Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2011 № 10
А вот англичане решили, что подобные системы могут оказаться весьма полезны и на железной дороге. Министерство транспорта Великобритании сделало заказ компании Govia. В итоге на ряде железнодорожных линий в Мидленде вскоре начнут курсировать пассажирские поезда, работающие на маховиках. Самоходные вагоны для них на 60 пассажиров поставляет Parry People Movers. Изначально планировалось выпускать электрические вагоны, но литий-ионные батареи очень дороги. В итоге приняли решение для накопления энергии использовать не батареи, а маховики. Вагоны оснащены огромными дисками, каждый из которых весит более 500 кг. Раскручиваются маховики до скорости 2500 оборотов в минуту.
Сейчас по железнодорожной линии уже курсируют 12 вагончиков в режиме опытной эксплуатации. Уже перевезено 100 000 человек. Вагоны проявили себя как очень надежные. Теперь решено ввести мини-поезда на маховиках на несколько линий и продлить эксперимент еще на пять лет.
Действует маховичная двигательная установка следующим образом. Двухлитровый двигатель внутреннего сгорания, который работает на пропане, приводит в движение маховик. Тот, в свою очередь, соединен гидравлической трансмиссией с передней ведущей осью. Предельная скорость вагона — 65 км/ч.
Компании Govia разработала различные модели вагонов, в одних установлен 500-килограммовый маховик, в иных — 750-килограммовый. С маховиком связан не только ДВС, но и электромотор. В случае, если на станциях будут особые розетки, то, может быть, пускать в ход ДВС совсем не будет нужды. На одной станции электромотор включат в розетку, он раскрутит маховик за несколько минут, и запаса энергии хватит, чтобы добраться до следующей станции. Но даже в нынешнем варианте 5 литров топлива обычному вагону хватит на 3,2 км пути, автобусу — на 11 км, а мини-поезду, о котором идет речь, — на 24 км. Таким образом, выгода налицо.
Кстати…
ШАРОХОД ТОЖЕ ПОШЕЛ…
Мы уже несколько раз рассказывали об идеях наших соотечественников, пытавшихся создать и шароходы. В 30-е годы прошлого века были попытки пустить шаропоезд особой грузоподъемности. А в 90-е годы наш читатель А. Волков предложил проект шарохода-вездехода для Арктики. Следующий шаг сделал болгарский изобретатель Казимир Асенов.
Транспортный шар под названием «Rollersphere» предназначен для перевозки людей на больших скоростях, полагает изобретатель. «Это электродинамическое автотранспортное средство, оснащенное несколькими мощными двигателями, которые получают энергию от солнечных батарей, — пояснил он. — Движителем шарохода является уникальная гусеница-шина, опоясывающая весь шар. Управлять транспортным средством можно при помощи специального джойстика. Если вы соберетесь сделать левый поворот, шар наклонится влево. А если вам надо повернуть направо, то вправо. Так поворачивают профессиональные мотоциклисты во время гонок».
Кроме того, шар снабжен амортизаторами, благодаря чему человеку внутри будет комфортнее при езде по бездорожью. За прочность же самого шара тоже беспокоиться не стоит, поскольку изготовлен он из карбона и титана.
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Ядерная материя профессора Болонкина
В наши дни специалисты особое внимание стали обращать на нанотехнологии и получаемые с их помощью нано материалы. По это еще не все. Как полагает наш соотечественник, доктор технических наук, известный по работе в НАСА и научных лабораториях ВВС США, профессор Александр Александрович Болонкин, следующий шаг материаловедов — обращение к ядерной материи.
Как известно, любой материал в мире можно составить примерно из сотни атомов элементов, входящих в таблицу Д. И. Менделеева. Атом, в свою очередь, состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов, и количество протонов, нейтронов и электронов определяет тип атома и его свойства.
Размер атома — доли нанометра (нанометр — одна миллиардная доля метра, 10-9 м). Но размер ядра в нем еще в миллион раз меньше и равен нескольким фемтометрам (10-15 м). То есть практически все вещества состоят в основном из пустоты, в которой частицы материи связаны друг с другом ядерными и электромагнитными силами.
Развивающаяся в последние 15 лет нанотехнология занимается проектированием новых материалов из атомов и молекул. Главное ее достижение — это нанотрубки — искусственные волокна из графита, а также графен — тончайшая (в один атом) графитовая пленка. Они теоретически примерно в 10–50 раз прочнее стали. Но это предел прочности атомных материалов.
