Вперёд, земляки, осилим маглевом российские дали!
.
Магнит тянет в полет
(начало, часть 1)
Николай Ульянов
заместитель главного редактора, редактор отдела промышленности журнала «Эксперт»
26 апреля 2021, 00:00
№18
В России разработана и испытана самая эффективная в мире технология создания поездов на магнитной подушке. Страна имеет все возможности для производства собственных маглевов. Дело за малым: решиться на кардинальное изменение к лучшему своей транспортной системы
[Читать далее]ЮЛИЯ ЛИСНЯК
Анатолий Зайцев готов обеспечить России технологическое преимущество в сфере магнитолевитационного транспорта
Еще немного, и мир охватит бум строительства линий и поездов по технологии маглев. Запрос на более высокую скорость, нежели у традиционного высокоскоростного железнодорожного транспорта, бесшумность передвижения будет удовлетворен. И если сегодня поезда на магнитной подушке есть лишь в нескольких странах: Японии, Китае, Южной Корее, - то вскоре к ним присоединятся как минимум страны Европы и США.
В этом уверен Анатолий Зайцев, председатель совета кластера «Российский маглев», где была разработана и опробована российская технология магнитной левитации.
Впрочем, разговор мы начали с обычного колесного высокоскоростного движения - обычного для многих стран, но до сих пор остающегося у России только в планах.
- Как получилось, что Китай в высокоскоростном движении ушел значительно дальше, чем Россия, хотя на старте наши возможности были гораздо лучше?
- Мое представление об этом такое. В начале девяностых годов правительство получило от Международного валютного фонда и Международного банка реконструкции и развития рекомендации, как вести хозяйство. Толстенный фолиант. Я открываю раздел транспорта, и там черным по белому написано: «России не рекомендуется развивать железнодорожный транспорт». А рекомендуется развивать автомобильный транспорт. И не рекомендуется развивать торговый морской флот, его в мире и так достаточно.
Как результат, пять регионов РФ так и не имеют железнодорожного транспорта, и только два процента собственной экспортной продукции перевозится торговыми судами, принадлежащими России. Высокоскоростной транспорт отсутствует.
Такие фолианты появляются не просто так. Было приглашено огромное количество советников, которые работали в разных министерствах, ведомствах российского масштаба. К ним очень внимательно прислушивались. Посмотрите на подбор министров начала девяностых. Эти ребята читали книжки, но они теоретики, никто в руках молоток не держал, гвоздя не забил. Они, раскрыв рот и развесив уши, слушали, как себя вести. А потом появились крупные частные корпорации, которые постепенно забрали управление хозяйством в свои руки. А им высокоскоростное движение было не нужно.
Мне и самому непонятно такое поведение бизнеса. А как же интересы страны? Но бизнес приспособлен делать деньги, он делает то, что ему интересно, а не государству, стране.
Китай пошел по другому пути. Они отпустили экономику в частные руки, но по ключевым государственным позициям никого не звали в советники. Они видели, что регионы страны развиты неравномерно, что связность между ними плохая. А что есть в мире для решения этих проблем? Самое лучшее - это высокоскоростное железнодорожное движение.
И они набрали специалистов со всего света. Платили очень хорошие деньги. И сейчас платят. Мои знакомые немцы, которые занимались магнитной левитацией еще с конца восьмидесятых годов, уехали туда на очень высокую зарплату даже по европейским меркам. Китай купил технологию Transrapid (у немецкой компании, разработавшей высокоскоростной монорельсовый поезд на магнитной левитации. - «Эксперт»), а в контрактах приглашенных специалистов прописал, что они должны подготовить пятнадцать китайских инженеров по своему профилю.
Китай подошел к решению проблемы правильно. А мы как подошли? Вот Геннадий Матвеевич Фадеев (министр путей сообщения РФ, первый президент ОАО РЖД. - «Эксперт») решил купить шестьдесят высокоскоростных поездов в Германии. Пришел вместо него Владимир Якунин. Он с шестидесяти скинул до восьми. Российского в этих поездах нет абсолютно ничего. Хуже того. Заключили договор на эксплуатацию и сервис этих поездов на тридцать лет без права российского инженера вмешиваться и задавать вопросы.
- С традиционным высокоскоростным движением понятно. Мы отстали. Но, может быть, в магнитной левитации у нас есть шанс? Давайте начнем с преимуществ маглева перед обычным колесным высокоскоростным железнодорожным транспортом.
- Транспорт, неважно, железнодорожный или нет, подчиняется законам физики. В традиционном железнодорожном транспорте взаимодействуют колесо и рельс. За счет чего колесо движется по рельсу? За счет сцепления. Не было бы сцепления рельса с колесом, колесо крутилось бы на одном месте.
Мы можем поставить двигатель любой мощности, но, как только мы превысим приложенную для движения силу, которая превысит силу трения, у нас колесо будет просто прокручиваться.
Возьмем такой простой момент, как разгон с места для пассажирских поездов. Человеческий организм нормально реагирует на ускорение метр в секунду за секунду. Но в случае колеса и рельса мы не можем выбрать метр в секунду ни в метро, ни в трамвае, ни в высокоскоростном поезде. Максимум возможного - примерно 0,6. Поэтому, чтобы разогнаться, например, до 300 километров в час, высокоскоростному поезду надо расстояние в 20 километров и около шести минут.
Уже в этой части магнитная левитация превосходит колесный транспорт, так как сцепление не нужно, поезд вывешен и приводится в движение электрическим полем, а теоретически предел скорости электрического поля - скорость света, то есть мы ограничиваем скорость законами биологии, чтобы человек мог комфортно перенести ускорение. Мы уже на разгоне экономим.
