Дискуссионный  клуб
научно-популярного журнала
"ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ"

Все началось с колеса, с этого исключительного изобретения. Несет оно цивилизацию через века, до неузнаваемости меняя мир и потребности человечества. Традиционные виды транспорта (их более 200) обрастают все новыми разновидностями (у автомобиля — электромобиль; у самолета — экранолет). Появились даже такие, на первый взгляд, экзотические виды, как самолеты с укороченным крылом для полетов по подземному тоннелю диаметром 50 м (Япония) или летающие тарелки, создающие разряжение (вакуум) перед носовой частью летательного аппарата (Россия).
И вот уже дорога становится своеобразной средой обитания для людей и транспорта, скоростной и стрессовой, порождающей все новые проблемы. Но при всем разнообразии группируются они все же вокруг узкого набора тем: переполнение городских улиц автомобилями, увеличение времени поездки и загрязнение окружающей среды.

Очарованный странник
Московский автосалон. Посетители с нескрываемым восхищением рассматривали блестящие лаком и хромом последние модели самоуверенных американских джипов, спортивно-агрессивных «европейцев» и элегантных «японок». А ватага мальчишек не редела у скромной экспозиции, где макеты удивительных машин самых причудливых форм курсировали по тонким нитям рельсов, создавая фантастический мир будущего — их мир. Взрослые скептически изучали технико-экономические показатели: себестоимость проезда пассажиров — 0,6–1 долл. за 100 км, а время на преодоление этого расстояния — меньше получаса. Фантастика, да и только!
Но разработчики уверяют, что именно этот вид многофункционального транспорта способен решить транспортные проблемы человечества. И ничего фантастического в нем нет. Более того, с технической точки зрения, такую трассу можно было бы начинать строить еще в позапрошлом веке — уже были все необходимые материалы, механизмы и оборудование. Не было, пожалуй, только человека, способного за известными конструкциями и технологиями увидеть принципиально новое решение (и так самозабвенно мечтать и фантазировать).
Да, без этих качеств А.Э. Юницкий вряд ли бы начал в 1982 г. работать над уникальным проектом — общепланетарными транспортными средствами. Тогда-то у него и родилась идея струнной транспортной системы (СТС) — не для космоса, а для бренной Земли.
Представьте себе: бесшумный лифт понимается на 50 м, к кольцеобразному залу вокзала. Компактный (около 100 м в диаметре), но без традиционной для транспортного узла сутолоки — каждые 30 секунд очередной вагончик-модуль уносит группу отъезжающих.
Интересно, что проект СТС дает возможность наряду с комфортным решением основной задачи решать и эстетические функции. Внутри экипаж просторен, огромные окна не создают гнетущего ощущения замкнутого пространства, кресла дарят телу чувство домашнего уюта. Модуль отстыковывается, и путешествие начинается плавно и бесшумно, колеса не катятся, а как бы скользят. С высоты птичьего полета город кажется красивым и чистым — в кабине нет запахов бензина, выхлопных газов, горячего асфальта. Под колесами... под колесами только рельсы, а вот на несколько метров ниже — кроны деревьев. Им не страшен новый вид транспорта — его трасса проходит гораздо выше самых высоких деревьев, а аэродинамическая конструкция модулей такова, что уже на расстоянии 10 м совершенно не чувствуются колебания воздуха.
Ощущения странные — нет звука работающего мотора, нет мерного стука колес на стыках, но нет и воздушных ям. Что это: езда, полет?! Периодически экипаж останавливается — по желанию пассажиров остановка может быть на любой из промежуточных станций или даже на любой из анкерных опор — ну мало ли, грибное место. Выходя, многие сообщают системе управления трассой (через бортовой компьютер), когда и куда подать экипаж — водителя в транспорте нет, им управляет компьютер (хотя возможно и ручное управление). Японцы, перевезя безаварийно за 20 лет свыше 5 млрд человек по высокоскоростным железным дорогам, показали всему миру, что на транспорте самое слабое звено — человек.
Пассажиры спокойно дремлют, слушают музыку, смотрят телевизор — им гарантирована полная безопасность. Все узлы модуля (ходовая часть, подвеска, привод) и системы электронного управления отвечают самым высоким требованиям, существующим в авиации и на высокоскоростных железных дорогах.

