Инженер Мира. Автобиография. Часть 3

ЧАСТЬ 3. ОПТИМАЛЬНЫЙ НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ КАК РАЗВИТИЕ ИДЕИ

Эстакада общепланетарного транспортного средства – основа струнного транспорта на Земле
Начало лихих 1990-х. Два-три года было очень тяжело. Всё находилось в состоянии безвременья, которое я переживал вместе со страной. СССР доживал свои последние дни, затем распался. Цивилизационная катастрофа сродни краху Римской империи. Меня, как во все прежние годы и в дальнейшем, выручала работа. На основании отчётов центра «Звёздный мир» предстояло сделать большой анализ. Я видел перед собой чёткие приоритеты – продолжить развитие идеи общепланетарного транспортного средства в принципиальных отдельных решениях и обеспечить финансирование программы. Понимал, что для этого существуют два пути – поиск инвестора или создание бизнеса. Выбрал оба.
Ещё ранее, после возражений, полученных от разных людей и ведомств, о большой, неподъёмной для экономики материалоёмкости строительства общепланетарного транспортного средства, я начал оптимизировать его, сосредоточившись на самой материалоёмкой части конструкции – эстакаде, охватывающей планету. Вскоре обнаружил, что если сделать её предварительно напряжённой, то это даст огромную экономию.
Из четырёх видов напряжённо-деформированного состояния материалов – растяжение, сжатие, изгиб, кручение – наиболее благоприятным (в смысле наиболее полного использования физико-механических свойств материалов) является растяжение. Например, при равной полезной нагрузке растянутый трос диаметром 10 сантиметров и длиной 500 метров – это в тысячи раз менее материалоёмкая конструкция, чем работающая на сжатие Останкинская телебашня или испытывающий изгиб автодорожный мост с пролётом в те же 500 метров. Кроме того, использование свойства растяжения в конструкции эстакады напрашивалось само собой, так как именно оно выступает основным принципом работы общепланетарного транспортного средства.
Представьте себе систему длиной 40 тысяч километров (длина экватора) и всего два-три метра в поперечнике. Разделим 40 миллионов метров на два. Соотношение поперечного размера к длине равно один к 20 миллионам. Аналогом будет являться паутинка длиной в километр. Такая паутинка не может работать на сжатие, так как в этом случае неминуемо потеряет устойчивость. Может функционировать только растянутая конструкция. Поэтому я и проектировал таким образом, чтобы тороид – ОТС – находился в растяжении во время всего цикла работы. Поднимаясь в космос, находясь в космосе, садясь на Землю, он должен быть всё время слегка растянут, как струна. Растянутой (для экономии материала) должна быть и наземная эстакада.
Я рассчитывал конструкцию, составленную из анкерных опор, принимающих на себя горизонтальную нагрузку от растяжения, устанавливаемых с шагом до пяти километров (по длине струн), промежуточных опор, располагаемых друг от друга на удалении от 50 до двух тысяч метров, и тонких, предварительно напряжённых балок, в сердцевине которых натянуты высокопрочные арматурные канаты – струны. Неожиданно увидел, что получившаяся эстакада может иметь и другое применение. В частности, для передвижения по ней наземного транспорта. Балки легко превратить в рельсы. Такой рельсовый путь станет максимально лёгким, прочным и ровным, что обеспечит высокую скорость и сделает путешествие по нему комфортным. При этом, если сделать эстакаду по длине неразрезной, без температурных швов, то её несущая способность увеличится вдвое. Так можно минимизировать количество материалов при строительстве общепланетарного транспортного средства на земле и под водой. Так можно создать дешёвую, прочную и долговечную дорогу – струнный транспорт. Более того, это моё изобретение – значимое инвестиционное предложение и бизнес на миллиарды. Полученные средства я израсходую на (ни много ни мало!) спасение планеты. Вместе с тем даже то, что может дать миру струнный транспорт, станет огромным шагом вперёд для всего человечества.
Что будет с точки зрения физики, если я приеду из пункта А в пункт Б
Предварительно напряжённая рельсо-струнная конструкция, по определению, менее материалоёмкая, чем любая другая. Транспорт по ней может двигаться над поверхностью земли. Это экологично, безопасно, решает массу проблем и даёт потрясающую эффективность. Чем дольше я рассуждал о преимуществах транспортных систем «второго уровня», тем больший видел в них потенциал.
Я стал проверять гипотезу. Начал издалека. Как и во всём, хотел дойти до сути, получить 100-процентную уверенность. Отбросил абсолютно всё, что знал о транспорте, и оставил только законы физики. Итак, что произойдёт с точки зрения физики, если я приеду из пункта А в пункт Б? Для меня, тогда студента, пунктом А стала Тюмень, где я учился, а пунктом Б – Москва, столица нашей Родины. Вид транспорта в моих рассуждениях не имел никакого значения.
При передвижении на любом виде транспорта в начале и в конце пути я нахожусь примерно на одной и той же высоте над уровнем моря, порядка 100 метров, – значит, в результате перемещения моя, как груза, потенциальная энергия не изменилась. В обеих точках я оставался неподвижен относительно поверхности земли – значит, моя кинетическая энергия также не изменилась. Следовательно, если энергетическое состояние груза (меня) не поменялось, то полезная работа, проделанная транспортом, равна нулю, и коэффициент полезного действия транспорта также будет равен нулю. Здесь нечего изменять и улучшать (как можно улучшить ноль?).
На что же в таком случае тратится вся энергия? Оказывается, 100 % энергии в любом виде наземного транспорта уходят не на полезную транспортную работу, а на борьбу с окружающей средой и на её разрушение. Я сделал вывод: чтобы совершенствовать транспорт, нужно минимизировать именно эти затраты энергии, а не совершенствовать какие-либо узлы в какой-либо известной транспортной системе. При этом пришёл к пониманию, что для высокоскоростного транспорта со скоростями свыше 400 километров в час более 90 % затрат энергии при движении приходятся именно на аэродинамическое сопротивление, а не на что-то иное. Самое главное в высокоскоростном наземном транспорте – это его аэродинамика, а не, скажем, применение магнитной подушки. Ведь магнитная подушка не улучшит аэродинамику, скорее, ухудшит, так как аэродинамические обводы транспортного средства станут менее совершенными. Таким образом, в высокоскоростном транспорте нужно совершенствовать в первую очередь именно аэродинамику.
Значимость аэродинамики для скоростного движения я осознал ещё студентом, когда анализировал формулу мощности аэродинамического сопротивления. Эта формула содержит несколько параметров: плотность воздуха, мидель (площадь поперечного сечения), коэффициент аэродинамического сопротивления. И только один параметр – скорость – входит в формулу в третьей степени, то есть в кубе. Что данный факт означает и к чему может привести? Если, например, обычный легковой автомобиль едет со скоростью 100 километров в час, то его двигатель тратит на аэродинамику, скажем, 20 киловатт мощности, или пять литров топлива в час. Это приемлемо. А что, если этот же автомобиль разогнать до скорости 500 километров в час? Скорость возросла в пять раз, а мощность аэродинамического сопротивления движению (напоминаю) – в пять в кубе, то есть в 125 раз. В результате подсчётов получаем 2,5 тысячи киловатт на аэродинамику и более 600 литров топлива в час на неё же – это уже за пределами разумного. А если скорость движения автомобиля увеличить до тысячи километров в час? Там и вовсе астрономические цифры – мощность двигателя нужно увеличить до 20 тысяч киловатт, и за час он сожжёт пять тонн топлива.
Вскоре я понял, что при скоростях свыше 500 километров нужно двигаться в форвакуумной трубе и чем больше скорость, тем менее плотная должна быть там атмосфера. Стал развивать концепцию систем перевозок с использованием форвакуумных труб, но дальше теории, эскизной проработки и расчётов тогда, в начале 70-х годов прошлого века, не пошёл. Реализация этой идеи связана со значительным количеством технических трудностей и требует огромных денег. Американцы, сегодня пытающиеся создать поезда в вакууме (Hyperloop), столкнулись с этим на практике. Они собрали сотни миллионов долларов инвестиций, однако демонстрируемые результаты пока более чем скромные. В настоящее время прогресс в этом направлении у меня не меньший, а, скорее всего (не могу утверждать точно), и больший, чем у них, по всей видимости, делающих ставку не столько на инженерию, сколько на PR.
