VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Аннотация: в работе рассмотрены вопросы о возможности внедрения проектной модели новейшего сверхзвукового поезда марки «HYPERLOOP» (США) на высокоскоростной магистрали Центральной России.

Ключевые слова: сверхзвуковой поезд модели «HYPERLOOP» (США), скоростной фирменный поезд «Сапсан», Элон Маск, Б. Вейнберг, Центральная Россия, ВСМ.

Первый паровоз был построен в начале XIX века. 200 лет назад! Но за это время этот способ передвижения смог завоевать популярность у пассажиров и занять свою нишу в транспортной структуре любого развитого государства. Несомненно, там, где появлялся паровоз - росли города и поселения. Поезда стали настоящими двигателями прогресса и сегодня они не потеряли свою актуальность. Благодаря быстроте обслуживания и высокой скорости движения высокоскоростные поезда составляют серьёзную конкуренцию другим видам транспорта, сохраняя при этом такое свойство всех поездов, как низкая себестоимость перевозок при большом объёме пассажиропотока.

В данной исследовательской работе рассматривается возможность применения новейшей модели сверхзвукового поезда модели «HYPERLOOP» (США), которой заинтересованы многие технически развитые государства, на действующей сверхзвуковой магистрали Центральной России.

Элон Маск презентовал проект транспорта будущего марки «HYPERLOOP» - вакуумного тоннеля, по которому почти со скоростью звука будут передвигаться капсулы с пассажирами и грузом. «HYPERLOOP» представляет собой большую стальную трубу, проложенную под землей или на поверхности, по которой будут летать алюминиевые челноки. «HYPERLOOP» рациональнее применять между отдалёнными объектами, прежде всего, при наличии большого регулярного пассажиропотока, например, между двумя крупными городами, такими как Москва и Санкт-Петербург.

Гипотеза исследования:если изучить проектную модель Элона Маска о сверхзвуковом поезде «HYPERLOOP», то возможно предположить его применение на высокоскоростных магистралях в Центральной территории России. Для доказательства данной гипотезы исследования решались задачи: изучить технические характеристики проектной модели сверхзвукового поезда Элона Маска марки «HYPERLOOP»; определить его преимущественные характеристики и недостатки; описать высокоскоростной поезд, эксплуатируемый уже в условиях Центральной России; сравнить высокоскоростной поезд, эксплуатируемый в условиях Центральной России и проектной модели «HYPERLOOP»; определить возможность применение «HYPERLOOP» на территории Центральной России.

Методы получения результатов исследования: описательный, обработка статистической информации, сравнительный анализ, проектирование.

Создание концепции вакуумного поезда будущего принадлежит Российскому ученому Борису Вейнбергу, ученого Томского политехнического университета. В его работе «Движение без трения» рассказывается о вагонах, которые силой электромагнитного поля движутся по медной трубе безо всякой опоры [1]. «Идея Вейнберга заключалась в следующем: вагоны гипотетической железной дороги движутся внутри медной трубы, из которой выкачан воздух, чтобы его сопротивление не мешало движению вагонов. Трение вагонов о стенки трубы уничтожается тем, что они движутся, не касаясь стенок, поддерживаемые в высоте силой электромагнитов», — говорится в рецензии на проект Вейнберга, хранящейся в музее Томского политехнического университета. Судя по сохранившимся документам, учёный-физик подробно рассмотрел все вопросы функционирования вакуумного поезда, и два года на кафедре общей физики пытался в лабораторных условиях реализовать модель предложенной им железной дороги.

«В его опытах 10-килограммовый вагончик, выполненный из железной трубы с колёсами спереди и сзади, двигался внутри медной трубы диаметром 32 см, выполненной в виде кольца диаметром 6,5 м. В таких условиях вагончик развивал скорость шесть километров в час. Автор был уверен, что если сделать станцию отправления длиной 3 км, то легко можно достичь скорости 800-1000 километров в час». Проект не получил практического воплощения в силу своей дороговизны, и ни одна страна не была готова ни в экономическом, ни в техническом, ни в кадровом плане подойти к решению этого проекта. Спустя сто лет проект может быть воплощён.

Элон Маск усовершенствовал идею, высказанную и разработанную Российский ученым Борисом Вейнбергом, и предложил модель вакуумного сверхзвукового поезда модели «HYPERLOOP» [2].

Технические характеристики проектной модели сверхзвукового поезда Элона Маска марки «HYPERLOOP» [2]: электромагнитная пушка, «выстреливающая» капсулой разгоняющейся с людьми до сверхзвуковой скорости более 1100 км/ч; при этом, совершенная аэродинамика и тоннель с разреженным воздухом снизят сопротивление движению настолько, что на поддержание сверхзвуковой скорости понадобится мощность всего 100 кВт.; скорость поддерживается на большей части пути, после чего капсула так же производит торможение; капсуле облегчает разгон и скольжение, всасываемый воздух носовой частью и выбрасываемый его через сопла металлических «лыж», под которыми образуется воздушная прослойка (рис. 1).

Рис. 1. Расположение сопл «HYPERLOOP»

Рис. 2. Расположение солнечных панелей «HYPERLOOP»

Пассажирскую модель планируется выполнять в двух вариантах: для перевозки людей; для перевозки людей и автомобилей. Интервал времени между отправлениями пассажирских моделей должен составлять не менее 2 минут. Одна 2,5-тонная пассажирская модель сможет перевозить не менее 28 пассажиров [2].