Нефтепровод или СТС?
Такого путешествия еще не было, но все же это — не попытка конкурировать с фантастами. Сегодня есть все, чтобы подобная поездка состоялась — патенты и авторские свидетельства, чертежи и расчеты, модели и результаты их испытаний, технико-экономические обоснования и заключения экспертиз. И все свидетельствует в пользу СТС, тем более что она решает проблемы не только пассажирских перевозок, но и грузовых.
Ее трассы могут быть проложены в самых урбанизированных районах и в труднодоступных горных областях, в вечной мерзлоте, пустынях, джунглях, на болотах. Причем всегда — по кратчайшему пути. СТС — транспорт по-настоящему универсальный. Его трассы пролягут не только по суше, но и по морю — вдоль побережья. При глубине до 50 м модули пойдут над водой, а при большей — в подводных трубах-тоннелях (на дне или в толще воды). Да и погодные условия (туман, дождь, град и даже торнадо) ему не страшны. Устойчив он и к стихийным бедствиям — землетрясениям, оползням, наводнениям.
А как сократится время грузовых перевозок! Ведь скорости на СТС во много раз превышают железнодорожные.
Перевозить можно практически любые грузы — уголь и руду, мебель и металлопрокат, строительные материалы и химические продукты. Конструкторы предлагают разнообразные грузовые модули: многоколесные платформы; контейнеры (пригодные для всех видов транспорта) для сыпучих, штучных и специальных грузов; вагоны для руды; емкости для жидких продуктов — надежные, удобные для быстрой загрузки и разгрузки.
Разработаны и линии специального назначения с меньшими скоростями (используемые на лесозаготовках, для внутризаводских перевозок, транспортировки руды из карьеров, угля к ТЭС, вывоза мусора, доставки питьевой воды и т. д.).
По мнению разработчиков, СТС может конкурировать и с нефтепроводом: ее пропускная способность (в одну сторону) — до 210 млн т нефтепродуктов в год, а себестоимость транспортировки в 1,5–2 раза ниже, чем по нефтепроводу. Причем транспортировка возможна в герметичных многократно используемых контейнерах, снабженных электронной картой с полной информацией (состав, месторождение и т. д.). При этом в обратном направлении будут поставляться продукты, оборудование. Могут курсировать и пассажирские модули.

Конкурируя в небе
В автомобильной «пробке» скорости «Феррари» и «Запорожца» уравниваются. И какой водитель не мечтает взлететь над забитой машинами дорогой?! В известном смысле, СТС — реализация этой мечты.
В марте 2001 г. в подмосковном городе Озеры был заложен символический камень — «нулевой километр» первого участка будущей трассы СТС (до Москвы), начало строительства которой запланировано на 2002 г.
А уже в октябре автор проекта А.Э. Юницкий получил возможность встать под рельсами с первым транспортом, демонстрируя безопасность своего детища. Вот его мнение о новой транспортной системе: «В СТС нет ни одной сложной научной проблемы. Это просто механика, «железо», где все давно известно и апробировано в технике: колеса, рельсы, опоры, система управления и т. п. Их расчеты — это строительная механика, которой уже не одно столетие пользуются конструкторы мостов. Движение экипажа по СТС — динамика строительной конструкции плюс динамика и аэродинамика четырехколесного экипажа».
Тем, кто регулярно томится в «пробках», не придет в голову вопрос, зачем надо поднимать рельсы в воздух — новая транспортная система не пересекается со сложившимися транспортными потоками на одном уровне (как, например, у автомобильного и железнодорожного транспорта или трамвая). В СТС не будет «пробок», и скорость в городе станет фантастичной, но не опасной для остальных участников движения.
Насколько надежны и безопасны будут ее опоры? С технической точки зрения, здесь проблем нет — человечеством накоплен колоссальный опыт подобного строительства (ЛЭП, мосты). Более того, разработчики уверяют (и доказали на практике), что технология создания СТС даже проще строительства пролета моста!
Разрушение опоры (например, в результате террористического акта) не приведет к аварии на линии, падение опоры (каждая скрепляется с путевой структурой через специальный отстегивающийся механизм) приведет лишь к увеличению пролета и некоторому повышению прогиба пути (благодаря особой подвеске колес пассажиры этого даже не заметят). Даже разрушение нескольких опор подряд не выведет из строя трассу.