- По схеме колесо-рельс до какой скорости можно разогнаться?
- Здесь две вещи есть. Первая - устойчивость контакта колеса и рельса по отношению друг к другу. Установлено, что после 600 километров в час мы за колесо и рельс отвечать не можем. Процесс их взаимодействия становится неуправляемым. Казалось бы, до 600 километров в час - это хорошо. Более того, французами был поставлен рекорд - 574,7 километра в час. Я общался со специалистами, которые его поставили. И вот что получается: мы не можем сегодня дать нужную мощность через контактную сеть на локомотив, для его двигателя. Энергия передается через механический контакт. Но на такой скорости пантограф отрывается от контактной сети, и вот эти ребята, которые рассказывали, как ставили рекорд, говорят, что «мы ехали на электрической дуге».
- Дуга между проводом и пантографом, но он же тогда просто горит.
- Горит. Они говорят: мы проехали на дуге, после нас поезду идти уже нельзя, надо менять контактный провод. В России используется два вида токов для питания контактной сети - постоянный и переменный. Практика показала, что при всех нынешних ухищрениях - полозья пантографа со специальным смазками, натяжение огромное и так далее - при постоянном токе контактная сеть устойчиво работает при скорости примерно 200 километров в час. При переменном токе она может работать примерно до 300-320 километров в час. Дальше уже начинаются проблемы с контактной сетью.
- А если источник энергии в самом локомотиве, например топливный элемент на водороде?
- Да, так может быть. Но здесь уже скорость определяется надежностью контакта колеса и рельса. Есть теория и поставленный рекорд. И есть то, что показала практика. Были очень громкие заявления, что 400 километров в час с пассажирами - уже повседневная скорость. Китайцы попытались между Пекином и Шанхаем такую скорость поддерживать. И получили два крупных крушения: поезда просто вылетели в сторону. Сели, извините, по-русски, ровно на задницу. И после этого установили, что в летний период при благоприятной погоде скорость не более 320, зимой не более 220. Вот практика к чему привела.
Японцы. Они за 300 километров не переходят. Европу возьмем. Только на маленьких участках демонстрируют 330-340, никто 400 не движется.
И когда я слышу, что наши заявляют: мы проектируем 420 километров, будем ехать 360, - ну, ребята, откройте глаза.
- У французов же было колесо-рельс, и они проехали 574,7 километра в час.
- Во-первых, был сделан трехвагонный специальный поезд без людей. Во-вторых, под горку и только по прямой. Я был на месте. Они прямо честно, как инженеры инженеру, рассказали. Говорят: да вы что, только прямая, иначе мы будем на боку.
Так как у магнитной левитации колеса-рельса нет, то физический контакт мы не рассматриваем. Все существующие сегодня конструкции магнитных левитационных транспортных линий предполагают тележку, которая охватывает несущую конструкцию, несущую балку. И с этой балки улететь просто невозможно, что бы ни случилось.
- Если при огромной скорости состав сядет на эту балку…
- Он никогда не сядет. Магниты с обеих сторон, они не допустят физического контакта. У них тройной резерв электроэнергии, тройной!
Есть внутренние аккумуляторы в вагоне, с которых, если пропадет внешнее питание, будет подана энергия на электромагниты, которые удержат поезд на весу. Да, мощность аккумуляторов не позволит ехать дальше, но для остановки этого будет достаточно.
- Поезд какое-то время будет двигаться по инерции, а затем остановится.
- Да, совершенно верно. Притом внешнее питание подается опять-таки бесконтактным индукционным способом. По несущей конструкции идет кабель, на подвижном составе другой кабель. Мы с вами знаем, что если в один кабель мы подаем электроэнергию, а рядом есть другой кабель, то в нем обязательно появится электроэнергия.
Мы подводим электроэнергию только к кабелю, который идет по несущей конструкции. Причем этот кабель получает электроэнергию по отдельным участкам: каждый по 1500-1800 метров. Поезд пролетает один участок, он автоматически отключается, включается следующий. И даже если какой-то из них вдруг по каким-то причинам отключился, в следующем будет электроэнергия. Она подается, образно говоря, все время практически под поезд.
- Не так, как в контактной сети, где напряжение держится на всем ее протяжении…
- Совершенно верно. И за счет этого экономия колоссальная.
У нас в контактной сети современных поездов даже норматив есть на потерю электроэнергии. Норма около 12 процентов, а на самом деле теряется примерно 22 процента. А никуда ты не денешься: рассеивание в пространство.
Таблица 1
Сравнительная оценка железнодорожного и магнитолевитационного транспорта в разрезе создания ТТК Запад-Восток
из пояснительной записки к предложениям в Транспортную стратегию Российской Федерации до 2035 г. Сравнительная оценка железнодорожного и магнитолевитационного транспорта в разрезе создания ТТК Запад-Восток
Источник: из пояснительной записки к предложениям в Транспортную стратегию Российской Федерации до 2035 г.
Наша - лучше
- Сегодня в мире есть линии маглев, построенные на двух разных технологиях. Электродинамическая EDS-технология на сверхпроводимости, используется в Японии, и электромагнитная, EMS-технология. В чем разница?
