаться в Россию. Таким образом, в перспективе мы можем получить неплохой выход на международный рынок.

Впрочем, противников у проекта все равно немало. В первую очередь это экологические организации. Так, скажем, эксперты знаменитой норвежской «Белуны» утверждают, что защита ПАЭС от возможных аварий и от угрозы теракта проработана недостаточно. Ведь реакторы ледокольного типа, которые планируется поставить на плавучих станциях, никогда еще не эксплуатировались в течение 40 лет (а именно таков заявленный срок службы плавучей станции), и, значит, предусмотреть все варианты их «поведения» просто невозможно.

«Реакторная установка типа КЛТ40С работает на высокообогащенном уране, который без особой дальнейшей переработки можно использовать для создания ядерного взрывного устройства атомной бомбы, – сказано в заключении “Белуны”. – Для производства атомной бомбы нужно не менее 3 кг урана-235 с обогащением в 20 %. Только в одном реакторе ПАЭС содержится, таким образом, расщепляющийся материал, достаточный для создания многих десятков атомных бомб».

Однако у наших специалистов, связанных с проектированием станции, мнение прямо противоположное. Как сообщил журналистам Сергей Крысов, ПАЭС имеет 5 барьеров радиационной защиты – это даже больше, чем на атомных подлодках. Станция, по расчетам, способна выдержать землетрясение до 6 баллов, жесточайший шторм и имеет защиту реактора, способную выдержать даже падение на нее самолета.

Что же касается возможности создания атомной бомбы из украденного с ПАЭС урана, то давайте рассуждать логически, сказал он. Во-первых, до сих пор не было ни одного случая захвата террористами АЭС. Они все-таки не дураки и знают, что, во-первых, с охраной атомной станции лучше не связываться – службу там несут профессионалы высочайшей пробы. Во-вторых, надо быть самоубийцей, чтобы вскрыть работающий реактор. Да и при вскрытии все равно из полученного топлива атомную бомбу никогда не сделать, поскольку на АЭС используют уран все-таки малопригодный для оружейного применения.

Что касается кражи отработанного ядерного топлива, то его даже на «грязную» бомбу вряд ли хватит. Просчитано, что эффект от такого применения будет примерно такой, как от неисправной рентгеновской установки в поликлинике – облучиться можно, лишь оказавшись в непосредственной близости от очага радиации, подчеркнул Крысов.

Гладко было на бумаге… Казалось бы, все, инцидент исчерпан. Однако на исходе уже 2011 год, а первой ПАЭС, успевшей получить даже собственное имя «Михаил Ломоносов», как не было, так и нет. И похоже, уже и не будет. В чем дело?

Началось все с того, что по мере строительства ПАЭС стоимость ее росла «не по дням, а по часам». Если в декабре 2006 года проект оценивался в 2 млрд 609 млн рублей, то через несколько месяцев стоимость возросла до 5,5 млрд. В марте 2007 года она составляла уже 9 млрд. А в мае 2007 года «плавучка» потянула на 11,2 млрд рублей. Ныне цена водоплавающей АЭС зашкаливает уже за 27 млрд рублей.

В итоге «Севмаш» отказался от строительства станции. Заказ передали на Балтийский завод Санкт-Петербурга. Но и там, судя по всему, дела идут ни шатко ни валко. Во-первых, завод вроде бы собираются переводить за черту города, и ему пока не до новых заказов. Во-вторых, в немалой степени затягиванию работ, кроме чисто технических и финансовых трудностей, способствует и политическая обстановка как внутри страны, так и за рубежом. Сначала разразился скандал в Иране вокруг Бушерской АЭС. Не успел он толком затихнуть, как в Японии цунами, по существу, развалило два реактора АЭС «Фукусима-1», которую теперь частенько называют «вторым Чернобылем».

Далее, участившиеся выходки террористов вызывают справедливое опасение: «А что будет, если они выберут в качестве объекта атаки именно ПАЭС?» Охранять плавучую станцию, как говорят эксперты, все намного сложнее, чем наземный объект. И тут ничего не спрячешь под землю. Наконец, штормы на море происходят все же намного чаще, чем землетрясения на суше…

В таких условиях надо ждать, что многие потенциальные покупатели откажутся от своих первоначальных намерений. В общем, не случайно многие СМИ уже прозвали ПАЭС «ядерной погремушкой Росатома». Обидно, но справедливо. Хотя и жаль все-таки хорошей идеи, которая заложена в конструкцию. Хотели же как лучше…