Изгибаясь в пространстве упруго...
Выяснив, зачем поднимать трассу, попробуем понять, почему изобретатели отказались от традиционного рельса. «Что может быть ровнее натянутой струны?» — вопросом на вопрос отвечают разработчики. Именно это техническое решение и высочайшая точность шлифовки головки рельса по всей длине (отсутствие зазоров в стыках) позволяют обеспечить исключительную ровность пути и высокую скорость движения.
Каждая из струн, пропущенных внутри рельса, собрана из нескольких сотен высокопрочных проволок (они не переплетены — каждая «работает» независимо от остальных, что увеличивает общую надежность конструкции) и помещена в защитную оболочку с антикоррозионным составом. Все это размещено в специальном канале, заполненном затвердевшим наполнителем. Таким образом, струны надежно защищены от атмосферных и механических воздействий. А сама конструкция сочетает в себе свойства гибкой нити и жесткой балки.
Ближайшие аналоги — железобетонные балки моста с жесткими элементами или висячие мосты с балкой жесткости. Но есть и принципиальное отличие — все элементы СТС спроектированы так, что провесы струны при пролетах 10–100 м не превышают 1–10 см. Все необходимые для СТС материалы выпускаются в России.

Красноречивая экономика
За интересными техническими и конструкционными решениями в хорошем проекте должны стоять не менее впечатляющие экономические характеристики. Стоимость прокладки СТС сопоставима лишь со строительством канатной дороги (один из самых дешевых в строительстве видов транспорта) — 1,5–2 млн долл./км. Все остальное — на порядок выше.
Данные, без сомнения, бывают красноречивее слов. Вот что они говорят о расходе энергоресурсов (из расчета 1 л бензина = 8,78 кВт·ч): СТС потребляет 0,17–0,34 л бензина на 100 км (в расчете на 1 пассажира или 1 т/км); железнодорожный транспорт — 1,1–1,5; автомобильный — 4–6; речной и морской — 14–19; монорельс — 1,5–2,5; метрополитен — 1,3–1,7; трамвай — 1,9–2,1.
Кроме того, для СТС требуется минимальное изъятие земли. Например, для 100 км железной дороги нужно от 300 до 1000 га, а для СТС — 5–10 га.