- Японцы молодцы, перед ними как перед инженерами можно снять шляпу: они в то время, не имея современной элементной базы, сверхпроводящего материала второго поколения, работающего при жидком азоте, высокоэнергетических постоянных магнитов на редкоземельных металлах, сделали мощнейшую штуку. Сверхпроводимость первого поколения работает при температуре жидкого гелия (при нормальном давлении температура жидкого гелия - минус 269 градусов по Цельсию. - «Эксперт»). Жидкий гелий опасен, так как он очень текучий и может испаряться даже через металл. Поэтому сосуд с гелием помещается в сосуд с жидким азотом, то есть применяется двойное охлаждение. А внутри - сверхпроводящие катушки. Сверхпроводящие - значит, в них теоретически нет потери тока, практически, конечно, за счет того, что теплообмен все-таки есть, надо периодически подпитывать. В катушки заводится ток, несколько тысяч ампер. В них возникает магнитное поле. Это электромагнитные катушки в вагоне. На пути другие катушки, к которым нет подвода электричества, но со сверхпроводящих катушек, которые в вагоне, на них индукцией наводится электроэнергия. Далее для того, чтобы возникла электродвижущая сила, которая оттолкнет катушки друг от друга и поднимет вагон, нужно, чтобы катушка в вагоне двигалась относительно катушки на пути с определенной скоростью. Поэтому японская технология отличается тем, что поезд примерно до ста километров в час разгоняется на колесах. Такая схема только у них, никто ее не повторил, да и не нужно, на наш взгляд.
Основные типы магнитолевитационной транспортной технологии
«Эксперт» Основные типы магнитолевитационной транспортной технологии
Источник: «Эксперт»
- Как подняли, понятно. А что нужно сделать, чтобы этот вагон поехал?
- А там линейный электродвигатель на несущей конструкции, на путях, к нему подводится электричество.
Немецкая система Transrapid использует обычный электромагнит, к которому мы привыкли. Сердечник, обмотка, в обмотку подается ток, ток регулируется. И здесь уже не нужно скорости для того, чтобы поезд поднять, потому что электромагнитные катушки запитаны и на поезде, и на путях. Их магнитные поля отталкиваются друг от друга, за счет этого поезд поднимается. А двигается он так же, как и японский, за счет линейного электродвигателя. Эту технологию используют и Китай, и Южная Корея.
Мы сначала были очарованы возможностями сверхпроводимости. Но когда начали подходить к конструктивным делам, поняли, что это очень дорогая штука. Если там государственная программа и деньги государство дает, то у нас не дает. И тогда мы обратились к постоянным магнитам.
Про постоянный магнит мы всё знаем: разные полюса притягиваются, одинаковые отталкиваются. Но если просто постоянные магниты использовать, тогда надо и полотно, и поезд выстилать магнитами, это нереально. Поэтому мы подумали: а почему бы нам не совместить электромагниты и постоянные магниты? Постоянный магнит берет на себя основную нагрузку, например притягиваясь к металлической пластине, а электромагнит или добавляет силу магнитного поля, или уменьшает, в зависимости от того, что происходит с вагоном.
Например, пассажиры вышли, и, чтобы вагон не прилип к железу несущей конструкции, так как вес поменялся, на электромагниты в вагоне подается ток, который уменьшает магнитное поле постоянных магнитов, гасит его. Как только пассажиры зашли, ток, наоборот, уменьшается, чтобы поле было. И мы добились того, чтобы расстояние между вагоном и несущей конструкцией было постоянным независимо от скорости, стоит поезд или двигается, так как мы можем регулировать силу поля.
Вот смотрите, что происходит, очень важно. У нас основную нагрузку берет постоянный магнит. Умозрительно все понятно. Но по этим мощным постоянным магнитам, когда они стали появляться, было много разговоров, что они физически недолговечны, что разрушаются от воздействия атмосферы… Мы это, конечно, знали. И вот русская голова! Наши ребята говорят, а мы так сделаем, что им разрушаться будет некуда. Магнитик, он 21 на 21 на 21 миллиметр, такой стандарт. Кубик такой. И заказали на Кировском заводе четырехгранные трубки размером чуть больше и мощнейшим прессом в нужном расположении относительно друг друга магниты туда поместили, чтобы их магнитное поле было в нужном нам направлении. Это называется «магнитные сборки». И, укладывая их рядом друг с другом, мы получаем бесплатный левитационный зазор. А чтобы управлять левитационным зазором нужен электромагнит. И регулируя силу тока, можно в автоматическом режиме его поддерживать на одном уровне. Вот у нас демонстрационная платформа 28 тонн. Там квадратный метр магнитных сборок держит уже шесть лет расстояние 25 миллиметров.
- Без подачи тока, просто на постоянных магнитах?
- Да. Сборка сверху и сборка снизу. Одинаковые полюса отталкиваются.
- Магнит же все равно со временем деградирует. Не просто разрушается, а пропадает магнитное поле.
- Умозрительно - должно пропадать. Но шесть лет стоит. И раз зазор не меняется, значит, не деградирует шесть лет. Мы не знаем, сколько, может, на восьмом, может, на десятом году будет деградировать. Мы абсолютно спокойно на это смотрим. Мы одни сборки можем снять, другие поставить. И отправить снятые на восстановление магнитных свойств.
- Магниты дорогие?
- На сегодня килограмм стоит порядка 400 долларов.
- Для того чтобы вагон поднять, сколько нужно?
- Чтобы поднять 40 тонн - один квадратный метр. Вагон - 60 тонн, значит, полтора квадратных метра магнитных сборок. Для этого нужно 400 килограммов магнитов, 160 тысяч долларов. Но это же надолго, купил, и всё.
- Как минимум шесть лет.
- Да. На фоне стоимости пригородного поезда «Ласточка» - полмиллиарда рублей - это цифры почти невидимые. Да и с ростом объемов производства постоянные магниты станут дешевле.
