Про любимый струнный трактор.
"А не посчитать ли нам,
состоятельные кроты?"
Типа сказка.
Впервые с идеями Юницкого я познакомился в четвертом номере журнала “Юный техник” за 1988 год. Про струнный транспорт было там немного, а больше места занимала главная идея — орбитальное кольцо. Идея, не побоюсь этого слова, великая. На уровне космического лифта.
По крайней мере, предназначение этой идеи ровно такое же: дешевая безракетная доставка на орбиту миллионов тонн груза.
Да, Вы не ослышались. Именно без ракет; именно миллионы тонн.
Механика в основании идеи весьма простая. Центробежная. Представим себе планету с обручем на талии. Раскрутим обруч. Обруч во время раскрутки немного растянется. На некие доли процента. Конкретно — большинство известных металлов могут деформироваться без разрушения (в упругой стадии) — на величины, равные единицам процентов.
Теперь берем 1 (один) процент акций Газпрома... Ой, то есть длины земного экватора. Один процент от 40 000км составит — правильно, 400км. Длина окружности есть произведение диаметра ее на число пи; то есть — удлиняя окружность на 400 км, мы увеличиваем ее диаметр на 130км. По 65км чистой высоты с каждой стороны планеты Земля.
А высота границы космического пространства всего 100км.
И ведь металл можно подобрать и попластичнее, чтобы процентов было хотя бы 2. Да и кроме металла можно подобрать какой-нибудь углепластик или там наночугуний с требуемой упругостью. Это на 20 процентов упругой деформации материал найти сложно. А на 2 — задача для внимательного чтения справочника.
Результат же — колечко массой несколько тысяч тонн выходит на орбиту высотой 130км, срабатывают пиропатроны, далее заатмосферные буксиры растаскивают куски кольца по получателям.
На пути реализации этой — без шуток, великой! — задумки — стоят сто технических проблем и одна политическая. Технические проблемы — раскрутить хула-хуп до 7000км/с, чтобы он при этом не сгорел в атмосфере, не выбил пробки по всей планете, и не запарафинил свою грузовую начинку — таки надо иметь талию!
Политическая проблема — орбитальное кольцо не признает границ. Это артефакт планетарного масштаба. Боюсь, что и сделать его под силу только планете в целом. Объединенному человечеству.
Видимо, Юницкий тоже это осознал.
И переключился на струнный транспорт, статьи о котором с некоторых пор в изобилии украшают интернет. Вот уже и в “Популярную механику” просочились.
И стоило бы мне порадоваться за земляка, реализующего свои мечты. Тем более, что работал он в Институте Полимеров, ровно через дорогу напротив Белорусского Института Инженеров Железнодорожного Транспорта.
Да только радоваться что-то мешает. То ли пять лет обучения в том самом БИИЖТе, то ли учебник физики.
Вы не спешите хвататься за шашку и клеймить меня ретроградом и консерватором. Известно даже и мне, что никакая техника с самого начала не родилась идеальной. Автомобиль перекалечил уйму народа, пока не придумали электростартер. Да и потом как-то не сильно успокоился. Авиация начиналась с натуральных тряпкопланов. Первый и второй цеппелины стали игрушкой ветра; но и гораздо более совершенные творения лучших в мире американских механиков 1930х — дирижабли “Акрон” и “Мекон” — также погибли в урагане. Да что там далеко ходить, вот недавно в Англии новый воздушный мегакорабль испытывали — тоже носом в поле воткнули.
Но никто же не говорит, что аэростатика зло и что принцип воздухоплавания ошибочен.
Ибо доказано на практике, что все упомянутые катастрофы суть несчастливые случайности. А кроме них, были сотни дирижаблей, намотавшие миллионы километров без единой аварии.
Так, может статься, и струнный транспорт есть идея прорывная, спасительная, просто находящаяся пока что в пеленках? Вон, Сикорскому тоже втирали, что при отключении одного мотора многомоторный самолет закрутит, и никакие рули не спасут. Ну а как же: плечо метров пятнадцать, тяга двигателя на крыле под сто кобыл, и момент тоже должен образоваться... Ну, примерно, такой, как в нижней колонне девятиэтажного каркасного здания. Приблизительно 150Т*М. Такое чисто бетонные колонны не держат, армировать надо.
Сикорский, однако, критикой пренебрег, взлетев на “Русском витязе”, а потом и до эскадры кораблей “Илья Муромец” дошло.
Что же более десяти лет мешает взлететь струнному транспорту Юницкого?
В отличие от всепланетного кольца, струннику политические проблемы не страшны.
Страшны технические.
О них-то и поговорим.