Таким образом, на маршруте Лос-Анджелес – Сан-Франциско «HYPERLOOP» сможет перевозить 840 пассажиров в час. Расстояние в 600 км поезд сможет преодолеть всего за 30 минут. Энергия для данной проектной модели используется от солнечных панелей, размещенных над тоннелями. На маршруте Москва – Санкт-Петербург для питания поезда понадобится мощность всего 21 МВт, а панели дадут 57 МВт, то есть еще и смогут снабжать электроэнергией окружающие поселения (рис. 2) [2].

Стоимость пассажирской капсулы оценивается в $255 тыс., а всей 600-км дороги - в $6 млрд. или около $11 млн. за 1 км дороги. Многие инженеры указали на массу недостатков идеи. Оболочка пассажирских капсул может перегреваться во время движения на сверхвысоких скоростях, капсулы будут двигаться нестабильно, они могут начать переворачиваться и вращаться вокруг продольной оси. Одной из главных проблем станет и обеспечение герметичности трубопровода.

На территории Центральной России используется самый скоростной фирменный поезд «Сапсан» - продукция немецкой корпорации Siemens, широко известный на рынке машиностроения и электротехники. Он построен на проверенной технологии Сименса - платформе Velaro специально для России. В его новой модели были учтены особенности территории России, поэтому скоростной поезд имеет ряд отличий. Так, в поезде «Сапсан» воздухозаборники разместили на крыше, вагоны поезда шире европейских аналогов на 30 сантиметров. А также поезд «Сапсан» способен спокойно трудиться и при морозах до минус 50 градусов. «Сапсан» будет применен на ВСМ 1 (высокоскоростная магистраль) – рабочее название первой в России высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Санкт-Петербург. Этот проект является основой для дальнейшего развития высокоскоростного движения в стране и появления в России целой сети ВСМ. Магистраль Москва — Санкт-Петербург должна быть построена к чемпионату мира по футболу, который пройдет в России в 2018 году.

В ходе исследования были определены преимущества проектной работы Элона Маска сверхзвукового поезда модели «HYPERLOOP», по сравнению с высокоскоростным поездом «Сапсан», которые представлены в таблице.

Таблица

Преимущества проектной модели «Hyperloop» по сравнению с высокоскоростным поездом «Сапсан»

Показатели работы	«Сапсан»	«HYPERLOOP»
Скорость	300 км/ч	1100 км/ч
Стоимость 1 модели	276 миллионов евро	255 тысяч евро
Оборот пассажиров в сутки (24 часа) 1 модели	4201	2240 человек
Время пути из Москвы до Санкт-Петербурга	3 часа 45 минут	35 минут
Стоимость билета	75$	20$
Уровень безопасности по мнению экспертов	Высокий	Высокий, но требует некоторых доработок

«HYPERLOOP» по сравнению с «Сапсан» обладает: более мощной скоростью на 80 %; стоимость одной модели ниже на 274 миллиона евро; время пути из Москвы до Санкт-Петербурга ниже на 3 часа 15 минут; оборот пассажиров на 54 % ниже, но время для отправки поезда «Сапсан» 30 минут «HYPERLOOP» 2 минуты и оборот пассажиров увеличивается до 2000 человек за 24 часа; низкую стоимость билета на 50$.

Применение сверхзвукового поезда модели «HYPERLOOP» на территории Центральной России возможно. Для этого требуется реконструкция уже строящейся железнодорожной ветки ВСМ-1 «Москва - Санкт-Петербург» и техническая доработка проектной модели «HYPERLOOP». Стоимость реконструкции полностью себя окупит, так как ВСМ поезда модели «HYPERLOOP» будет являться дополнительным источником электроэнергии для прилегающих населенных пунктов и низкой стоимости самой модели поезда. Низкая цена билета и быстрая скорость доставки пассажиров до конечного пункта следования позволит данной модели быть востребованной [4].

На данный момент реализацией проекта заинтересованы такие страны как США, Германия, Китай и Япония. Однако мы считаем, что данный проект должен быть применен, в первую очередь, на территории России, так как для создания данного проекта использовались исследования Российского ученого Бориса Вейнберга.

Россия располагает всем необходимым для реализации данного проекта, а именно средствами и высокоскоростной магистралью, готовой для применения после реконструкции

Список использованной литературы

1. Режим доступа:

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B7 (дата обращения 29.10.2013).

1. Режим доступа:

http://ru.wikipedia.org/wiki/%CD%E0%F1%E5%EB%E5%ED%E8%E5_%D0%E5%F1%EF%F3%E1%EB%E8%EA%E8_%D1%E0%F5%E0 дата обращения (19.11.2013).

1. Режим доступа:

http://press.rzd.ru/smi/public/ru?STRUCTURE_ID=2&layer_id=5051&refererLayerId=5050&id=34435&print=1 (дата обращения 19.11.2013).

1. Режим доступа: http://www.ttgdt.edu.ru/students/met_work/m-091.pdf (дата обращения 12.10.2013).

2. Режим доступа: (дата обращения 29.10.2013).

Код для цитирования: Скопировать