У нас есть научно-исследовательский институт физической аппаратуры, где сделаны физические модели, их можно посмотреть вживую, они по 400 килограммов держат вес. И главное тут эта система управления. Ты давишь на платформу, и видно на амперметре, что поднимается ток и расстояние между платформой и несущей конструкцией сохраняется. Начинаешь поднимать, уменьшать вес и видишь, как ток меняется в другую сторону и опять расстояние сохраняется.
- И сколько это расстояние?
- Около десяти миллиметров.
- Этого достаточно?
- Для городских и грузовых поездов достаточно. Для сверхскоростных недостаточно, там нужно более мощное поле. Там сверхпроводимость надо использовать.
- Я правильно понимаю, что вот эта технология, на постоянных магнитах, - это третья, помимо немецкой и японской, технология магнитной левитации?
- Да. Наша, русская, - «Росмаглев», нами запатентована.
- И относительно первых двух технологий ваша технология проще или сложнее в реализации, дороже или дешевле?
- Ключевой момент, что она существенно дешевле и экономна по расходу электроэнергии, а удельный расход электроэнергии - это один из главных показателей эффективности.
- И насколько меньше электроэнергии потребуется?
- По тем установкам, что у нас сегодня есть, нужно на 30 процентов меньше.
- Магнитное поле, есть подозрение, будет влиять на человека и гаджеты, которыми он сегодня обложен. С этой точки зрения вагон защищен?
- Да, абсолютно. Платформу, которая у нас висит, ребята из Первого медицинского института с приборами всю обмерили и сделали заключение: в десяти сантиметрах от того, где заканчивается сборка, магнитное поле уже естественный фон Земли.
Никаких разговоров о том, что сердечный стимулятор может повредиться или еще что-то, быть не может.
- А может так случиться, что ваш патент обойдут?
- Обойдут. Мы за рубежом не можем защититься патентом, там большие деньги надо.
Российская магнитолевитационная транспортная система «Росмаглев»
«Росмаглев» Российская магнитолевитационная транспортная система «Росмаглев»
Источник: «Росмаглев»
Нужны настоящие полковники
- Технологию вы разработали. А с точки зрения производства мы можем сделать маглев?
- Абсолютно, сто процентов. У нас есть несколько заводов, которые выпускают постоянные магниты. Когда я разговариваю с людьми, которые там во главе стоят, они мне говорят: Анатолий Александрович, все зависит от потребностей, поставьте нам задачу, что через пять лет вам, условно, надо тысячу тонн магнитов. Если мы подпишем соглашение, мы под это соглашение возьмем кредиты и разовьем производство. Значит, магниты постоянные есть. Электромагниты. Что такое электромагнит? Это металлический сердечник, в данном случае постоянный магнит, он и является сердечником, и медный провод. Медь у нас есть. Остальное - это самый расхожий металл и бетон. Сам вагон, слава богу, уже делаем…
Хотя я на уральских заводах был. Спрашиваю: ребята, а откуда боковины? Из Китая. Я говорю: у нас что, алюминия нет своего? В Мытищах был в Подмосковье, откуда? Из Италии. Откуда дизель-генераторные установки для железной дороги, автобусов? Из Германии. Магнитная левитация хороша тем, что станет движителем для многих производств.
- И почему же у нас до сих пор нет такого транспорта?
- Приведу пример. Я в Санкт-Петербурге много десятков лет. Всегда всех знал. Пришел к вице-губернатору, который в городе отвечал за транспорт. Говорю: «Мне от вас ничего не надо, дайте только точку А и точку Б. Денег не надо, у нас есть инвестор, но он готов вложиться, если будет построена реальная линия, а не опытная». Вице-губернатор мне говорит: «Поскольку никто не знает и не понимает, что такое магнитная левитация, надо убедить председателя комитета по транспорту». Ну ладно. Прихожу, кабинетище гигантский, сидит человек примерно такой же невидной конструкции, как я, ни здрасьте, ни до свидания, говорит: «Пока я в этом кресле, магнитной левитации в городе не будет». Я говорю: «Вы знаете, прежде чем к вам идти, я почитал вашу биографию, давайте о профессионализме поговорим. Вы по образованию танкист, прослужили двадцать пять лет в танковых войсках. Я всю жизнь связан с военными, более-менее знаю порядки внутри, обычно людям уже перед демобилизацией дают полковника. Ну ладно, все в жизни бывает».
- А он не полковник?
- Подполковником он вышел. Я говорю: «Скажите, в каком году запатентована в Советском Союзе активная защита танка? Молчите? В 1948 году. А в каком году она была принята на вооружение? Молчите? В 1988-м. За сорок лет, я думаю, тысячи жизней наших танкистов можно было бы спасти. Но, наверное, в таком кресле или побольше сидел кто-то, кто говорил: «Пока я в этом кресле сижу, активной защиты танка не будет».
Ну вот как можно так подбирать людей на должности?
- Анатолий Александрович, мне думается, что ваш уровень - это все-таки не председатель комитета транспорта города Санкт-Петербурга.
- Конечно. Я все прекрасно понимаю. Я думаю, раз так, я пройду всё. Дальше были мои обращения к министрам транспорта. Вот у меня четыре ответа лежит от министерства. Все под копирку написаны. Кто подписал? Руководитель департамента цифровизации. Что он понимает в железной дороге и в транспорте вообще? Но это значит, что министр согласился, чтобы ответил именно он.
Мишустина назначили - я написал Мишустину. Поздравил в письме, как полагается. Получаю ответ от того же человека из министерства транспорта. Пишу письмо руководителю администрации президента, и снова такой же ответ из Минтранса. Система так устроена: будет так, как решит Минтранс, а Минтранс решает вот так.