Не оставляя работу над системами с использованием форвакуумных труб, но делая это факультативно, поначалу я сосредоточился на более простом решении. Там, где речь идёт о скорости, равной отметке 500 километров или ниже её, аэродинамические характеристики можно улучшать при помощи более простых и доступных средств, чем откачка воздуха на отрезках пути протяжённостью сотни километров и поддержание необходимого низкого давления (порядка 10 миллиметров ртутного столба – это ещё не вакуум), обеспечение герметичности и создание шлюзов, отвод тепла от движущегося в трубе транспортного средства (его двигателя и тормозов) и много чего ещё.
Я рассматривал не отдельную машину, как бы она ни передвигалась (по асфальтовой дороге, рельсам, воздуху или воде), а транспортный комплекс как таковой, как систему, имеющую три основных элемента – путь, движущийся объект и внешнюю среду, в которой это движение осуществляется. В таком ракурсе, при наличии воздуха, крайне важным оказывается то, на каком расстоянии от поверхности, то есть от экрана, происходит движение.
Весь транспорт, перемещающийся непосредственно над землёй, испытывает на себе эффект экрана. Только из-за этого его аэродинамические характеристики автоматически ухудшаются в два с половиной раза. Суть и причина – несимметричное обтекание воздухом при движении вблизи поверхности дороги, которая и выступает в качестве экрана.
Оказалось, что придуманная мной эстакада – это решение. За счёт того, что она предварительно напряжена, исчезает необходимость в тяжёлом сплошном дорожном полотне. В качестве колеи можно использовать два узких рельса, не создающих экран, практически висящих в воздухе высоко над поверхностью земли, которая в данном случае также не будет выступать в качестве экрана, так как транспортное средство поднято на высоту, превышающую его размер. Только за счёт этого достигается улучшение аэродинамики в два с половиной раза по сравнению с другими видами эстакадного и наземного транспорта. Забегая вперёд, скажу, что по результатам продувки в аэродинамической трубе мне удалось довести показатель коэффициента аэродинамического сопротивления юнибуса Cх до значения, близкого к 0,04. Это близко к теоретическому пределу и не достижимо ни для какой другой транспортной системы, способной получить массовое применение. Таким образом, струнная эстакада уже в первом приближении обеспечивала целый ряд преимуществ, начиная от экономии при строительстве, заканчивая колоссальным снижением энергетических затрат на перевозку. Тут я понял, что помимо наиболее эффективной геокосмической транспортной системы (скорее, параллельно с ней) я изобрёл оптимальный транспорт для передвижения в воздушной среде над поверхностью земли.
Почему я уверен, что струнный транспорт – лучшая система перевозок из всех когда-либо существовавших
Моя убеждённость в том, что струнный транспорт – лучший, имеет три основания: законы физики, накопленный инженерией практический опыт и оптимизация. То, что я сейчас скажу, будет относиться не только к наземным, но и к геокосмическим системам перевозок.
Во-первых, мои изобретения основаны на законах физики, а не на требованиях экономики, политики и иной конъюнктуры (впрочем, и они в какой-то мере учитываются). Я подходил к разработке транспорта в первую очередь с точки зрения скорости, энергии, материи, то есть фундаментальных вещей. История умалчивает, пытался ли кто-нибудь ещё при создании транспорта начать его проработку с нуля, сказав себе: «Я ничего не знаю, кроме законов физики, которые действуют сейчас и которые научный прогресс не отменит и в будущем». Возможно, это был изобретатель колеса, но уже автор первого паровоза Джордж Стефенсон исходил из других предпосылок.
Стефенсон занимался обслуживанием и улучшением паровых машин в одной из английских шахт. Там же была построена колейная дорога, по которой в вагонетках на конной тяге вывозили уголь. Изобретатель не создавал принципиально лучший транспорт, он придумал экономически выгодную замену лошади. Самолёт братьев Уилбура и Орвилла Райт – другое великое открытие, изменившее перевозки, – вдохновлён древней мечтой людей о полётах. Задачи создания идеальной с точки зрения физики системы здесь тоже не стояло. Вероятно, реализованный мной подход вообще уникален. Я не нахожу причин думать иначе. Вместе с тем только такой подход, основанный на стремлении максимально усовершенствовать транспорт с точки зрения фундаментальных законов, может дать значительное превосходство.
Вторая причина уверенности в преимуществе струнного транспорта – преемственность идеи. В любой системе важны не столько отдельные элементы, сколько структурные взаимосвязи между ними. Случайное нагромождение деталей не равно двигателю, собранному из этих деталей. Инновационность моего изобретения также обусловлена в первую очередь характером структурных взаимодействий элементов, большинство которых были известны и опробованы до меня. В своём же изобретении я постарался соединить всё лучшее, что было создано в транспорте за тысячелетия его развития. Более того, по всем основным критериям получены предельно возможные характеристики, допускаемые законами физики. То есть улучшать дальше не удастся – я выжал максимум возможностей.
Продумать уникальную аэродинамику, куда при скоростном движении уходит более 90 % энергетических потерь, позволили знания, накопленные в авиации, автомобилестроении, а также при разработке экранопланов. Повторюсь, что мною достигнуты предельно возможные характеристики – продувки в аэродинамической трубе показали значения коэффициента аэродинамического сопротивления идеальной формы высокоскоростного юнибуса, равные теоретически возможному минимуму: Cx = 0,04. Здесь нечего улучшать. Кстати, в авиации и в подводных лодках может фигурировать и существенно меньшее значение Cx (например, равное 0,02). Но не потому, что там аэродинамика или гидродинамика лучше, а потому, что там сопротивление относят к площади крыльев самолёта или к объёму подводной лодки. Если же его отнести к миделю (поперечной площади корпуса, в котором и находится груз), то значение Cx возрастёт в десятки раз – до 1,0 и выше. У высокоскоростного поезда это значение ещё выше и может достигать 2,0–3,0.
Система «стальное колесо – стальной рельс», определяющая эффективность движения по рельсо-струнной путевой структуре и имеющая КПД 99,9 % (усилием в один килограмм можно двигать тележку весом в одну тонну), частично заимствована у железной дороги. Всего 0,1 % отделяет эту систему от максимально возможного КПД, равного 100 %.
Создание интеллектуальных систем управления стало возможным благодаря заслугам кибернетики, технологий передачи, хранения и защиты данных.
Опыт и знания, веками накапливавшиеся мостостроителями, внесли неоценимый вклад в концепцию самого главного элемента струнного транспорта – предварительно напряжённой неразрезной (без температурных швов) транспортной эстакады.
Разумеется, перечень можно продолжить. Таким же путём шли многие изобретатели, например автор самого знаменитого автомата Михаил Калашников, удачно увязавший несколько известных до него технических решений: использование промежуточного патрона (среднего по мощности между пистолетным и винтовочным), верхнее расположение газоотводного узла и наличие ствольной коробки.
В дальнейшем я оптимизировал заимствованные решения, чтобы обеспечить ещё более впечатляющие характеристики. В частности, улучшил стальное колесо (в два раза уменьшил сопротивление качению) и в разы уменьшил как контактные напряжения в паре «колесо – рельс», так и износы по сравнению с железнодорожной колёсной парой.
В оптимизации, как основополагающем принципе работы по созданию струнного транспорта, заключается третья причина моей уверенности в его превосходстве.
Почему при оценке струнного транспорта следует смотреть на него в планетарном масштабе
Транспорт – товар массового потребления. Все пользуются им. В мире насчитывается около миллиарда автомобилей. Только автомобильные дороги с твёрдым покрытием протяжённостью более 30 миллионов километров занимают сегодня территорию, равную площади пяти таких стран, как Великобритания. Самолёты и аэропорты, корабли, морская и речная инфраструктура, поезда и около полутора миллионов километров железных дорог, а ещё велосипеды и мотоциклы, канатные дороги, монорельсы и многое другое. Транспорт есть повсюду, где живут люди. И везде он является не только, а часто и не столько решением проблем, сколько их источником. Огромные ресурсы расходуются на его производство и эксплуатацию, загрязняются воздух и почва, создаётся колоссальный дискомфорт для жителей городов. Это одно из самых масштабных явлений современной цивилизации, а потому и оценивать его эффективность необходимо в планетарном масштабе. Ведь один автомобиль – это хорошо. Миллиард – скорее, плохо. Один самолёт – очень хорошо, но десятки тысяч стальных птиц, коптящих небо, – плохо настолько, что правительства некоторых стран даже вынуждены были ввести экологический налог. Точно так же и один километр струнного транспорта мало что способен изменить в этом мире. А если это будет 25 миллионов километров?
