ОАО «НИИВТ им.С.А.Векшинского» взаимодействует с Объединенным ученым советом ОАО «РЖД» в деле создания российской вакуумно-левитационной транспортной системы

ОАО «НИИВТ им.С.А. Векшинского» стоит у истоков организации в ОАО "РЖД" рабочей группы по вопросу применения вакуумной среды для создания скоростных транспортных систем.

30 октября 2015 года состоялось знаковое заседание Объединенного ученого совета ОАО «РЖД», посвященное вопросу применения вакуумной среды для создания скоростных железнодорожных систем.

По итогам заседания было принято решение об организации рабочей группы по вопросу применения вакуумной среды для создания скоростных транспортных систем, в состав которой вошли:

1. Б.М. Лапидус − председатель Объединенного ученого совета, Генеральный директор ОАО «ВНИИЖТ» д.э.н., профессор;

2. В.М. Фомин − директор Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения РАН, академик РАН, д. физ.-мат.н., профессор;

3. С.Н. Васильев − директор Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, академик РАН;

4. Д.А. Мачерет − первый заместитель председателя Объединенного ученого совета, д.э.н., профессор;

5. А.А. Зайцев − руководитель Научно-образовательного центра инновационного развития пассажирских железнодорожных перевозок (НОЦ ПП) ПГУПС, д.э.н., профессор;

6. М.М. Железнов − заместитель председателя Объединенного ученого совета, первый заместитель Генерального директора ОАО «ВНИИЖТ» по науке, к.т.н., доцент;

7. О.Н. Назаров − заместитель Генерального директора ОАО «ВНИИЖТ», к.т.н.;

8. Р.В. Мурзин – заведующий лабораторией «Электровозы» отделения «ТПС» ОАО «ВНИИЖТ», к.т.н.;

9. В.Ю. Кирякин − главный конструктор отделения «ТДК» ОАО «ВНИИЖТ», к.ф.-м.н.;

10. Е.Ю. Титов − ученый секретарь Объединенного ученого совета ОАО «РЖД», к.т.н.;

11. Ю.А. Терентьев − независимый научный эксперт в области вакуумного транспорта на магнитной подушке по технологии ЕТ3;

12. И.А. Воробьев − генеральный директор ОАО «НИИВТ» им. С.А. Векшинского, к.э.н.;

13. Р.О. Кондратенко – начальник отдела перспективных технологий ОАО «НИИВТ» им. С.А. Векшинского, к.т.н.

Первоочередными задачами рабочей группы стали: концентрация усилий на грантовой поддержке, в том числе работе с РФФИ и РНФ (http://www.rfbr.ru/rffi/ru/news_events/o_1956812 ); формирование тематики работ; разработка алгоритмов решения научных проблем и изучение мирового опыта и российских заделов в области применения вакуумной среды для создания скоростных транспортных систем.

17 марта 2016 года на заседании рабочей группы приняты за основу положения доклада Генерального директора НИИВТ Воробьева И.А. «О возможностях, специфике, научных задачах по созданию вакуумной среды для транспортных систем» для формирования реестра задач научного сообщества в рамках создания концепции вакуумно-левитационной транспортной системы под эгидой ОАО «РЖД» (http://www.vniizht.ru/?id=20&news=512).

В протоколе заседания отмечается целесообразность использования накопленного ОАО «НИИВТ им.С.А. Векшинского» опыта в конструировании больших вакуумных систем, в том числе для испытаний космических летательных аппаратов и создания сложных криогенных систем для оборонной промышленности, а также применение научных заделов при решении следующих локальных задач в рамках создания вакуумной среды для движения транспортных средств:

1. Определение рациональных размеров диаметра вакуумного трубопровода и габаритов транспортного средства и их соотношения;

2. Подбор систем кондиционирования и жизнеобеспечения;

3. Обеспечение герметизации, тепловой и звуковой защиты салона;

4. Разработка систем накопления на борту транспортного средства тепловой энергии и преобразования ее в электрическую;

5. Подбор легких и прочных материалов для оболочки транспортного средства;

6. Конструирование вакуумного трубопровода с учетом специфики вакуумных систем, включая необходимость применения изолирующих заслонок (шлюзов), обеспечения устойчивости конструкции к температурным колебаниям окружающей среды и другим природным и техногенным воздействиям;

7. Оптимизация процессов и выбор средств для создания вакуумной разреженной среды, в том числе с применением инертных газов.