(продолжение см далее)
Магнит тянет в полет
(начало, часть 1)
Николай Ульянов
заместитель главного редактора, редактор отдела промышленности журнала «Эксперт»
26 апреля 2021, 00:00
№18
В России разработана и испытана самая эффективная в мире технология создания поездов на магнитной подушке. Страна имеет все возможности для производства собственных маглевов. Дело за малым: решиться на кардинальное изменение к лучшему своей транспортной системы
[Читать далее]ЮЛИЯ ЛИСНЯК
Анатолий Зайцев готов обеспечить России технологическое преимущество в сфере магнитолевитационного транспорта
Еще немного, и мир охватит бум строительства линий и поездов по технологии маглев. Запрос на более высокую скорость, нежели у традиционного высокоскоростного железнодорожного транспорта, бесшумность передвижения будет удовлетворен. И если сегодня поезда на магнитной подушке есть лишь в нескольких странах: Японии, Китае, Южной Корее, - то вскоре к ним присоединятся как минимум страны Европы и США.
В этом уверен Анатолий Зайцев, председатель совета кластера «Российский маглев», где была разработана и опробована российская технология магнитной левитации.
Впрочем, разговор мы начали с обычного колесного высокоскоростного движения - обычного для многих стран, но до сих пор остающегося у России только в планах.
- Как получилось, что Китай в высокоскоростном движении ушел значительно дальше, чем Россия, хотя на старте наши возможности были гораздо лучше?
- Мое представление об этом такое. В начале девяностых годов правительство получило от Международного валютного фонда и Международного банка реконструкции и развития рекомендации, как вести хозяйство. Толстенный фолиант. Я открываю раздел транспорта, и там черным по белому написано: «России не рекомендуется развивать железнодорожный транспорт». А рекомендуется развивать автомобильный транспорт. И не рекомендуется развивать торговый морской флот, его в мире и так достаточно.
Как результат, пять регионов РФ так и не имеют железнодорожного транспорта, и только два процента собственной экспортной продукции перевозится торговыми судами, принадлежащими России. Высокоскоростной транспорт отсутствует.
Такие фолианты появляются не просто так. Было приглашено огромное количество советников, которые работали в разных министерствах, ведомствах российского масштаба. К ним очень внимательно прислушивались. Посмотрите на подбор министров начала девяностых. Эти ребята читали книжки, но они теоретики, никто в руках молоток не держал, гвоздя не забил. Они, раскрыв рот и развесив уши, слушали, как себя вести. А потом появились крупные частные корпорации, которые постепенно забрали управление хозяйством в свои руки. А им высокоскоростное движение было не нужно.
Мне и самому непонятно такое поведение бизнеса. А как же интересы страны? Но бизнес приспособлен делать деньги, он делает то, что ему интересно, а не государству, стране.
Китай пошел по другому пути. Они отпустили экономику в частные руки, но по ключевым государственным позициям никого не звали в советники. Они видели, что регионы страны развиты неравномерно, что связность между ними плохая. А что есть в мире для решения этих проблем? Самое лучшее - это высокоскоростное железнодорожное движение.
И они набрали специалистов со всего света. Платили очень хорошие деньги. И сейчас платят. Мои знакомые немцы, которые занимались магнитной левитацией еще с конца восьмидесятых годов, уехали туда на очень высокую зарплату даже по европейским меркам. Китай купил технологию Transrapid (у немецкой компании, разработавшей высокоскоростной монорельсовый поезд на магнитной левитации. - «Эксперт»), а в контрактах приглашенных специалистов прописал, что они должны подготовить пятнадцать китайских инженеров по своему профилю.
Китай подошел к решению проблемы правильно. А мы как подошли? Вот Геннадий Матвеевич Фадеев (министр путей сообщения РФ, первый президент ОАО РЖД. - «Эксперт») решил купить шестьдесят высокоскоростных поездов в Германии. Пришел вместо него Владимир Якунин. Он с шестидесяти скинул до восьми. Российского в этих поездах нет абсолютно ничего. Хуже того. Заключили договор на эксплуатацию и сервис этих поездов на тридцать лет без права российского инженера вмешиваться и задавать вопросы.
- С традиционным высокоскоростным движением понятно. Мы отстали. Но, может быть, в магнитной левитации у нас есть шанс? Давайте начнем с преимуществ маглева перед обычным колесным высокоскоростным железнодорожным транспортом.
- Транспорт, неважно, железнодорожный или нет, подчиняется законам физики. В традиционном железнодорожном транспорте взаимодействуют колесо и рельс. За счет чего колесо движется по рельсу? За счет сцепления. Не было бы сцепления рельса с колесом, колесо крутилось бы на одном месте.
Мы можем поставить двигатель любой мощности, но, как только мы превысим приложенную для движения силу, которая превысит силу трения, у нас колесо будет просто прокручиваться.
Возьмем такой простой момент, как разгон с места для пассажирских поездов. Человеческий организм нормально реагирует на ускорение метр в секунду за секунду. Но в случае колеса и рельса мы не можем выбрать метр в секунду ни в метро, ни в трамвае, ни в высокоскоростном поезде. Максимум возможного - примерно 0,6. Поэтому, чтобы разогнаться, например, до 300 километров в час, высокоскоростному поезду надо расстояние в 20 километров и около шести минут.
Уже в этой части магнитная левитация превосходит колесный транспорт, так как сцепление не нужно, поезд вывешен и приводится в движение электрическим полем, а теоретически предел скорости электрического поля - скорость света, то есть мы ограничиваем скорость законами биологии, чтобы человек мог комфортно перенести ускорение. Мы уже на разгоне экономим.