Единичное транспортное средство не может нанести Земле большого вреда. При условии немногочисленности транспорта вряд ли к нему вообще предъявлялись бы серьёзные требования по эффективности и экологии. Производители не получали бы прибыли от оптимизации и не были бы заинтересованы в чём-то подобном. Если делаешь одну машину в год, то не так уж важно, сколько в ней металла – на тонну больше или на столько же меньше. В случае если машин миллионы, то каждый сэкономленный килограмм, каждая гайка – это вклад в прибыль и возможность увеличить привлекательность продукта с точки зрения его основного критерия эффективности: соотношения цены и качества.
Недавно мне принесли чертёж нового подтипа струнной эстакады, концепт которой я предложил и разработал на высокопрочных болтах: узлы держат силы трения, возникающие при обжатии. Вижу: в местах соединения рельсо-струнных элементов – какое-то немыслимое количество болтов. Спрашиваю. Объясняют: всё нацелено на увеличение долговечности – сварка не выдержит 100 миллионов циклов нагружения расчётной нагрузкой, и эстакада не простоит 100 лет, начнёт разрушаться лет через 20. Показывают расчёты, ссылаются на нормативы. Доказывают. Считаю: выходит около 100 тысяч отверстий на каждый километр двухпутной дороги и, соответственно, десятки тысяч болтов. За этим кроется большой труд не только по сверлению отверстий в высокопрочной стали, но и по закручиванию болтов до строго фиксированного усилия. И это стоит денег. Тем больших, чем длиннее будет дорога. Знаю, что можно сделать по-другому: уменьшить количество отверстий вдвое-втрое, а возможно, и вовсе отказаться от них.
Вспоминаю Генри Форда, требовавшего от своих инженеров объединить все элементы двигателя в одном блоке (тогда цилиндры ещё устанавливались по отдельности, как в паровозе, где нет существенных ограничений по габаритам). Форду тоже говорили, что это невозможно. Стоило ему пригрозить сотрудникам увольнением, и задача была выполнена. Сегодня все автомобильные двигатели такие, какими их требовал сделать Форд. Я пообещал своим инженерам премию за каждое обоснованно убранное из конструкции отверстие. Ведь в планетарных масштабах оно обернётся сотнями миллиардов отверстий, а значит, дополнительными затратами с большим количеством напоминающих эти отверстия нулей. Вот только премию я так никому и не выдал, потому что сам сумел найти решения, в три раза уменьшающие количество силовых болтов, что снизило стоимость эстакады раза в два и во столько же раз увеличило её долговечность.
Мои основные принципы проектирования и конструирования основаны на единстве трёх составляющих: эстетичный конструктивный минимализм. Любое инженерное решение – деталь, узел или объект – должно быть эстетичным с инженерной точки зрения, то есть максимально функциональным. Основная функция (например, у самолёта – аэродинамика, у колеса – сопротивление качению) должна быть воплощена в конструктивное (материализованное) решение, в котором нет ничего лишнего, – как и скульптор, инженер обязан отсечь всё нефункциональное. Краси;в самолёт, который хорошо летает, а не тот, не способный летать, который нарисован художником, пусть и талантливым. С другой стороны, знаменитый конструктор Андрей Туполев утверждал, что некрасивые самолёты хорошо летать не могут.
К сожалению, в век компьютеров и гаджетов внимание инженеров сместилось в виртуальный информационный мир, где правят бал математика и цифра. В этом мире можно нарисовать всё что угодно, однако вовсе не обязательно, что это будет работать в реальном мире, в котором правит физика и в котором мы с вами живём. Другая влияющая на работу инженеров сфера абстракции – справочники, всевозможные нормативы, инструкции и правила, которых создано немыслимое количество. Написанные людьми, а не природой, они тем не менее часто воспринимаются посредственным инженером как догма и применяются им везде без осмысления того, нужно ли это использовать в данном конкретном случае. Вероятно, это будет слишком большое допущение, но мне видится определённая связь между огромным количеством прорывных конструкторский решений, которые были предложены в мире в середине XX века, и минимумом нормативов, которым конструкторы тех лет должны были руководствоваться. Нормативы ввели позже, и сейчас они зачастую только ограничивают инженерное творчество.
Несколько лет назад у нас работал ГИПом (главным инженером проектов) классический инженерный догматик Александр Котрехов. Мы только стали проектировать тестовые эстакады для ЭкоТехноПарка в белорусском городе Марьина Горка. И этот ГИП, руководивший в то время проектными работами, стал говорить всем в нашей инжиниринговой компании, что Юницкий требует нарушать строительные нормы и правила, с чем он не согласен, поэтому собирает бумажки для прокурора.
Однажды приезжаю на стройку и вижу, как экскаватор копает огромные котлованы под промежуточные опоры. Подхожу и слышу от экскаваторщика: «Анатолий Эдуардович, какой идиот заложил замену слабого грунта? У меня стальной ковш гнётся, когда я выбираю этот «слабый» грунт». Оказывается, здесь глина. Да вот только слабым грунтом является обводнённая глина, а здесь – сухая и плотная, как скала. А после выемки глина разуплотняется, обводняется, тем более тогда пошли дожди, и её даже нельзя засыпать обратно. Пришлось котлованы заполнять бетоном и песчано-гравийной смесью, на чём мы потеряли и время, и около 100 тысяч долларов.
А всё потому, что у данного инженера была догма – опора не должна смещаться по вертикали даже на миллиметр. До работы в нашей компании он проектировал каркасные здания, в которых каркас выполняется в виде колонн, объединённых несущей железобетонной плитой. И если хоть одна колонна просядет, плита начинает трещать и может сломаться. А у нас линейное сооружение, в котором просадка опоры не окажет воздействия на прочность эстакады, так как пролётное строение является гибким. Осадка опоры повлияет на другую характеристику дороги – на ровность пути и на плавность хода, то есть на комфортность движения. При длине пролётов 50 метров и скорости движения до 100 километров в час неровность в 20 сантиметров на участке в 100 метров (два пролёта, где средняя опора просела) даже не почувствуется пассажиром. И это не отразится на прочности и долговечности эстакады, что мы и наблюдаем в ЭкоТехноПарке. Котрехов был уволен, и опоры пяти построенных струнных эстакад разных типов были спроектированы в дальнейшем с пониманием того, как работает конструкция.
Нормативы, как правило, созданы в конкретных условиях и для конкретных целей. Современные санитарные нормы вводились во времена, когда отходы ещё выливали прямо на улицы – на головы прохожих. Горожане были вынуждены носить шляпы с очень широкими полями, защищающими от фекалий не только голову, но и плечи. Отсюда пошла французская мода на такие аксессуары. И если шляпы всё ещё актуальны, то сами нормы – очевидно устарели. Сегодня в своём фермерском хозяйстве я демонстрирую возможности другой организации системы санитарии и канализации. Так, в моём доме нет внешней канализации. Все отходы из кухни и туалета идут в корневую систему растений, находящихся внутри дома в оранжерее, где трудятся заселённые туда микроорганизмы, которые превращают поступающую биомассу в самый необходимый продукт для жизни – плодородный гумус. Всё как в природе в лесу – там ведь нет канализации.