В 2008 году А. А. Болонкин разработал теорию проектирования материалов из ядер. Ядерные силы в миллионы раз больше атомных и молекулярных сил, и соответственно прочность ядерных материалов в миллионы раз выше прочности нанотрубок. Кроме того, ядерная материя как показывают расчеты, обладает удивительными свойствами, например, способностью не терять прочность при температуре в миллионы градусов.
Ядерная материя уже существует в природе на нейтронных звездах, напоминает исследователь. Но там она собрана в единый большой комок и очень тяжела. Ядерная материя профессора Болонкина, которую он еще именует АБ-материей — по первым буквам своего имени, — должна отличаться тем, что она будет производиться в виде ажурных конструкций — нитей, пленок, сеток, которые будут обладать фантастической прочностью.
«На поверхности нейтронных звезд давление равно нулю, — говорит профессор Болонкин. — Эго значит, что ядерная материя может существовать и в нашем мире. Известно, что протоны (частицы ядерной материи) ученые получают и используют в своих экспериментах. Надо научиться составлять из них ядерные конструкции…»
По мнению исследователя, ядерная материя должна также иметь почти нулевую теплоемкость и теплопроводность. Это следует из того, что обычные атомы не способны передать часть своей энергии плотной ядерной материи, как мячики пинг-понга не способны раскачать стальную стенку, ударяясь о нее. Кроме того, по его мнению ядерная материя абсолютна химически стабильна, а значит, может существовать практически вечно.
«Ядерная материя может быть практически невидимой, — добавляет профессор. — Ведь если расстояние между нитями АБ-материи в несколько раз больше, чем длина волны видимого света (400…800)х10-9 м, свет будет беспрепятственно проходить через такую конструкцию и она станет невидимой. Если автомобиль, самолет или космический корабль будет сделан из такого материала, вы будете видеть человека, но не будете видеть корабль, в котором он летит. Вместе с тем материал будет совершенно непроницаем для газов, жидкостей и твердых тел, поскольку ячейки сетки ядерной материи меньше расстояния между атомами — 10-10 м. Поэтому такая сетка может не только быть защитой от радиации, отравляющих газов, но также послужит надежной броней против пуль, снарядов и ракет. А кроме того, будет обладать сверхпроводимостью при обычных температурах, гигантской электрической прочностью, нулевым коэффициентом трения и многими еще удивительными свойствами.
Некоторые формы АБ-материи — нити, стержни, балки в представлении А. Болонкина.
Исходя из выше сказанного, получается, что из ядерной материи можно будет строить всевозможные механизмы, обладающие немыслимыми ныне свойствами. Так, к примеру, полагает профессор Болонкин, автомобиль, имеющий 2-граммовый маховик, сможет всю свою жизнь ездить на одной раскрутке. А самолет летать многие десятилетия, имея всего лишь 100-граммовый маховик. Космические корабли смогут развивать скорость в 10 тысяч раз больше, чем нынешние ракетные двигатели, и достигать скорости 0,1 от скорости света.
В общем, ядерная материя — практически идеальный материал, о котором можно только мечтать. Только пока неизвестно, как его можно создать. На нейтронных звездах получению такой материи способствует гигантское тяготение. Как его добиться в условиях нашей планеты?
При современном развитии науки и техники это кажется невозможным. Однако исследователь утверждает, что его задумка может быть осуществлена в скором будущем. Физики научились расщеплять ядра атомов на протоны и нейтроны, разгонять частицы до неимоверных скоростей и сталкивать их. И потому чего-то сверхъестественного при изготовлении АБ-материи не потребуется. По мнению профессора, все должно происходить примерно по той же технологии, по которой сейчас производятся микросхемы. Например, один из вариантов производства АБ-нитей и сеток может выглядеть так. «В вакуумный контейнер нужно с одной стороны поместить экран, своеобразную матрицу, в которую с противоположной стороны будут стрелять протонные и нейтронные пушки, — рассказывает профессор. — В свою очередь элементарные частицы станут дополнительно ускорять при помощи металлических сеток, на которые подадут необходимое напряжение. Оседая на матрице, протоны и нейтроны благодаря своей скорости смогут преодолеть электромагнитные силы, мешающие им сблизиться в обычных условиях. Подлетая друг к другу на минимальное расстояние, они сцепятся под воздействием ядерных сил, и уже мало что сможет их разъединить».