Процесс выбора оптимального давления в трубопроводе для вакуумно-левитационного транспорта связан со многими факторами. Главный из них, требующий снижения давления, связан с уменьшением энергозатрат на преодоление лобового сопротивления при увеличении скорости до 1000 км/ч.

Авторы проекта Hyperloop (США, 2013-по наст. время) предлагают брать давление 99 Па [1], авторы проекта MEL (США, 1972-1981) предлагали принять давление внутри трубопровода равным 101 Па [2], авторы проекта ET3(США, Китай, 1997-по наст. время) [3] предлагают принять давление внутри трубопровода 1000 Па, авторы проекта «Вакуумно-левитационный транспорт» [4, 5] рассчитывают транспортную систему при давлении от 1 до 100 Па, авторы патента High speed transport system (США, 1991) [6] предлагали давление от 1 до 1000 Па. Как видно, оптимальное давление еще не найдено и варьируется от 1 до 1000 Па.

Вакуумная среда может оказывать разнообразные воздействия как на вакуумный трубопровод, так и на материалы, узлы и блоки приборов, находящиеся вне гермоотсеков вакуумно-левитационного поезда.

Так как эти приборы будут представлять собой сложные электронные и электрические устройства, даже знание детальных вакуумных характеристик их составных частей не позволит с высокой степенью надежности аналитически оценить те или иные особенности их поведения при эксплуатации.

Единственным приемлемым способом   является тщательное исследование и испытание всех систем в специальных установках, моделирующих все возможные воздействия, процессы и явления в вакуумной среде.

В ОАО «НИИВТ им.С.А. Векшинского» были рассмотрены основные процессы и физические явления, которые могут произойти в вакуумном трубопроводе для высокоскоростного вакуумно-левитационного транспорта, а также оценены энергозатраты на создание и поддержание вакуума в трубах, длиной сотни километров. При выборе давления в вакуумном трубопроводе рационально придерживаться давления от 10 до 610 Па, а, например, затраты энергии на создание и поддержание вакуумной среды в трубопроводе диаметром 4,5 м при откачке до 10 Па потребует 1536 кВт на 1 км пути в одну сторону.

После откачки, при достижении давления 10 Па, вакуумный трубопровод будет потреблять около 43 кВт·ч за сутки на 1 км пути в одну сторону.

Для сравнения можно заметить, что средняя американская семья потребляет в день 30 кВт·ч электроэнергии.

Натурные испытания по движению капсулы в вакуумном трубопроводе с помощью магнитной левитации проводились профессором Вейнбергом Б.П. (Россия, 1913) [7], а также профессором Ozawa K. (Япония, 1970) [8], который использовал для движения ракетный двигатель. Проводятся опыты в Китае (Доктор Денг Зиганг, лаборатория по прикладной сверхпроводимости в Юго-восточном транспортном университете Дзяо Тонг) [9], планируется провести испытания прототипа вакуумного поезда в США к концу 2016 года (проект Hyperloop), возможно, будут проведены опыты и в России (проект "Вакуумно-левитационный транспорт").

Учитывая эти факторы, в марте 2016 года Объединенный ученый совет ОАО «РЖД» рекомендовал рассмотреть целесообразность использования существующих в ОАО «НИИВТ им.С.А. Векшинского» производственных площадей для размещения научно-технического центра по организации испытаний.

Более подробная информация о ходе проекта, при возможности ее огласки, будет публиковаться на сайте.