Что, по замыслу Юницкого, представляет собой струнный транспорт? Это набор стоек, на которые натянута сверхпрочная нить, закрепленная по концам. По нити катается тележка с грузом либо с пассажирами. Пример: линия электропередачи. Еще пример: гитарная струна. Есть жесткое крепление в деке, есть опоры-лады, и есть механизм натяжения — колки. Если струна ослабнет, то подкручиванием колков этот дефект легко устраняется.
Но это у нас пример микроскопический. В руки можно взять. А как решается проблема постоянного равномерного натяжения висячей нити на практике? Например, как держатся в натянутом состоянии провода трамвая и электрички? Ведь зимой они от мороза укорачиваются, а летом расширяются.
Эта проблема решена давно, есть некий набор грузов — все их видели на станциях, из окна поезда. Такие диски с прорезью, набирать необходимую массу. И тут у меня первый вопрос:
Какую конкретно массу?
Какое конкретно натяжение должно быть в тросе для того, чтобы он держал вес груза?
Эта проблема тоже давно известна. Берем уравнение цепной линии (его знает гугл, так что здесь не привожу), подставляем в него нагрузку...
Какую конкретно нагрузку?
Сначала вес самого троса. Это как в ЛЭП да в проводах трамвая-троллейбуса. Сравнительно немного.
Дальше, вес вагончика, что будет кататься по тросу. Ну, технология у нас супер-прорывная, потому вагончик у нас сверхпрочный, сверхлегкий, сверхпухлый.
А если не будет сверхпухлый, так в него груз не влезет.
Потому как главное, ради чего вся эта мега-гитара настраивается — это грузопоток.
И тут — задолго до расчетов рельса — у меня вопрос. Вот я вижу обычную железную дорогу. Вес крытого вагона 26 тонн. Вес полувагона 23 тонны. Вес платформы 21 тонна. Как видно, надстройка — борта и крыша — весят от 5 до 2 тонн, а основная масса (порядка 18 тонн) — это хребтовая рама и тележки. Тем более важна масса тележек, что сам Юницкий в статье упирает на отказ от магнитной левитации, и клянется применять самые что ни на есть классические колеса. Надо полагать, с тормозными барабанами, сцепкой, и другими необходимыми предметами.
Обычный товарняк состоит в среднем из 50 вагонов. Иначе он себя не окупит. Удлинение состава — основной способ удешевить перевозки. Те же австралийцы, те же буры в ЮАР собирают рекордные “змеи” из 1000 вагонов. Но это, как всякий экстремум, в расчет не берется. Давайте посчитаем, состоятельные кроты, сколько завесит поезд в 50 вагонов. Возьмем для примера, что вес вагончика у нас в два раза меньше земной ж/д платформы, то есть не 21 тонна, а всего лишь 10. У нас же технология прорывная, супер-мега-хайтек. Колеса из углекерамики, рама титановая (не золотая, господин инвестор! Титановая!), пружины навиты из шелка венерианского ракопаука и потому весят копейки. (А вот стоят... М-да...) Но при этом прочность, вместимость, надежность, срок активного использования — в точности как у обычных платформ. Какими средствами это все достигнуто, я по условиям задачи, даже не буду спрашивать. Ведь мы же договорились новую прорывную технологию не торпедировать злоехидностью, а всячески поддерживать.
Итак, состоятельные кроты, пустой поезд весит 50х10=500 тонн. Длина его составит 13х50=650метров. То есть, при заявленном шаге опор 1-1,5км, весь поезд помещается в одну ячейку цепной линии. Вопрос чисто математический: какой провис линии образуется под таким вот весом? Какое напряжение возникнет в тросе?
Я на эти вопросы отвечать не буду. В гугле есть формула цепной линии. Нагрузку я вам...
Стоп, состоятельные кроты. Ладно, что поезд без тепловоза. У нас мотор-колеса, хайтек мы или где? Да, это удорожает платформы, но сильно упрощает формирование поездов и чрезвычайно облегчает управление, например, поезд может синхронно тронуться с места без обычного рывка.
Но ведь 500тонн на 650метров — это пустой состав! А на кой черт нам пустой состав?
Грузоподъемность вагончика принимаем 60тонн. Итого с массой тары 70тонн/вагон. Итого в 50-вагонном составе 50х70=3500тонн на длине 0,65км.
Состоятельные кроты, на Хиросиму упало всего-то в шесть раз больше. Люди боярина Кужугетовича тут ведь могут и поинтересоваться: а чем гарантируете, что все это богатство не упадет на голову обычному горожанину? И как мы будем устранять последствия этакой конфузии?
В статье Юницкий обещает экономить драгоценную землю мегаполисов, а это значит, что путь наш будет протянут над мегаполисом же. Кому в пустыне надо 3,5кТ грузов?