Всё то, что мы привыкли выбрасывать в урну или спускать в унитаз, можно использовать в цикле обеспечения домов вкусной и здоровой пищей. Например, один человек своими отходами, в том числе образующимися на кухне (от банановой кожуры и картофельных очистков до куриных косточек и жира от мойки посуды) может прокормить двоих, если биоотходы перенаправить в сад либо огород, встроенный в биосистему и архитектуру дома. Из этих отходов будет выработан гумус – основа жизни и плодородия, где присутствует вся таблица Менделеева, необходимая для построения и восстановления клеток и ДНК нашего организма. В доме можно вырастить овощи и фрукты – не только абсолютно экологически чистые, но и лечебные: такие продукты вы не купите ни в супермаркете, ни даже в аптеке. Они станут ценным добавлением к рациону обитателей жилища. Точно так же и в транспорте, и вообще во всём. Существующие нормы – не Священное Писание. Нормы ситуативны. Изменяй ситуацию – изменятся и они. Однако для того, чтобы увидеть и понять это, необходимо, опять же, уметь мыслить и оценивать всё в планетарном масштабе.
Далее я дам описание преимуществ струнного транспорта исходя из допущения строительства 25 миллионов километров струнных дорог, то есть создания альтернативной транспортно-инфраструктурной сети по всему миру. Представлю характеристику струнного транспорта с точки зрения его эффективности, ресурсности, безопасности, комфортности, доступности, социальности и экологичности. Приведу подробное обоснование, опираясь на расчёты и результаты экспериментов, проведённых мной за многие-многие годы работы.
Эффективность струнного транспорта
Если по струнным рельсам будет ехать 40-местная машина на стальных колёсах, с усовершенствованной аэродинамикой, массой 15 тонн, то при скорости 500 километров в час она потребует мощности двигателя около 400 киловатт, или 10 киловатт на одного пассажира. Из них более 90 % уйдёт на аэродинамику, около 8 % – на стальные колёса. В пересчёте на топливо такая машина израсходует 20 литров дизельного топлива на 100 километров пути, или 0,5 литра на 100 пассажиро-километров. Эти результаты были мной получены на основе экспериментальных данных.
Продувки в аэродинамической трубе, которые я начал в 1994 году в Центральном научно-исследовательском институте имени академика А.Н. Крылова (Санкт-Петербург), показали, что коэффициент аэродинамического сопротивления созданных мною струнных электромобилей (Cx) достиг отметки 0,06. Это близко к теоретическому минимуму, равному примерно 0,04. И я знаю, каким образом в дальнейшем уменьшить эту характеристику высокоскоростного юнибуса до теоретического предела. Тогда такой транспорт станет ещё в полтора раза меньше потреблять энергии, то есть топлива.
Коэффициент трения качения стального колеса по стальной головке струнного рельса по результатам испытаний показал величину в пределах одной-двух тысячных. Таким образом, если рельсовый электромобиль на стальных колёсах, получивший название «юнимобиль», заправить топливом из расчёта один литр на пассажира, то он проедет 200 километров со скоростью 500 километров в час. В случае если скорость движения уменьшить до 100 километров в час, эта же машина проедет больше пяти тысяч километров.
Для сравнения. Даже самый лучший высокоскоростной легковой автомобиль, например «Бугатти», при скорости 500 километров в час потребовал бы увеличения мощности привода до трёх тысяч киловатт (по сути, это пять танковых двигателей). Из них около двух тысяч киловатт уйдёт на аэродинамику (у «Бугатти» коэффициент аэродинамического сопротивления (Cx) равен 0,36, а с учётом антикрыла так и вовсе 0,42, что в 6–7 раз хуже, чем у машин в струнном транспорте). Ещё около тысячи киловатт мощности уйдёт на пневматические колёса, так как сопротивление качению таких колёс нелинейно прогрессирует с увеличением скорости и при высоких оборотах колеса ухудшается ещё на порядок.
Имея избыточную мощность, подобное колёсное транспортное средство при его непрерывной работе расходовало бы в сутки 18 тонн топлива, в год – 6500 тонн, а за 20-летний срок службы – 130 тысяч тонн. И это всего лишь двухместный спортивный автомобиль! 40-местный высокоскоростной юнибус, более комфортабельный и безопасный, в таких же условиях за 20 лет сэкономит свыше 110 тысяч тонн топлива, или 50 полновесных железнодорожных составов с топливом. И перевезёт за этот срок на среднее расстояние в 500 километров на пять миллионов пассажиров больше, чем «Бугатти».
Ещё более разительными будут преимущества струнного транспорта перед самым экономичным в мире самолётом – аэробусом А380. Хотя крейсерская скорость А380 составляет 890 километров в час, а струнный транспорт движется почти в два раза медленнее, их можно корректно сравнивать друг с другом, так как на расстояниях до 2,5 тысячи километров струнный транспорт будет даже более быстрым в логистической цепочке «от двери до двери». Не нужно проходить долгие процедуры регистрации, добираться до аэропорта, а затем из него (например, на такси, за дополнительную плату), долго садиться и рулить на взлётно-посадочную полосу, что в том числе влечёт дополнительный расход не только времени, но и энергии, то есть топлива, и так далее.
Вместимость топливных баков А380 составляет 320 тысяч литров (250 тонн авиационного керосина). Аэробус полностью выработает баки за 17,5 часа полёта, или в сутки сожжёт (при непрерывной работе) 343 тонны керосина, за год – 125 тысяч тонн, за 20-летний срок эксплуатации – 2,5 миллиона тонн.
Можно себе представить, какой экологический ущерб наносит только один самолёт, сжигающий миллионы тонн топлива в самой уязвимой части атмосферы – в нижних слоях стратосферы, где, собственно, начинается защитный для биосферы озоновый слой. На сегодняшний день доказано, что некоторые продукты горения самолётных двигателей вымываются на таких высотах лишь в течение года, на протяжении которого разрушают озон, спасающий всё живое на планете от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. При этом необходимо помнить, что в процессе сжигания 2,5 миллиона тонн керосина из атмосферы будет безвозвратно изъято около 8,5 миллиона тонн атмосферного кислорода (которым мы все дышим) и будет выброшено в озоновом слое свыше 100 экологически опасных канцерогенных и химически активных продуктов горения общей массой более 10 миллионов тонн. К тому же отходы от горения этого топлива не просто разместятся в озоновом слое, а попадут туда в виде ионизированного газа, выброшенного из турбин с высокой скоростью и высокой температурой. Только представьте: приведённый пример – всего лишь один самолёт, причём самый эффективный.
Составной поезд из юнибусов (такой же вместимости, как и А380, –525 пассажиров), движущийся по изобретённой мной эстакаде, будет расходовать более экологически чистую электрическую энергию (в пересчёте на топливо): в сутки – около 20 тонн, за год – 7,3 тысячи тонн, за 20-летний срок при непрерывной эксплуатации – 150 тысяч тонн. Пережог топлива в А380 (за весь его жизненный цикл) по сравнению со струнным поездом – более двух миллионов тонн, что составляет около тысячи железнодорожных эшелонов по 40 вагонов-цистерн вместимостью 50 тонн топлива каждый и общей стоимостью более двух миллиардов долларов! Повторюсь: эти проблемы создаёт всего лишь один самолёт, причём самый эффективный.
Аналогичны преимущества по экономии энергии (топлива) юнимобилем перед высокоскоростными железными дорогами и поездами на магнитной подушке, которые для получения скорости 500 километров в час имеют привод удельной мощностью 70–80 киловатт на пассажира, в то время как у струнного транспорта этот показатель равен примерно 10 киловаттам.
Выдержка из заключения Института проблем транспорта имени Н.С. Соломенко Российской академии наук (2008 год): «...Струнный транспорт Юницкого является самой экономичной транспортной системой из всех известных. В сравнении с самолётом – в восемь раз, поездом на магнитном подвесе – в девять раз, высокоскоростной железной дорогой – в три раза...»
Особенно впечатляющи преимущества струнного транспорта, если проанализировать их в ракурсе планетарного масштаба. Рассмотрим условную экономию топлива на 25 миллионах километров высокоскоростных струнных дорог. Это не так много – в XX веке проложено более 30 миллионов километров всевозможных дорог с твёрдым покрытием, однако их оказалось недостаточно, поэтому повсеместно идёт строительство всё новых и новых. Только в одной России, чтобы догнать США по протяжённости сети магистралей, необходимо проложить не менее пяти миллионов километров новых трасс.
