Пневмотранспорт - вчера и сегодня

Возможно, находясь в банке, вы видели систему пневмопочты, по которой сотрудники обмениваются документами. Первая пересылка документов с помощью сжатого воздуха была впервые разработана и внедрена древними греками.

Так древнегреческий физик-изобретатель Ктесибий Александрийский (примерно 285-222 гг. до н.э.) сконструировал гидравлис (гидравлический орган), вакуумный насос и катапульту, метавшую копья с применением сжатого воздуха.

Герон Александрийский, живший в 1 веке до н.э., в трактате «Пневматика» описал принцип работы пневматической почты. Но, крушение античных цивилизаций способствовало утрате технологий.

Но труды древнегреческих изобретателей не пропали в веках, они нашли продолжение в развитии двух направлений: пневмопочта и пневмотранспорт.

ПНЕВМОПОЧТА

Кстати, название почты происходит от греческого слова πνευματικός «пневматикос» - «воздушный, дыхательный, ветряной». То есть пневмопочта- это «воздушная почта». Так в Российской империи называлась система пневматической почты.

Французский физик Дени Папен в 1667 году предложил пневмопочту как вид связи. Ученый, используя небольшую разницу давлений в трубе, выяснил, что на объект, помещенный в трубу, воздействует сила, способная придать объекту некоторую скорость. Таким образом, теоретически возможность транспортировки небольших предметов под воздействием сжатого воздуха была убедительна обоснована. Но на тот момент идея не вызвала интереса современников ученого и Папен прекратил свои исследования в этой области.

Собор Святого Стефана в Вене

Лишь в 1792 году в Вене с помощью пневмопочты начали снова передавать сообщения с адресами домов, в которых начался пожар. Медная капсула с сообщением внутри набирала скорость в трубе, идущей с пятидесятиметровой колокольни собора Святого Стефана, с помощью кузнечных мехов, установленных также на колокольне. Когда металлическая капсула прибывала в пункт назначения, а именно в строжку пожарных, то ударялась о колокол. Пожарная бригада, получая такое уведомление, спешила по указанному в сообщении адресу тушить пожар. Эта система оповещения работала до 1855 года.

В 1853 году появилась подобная труба между Лондонской фондовой биржей и центральным телеграфом в Лондоне. Идея создания городской пневмопочты принадлежит Иосии Латимеру Кларку.

Josiah Latimer Clark

Он запатентовал способ «для передачи писем или посылок между местами посредством давления воздуха и вакуума» Здесь уже на практике был применен труд Герона. Так как контейнеры разгонялись в трубе разницей в давлении спереди и сзади капсулы, но воздух в трубе нагнетался с помощью парового компрессора. Длина этой пневмопочты составила 200 метров, а скорость, на которой перемещались письма и посылки была примерно равна 6 метрам в секунду. В 1858 году система пневмопочты опутала весь Лондон. Все за информацию! Кто владеет информацией – владеет миром!

В 1865 году такая система начинает строиться в Берлине и к 1900 году соединяет воедино 53 станции. Система пневмопочты начинает функционировать и в других странах, так, например, в 1866 году в Париже, в 1878 году в Вене, в 1887 году в Праге, в 1897 году в Нью-Йорке.

Схема парижской пневмопочты 1967 год

Схема берлинской пневмопочты 1928 год

Схема лондонской пневмопочты

В 1916 году в журнале Union Postale были опубликованы статистические данные о пневмопочте всего мира. Оказалось, что общая протяженность труб составила 1000 километров, из которых более 400 километров принадлежало, кстати, французам, тем самым, которые в 1667 году совершенно не оценили исследования Дени Папена.

Нужно заметить, что идея подземной системы пневмопочты принадлежит английскому реформатору мировой почтовой системы Роуленду Хиллу. Кстати, он же придумал «чёрного пенни» - первую в мире почтовую марку.

Легендарный «чёрный пенни»

В России того времени на отдельных почтамтах в Москве, в Санкт-Петербурге и других крупных городах также функционировала пневмопочта. Особенности климата не позволили развить внешнюю систему пневмопочты, но внутренняя система пневмопочты получила широкое распространение.

Так, например, в Российской государственной библиотеке до сих пор функционирует пневмопочта, построенная в 70-ых годах двадцатого века. По ней передаются листки требования читателей.

ПНЕВМОТРАНСПОРТ

Параллельно с идеей пневмопочты у английского инженера Генри Пинкуса появляется замысел перевозки людей и грузов по железной дороге в тоннеле с разряженным воздухом. В 1835 году он оформляет патент на свою идею. Но воплотить проект в жизнь тогда еще было невозможно.

Интересным продолжением идеи пневмопочты стали проекты инженера Томаса Вебстера Раммела. В 1859 году в Лондоне он построил подземную дорогу, которая связала несколько почтовых отделений британской столицы с целью доставки корреспонденции. Строение Раммела представляло собой не трубу небольшого диаметра с цилиндром, а тоннель диаметром примерно 750 метров, в котором пролегала железная дорога. По ней перемещались тележки, груженые мешками с письмами и посылками, с помощью сжатого воздуха. В одной такой тележке можно было перевозить до 35 мешков с корреспонденцией.