Дышите глубже
Собственно, с приведенными выше данными связана и экологическая безопасность СТС. Разработчики изначально планировали его как наименее агрессивный (с точки зрения воздействия на окружающую среду) вид транспорта.
Как уже отмечалось, для СТС требуется немного земли: на каждую поддерживающую опору — 1 м2, на анкерную — 10 м2, иными словами, менее 0,1 га/км. Следовательно, ширина условной полосы отчуждения вдоль трассы составит не более 10 см. Это высоко оценят не только экологи, но и градостроители, перед которыми открываются новые возможности территориально-пространственной организации городской застройки.
Нетрудно заметить, насколько щадящие технологии предлагаются при освоении уязвимых экосистем. Никаких тоннелей и насыпей, вырубки леса и прокладки подъездных дорог — трасса укладывается с технологических платформ. А свайный фундамент сведет на «нет» и земляные работы.
Высокая экологическая безопасность характерна не только при строительстве, но и при эксплуатации СТС. Разработчики предложили самый экологически чистый на сегодня двигатель — с электроприводом от контактной сети (питание осуществляется через колеса, соприкасающиеся с рельсами, по которым течет ток). Как уже отмечалось, особенности конструкции позволяют применять двигатели малой мощности.
Выбросы вредных веществ у СТС рекордно малые — менее 0,01 г/км. Для сравнения: железнодорожный транспорт — более 0,1, автомобильный — более 1, троллейбус — более 0,1, трамвай — более 0,1, авиация — более 10, морской — более 50, речной — более 10, нефтепроводы — более 1 г/км (за счет разливов).
И это еще не все. Авторы уверены, что для СТС можно (и нужно) использовать альтернативные экологически чистые возобновляемые источники энергии. Разработаны совмещаемые с опорами СТС гелио- и ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения.
Для СТС достаточно источника энергии мощностью всего 100– 200 кВт/км (две ветроустановки мощностью по 50–100 кВт на 1 км трассы). Но СТС может обеспечивать электроэнергией и прилегающие районы (0,5–2 МВт на 1 км трассы при средней скорости ветра 10 м/с). Себестоимость электроэнергии на таких установках составит около 0,02 долл./кВт. И при этом не потребуются дорогостоящие и экологически опасные ЛЭП (энергия будет передаваться по рельсам непосредственно к потребителю). А еще СТС может предоставить свои опоры для прокладки коммуникаций (в том числе, волоконно-оптических).
Низкая материалоемкость важна не только для экономики, но и для экологии. На рельс СТС требуется материала примерно вдвое меньше, чем на железнодорожный. СТС удастся избежать и физических загрязнений: тепловых, электромагнитных (трасса низковольтная — до 1 кВ), шумовых и вибрационных.
Немаловажно и то, что скоростное транспортное средство, поднятое над землей, безопасно для людей и животных. И это явное преимущество СТС перед железнодорожным и автомобильным транспортом, чьи трассы являются труднопреодолимыми и опасными препятствиями. А СТС в этом смысле можно прокладывать даже на территории заповедника.

Были б деньги...
Надо отметить, что проект неизменно пользуется большим интересом у специалистов-транспортников и строителей на различных международных выставках. Но реальная поддержка (грант) пришла лишь из Центра ООН по населенным пунктам («Хабитат»). Собственно, именно участие в проекте «Устойчивое развитие населенных пунктов и улучшение их коммуникационной структуры с использованием струнной транспортной системы» позволило определить базовые критерии для внедрения СТС для городских, пригородных и междугородных перевозок. Это позволило провести и ряд независимых международных и национальных экспертиз, подтвердивших техническую состоятельность проекта. И начать проведение натурных работ в Сочи, где транспортная сеть переживает серьезный кризис и практически отсутствует устойчивое транспортное сообщение с уникальными курортами в горах (собственно, это не позволило провести там зимнюю Олимпиаду). Строительство СТС было включено в Федеральную целевую программу развития курортного региона на период до 2010 г.
Жаль, строить СТС реально собираются пока только там. Десятки российских регионов испытывают острую нужду в подобном проекте — Сибирь, Крайний Север, Дальний Восток с гораздо меньшими транспортными затратами и без потерь могли бы поставлять природные ресурсы в любую географическую точку и не ждать, как манну небесную, очередного «северного завоза». На шельфе бы выросли новые города — каждая анкерная опора совместима с необычным и архитектурно выразительным высотным зданием (жилой дом, отель, ресторан, спортивно-оздоровительный центр и т. п.). Исчезла бы и проблема Калининграда — для СТС понадобится только предоставление сопредельными государствами воздушного коридора (как для самолетов). Да мало ли еще что!
Несмотря на очевидные достоинства СТС, она не только не вытеснит другие виды транспорта, но и поможет им в развитии (разгрузив автотрассы и железные дороги, совершенствуя подвижной состав и т. д.).
У СТС своя ниша и на сегодня только один существенный недостаток — отсутствие этого вида транспорта в мире.