Для обслуживания такой сети дорог протяжённостью 25 миллионов километров необходимо не менее 250 тысяч условных поездов вместимостью 500 пассажиров каждый (то есть на уровне пассажировместимости аэробуса А380). Это не слишком уж большое количество подвижного состава: один «поезд» на 200 километров дорог (в одноколейном измерении) при средней частоте следования порядка 20 минут. По сравнению с авиацией, также выполняющей транспортную работу, условная экономия топлива на такой сети дорог составит более 30 миллиардов тонн в год общей стоимостью около 40 триллионов долларов. Для сравнения: в настоящее время на планете ежегодно добывается примерно шесть миллиардов тонн нефти; разведанные мировые запасы нефти составляют 150 миллиардов тонн.
Эффективность сети струнного транспорта значительно повысит её многофункциональность. Струнная эстакада может быть совмещена с многоканальными линиями связи (проводными, оптоволоконными, сотовыми и радиорелейными), линиями электропередач (кабельными и воздушными), а также солнечными и ветряными электростанциями как для собственных нужд, так и для предоставления соответствующих услуг. Струнный транспорт станет коммуникационной сетью, по которой безопасно и экологично будут перемещаться пассажиры, грузы, энергия и информация. Следовательно, сеть струнного транспорта настолько эффективна, что даже без учёта транспортных возможностей окупит своё создание уже за счёт многофункциональности.
Ресурсность струнного транспорта
Нынешний век станет веком экономии ресурсов – энергетических, сырьевых, минеральных, пространственных, финансовых, временны;х, трудовых, продовольственных и других. И это имеет прямое отношение к транспортным коммуникациям. За 100 лет население планеты выросло в четыре раза, а ВВП – в 20 раз, что повысило спрос на некоторые природные ресурсы на 2000 %. При этом мир вступил в эпоху дорогих ресурсов – эпоха низких цен осталась в прошлом. Рост среднего класса на три миллиарда человек в течение ближайших 20 лет резко увеличит спрос на новые ресурсы, а поиск альтернативных источников сырья, энергии, воды и пищи затруднён и дорог. Скачок спроса произойдёт именно в тот момент, когда поиск новых источников ресурсов будет особенно затруднён или дорог, и нас ждёт «ресурсная революция». Дефицит или увеличение стоимости одного типа ресурсов может перекинуться на другие. Попытка удовлетворить растущий спрос пропорциональным ростом производства потребует в будущем дополнительных инвестиций до 10 триллионов долларов в год и принесёт для цивилизации серьёзные риски.
Струнный транспорт сможет дать человечеству двойную экономию. Во-первых, грузовые струнные трассы откроют дешёвый доступ к недоступным в настоящее время минеральным ресурсам, размещённым высоко в горах, в тундре, на шельфе Северного Ледовитого океана, в глубине обширных пустынь или материков, например в Австралии. Доступные и более дешёвые минеральные ресурсы предоставят возможность мировой экономике и дальше динамично развиваться. Во-вторых, грузо-пассажирские струнные дороги позволят на порядок дешевле и с гораздо меньшими затратами сырьевых, энергетических и иных ресурсов создать разветвлённую мировую сеть транспортно-инфраструктурных коммуникаций uNet, совмещённых с информационными и энергетическими сетями. При этом в течение века практически весь транспорт перейдёт на второй уровень, оставив первый уровень природе и людям. В частности, землепользователям на планете будут возвращены земли, равные по площади пяти Великобританиям, занятые сейчас только автомобильными дорогами. Всё перечисленное будет способствовать повышению коммуникативности земной цивилизации и её устойчивому развитию при улучшении планетарной экологии. По данным ООН, потребность людей в поездках в ближайшие 30 лет должна увеличиться в 2–3 раза при значительном увеличении скорости и дальности этих перемещений.
Ажурная путевая структура эстакадного типа, размещённая над поверхностью земли на втором уровне, имеет низкую материалоёмкость и, соответственно, низкий расход минеральных ресурсов на своё сооружение: стали и стальных конструкций, цветных металлов, железобетона, бетона, цемента, арматуры, щебня, песка, грунта. При этом, благодаря неразрезной конструкции струнного рельса (на всём протяжении он не имеет деформационных и других поперечных швов, так как собран в одну непрерывную плеть), несущая способность поддерживающих опор повышается на порядок. А поскольку таких опор большинство в конструкции дороги «второго уровня» (на одну анкерную опору приходится около 100 промежуточных), естественно, значительно снижается материалоёмкость и стоимость опорной части струнных дорог.
По сравнению с известными видами высокоскоростных железных дорог в эстакадном исполнении и поездов на магнитной левитации условная экономия основных строительных и конструкционных материалов при возведении дорог струнного транспорта составит около 10 тысяч тонн стали и более 150 тысяч тонн железобетона на каждый километр двухколейной эстакады. В сети струнных дорог протяжённостью 25 миллионов километров условная экономия минеральных ресурсов достигнет не менее 250 миллиардов тонн стали и около четырёх триллионов тонн железобетона. Именно такие данные я получил, когда сопоставил материалоёмкость первой струнной тестовой трассы, построенной в 2001 году в Озёрах, и высокоскоростной железной дороги в эстакадном исполнении, возведённой по японским технологиям в 2007 году на острове Тайвань для движения со скоростью до 350 километров в час.
В настоящее время в мире выплавляется порядка 1,5 миллиарда тонн стали в год. Для дополнительного получения условно сэкономленных при строительстве сети струнных дорог свыше 250 миллиардов тонн стали и проката было бы дополнительно выброшено в окружающую среду (в миллиардах тонн): пыли – более 32, сернистого ангидрида – более 17, оксида углерода – более 38, оксида азота – более четырёх, а сточных вод – более 50 триллионов кубометров. При этом были бы дополнительно изъяты земельные угодья, нарушенные горными работами, занятые отвалами, золо- и шлаконакопителями, площадью около 60 тысяч гектаров. Было бы добыто – в карьерах и шахтах – свыше 1,2 триллиона тонн различного исчерпаемого сырья (в том числе коксующегося угля), после переработки которого только в твёрдые и экологически опасные отходы попали бы порядка 120 миллиардов тонн различных экологически опасных и канцерогенных веществ. Ещё больше потребовалось бы ресурсов (в том числе энергетических, земельных, людских, финансовых и других), и не меньше появилось бы глобальных экологических проблем при производстве и укладке в конструкции дополнительных триллионов кубометров железобетона.
Наряду с этим необходимо особо отметить преимущества эстакады (как опорной конструкции для высокоскоростной путевой структуры) перед традиционной земляной насыпью (выемкой), а также щебёночно-песчаной подушкой и рельсошпальной решёткой высокоскоростной железной дороги.
При строительстве рельсо-струнной эстакады точечный объём земляных работ будет снижен более чем в 100 раз по сравнению с прокладкой такой же дороги в линейной насыпи. Следовательно, ландшафту и биогеоценозу в зоне строительства не будет нанесён какой-либо ущерб и не потребуется рекультивация земель. Это особенно важно при прокладке трассы по вечномёрзлым и слабым грунтам, которые не способны выдержать дополнительную нагрузку от насыпи, не только весовую, но и тепловую в летний период.
Не только сама земляная насыпь, но и подстилающие грунты на традиционных высокоскоростных трассах должны быть плотными (дополнительно уплотнены примерно на 10 %), что превращает такую дорогу в протяжённую низконапорную плотину, перерезающую истоки рек, движение грунтовых и поверхностных вод, в том числе паводковых. Такая чрезвычайно материалоёмкая насыпь, местами достигающая высоты 10 метров и более (или порядка 500 тысяч кубометров грунта на каждый километр протяжённости автострады), нарушает миграцию животных, как домашних, так и диких, угнетает природное биоразнообразие, препятствует перемещению сельскохозяйственной и иной техники. При этом из-за опасности выхода на путь крупных животных (лосей, коров, диких кабанов), что может привести к крушению и сходу с рельсов высокоскоростного подвижного состава, такую насыпь железнодорожники вынуждены ограждать. Стоимость подобного ограждения, а также сопутствующей насыпи традиционной транспортной инфраструктуры (водопропускных сооружений, мостов, путепроводов, многоуровневых развязок и другого) будет значительно дороже всей рельсо-струнной эстакады такой же протяжённости.