- По схеме колесо-рельс до какой скорости можно разогнаться?
- Здесь две вещи есть. Первая - устойчивость контакта колеса и рельса по отношению друг к другу. Установлено, что после 600 километров в час мы за колесо и рельс отвечать не можем. Процесс их взаимодействия становится неуправляемым. Казалось бы, до 600 километров в час - это хорошо. Более того, французами был поставлен рекорд - 574,7 километра в час. Я общался со специалистами, которые его поставили. И вот что получается: мы не можем сегодня дать нужную мощность через контактную сеть на локомотив, для его двигателя. Энергия передается через механический контакт. Но на такой скорости пантограф отрывается от контактной сети, и вот эти ребята, которые рассказывали, как ставили рекорд, говорят, что «мы ехали на электрической дуге».
- Дуга между проводом и пантографом, но он же тогда просто горит.
- Горит. Они говорят: мы проехали на дуге, после нас поезду идти уже нельзя, надо менять контактный провод. В России используется два вида токов для питания контактной сети - постоянный и переменный. Практика показала, что при всех нынешних ухищрениях - полозья пантографа со специальным смазками, натяжение огромное и так далее - при постоянном токе контактная сеть устойчиво работает при скорости примерно 200 километров в час. При переменном токе она может работать примерно до 300-320 километров в час. Дальше уже начинаются проблемы с контактной сетью.
- А если источник энергии в самом локомотиве, например топливный элемент на водороде?
- Да, так может быть. Но здесь уже скорость определяется надежностью контакта колеса и рельса. Есть теория и поставленный рекорд. И есть то, что показала практика. Были очень громкие заявления, что 400 километров в час с пассажирами - уже повседневная скорость. Китайцы попытались между Пекином и Шанхаем такую скорость поддерживать. И получили два крупных крушения: поезда просто вылетели в сторону. Сели, извините, по-русски, ровно на задницу. И после этого установили, что в летний период при благоприятной погоде скорость не более 320, зимой не более 220. Вот практика к чему привела.
Японцы. Они за 300 километров не переходят. Европу возьмем. Только на маленьких участках демонстрируют 330-340, никто 400 не движется.
И когда я слышу, что наши заявляют: мы проектируем 420 километров, будем ехать 360, - ну, ребята, откройте глаза.
- У французов же было колесо-рельс, и они проехали 574,7 километра в час.
- Во-первых, был сделан трехвагонный специальный поезд без людей. Во-вторых, под горку и только по прямой. Я был на месте. Они прямо честно, как инженеры инженеру, рассказали. Говорят: да вы что, только прямая, иначе мы будем на боку.
Так как у магнитной левитации колеса-рельса нет, то физический контакт мы не рассматриваем. Все существующие сегодня конструкции магнитных левитационных транспортных линий предполагают тележку, которая охватывает несущую конструкцию, несущую балку. И с этой балки улететь просто невозможно, что бы ни случилось.
- Если при огромной скорости состав сядет на эту балку…
- Он никогда не сядет. Магниты с обеих сторон, они не допустят физического контакта. У них тройной резерв электроэнергии, тройной!
Есть внутренние аккумуляторы в вагоне, с которых, если пропадет внешнее питание, будет подана энергия на электромагниты, которые удержат поезд на весу. Да, мощность аккумуляторов не позволит ехать дальше, но для остановки этого будет достаточно.
- Поезд какое-то время будет двигаться по инерции, а затем остановится.
- Да, совершенно верно. Притом внешнее питание подается опять-таки бесконтактным индукционным способом. По несущей конструкции идет кабель, на подвижном составе другой кабель. Мы с вами знаем, что если в один кабель мы подаем электроэнергию, а рядом есть другой кабель, то в нем обязательно появится электроэнергия.
Мы подводим электроэнергию только к кабелю, который идет по несущей конструкции. Причем этот кабель получает электроэнергию по отдельным участкам: каждый по 1500-1800 метров. Поезд пролетает один участок, он автоматически отключается, включается следующий. И даже если какой-то из них вдруг по каким-то причинам отключился, в следующем будет электроэнергия. Она подается, образно говоря, все время практически под поезд.
- Не так, как в контактной сети, где напряжение держится на всем ее протяжении…
- Совершенно верно. И за счет этого экономия колоссальная.
У нас в контактной сети современных поездов даже норматив есть на потерю электроэнергии. Норма около 12 процентов, а на самом деле теряется примерно 22 процента. А никуда ты не денешься: рассеивание в пространство.
Таблица 1
Сравнительная оценка железнодорожного и магнитолевитационного транспорта в разрезе создания ТТК Запад-Восток
из пояснительной записки к предложениям в Транспортную стратегию Российской Федерации до 2035 г. Сравнительная оценка железнодорожного и магнитолевитационного транспорта в разрезе создания ТТК Запад-Восток
Источник: из пояснительной записки к предложениям в Транспортную стратегию Российской Федерации до 2035 г.
Наша - лучше
- Сегодня в мире есть линии маглев, построенные на двух разных технологиях. Электродинамическая EDS-технология на сверхпроводимости, используется в Японии, и электромагнитная, EMS-технология. В чем разница?
