Начало статьи
Но самое поразительное действие движение поездов в бетонной трубе с вакуумом - это повышение скорости и экономичности перевозок, потому, что аэродинамическое сопротивление, играющее главную роль - уменьшится в тысячи раз! Наверное, не все читатели хорошо понимают законы физики, и поэтому они не догадываются - что означает 99 % вакуум и уменьшение сопротивления в полторы тысячи раз. Ну, это примерно условия как в ближнем космосе на высоте 200 километров над землей - где летают спутники. То есть даже в ближнем к Земле космосе - вакуум, хотя и неполный, потому, что в короне Земли содержится сильно разреженный водород - практически точно так же как в вакуумной трубе скоростной железной дороги. И вот суть в том, что любой спутник в ближний космос забрасывает ракета, но время действия ее реактивного двигателя сравнительно мало - примерно одну - две минуты. А вот дальше каждый спутник летает вокруг земли по инерции. Вот только сопротивление разреженного водорода настолько мало, что некоторые спутники могут летать десятки лет - запущенные в космос еще в 1972-75 года они кружатся вокруг Земли до сих пор и пролетели миллиарды километров - настолько мало аэродинамическое сопротивление в сильноразреженной атмосфере ближнего космоса. Тогда как в противоположность этому в воде, плотность которой в 800 раз больше чем у воздуха любое судно остановится примерно через 10-15 расстояний своей длины. А в вакууме - спутник по инерции пролетит миллиарды километров.
Так вот - очень легко подсчитать: насколько можно увеличить скорость поездов движущихся внутри трубы с почти полным вакуумом. Для этого надо всего лишь использовать метод пересчета с подобного объекта. Таким способом широко пользуются, например, в судостроении: многие суда особенно в подводной части очень похожи друг на друга. Так вот - чтобы сразу получить хотя бы приблизительные данные о мощности двигателя судна и его скорости - берут похожее судно и по так называемой адмиралтейской формуле просто подставляют мощность двигателя, и тут же вычисляют: какую скорость смогут получить. А в нашем случае все еще проще: возьмем для рассмотрения любой реальный скоростной железнодорожный поезд и примем, что в бетонной трубе будет двигаться точно такой же поезд с такими же электродвигателями - то есть с точно такой же мощностью. А изменится лишь сила сопротивления, которая уменьшится в тысячи раз, за счет уменьшения плотности газа в трубе. Методика подсчета элементарно проста. Всем известна формула Мощности, которую требуется обеспечить, чтобы конкретному телу развить определенную скорость. Но в нашем случае Мощность - это неизменная величина (то есть у двух сравниваемых поездов мощность абсолютно одинакова, значит = const). А изменяется только сила сопротивления движению и в результате от этого изменения - изменится скорость. Поэтому формулу N=F*v преобразуем в искомую нами скорость: v=N/F Где N - это мощность, F - сила сопротивления, а v - скорость.
Возьмем для примера обычный скоростной поезд со скоростью 300 км/ч. Я уж не говорю о том, чтобы брать поезда с рекордной скоростью порядка 500 километров в час, и уменьшив силу сопротивления, например в тысячу раз, получаем, что при этом условии поезд в вакууме сможет развить скорость порядка 300 000 километров в час! Но не спешите сразу отвергать эту полученную цифру, потому, что она чисто условная величина, так как вакуум может быть разной степени - как меньше, так и больше. И тогда и сила сопротивления может быть от всего в сто раз меньше, так и в десять или в сто тысяч раз меньше чем у наземного поезда. То есть в принципе скорость поезда в трубе с вакуумом может быть в принципе любой величины - от СТА ТЫСЯЧ километров в час - вплоть до МИЛЛИОНА км/ч!!! Это конечно совершенно абсурдные, хотя и абсолютно правильные с точки зрения арифметики цифры. Абсурдность цифры скорости поезда в трубе с вакуумом хотя бы в том, что теоретически он может ехать быстрее, чем летают спутники вокруг Земли с первой космической скоростью 29 000 км/ч! Чего естественно быть не может, так как тогда поезд оторвется колесами от рельсов и взлетит в космос. Однако, читатели должны понимать, что существуют чисто теоретические цифры, которые хотя и не являются достижимыми для практики, но несмотря на это показывают пределы к которым можно стремиться. Например, всем известен такой параметр как коэффициент полезного действия, который теоретически должен достигать 100%. Но в