При подвижном составе в 10 десятиместных экипажей, скорости их движения 300 км/ч и интервале движения 30 с пропускная способность составит 24 тыс. пассажиров в час в двух направлениях, соответственно в сутки — 576 тыс. человек и 210 млн человек в год (из технико-экономического обоснования).

Серийно выпускаемые для СТС электродвигатели мощностью 25–50 кВт будут в 1,5–2 раза дешевле и долговечней двигателя внутреннего сгорания той же мощности. Из-за более простой конструкции (отсутствие радиатора, капота, багажника, фар и даже стеклоочистителей) корпус модуля дешевле автомобильного. Проще и дешевле у него и ходовая часть, подвеска (нет шин, механизмов поворота колес). Система управления оборотами двигателя и вращающим моментом в обоих транспортных средствах примерно одинаковые. С учетом этого можно прогнозировать: стоимость модуля будет в 1,5–2 раза дешевле легкового автомобиля, аналогичного по габаритам и комфортности.

Транспортный модуль многократно испытывался в аэродинамической трубе — даже боковому ураганному ветру (100 км/ч) не сбросить его с рельсов. Это обеспечивается оригинальной конструкцией колес (с двумя ребордами и независимой подвеской) и корпуса модуля (воздух обтекает его симметрично, не создавая поперечных, в том числе опрокидывающих, сил при любых скоростях). Кстати, на струнной трассе не опасен и гололед — механические напряжения под колесами превышают 10 кН/см2 — лед будет крошиться и сдуваться.

Одно из преимуществ СТС — высокие скорости. По мнению разработчиков, колесо еще не исчерпало своих возможностей — в конце 1990-х автомобиль преодолел скорость звука — 1200 км/ч. Проблемы не в колесе, а в гладкости пути (рекорды скорости установлены на трассах, проложенных на дне высохших озер). Но трасса СТС на сегодня — самая ровная и жесткая поверхность. Скорость на ней будет ограничена только аэродинамикой модуля и мощностью двигателя. Получены уникальные результаты, не имеющие аналогов в современном высокоскоростном транспорте, включая авиацию, — коэффициент аэродинамического сопротивления модуля 0,075 (и это еще не предел). Благодаря этому двигатель мощностью 80 кВт обеспечивает скорость двадцатиместного экипажа в 250–300 км/ч; мощностью 200 кВт — 400–450 км/ч; 400 кВт — 500–550 км/ч.

ЛинейнаЯ схема трассы (вид сбоку):

1 — двухпутная путевая структура; 2 — поддерживающая опора;
3 — промежуточная анкерная опора; 4 — пилон; 5 — поддерживающий канат.
Тип I — путевая структура СТС обычной конструкции;
тип II — то же с дополнительной поддерживающей канатной конструкцией с размещением каната
а) внизу; б) сверху — с параболическим прогибом; в) сверху — в виде вант.

Конструктивно и по нагрузкам опоры СТС близки к опорам ЛЭП. Минимальная высота — 1 м, максимальная ограничена лишь экономической целесообразностью, оптимальная — 10–20 м. Опоры могут быть железобетонными или стальными.

Опоры устанавливаются на свайном фундаменте. При высоте опоры 25 м перемещение верха опоры вдоль трассы даже на 50 см приведет к опусканию полотна всего на 5 мм.

Под действием веса конструкции струна провиснет на 5 см при следующих условиях: сила натяжения — 1–5 МН, длина пролета — 25–50 м, масса рельсового пути — 50–150 кг/м.
СТС спроектирована так, что в рельсе и струне при любых изменениях температуры меняется только натяжение, поэтому конструкция не может потерять устойчивости (в элементах нет усилий сжатия).

При перепадах температуры появляется вертикальное искривление пути. Для перепада в 100 °С (что бывает раз в 100 лет) максимальное искривление на пролете в 50 м составит около 5 мм, что легко компенсируется подвеской колеса при скоростях до 500 км/ч.