- Японцы молодцы, перед ними как перед инженерами можно снять шляпу: они в то время, не имея современной элементной базы, сверхпроводящего материала второго поколения, работающего при жидком азоте, высокоэнергетических постоянных магнитов на редкоземельных металлах, сделали мощнейшую штуку. Сверхпроводимость первого поколения работает при температуре жидкого гелия (при нормальном давлении температура жидкого гелия - минус 269 градусов по Цельсию. - «Эксперт»). Жидкий гелий опасен, так как он очень текучий и может испаряться даже через металл. Поэтому сосуд с гелием помещается в сосуд с жидким азотом, то есть применяется двойное охлаждение. А внутри - сверхпроводящие катушки. Сверхпроводящие - значит, в них теоретически нет потери тока, практически, конечно, за счет того, что теплообмен все-таки есть, надо периодически подпитывать. В катушки заводится ток, несколько тысяч ампер. В них возникает магнитное поле. Это электромагнитные катушки в вагоне. На пути другие катушки, к которым нет подвода электричества, но со сверхпроводящих катушек, которые в вагоне, на них индукцией наводится электроэнергия. Далее для того, чтобы возникла электродвижущая сила, которая оттолкнет катушки друг от друга и поднимет вагон, нужно, чтобы катушка в вагоне двигалась относительно катушки на пути с определенной скоростью. Поэтому японская технология отличается тем, что поезд примерно до ста километров в час разгоняется на колесах. Такая схема только у них, никто ее не повторил, да и не нужно, на наш взгляд.
Основные типы магнитолевитационной транспортной технологии
«Эксперт» Основные типы магнитолевитационной транспортной технологии
Источник: «Эксперт»
- Как подняли, понятно. А что нужно сделать, чтобы этот вагон поехал?
- А там линейный электродвигатель на несущей конструкции, на путях, к нему подводится электричество.
Немецкая система Transrapid использует обычный электромагнит, к которому мы привыкли. Сердечник, обмотка, в обмотку подается ток, ток регулируется. И здесь уже не нужно скорости для того, чтобы поезд поднять, потому что электромагнитные катушки запитаны и на поезде, и на путях. Их магнитные поля отталкиваются друг от друга, за счет этого поезд поднимается. А двигается он так же, как и японский, за счет линейного электродвигателя. Эту технологию используют и Китай, и Южная Корея.
Мы сначала были очарованы возможностями сверхпроводимости. Но когда начали подходить к конструктивным делам, поняли, что это очень дорогая штука. Если там государственная программа и деньги государство дает, то у нас не дает. И тогда мы обратились к постоянным магнитам.
Про постоянный магнит мы всё знаем: разные полюса притягиваются, одинаковые отталкиваются. Но если просто постоянные магниты использовать, тогда надо и полотно, и поезд выстилать магнитами, это нереально. Поэтому мы подумали: а почему бы нам не совместить электромагниты и постоянные магниты? Постоянный магнит берет на себя основную нагрузку, например притягиваясь к металлической пластине, а электромагнит или добавляет силу магнитного поля, или уменьшает, в зависимости от того, что происходит с вагоном.
Например, пассажиры вышли, и, чтобы вагон не прилип к железу несущей конструкции, так как вес поменялся, на электромагниты в вагоне подается ток, который уменьшает магнитное поле постоянных магнитов, гасит его. Как только пассажиры зашли, ток, наоборот, уменьшается, чтобы поле было. И мы добились того, чтобы расстояние между вагоном и несущей конструкцией было постоянным независимо от скорости, стоит поезд или двигается, так как мы можем регулировать силу поля.
Вот смотрите, что происходит, очень важно. У нас основную нагрузку берет постоянный магнит. Умозрительно все понятно. Но по этим мощным постоянным магнитам, когда они стали появляться, было много разговоров, что они физически недолговечны, что разрушаются от воздействия атмосферы… Мы это, конечно, знали. И вот русская голова! Наши ребята говорят, а мы так сделаем, что им разрушаться будет некуда. Магнитик, он 21 на 21 на 21 миллиметр, такой стандарт. Кубик такой. И заказали на Кировском заводе четырехгранные трубки размером чуть больше и мощнейшим прессом в нужном расположении относительно друг друга магниты туда поместили, чтобы их магнитное поле было в нужном нам направлении. Это называется «магнитные сборки». И, укладывая их рядом друг с другом, мы получаем бесплатный левитационный зазор. А чтобы управлять левитационным зазором нужен электромагнит. И регулируя силу тока, можно в автоматическом режиме его поддерживать на одном уровне. Вот у нас демонстрационная платформа 28 тонн. Там квадратный метр магнитных сборок держит уже шесть лет расстояние 25 миллиметров.
- Без подачи тока, просто на постоянных магнитах?
- Да. Сборка сверху и сборка снизу. Одинаковые полюса отталкиваются.
- Магнит же все равно со временем деградирует. Не просто разрушается, а пропадает магнитное поле.
- Умозрительно - должно пропадать. Но шесть лет стоит. И раз зазор не меняется, значит, не деградирует шесть лет. Мы не знаем, сколько, может, на восьмом, может, на десятом году будет деградировать. Мы абсолютно спокойно на это смотрим. Мы одни сборки можем снять, другие поставить. И отправить снятые на восстановление магнитных свойств.
- Магниты дорогие?
- На сегодня килограмм стоит порядка 400 долларов.
- Для того чтобы вагон поднять, сколько нужно?
- Чтобы поднять 40 тонн - один квадратный метр. Вагон - 60 тонн, значит, полтора квадратных метра магнитных сборок. Для этого нужно 400 килограммов магнитов, 160 тысяч долларов. Но это же надолго, купил, и всё.
- Как минимум шесть лет.
- Да. На фоне стоимости пригородного поезда «Ласточка» - полмиллиарда рублей - это цифры почти невидимые. Да и с ростом объемов производства постоянные магниты станут дешевле.