реальности это совершенно недостижимая величина, и как всем известно: кпд паровой машины паровоза всего 3%. И вот эта цифра хотя и очень далека от теоретического предела, но все равно даже паровозы принесли человечеству большую пользу. То есть не так уж важно, что теоретический предел скорости совершенно недостижим, но даже и меньшие скорости: например одна тысяча километров в час, две тысячи, три, четыре или пять тысяч километров в час - это все равно был бы великолепный для человечества результат! Например: расстояние от Москвы до Владивостока по железной дороге 9072 км, а по прямой линии железобетонной трубы с вакуумом: 6148 км. И выходит, что если ехать обычной железной дорогой - то надо потратить 118 часов - это почти 5 суток!! А если в трубе с вакуумом удастся развить скорость хотя бы в 1000 км/ч, тогда можно доехать всего за 6 часов. А ведь теоретически в вакууме можно достичь и 2000 км/ч, и даже 5 000 км/ч! То есть поездку от Москвы до Владивостока - всего за 1 час! И даже если взять намного меньшее расстояние от Москвы до Нижнего Новгорода - примерно 400 км, то доехать можно всего за полчаса! Это значит, что из Нижнего Новгорода и обратно можно будет за один день съездить несколько раз!!
Впрочем, наверняка тут многие скептики скажут, что достигнуть таких скоростей якобы совершенно невозможно: но тогда в ответ я приведу некоторые факты из истории развития транспорта: Первые локомотивы: «Догоним и перегоним лошадей!» Первый паровоз, построенный в 1804 году англичанином Ричардом Тревитиком, мог развивать скорость всего лишь до 10 км/ч, а в 1825-м поезд Джорджа Стефенсона прошёл по первой в мире железной дороге с регулярным движением между английскими городами Стоктоном-он-Тисом и Дарлингтоном со скоростью уже 24 км/ч... Во главе поезда находился паровоз, управляемый его строителем — Джорджем Стефенсоном... Впереди паровоза ехал верховой с флагом.
Двадцать четыре километра в час! Это, конечно, была невысокая скорость даже по тем временам. Ведь поезд перегоняли бегущие рядом зеваки, рискующие попасть под колёса! Вот почему в железнодорожных правилах того времени был вошедший теперь в поговорку, правда уже с другим смыслом, запрет: «Не бегите впереди паровоза!».
И хотя Стефенсон, этот гениальный изобретатель-самоучка, читать и писать научившийся только в 18 лет, обещал построить локомотив, который будет развивать скорость более 20 миль/ч (32 км/ч), над изобретателем посмеивались, называя его изобретение «самоваром на колёсах». Один из тогдашних журналистов писал: «Нет ничего более смешного и глупого, чем обещание построить паровоз, который двигался бы в два раза быстрее почтовой кареты. Также маловероятно, что англичане доверят свою жизнь такой машине, как и то, что они дадут себя добровольно взорвать в ракете». «Ракетой» назвали свой новый паровоз отец и сын Стефенсоны
Когда же в 1803 году испытывался первый паровоз Р. Тревитика с гладкими, незубчатыми колёсами, стоящий на таких же гладких рельсах, многие собравшиеся не верили, что паровоз вообще сможет сдвинуться с места. А после того как он всё же разогнался до скорости 10 км/ч, в толпе раздались крики: «Теперь он никогда не остановится!» Подробнее см.: https://www.nkj.ru/archive/articles/29865/ (Наука и жизнь, Физика в истории железных дорог) Этот пример наглядно показывает - насколько глупы обыватели, предсказывающие пределы развития техники.
Вспоминается, как в автомобильных гонках 1895 года автомобилист приехавшим первым с рекордной скоростью км/ч кричал от радости. "Первым прошел гигантскую дистанцию двухместный "Панар-Левассор" мощностью 3,5 л. с. под стартовым номером 5, прозванный "Пам-Пам". За рулем один из его создателей, Эмиль Левассор. Весь путь он прошел за 48 часов 47 минут со средней скоростью 24,42 км/ч. Когда гонщик вышел из машины после свершения такого технического и спортивного подвига, он произнес знаменитую фразу: "Это было безумие! Я делал до тридцати километров в час!" Сам же конструктор не хотел верить в возможность достижения более высоких скоростей на автомобиле. На торжественном банкете по случаю победы один из ораторов предложил тост "за достижение в ближайшее время фантастического рубежа в 80 километров в час". На это Э. Левассор ответил: "Достоин сожаления тот, кто когда-нибудь еще возьмется за осуществление этой необычайной глупости!" На это граф де Дион возразил: "Будущее принадлежит тем, кого мы сегодня принимаем за сумасшедших". Он оказался прав.