Тут, конечно же, мне возразят, что многие виды транспорта несут немалую опасность: и эстакады валятся, и поезда с рельсов сходят почем зря, и трубопроводы лопаются. А уж самолеты так вообще крылатая смерть.
Я же отвечу: эстакады над жилыми массивами никто не строит. В том числе — из соображений уменьшения риска. Вокруг железных дорог у нас — зоны отчуждения, которые называются так не потому, что военным шибко загорелось учинить всеобщую тайность, а чтоб не пришибло проходящим составом. По земле-то составы и длиннее 50 вагонов не в диковину.
Автомобили и самолеты же несут груз на два порядка (в сто раз) меньший, чем один-разъединственный поезд. Груженая фура всего-то тридцать тонн весит, а не три тысячи. И да, она может проломить отбойник, обрушиться на дорогу под виадуком. Но не на крышу жилого дома, все-таки. Грузоподъемность самолетов тоже не слишком велика. На каждые 188 тонн рекордной грузоподъемности Ан-225 “Мрия” приходится целый экипаж высокопрофессиональных пилотов, и огромная сеть диспетчеров, радаров по всему свету. По счету железнодорожников, 190 тонн — жалкие три платформы. Потерять на сортировке три платформы — как два пальца об асфальт, а вот какой шум поднимется, стоит Ан-225 один-единственный раз на связь не выйти!
Откуда видно, что наш струнный транспорт по грузопотоку вынужден конкурировать с железной дорогой — ему тоже нужна линейная инфраструктура, опирающаяся на твердь земную. Будет возить мало — не окупятся сложные анкерные опоры, система обычных опор.
А вот по рискам и сложности ликвидации последствий аварии у струнного транспорта конкурентов считай что и нет. Не может пока на землю упасть самолет весом 3,5кТ. И что-то не печалит меня это нисколько.
Но мы еще не начали рассчитывать собственно рельс — главнейшую и важнейшую несущую деталь в системе.
Да, пожалуй, рельс я рассчитывать и не буду. Вы же скажете, что я нарочно цифры подтасовал, чтобы завалить новое и полезное начинание. Формулу цепной линии найдете в гугле, кому интересно. Нагрузку я сказал. Только, если в процессе расчета внезапно включится мозг — может оказаться больно.
Мы же рассмотрим некоторые иные аспекты проблемы. Тоже технические. Напомните мне, пожалуйста, когда последний раз на свет появлялась гитара с изогнутым грифом. Кажется мне, что не припомнят подобного старожилы. Потому что натянутая струна — прямая. А если струна кривая, так это значит, что она сорвалась с колков и груз не держит.
Как же в нашей системе совершать банальнейшие повороты? Наш ближайший конкурент по грузопотоку — железная дорога — совершает повороты радиусом от 1500 м до 4600 м, в зависимости от скорости. По заверениям Юницкого, скорость его транспорта на обычном вантовом мосту составит 150 км/ч, и как раз для такой скорости табличный радиус поворота рельсовой колеи 4600 м. Дальше начинаются спецпоезда, всякие там “Золотые лани”, “Сапсаны” да шинкансены.
Натянутая струна не может быть изогнута в плане никаким радиусом.
Хорошо, мы тщательно рассчитаем трассу пути — у нас ведь преимущество, мы можем ставить опоры где захотим, и перешагивать через реки, овраги, дороги — и между двумя прямыми участками вклеим криволинейную балку. Вот криволинейную балку я самостоятельно рассчитывать не рекомендую. Тут даже включение мозга не всегда помогает. Проверено.
Но у нас мега-хайтек, у нас имеются компьютерные программы, и даже двести сорок инженеров наняты уже. Они все посчитают, все учтут. Например, центробежную силу, действующую на повороте на один вагончик весом 10 тонн, да груженый 60 тоннами, к примеру, миланских макарон, да набравший обещанную изобретателем скорость в 600 км/ч.
К слову сказать, летчик Талалихин на своем “И-16 тип 29”, защищая небо Москвы ночным тараном, мог развить жалкие 525км/ч. А так-то разницы никакой, тоже виражи в небесах. У летчика Талалихина на виражах от перегрузки в глазах темнело, но мы-то макароны везем.
Что? Пассажиры все-таки будут?
Хорошо, рассмотрим тогда еще и этот аспект. Допустим, что двести сорок в меру голодных самураев не зря едят морковку, и что проблемы перегрузок на поворотах решены. Японцы для шинкансенов решили, итальянцы для “Золотой лани” решили, французы для TGV решили тоже. Как пассажиру сделают хорошо в поезде — не проблема.
Проблема: как пассажиру попасть в поезд. Как пассажиру по выходу из поезда вернуться на землю?