У нас есть научно-исследовательский институт физической аппаратуры, где сделаны физические модели, их можно посмотреть вживую, они по 400 килограммов держат вес. И главное тут эта система управления. Ты давишь на платформу, и видно на амперметре, что поднимается ток и расстояние между платформой и несущей конструкцией сохраняется. Начинаешь поднимать, уменьшать вес и видишь, как ток меняется в другую сторону и опять расстояние сохраняется.
- И сколько это расстояние?
- Около десяти миллиметров.
- Этого достаточно?
- Для городских и грузовых поездов достаточно. Для сверхскоростных недостаточно, там нужно более мощное поле. Там сверхпроводимость надо использовать.
- Я правильно понимаю, что вот эта технология, на постоянных магнитах, - это третья, помимо немецкой и японской, технология магнитной левитации?
- Да. Наша, русская, - «Росмаглев», нами запатентована.
- И относительно первых двух технологий ваша технология проще или сложнее в реализации, дороже или дешевле?
- Ключевой момент, что она существенно дешевле и экономна по расходу электроэнергии, а удельный расход электроэнергии - это один из главных показателей эффективности.
- И насколько меньше электроэнергии потребуется?
- По тем установкам, что у нас сегодня есть, нужно на 30 процентов меньше.
- Магнитное поле, есть подозрение, будет влиять на человека и гаджеты, которыми он сегодня обложен. С этой точки зрения вагон защищен?
- Да, абсолютно. Платформу, которая у нас висит, ребята из Первого медицинского института с приборами всю обмерили и сделали заключение: в десяти сантиметрах от того, где заканчивается сборка, магнитное поле уже естественный фон Земли.
Никаких разговоров о том, что сердечный стимулятор может повредиться или еще что-то, быть не может.
- А может так случиться, что ваш патент обойдут?
- Обойдут. Мы за рубежом не можем защититься патентом, там большие деньги надо.
Российская магнитолевитационная транспортная система «Росмаглев»
«Росмаглев» Российская магнитолевитационная транспортная система «Росмаглев»
Источник: «Росмаглев»
Нужны настоящие полковники
- Технологию вы разработали. А с точки зрения производства мы можем сделать маглев?
- Абсолютно, сто процентов. У нас есть несколько заводов, которые выпускают постоянные магниты. Когда я разговариваю с людьми, которые там во главе стоят, они мне говорят: Анатолий Александрович, все зависит от потребностей, поставьте нам задачу, что через пять лет вам, условно, надо тысячу тонн магнитов. Если мы подпишем соглашение, мы под это соглашение возьмем кредиты и разовьем производство. Значит, магниты постоянные есть. Электромагниты. Что такое электромагнит? Это металлический сердечник, в данном случае постоянный магнит, он и является сердечником, и медный провод. Медь у нас есть. Остальное - это самый расхожий металл и бетон. Сам вагон, слава богу, уже делаем…
Хотя я на уральских заводах был. Спрашиваю: ребята, а откуда боковины? Из Китая. Я говорю: у нас что, алюминия нет своего? В Мытищах был в Подмосковье, откуда? Из Италии. Откуда дизель-генераторные установки для железной дороги, автобусов? Из Германии. Магнитная левитация хороша тем, что станет движителем для многих производств.
- И почему же у нас до сих пор нет такого транспорта?
- Приведу пример. Я в Санкт-Петербурге много десятков лет. Всегда всех знал. Пришел к вице-губернатору, который в городе отвечал за транспорт. Говорю: «Мне от вас ничего не надо, дайте только точку А и точку Б. Денег не надо, у нас есть инвестор, но он готов вложиться, если будет построена реальная линия, а не опытная». Вице-губернатор мне говорит: «Поскольку никто не знает и не понимает, что такое магнитная левитация, надо убедить председателя комитета по транспорту». Ну ладно. Прихожу, кабинетище гигантский, сидит человек примерно такой же невидной конструкции, как я, ни здрасьте, ни до свидания, говорит: «Пока я в этом кресле, магнитной левитации в городе не будет». Я говорю: «Вы знаете, прежде чем к вам идти, я почитал вашу биографию, давайте о профессионализме поговорим. Вы по образованию танкист, прослужили двадцать пять лет в танковых войсках. Я всю жизнь связан с военными, более-менее знаю порядки внутри, обычно людям уже перед демобилизацией дают полковника. Ну ладно, все в жизни бывает».
- А он не полковник?
- Подполковником он вышел. Я говорю: «Скажите, в каком году запатентована в Советском Союзе активная защита танка? Молчите? В 1948 году. А в каком году она была принята на вооружение? Молчите? В 1988-м. За сорок лет, я думаю, тысячи жизней наших танкистов можно было бы спасти. Но, наверное, в таком кресле или побольше сидел кто-то, кто говорил: «Пока я в этом кресле сижу, активной защиты танка не будет».
Ну вот как можно так подбирать людей на должности?
- Анатолий Александрович, мне думается, что ваш уровень - это все-таки не председатель комитета транспорта города Санкт-Петербурга.
- Конечно. Я все прекрасно понимаю. Я думаю, раз так, я пройду всё. Дальше были мои обращения к министрам транспорта. Вот у меня четыре ответа лежит от министерства. Все под копирку написаны. Кто подписал? Руководитель департамента цифровизации. Что он понимает в железной дороге и в транспорте вообще? Но это значит, что министр согласился, чтобы ответил именно он.
Мишустина назначили - я написал Мишустину. Поздравил в письме, как полагается. Получаю ответ от того же человека из министерства транспорта. Пишу письмо руководителю администрации президента, и снова такой же ответ из Минтранса. Система так устроена: будет так, как решит Минтранс, а Минтранс решает вот так.
(продолжение см далее)