То есть из этого видно, что все предсказания о пределе достижимой скорости делают только профаны. Поэтому желательно определить технический предел скорости для железнодорожных поездов в трубе с вакуумом. Так как известно, что сейчас скоростные наземные поезда могут развивать рекордную скорость 581 км/ч, и дальнейший ее рост ограничивается видимо только сопротивлением воздуха и ударной волной, то убрав оба эти ограничивающих фактора, можно многократно повысить скорость - начиная как минимум от 1000 км/ч, и возможно вплоть до 10 000 км/ч. При этом, автору неизвестны какие в этом случае могут возникнуть новые ограничения на достижение больших скоростей, да и не стоит об этом задумываться, как например известные писатель Виктор Конецкий говорил : "Упремся - разберемся", это он говорил о ледовых полях, которые могли встретиться на пути его судна при следовании по северному Морскому пути - зачем гадать какие льды будут впереди: упремся - разберемся. Точно так же и со скоростными поездами в вакууме - при огромных скоростях, возможно будут нагреваться и раскаляться рельсы или колеса, или крошится обода колес, да много еще чего. Но сейчас заранее гадать об этом не стоит - это также как на заре развития авиации в эпоху полотняных бипланов со скоростями не более двухсот километров в час не стоило задумываться о том, как и проблемы и ограничения могут возникнуть при скоростях больше скорости звука. Но не следует считать их недостижимыми. Тут всем читателям надо понимать, что для сверхзвуковой авиации имеется несколько ограничений, из-за которых реактивные самолеты (как пассажирские, так и военные) не могут пока развивать скорость свыше 2-3 скорости звука. Это, во-первых: аэродинамический нагрев конструкции самолета возникающий от трения самолета об воздух, и невозможность работы газотурбинных двигателей на больших скоростях, а так же их неэкономичность.
Известно, что борт советского авиалайнера Ту-144 в полете нагревался до температуры 100 градусов, и пассажиры при выходе из самолета после окончания полета иногда обжигались, если дотрагивались до бортовой обшивки этого самолета. Но для железнодорожных поездов будет обеспечено движение в вакууме - а значит полное отсутствие аэродинамического нагрева. Ведь, например спутники летают в ближнем космосе десятки лет, и при этом нисколько не нагреваются благодаря тому, что они движутся в вакууме. Вдобавок к этому все самолеты летают только за счет того, что имеют крылья для полета, которые обеспечивают подъемную силу. Но обыватели не знают, что при этом крылья создают и сопротивление, которое больше, чем у фюзеляжа. А у поездов никаких крыльев естественно не будет, так как они ездят по рельсам, и даже только от отсутствия этого фактора их сопротивление будет меньше чем у самолетов. А если прибавить еще и что поезда будут ездить в вакууме, тогда тем более они смогут развивать скорость больше, чем самолеты. Третьим ограничением сверхзвуковых самолетов является невозможность дальнейшего увеличения скорости из-за работы турбореактивного двигателя. Дело в том, что все турбинные лопатки точно так же как и воздушные винты рассчитываются на определенный угол атаки, и если скорость самолета становится выше определенного предела, то газотурбинный двигатель просто не сможет двигать его вперед, поскольку его тяга будет равна нулю. И вот поэтому не строят газотурбинных самолетов со скоростями больше 4-5 махов. А железнодорожный поезд движущийся в трубе с вакуумом будет разгоняться электродвигателем получающим энергию из внешнего источника и у него совершенно не будет такого ограничения как угол атаки газотурбинных лопаток, поэтому теоретически сможет, постепенно разгоняясь достигать скорости возможно вплоть до 10 000 км/ч. Но не стоит спорить о том, какую скорость смогут развивать поезда ближайшего будущего двигающиеся в трубе с вакуумом: 1000 или 10 000 километров в час. Потому, что это все равно настолько большие цифры, что перевозка грузов с такими скоростями даст огромный рывок технического прогресса и экономики.