И при этом опять же: если будет у нас маленький пассажиропоток, маленький грузопоток, будут у нас легонькие небольшие вагончики — решатся сразу все проблемы. И с натяжением линии, и с прочностью-устойчивостью опоры, и риском падения груза — груз-то будет небольшой, а материалы линии будут работать с меньшей нагрузкой, с куда большим запасом прочности.
Только никому не нужна будет подобная линия в силу малой же пропускной способности.
Хорошо было Цеппелину: кроме его сосисок, никто до Лондона даже и долететь не мог, а не то чтобы двухтонную бомбу на Английский банк сбросить. А уже вернуться домой одним куском — так и вообще подвиг эпический.
Неплохо было и Сикорскому: никто многомоторниками всерьез до него не занимался.
А вот у струнного транспорта конкурентов много. И каких!
От многократно охаянного монорельса (мало он перевозит, маршрутки и то вместительней), до властелина и царя пассажиропотока — скоростного трамвая.
Струнный транспорт — зеркальное отражение метро. Только в метро эскалатор уходит вниз, а в струннике — вверх. Остальные проблемы те же: узость входа на станцию; опасность накопления толпы на станциях при задержке поездов; высокий риск и невозможность оказать помощь при застревании поезда на перегоне. При том, что пассажиров метро еще можно по рельсам вывести. А пассажиров струнника на чем снимать?
Вопросы случайного обрыва струны мы тут вообще не рассматриваем. Мы же изобретателю доверяем — что уж прочность-то будет обеспечена в первую голову. А вот люди боярина Кужугетовича, пожалуй, не будут так легковерны.
Тут самое время апологетам идеи возмутиться и возразить, что все указанные проблемы изобретатель давно разрешил, только защитил патентами, и потому все цифры и способы насквозь секретные.
Тогда почему это в статье совершенно никак не отражено? Если там эти проблемы даже не перечислены?
На чем основано убеждение Юницкого, что струнник заменит автомобиль? Наверное, на сравнении радиусов поворота струны и малолитражки? Или на сравнении стоимости анкерной опоры (или даже пары десятков рядовых опор) со стоимостью асфальтированной двухполосной (6,5м ширины) дороги?
А может быть, высочайшая устойчивость опор к зубам террористов дает основания так сильно хвалить струнник? В самом деле, хлопотно патрулировать двадцать километров дороги целым батальоном (300чел). Куда проще посадить по отделению (по 10чел) на каждую из 20 опор, а оставшуюся сотню подгонять по вызову в нужное место. Правда, если террористы подорвут асфальт, (и даже рельсы), починить это несколько проще, чем затолкать обратно в небеса поезд массой в 1/6 Хиросимы. Но как раз эти аспекты защитники струнного транспорта даже и не упомянули в статье.
Почему Юницкий (или его апологеты) не обсуждают зависимости конструктивных решений от необходимой по массе пропускной способности?
Защита от порывов ветра, который на большой высоте имеется всегда?
Почему авторы статьи не упомянули хотя бы списком, кратенько, главнейшие преимущества струнника: возможность перешагивать опорами элементы рельефа, возможность полностью автоматически управлять капсулами, возможность высаживать пассажиров точно на крышу их многоэтажки, или какие там они есть еще?
Почему и достоинства и недостатки транспорта обсуждают не его авторы, а люди посторонние, в данном случае — я? Не только в статье — на сайте компании Юницкого никаких вообще рассуждений о технической стороне вопроса нет. Только много-много слов, сильно-сильно напоминающих любимые русские три буквы. Это я о “МММ”, чтобы кто плохого не подумал.
Хотелось бы мне видеть ответы хотя бы на часть поднятых тем.
Прежде всего — прочность рельса. Материалы, способные работать в условиях переменной температуры и влажности под динамическими нагрузками от килотонных составов, под порывами ветра, при постоянном напряжении в сотни и тысячи МПа — мне неизвестны. Если состав и технология материалов суть ноу-хау — пусть так. Но само наличие таких материалов на планете Земля представляется мне исключительным технологическим прорывом.
Далее, как обеспечивается подъем-погрузка-выгрузка-спуск людей и груза в промышленных объемах?
Если нет замысла организовать промышленные объемы перевозок, то какие именно объемы? И какую тогда нишу займет транспорт, который перевозит меньше, чем поезд, и при этом не имеет доступа в каждый склад и двор, как автомобиль?
Далее, какие меры для обеспечения безопасности?
Как планируется ликвидировать последствия аварии?
Вместо этого в статье упоминания о неверии в технологию, о фруктовых садах и фотошопе. А во что мне верить, если никакой информации не представлено, одни поверхностные рассуждения, да симпатичные картинки?
Чем глубже вникаю, тем острее чувствую — не доехали те шестьдесят тонн миланских макарон.
Не доехали!
(с) КоТ,
Гомель, предпоследний день лета