Земляные насыпи железнодорожных (в том числе высокоскоростных) и автомобильных магистралей накрывают (отнимают у землепользователя) с учётом инфраструктуры минимум четыре гектара почв на каждом километре протяжённости. Для строительства 25 миллионов километров таких дорог потребуется уничтожить порядка миллиона квадратных километров почв, что равно площади четырёх Великобританий. При усреднённой стоимости изымаемой под строительство земли в миллион долларов за гектар стоимость земли составит 100 триллионов; при стоимости 10 миллионов за гектар (земля постоянно дорожает и к концу века может в среднем стоить и дороже) – квадриллион долларов. Если вместо обычных трасс строить струнные, то эта земля будет сохранена. Самый ценный минеральный ресурс на планете, безусловно, – живая почва, которая даёт всем нам жизнь. Она также будет сохранена на территории, равной четырём Великобританиям.
Ещё одно преимущество струнного транспорта – экономия на ресурсах при массовом производстве подвижного состава. Например, современный самолёт на одного пассажира перевозит (причём поднимая на высоту 10–12 километров, тратя на это огромное дополнительное количество энергии) до тонны своей конструкции и топлива. Вместе с тем одно посадочное место в современном аэробусе оценивается в 500–600 тысяч долларов, а весь самолётный парк для выполнения такой же транспортной работы, что и сеть струнных дорог протяжённостью 25 миллионов километров, обошёлся бы заказчику в дополнительные 75 триллионов долларов. За этой избыточной стоимостью стоят нерационально использованные, причём ограниченные (а значит, не использованные для иных более разумных целей) сырьевые, трудовые, в том числе социальные, и финансовые ресурсы нашей земной цивилизации.
Для того чтобы образнее увидеть разницу между авиацией и струнным транспортом, проведём мысленный эксперимент. Представим, что нам нужно добраться до соседнего города, находящегося на расстоянии трёх километров, и есть два варианта путешествия. Первый – пройти пешком по горизонтальной дороге, толкая по стальным рельсам тележку весом 250 килограммов, и за час добраться до цели. Второй – нацепить рюкзак весом в тонну и добраться до цели за тот же час, по пути преодолев гору высотой 10 километров. Так вот, первый вариант – это струнный транспорт, второй вариант – современная авиация.
Железнодорожные вагоны топливо не возят, зато железа в них содержится до 1,8 тысячи килограммов на одного пассажира купейного вагона, а с учётом веса электровоза – 2,5 тонны, что крайне неэффективно с ресурсной точки зрения. На одного пассажира весом 100 килограммов (вместе с багажом) – 2,5 тонны железа! Следовательно, железнодорожный транспорт (хотя, по мнению диванных экспертов, он – сама эффективность и экологическая чистота) не только далёк от оптимальности, но и выполнен с инженерной точки зрения недостаточно разумно. Каждое пассажирское место на железной дороге обходится также недёшево, причём чем выше расчётная скорость движения, тем дороже. Например, в закупленных Россией в Германии скоростных поездах «Сапсан», развивающих скорость всего 250 километров в час, каждое сидячее место обошлось налогоплательщику почти в 200 тысяч долларов. В то время как даже высокоскоростной (500 километров в час) юнимобиль имеет примерно те же массогабаритные характеристики, что и современный легковой автомобиль (или микроавтобус) – до 400 килограммов на одного пассажира. При этом его стоимость (в серийном производстве) не будет превышать 25 тысяч долларов на одного пассажира.
Безопасность струнного транспорта
Общеизвестно, что самая высокая транспортная аварийность – на автомобильных дорогах. Суммарно – от смертности, травм и увечий – страдают более 10 миллионов человек ежегодно, что почти в три раза превышает население такой страны, как Грузия. Акцентирую: ежегодно! А за 100 лет – свыше миллиарда, из них погибнут более 100 миллионов! В число людей, которым не повезло, можем попасть и мы с вами, наши родственники и дети. Статистика будет равнодушна к нашему горю.
Никакие меры по повышению безопасности на традиционных трассах, размещённых на первом уровне, то есть на поверхности земли, не действуют. Эти дороги опасны изначально, особенно автомобильные, исходя из своей технической и технологической сущности. Модный в последнее время электромобиль также не способен решить проблемы безопасности. Об этом говорит и статистика. Не так давно, каких-то 20–25 лет назад, на дорогах мира гибли менее миллиона человек в год. Через те же 20–25 лет их количество перевалит за два миллиона жертв в год.
В среднем в войнах, от техногенных и природных катаклизмов, производственных травм и терроризма на планете ежегодно гибнут около 500 тысяч человек, то есть в три раза меньше, чем на дорогах. Получается, самое совершенное орудие убийства, придуманное человеком, – не танк и автомат Калашникова, не крылатая ракета и атомная бомба, а автомобиль.
В последние десять лет показатель смертности в авиационных катастрофах на планете находился на уровне 300–500 человек в год, что в несколько тысяч раз меньше, чем на дорогах, а с учётом травматизма и инвалидности людей – и в 20 тысяч раз меньше. Для сравнения: сегодня на автомобильных дорогах в сутки (а не в год!) гибнет на порядок больше – примерно четыре тысячи человек (включая поставарийные смерти в больницах, что не попадает в статистику смертности на дорогах). Можно считать, что на дорогах мира «падают и разбиваются» каждые сутки порядка десяти аэробусов А380, а таких, помельче, типа А310, – и вовсе 20 штук. А по инвалидности людей – соответственно, 100 штук А380 и 200 самолётов А310. Каждые сутки!
Мы совсем не боимся автомобиля, зато боимся акул, хотя ежегодно фиксируется всего десять трагических случаев. Меньше, чем акул, боимся крокодилов, хотя жертв от них значительно больше – тысяча ежегодно. Ещё меньше боимся молний, а от них каждый год погибает на порядок больше людей, чем в авиационных катастрофах: по одним данным – шесть тысяч, по другим – 24 тысячи, более 200 тысяч получают травмы. Однако разве это можно сравнить с количеством жертв на автомагистралях мира, которыми мы пользуемся каждый день? Мы не боимся автомобиля только потому, что привыкли к нему и считаем его своим другом.
Основная причина транспортных катастроф заключается в том, что современные дороги размещены на поверхности земли – на первом уровне. Там же находится основная часть биосферы планеты – плодородная почва, фауна и флора, где бурлит жизнь и живёт, трудится и сам «царь природы», то есть человек. Вторая по значимости причина аварийности на автомобильных дорогах – отсутствие противосходной системы у традиционного транспортного средства, так как на проезжей части автомобиль удерживается только за счёт сил трения между шиной и полотном. Третья причина – отсутствие чётко заданной траектории движения (колеи), поэтому возможно движение по встречной полосе и сход автомобиля за пределы дорожного полотна.
Подъём путевой структуры над поверхностью земли (на ажурную и чрезвычайно прочную и надёжную эстакаду) исключит столкновение подвижного состава такой транспортной системы с пешеходами, животными, автомобилями и железнодорожными поездами, сельскохозяйственной, строительной и другой техникой. Оснащение рельсовых автомобилей противосходной системой и наличие рельсовой колеи, то есть заданной с точностью до миллиметров траектории движения, исключит иные причины аварий на дорогах.
Второй уровень размещения, противосходная система и наличие колеи в совокупности ещё более усилят безопасность на рельсо-струнных трассах эстакадного типа по сравнению с современной авиацией. Благодаря повышению безопасности перевозок, за 100 лет будут спасены от гибели на дорогах мира свыше 100 миллионов человек. Более миллиарда Homo sapiens не станут инвалидами и калеками. Что благороднее, чем сохранение жизней этих людей, среди которых могут быть и читатели моей книги? Или мы не способны оправдать определение, которое дали сами себе, – «Человек разумный»?
Комфортность струнного транспорта
Сегодня мы приезжаем на работу уже уставшими и возвращаемся домой ещё более утомлёнными. Практически каждый день житель крупного города, а это порядка 50 % населения любой индустриально развитой страны, проводит чуть ли не половину своего свободного времени в дороге, иногда более трёх часов ежедневно. Стоя в пробках и вдыхая грязный воздух, забираемый в салон автомобиля с поверхности асфальта, или находясь в вагонах метро и электричек, в автобусах, трамваях и троллейбусах в толпе таких же, как и он, бедолаг (зачастую в антимикробных масках на лицах), наступающих ему на ноги и чихающих в лицо.