Некоторая информация научного характера открытого типа также будет выкладываться в виде ссылок после публикации в тематических журналах (Бюллетень ОУС ОАО «РЖД» и др.) и материалах конференций (конференция в рамках выставки ВакуумТехЭкспо - Вакуумная техника, материалы и технология, конференция Вакуумная наука и техника, конференция Транспортные системы - тенденции развития, конференция Новый взгляд к решению транспортных проблем мегаполисов и др.).

Следует отметить успехи российских ученых в создании магнитного подвеса. На Александровском железнодорожном заводе в Пушкине разработали опытную грузовую платформу на магнитно-левитационной подушке. 28-тонный контейнер фактически висит в воздухе.

Разработкой системы занимается Научно-образовательный центр инновационного развития пассажирских железнодорожных перевозок, который возглавляет бывший начальник Октябрьской железной дороги и бывший министр путей сообщения Александр Зайцев. Создателем отечественного узла левитации и научным руководителем проекта является профессор Юрий Антонов.

В целях начального ознакомления с проектом вакуумно-левитационной транспортной системы и методологии оценки его эффективности можно пройти по ссылкам:

1.Высокоскоростной транспорт на основе магнитной левитации в разреженной среде

2.Методология оценки и обеспечения эффективности инновационных транспортных систем

Видео с обсуждением Российского проекта:

1. Канал РБК. Технология Hyperloop в России: путь к китаизации экономики? Смотреть видео >>>

2. Канал Anna News. Вакуумный транспорт. Россия делает сама? Смотреть видео >>>

Статьи с обсуждением Российского проекта:

1. Газета "Гудок" (издается с 1917 года). Научный прорыв на высокой скорости. Российские ученые участвуют в разработке концепции принципиально нового вида транспорта. Читать новость >>>

Литература:

1. Hyperloop Alpha. Intro. // http://www.spacex.com : сайт SpaceX. 2016. URL. http://www.spacex.com/sites/spacex/files/hyperloop_alpha-20130812.pdf  (дата обращения 22.08.2016).

2. Форгач Р.Л. Скоростной вакуумный трубопроводный транспорт — конкурент реактивной авиации // Наземный транспорт 80-х годов. — М.: Мир, 1974.-С 121-137.

3. Zhang Y.P., Oster D., Kumada M. Key vacuum technologies to be solved in evacuated tube transportation // Journal of Modern Transportation. 2011. 19(2): P. 110-113.

4. В.М. Фомин, Д.Г. Наливайченко, Ю.А. Терентьев. К вопросу выбора диапазона рабочих параметров вакуумного магнитолевитационного транспорта. Материалы XI Международной научно-технической конференции. Под редакцией доктора технических наук, профессора Нестерова С.Б. М.: НОВЕЛЛА. 2016. с.273 – 283.

5. И.А. Воробьёв, Р.О. Кондратенко, С.Б. Нестеров, А.Н. Белоконев. Высокоскоростной транспорт на основе магнитной левитации в разреженной среде. Материалы IX Международной научно-технической конференции. Под редакцией доктора технических наук, профессора Нестерова С.Б. М.: НОВЕЛЛА. 2014. с.247 – 263.

6. Patent Number 5433155 «High speed transport system»/ Inventors: O'Neill et al. / July 18, 1995.

7. Движение без трения. // Сайт, посвященный Борису Петровичу Вейнбергу. 2015. URL. http://veinberg.o7.ru/pdf/no_friction_motion.pdf  (дата обращения 22.08.2016).

8. Ozawa K. The Experiment on the Supersonic Rocket Train (яп.) // Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers : журнал. — 1970. — 第73 (618) 数. — 第1000-1005 頁.

9. Enclosed tube maglev system tested in China// Tech Xplore. 2016. URL. https://techxplore.com/news/2014-05-enclosed-tube-maglev-capable-mph.html (дата обращения 22.08.2016).