Исследования показали, что, например, без вреда для здоровья в самом лучшем в мире московском метро можно пребывать только три секунды – из-за сильнейшего шума, мощных электромагнитных полей, клаустрофобии, чрезмерной скученности людей в ограниченном подземном пространстве, не предназначенном для этих целей. Ведь человек не создан для нахождения под землёй и в течение тысячелетий использовал подземное пространство для захоронения усопших.
Даже самый лучший личный автомобиль не прибавляет транспортного комфорта, так как он также стоит в пробках, заставляет водителя (и пассажиров) нервничать и приводит к хроническому стрессу и гиподинамии. В том числе из-за необходимости ежесекундно напряжённо анализировать ситуацию на дороге и прилегающей территории, чтобы безопасно управлять машиной.
Транспортную усталость также создают физиологические особенности человека – его вестибулярный аппарат плохо переносит частые ускорения торможения и разгона, вибрацию, тряску и шум. Кроме того, утомляемость пассажира зависит не только от режимов колебаний кузова транспортного средства (ускорения и частоты), но и от длительности воздействия подобных ускорений. Например, воздействие ускорений порядка двух метров в секунду в квадрате, что является обычным в автомобильном и железнодорожном транспорте, допустимо без вреда для здоровья только в течение 15 минут в одной поездке.
Для определения транспортной комфортности даже разработан комплексный критерий – плавность хода W, учитывающий как ускорения колебаний пассажира, так и частоту этих колебаний. При W = 2 ощущения у пассажира будут такими, как будто он не мчится со скоростью 500 километров в час, а сидит дома на диване. Именно этому показателю будет соответствовать комфортность движения в высокоскоростном рельсовом электромобиле, движущемся по струнной эстакаде. Комфорт прибавит и ощущение свободного полёта на небольшой высоте над землёй, которое каждый из нас хоть раз испытывал в своих самых светлых снах.
Факторы, обеспечивающие высокую комфортность пассажирских перевозок на струнном транспорте: высокая ровность и жёсткость пути (на пролёте 50 метров строительные и динамические неровности – не более 10 миллиметров), мягкость подвески (статический ход не менее 300 миллиметров) и низкий шум (не более 70 децибел) при движении; невысокие ускорения разгона и торможения подвижного состава (порядка 0,5 метра в секунду в квадрате) благодаря отсутствию помех движению; отсутствие пробок, перекрёстков, светофоров, пешеходных переходов и опасных участков с пониженной скоростью движения, а также опасных и ненадёжных транспортных развязок; автоматизированная система управления; малое время ожидания и нахождения в пути; возможность поездки «от двери до двери» при использовании частных индивидуальных и семейных рельсовых автомобилей.
Доступность струнного транспорта
На самом быстром современном транспорте – авиационном – из центра Москвы в центр Санкт-Петербурга (660 километров) пассажир доберётся в лучшем случае за три часа, то есть со средней скоростью 220 километров в час. Натерпевшись страхов в полёте и помучившись на начальном и завершающем этапах этого пути (из города в аэропорт и из аэропорта в город). К тому же такое путешествие из-за пересадок обойдётся существенно дороже.
Огромный тысячетонный железнодорожный поезд, предельно нагружающий пути и буквально засасывающий под колёса животных и людей, не может безопасно мчаться с высокой скоростью по застроенной и плотно заселённой территории. Следовательно, составу приходится сбрасывать скорость, и поэтому даже в самых смелых своих прогнозах железнодорожники планируют добираться из Москвы в Санкт-Петербург также за три часа (средняя скорость 220 километров в час) по цене билета свыше 100 долларов.
На струнном транспорте такой переезд займёт полтора часа (средняя скорость 430 километров в час) при себестоимости доставки пассажира менее 15 долларов.
Минимальное время в пути обусловлено не только высокой расчётной скоростью движения, но и другой транспортной логистикой. Маломестные рельсовые автомобили (вместимость, как у микроавтобуса, – порядка десяти человек) будут стартовать часто, без расписания, по типу маршрутных такси. И не будут останавливаться в промежутке. Ведь не останавливается маломестное такси у каждого фонарного столба, если там никто не садится и не выходит? А вот многоместные трамвай и автобус должны делать остановки часто по всему маршруту движения, согласно утверждённому расписанию.
Основные причины низкой себестоимости проезда на струнном транспорте:
• высокая топливная (энергетическая) эффективность. При расходе 0,5 литра на 100 высокоскоростных пассажиро-километров и цене дизельного топлива один доллар за литр стоимость энергии составит около 0,5 доллара на пассажира для каждых 100 километров пути. При электрификации дороги (более дорогой вариант строительства) стоимость затраченной энергии может быть снижена ещё в 2–3 раза;
• низкие амортизационные отчисления на ремонт и восстановление рельсо-струнной эстакады и транспортной инфраструктуры благодаря невысокой стоимости строительства и длительным межремонтным срокам;
• низкие амортизационные отчисления на ремонт и восстановление рельсовых автомобилей благодаря их невысокой стоимости и длительному сроку службы, сопоставимыми с таковыми характеристиками традиционного легкового автомобиля;
• малое количество обслуживающего персонала, как станционного, так и линейного. При использовании автоматизированной системы управления расходы на заработную плату могут быть уменьшены ещё вдвое.
Все традиционные высокоскоростные магистрали – железные дороги и дороги на магнитной подушке – убыточны как из-за высокой стоимости их строительства, так и из-за больших издержек при эксплуатации. Рентабельность эксплуатации пытаются поднять, увеличивая цену билетов, что делает такую транспортную услугу недоступной по цене для многих категорий пользователей. Высокорентабельными станут только струнные дороги. Например, на трассе Москва – Санкт-Петербург доход эксплуатирующей компании (при цене билета 50 долларов) составит до 40 долларов с каждого пассажира. Таким образом, при объёме перевозок 50 тысяч пассажиров в сутки годовой доход достигнет 700 миллионов долларов. Это значит, что такой проект будет высокорентабельным.
Для сравнения. В 28 миллиардов долларов обойдётся строительство запланированной российским правительством аналогичной высокоскоростной железной дороги Москва – Казань протяжённостью 820 километров. Ещё 10 миллиардов железнодорожники хотят получить в качестве государственной субсидии на этапе эксплуатации, так как этот проект в целом глубоко убыточен. За эти же деньги можно построить струнную трассу Санкт-Петербург – Москва – Казань – Владивосток протяжённостью 9,2 тысячи километров.
Социальность струнного транспорта
Создание глобальной высокоэффективной транспортно-коммуникационной сети на основе струнного транспорта протяжённостью в миллионы километров полностью преобразит мир. Землепользователям на всех континентах планеты вернётся плодородная почва, по площади превышающая территорию Японии, Германии, Великобритании и Нидерландов вместе взятых. В настоящее время эта почва «закатана» в асфальт и «похоронена» под шпалами. Если не появится альтернатива автомобилям, то за последующее столетие новые автомобильные магистрали займут ещё такую же территорию.
Принципиально новая коммуникационная сеть, в которой городские, высокоскоростные междугородные и грузовые трассы будут совмещены с информационными и энергетическими сетями, даст импульс развитию экономики любой страны. В том числе за счёт экологически чистого вовлечения в жилой и хозяйственный оборот малоосвоенных и труднодоступных территорий, таких как шельф моря, горы, джунгли, тайга, пустыни, что обеспечит повышение уровня занятости населения на основе создания новых высокооплачиваемых рабочих мест как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации коммуникационной системы и инфраструктурных проектов. Это будет способствовать увеличению налоговых поступлений в бюджеты, а также расширению социальных возможностей государств ввиду того, что появится спрос на трудовые ресурсы не только в транспортной отрасли, но и в смежных отраслях промышленности и экономики.
Внедрение струнных технологий ускорит рост экономики и ВВП (отдельных стран и мира в целом) не менее чем на 10 % в год, так как финансовые, материальные и трудовые ресурсы будут перенаправлены с убыточных, высокозатратных и экологически опасных традиционных транспортных проектов на высокоэффективные, низкозатратные и рентабельные транспортно-инфраструктурные проекты. Это уменьшит нагрузку на бюджеты и налогоплательщиков, принесёт прибыль не одному поколению людей. Повысится социальная активность общества благодаря развитию коммуникабельности людей – за те же деньги комфортно и безопасно можно будет доехать в пять раз быстрее и в десять раз дальше (по сравнению с традиционным автомобильным и железнодорожным транспортом). За счёт повышения уровня жизни, улучшения локальной и планетарной экологии, обеспечения безопасности и снижения травматизма на транспорте станет возможным продление средней продолжительности жизни человека не менее чем на пять лет.
Ограниченность земных ресурсов в связи с опережающим их освоение ростом мирового народонаселения породило идею о «золотом миллиарде» – это одна из теорий фашистского толка. Она призывает либо ограничить население на планете одним миллиардом человек путём уничтожения «недостойных», либо и дальше усиливать паразитирование индустриально развитых государств (в которых как раз и проживает миллиард жителей) на странах третьего мира, оставив им роль сырьевых придатков, мест захоронения токсичных отходов и размещения экологически опасных производств.
На самом деле, на планете Земля в комфортных условиях могут проживать, причём с более высоким уровнем потребления, чем у пресловутого «золотого миллиарда», в 25 раз больше – 25 миллиардов человек, или в среднем около 200 человек на квадратном километре суши. И это без учёта площади Антарктиды, хотя её значительно проще и дешевле освоить, чем, например, чужой, далёкий и значительно более холодный Марс. То есть один человек – на пять тысяч квадратных метров (50 соток, или половина гектара). Просто по-другому нужно организовать проживание в нашем родном доме – на планете Земля.
«Вперёд к природе»: жить нужно «на зелёной земле» – там, где условия проживания значительно более комфортны и безопасны, чем «на чёрном асфальте» – в современных крупных городах. Благодаря струнному транспорту люди смогут расселиться в пешеходных поселениях-кластерах (разумеется, это произойдёт добровольно, как и в XX веке люди по своей воле стягивались в плохо приспособленные для нормальной жизни муравейники-мегаполисы). Эти поселения – что-то вроде современных деревень, площадью около квадратного километра каждое. Они вписаны в природную среду (тайгу, джунгли, горы, шельф моря, пустыню) с минимальными нарушениями экологии.
Все инфраструктурные кластеры – жилые, торгово-развлекательные, спортивные, производственные – будут связаны друг с другом сетью безопасного, эффективного и экологически чистого высокоскоростного (500 километров в час) транспорта «второго уровня». Примерно так, как кровеносная и лимфатическая системы объединяют в единый живой организм все наши органы, системы и отдельные клетки. Не разрушая сформировавшийся природный ландшафт, необходимо проложить подобную сеть дорог без уничтожения плодородного слоя почвы и при минимальном выполнении земляных работ.
Жилые дома следует строить низкоэтажными и экологически безопасными для окружающего мира и проживающих в них людей, в частности за счёт использования для наружных стен вакуумного струнного стекла. Такие жилища не должны отнимать у природы землю. Почва из-под зданий будет перенесена на второй уровень, на плоскую крышу дома, обогащена плодородным гумусом до уровня его содержания в природном чернозёме и применена для круглогодичного автоматизированного производства экологически чистых домашних продуктов питания.
У каждой семьи появится свой зимний сад. «Умные» дома будут светлыми, зимой – тёплыми (вакуумное стекло толщиной 20 миллиметров заменит по теплоизоляции кирпичную стену толщиной полтора метра), а летом – прохладными, так как роль природного кондиционера выполнит без каких-либо затрат энергии слой почвы на крыше с растущим на ней садом. Сырья хватит на возведение даже не миллиардов, а триллионов таких строений, поскольку двуокись кремния – основа стекла – один из самых распространённых минералов земной коры.
Для комфортного проживания в частном доме, с самообеспечением необходимыми продуктами питания, одному человеку достаточно 500 квадратных метров (пять соток) суши или моря, поэтому 9/10 (90 %) суши будет занято под биосферные резерваты – особо охраняемые природные территории, призванные демонстрировать сбалансированное взаимодействие природы и человека, концепцию устойчивого развития окружающей среды.
Экологичность струнного транспорта
Самый ценный на планете минеральный ресурс – плодородный слой живой почвы, на которой произрастают «зелёные лёгкие» планеты и выращивается основная часть нашей пищи. Гумус в почве создавался Живой Природой в течение миллионов лет не для того, чтобы на него положили асфальт или шпалы. Тем не менее основные транспортные коммуникации XX века – железные дороги (более миллиона километров) и автомобильные дороги (свыше 60 миллионов километров с учётом неасфальтированных дорог) – на сегодняшний день уничтожили почву на территории, в два раза превышающей суммарную площадь таких стран, как Япония, Германия, Великобритания и Нидерланды.
На этой почве ничего не растёт – она мертва. Прилегающие к дорогам земли, площадь которых на порядок выше, отравлены загрязнениями от автомобильных выхлопов (в них более 100 вредных веществ и канцерогенов), антиобледенительными солями, продуктами истирания шин и асфальта. На ещё большей, причём опять же на порядок, территории нарушено движение грунтовых и поверхностных вод. Это приводит к заболачиванию одних огромных участков и опустыниванию других столь же обширных регионов, приводя к необратимому разрушению сложившихся там природных экосистем и биогеоценозов.
Правительство Китая в настоящее время взяло курс на строительство высокоскоростных железных дорог. В частности, там недавно была проложена самая длинная в мире высокоскоростная железная дорога Пекин – Шанхай. Между тем существуют экспертные заключения 20-летней давности, в которых сделаны следующие прогнозы. Если Китай построит разветвлённую сеть высокоскоростных трасс, то насыпи новых магистралей перережут истоки всех рек, движение поверхностных и грунтовых вод, пути миграций животных. Этот шаг практически уничтожит экологию и сельское хозяйство страны, что приведёт к массовому голоду, соизмеримому по своим масштабам с голодом в дни «культурной революции», когда в каждой китайской деревне начали ставить печи для выплавки стали и когда от голода умерли более 10 миллионов человек.
Аналогичные негативные последствия может создать сеть традиционных скоростных железных дорог на любой территории, если трассы пройдут в земляной насыпи. Например, именно благодаря экологам в 90-е годы прошлого века указом Президента Российской Федерации было запрещено строительство высокоскоростной железнодорожной линии Москва – Санкт-Петербург, так как, по оценкам «зелёных», экологический ущерб для страны в случае реализации этого проекта стал бы соизмерим с последствиями от аварии на Чернобыльской АЭС.
Один гектар соснового леса выделяет ежегодно около 30 тонн кислорода – столько требуется в год для дыхания 150 человек. Гектар лиственного леса выделяет около 16 тонн кислорода в год, а гектар сельскохозяйственных угодий – 3–10 тонн. Нехитрая математика показывает, что «закатанные» в асфальт порядка 100 миллионов гектаров почв не произведут ежегодно по меньшей мере 1,5 миллиарда тонн кислорода.
Для полного сгорания одного килограмма бензина требуется почти 3,5 килограмма кислорода или около 15 килограммов воздуха. Вещества, содержащиеся в продуктах горения топлива, в том числе в выхлопных газах автомобилей, могут вызвать прогрессирующие поражения центральной нервной системы, печени, почек, мозга, а также летаргию, синдром Паркинсона, пневмонию, подагру, рак бронхов, дерматиты, интоксикацию, аллергию, респираторные и другие заболевания. Вероятность их возникновения возрастает по мере увеличения времени воздействия и концентрации вредных веществ, как, например, это происходит в современных мегаполисах.
Переход на струнный транспорт может ежегодно сэкономить на 25 миллионах километров высокоскоростных дорог 30 миллиардов тонн топлива. На сжигание такого количества топлива не потребуется дополнительное изъятие из атмосферы 100 миллиардов тонн кислорода. Не будут выброшены в окружающую среду сотни миллиардов тонн токсичных и канцерогенных веществ. Кроме того, не нужно будет производить дополнительные сотни миллиардов тонн металла и кубометров бетона. Не понадобятся также миллиарды киловатт избыточных мощностей привода подвижного состава, которые не станут загрязнять окружающую среду не только продуктами горения топлива, но и сильнейшим шумом в ходе своей работы. Экологическая польза от этого колоссальна и с трудом поддаётся подсчётам.