По этому тоннелю доставляли почту на железнодорожную станцию Эустон из почтового офиса Лондона на улице Эверсхолт с 1863 года до 1874 года.

Пневматическая почтовая тележка после реставрации в музее Лондона.

А в 1864 году Генри Пинкус разработал и запустил экспериментальную атмосферную железную дорогу Кристал Пэлас, которая также состояла из тоннеля и перемещавшегося внутри него вагона. Движение вагону обеспечивал поток воздуха от огромного вентилятора, установленного в начале тоннеля. Когда лопасти вентилятора вращались в одну сторону, то нагнетался поток воздуха, толкающий вагон вперед. Когда лопасти вращались в другую сторону, то образовывалась втягивающая сила, достаточная для перемещения вагона в обратную сторону. Четыре месяца жители Лондона посещали эту железную дорогу, как аттракцион. А потом ее закрыли из-за убыточности.

В Нью-Йорке в1867 году инженер и бизнесмен Альфред Эли Бич предлагает возить людей под землей. Это должна была быть пневматическая труба и гигантский нагнетатель, толкающий по рельсам вагоны. Над ним посмеялись, не поддержали. Но инженер получил разрешение на строительство подземной почтовой трубы и он построил такую трубу, но такого диаметра, чтобы она вмещала вагоны, способные возить людей.

Вложив свои деньги, инженер запустил все-таки по этой дороге вагон, как демонстрацию своего проекта. Пассажиры спускались под землю через магазин одежды на Бродвее. Их ожидала богато украшенная станция с фресками, прудом с золотыми рыбками. Играл рояль. Пассажиры садились в комфортабельный вагон, с плюшевыми сидениями и предметами роскоши.

Сначала вагон медленно ехал в конец тоннеля, а затем воздушный нагнетатель включался в противоположную сторону и возвращал вагон на станцию.

Но дорога в Нью-Йорке (Beach Pneumatic Transit) в 1867 году и в Лондоне (пневматическая железная дорога Crystal Palace) в 1864 году были закрыты по разным финансовым причинам и отсутствию политической поддержки в то время.

В 1909 году американский инженер Роберт Годдард впервые описал концепцию передвижения транспортных средств в вакуумной трубе с использованием магнитной левитации. Левитация – это преодоление гравитации, при котором субъект или объект пари́т в пространстве. По расчетам Годдарда расстояние от Нью-Йорка до Бостона (305км) можно было бы преодолеть за 10 минут 4 секунды. После его смерти в 1945 году были найдены чертежи с расчетами по проекту вакуумного поезда, способного передвигаться со скоростью 1600 км/ч.

Но! Теория и практика разные вещи! Первые в мире опыты по передвижению тела в вакуумной трубе с помощью электромагнитного поля поставил томский ученый Борис Петрович Вейнберг в Томском технологическом институте в 1911-1913 годах.

Практикант и будущий профессор Томского государственного университета Владимир Кузнецов так вспоминал экспериментальный образец профессора Вейнберга: «Посредине комнаты находилось кольцо из толстой медной трубы. Диаметр кольца около 5‒6 метров, диаметр трубы около 30‒40 сантиметров. В нескольких местах на трубе были надеты катушки из изолированной проволоки и на трубе были помещены большие электромагниты. От этих катушек и электромагнитов шло в страшном беспорядке большое количество проводов. Воздух из трубы пока не выкачивался. Запускаемый туда при помощи пускового соленоида вагон весом около десяти килограммов легко подхватывался электромагнитами и продолжал полет по кругу, не касаясь ее стенок.»

Поезд Вейнберга имел электромагнитный подвес: вагоны двигались с помощью магнитных сил, — но он ставилсвоей задачей серьезно увеличить скорость поезда, для чего требовалось устранить сопротивление среды и силу трения о путь. Согласно его проекту, вагоны должны были двигаться в специально построенной трубе, из которой выкачивался весь воздух. Снаружи нее устанавливались мощные электромагниты, обеспечивающие притяжение вагонов, одновременно не давая им упасть. Чтобы еще больше облегчить движение, их предполагалось делать одноместными сигарообразными капсулами длиной два с половиной метра. Помимо находившихся в положении лежа пассажиров там был запас кислорода, аппараты для поглощения углекислоты и освещение. В одном из вариантов вагона наверху и внизу были приделаны колеса, в случае проблем с силой притяжения вагон просто вставал бы на них и катился дальше.

В 1914 году профессор Вейнберг издал небольшую книгу «Движение без трения» и в этом же году в Томск специально приехала группа американских кинематографистов, которая сняла фильм «Сибирское чудо» о профессоре Вейнберге и феноменальном безрельсовом поезде, окрестив его «сибирским магнитопланом».

Для популяризации идеи Борис Петрович ездил по стране с лекциями о своем изобретении.

«Не могу забыть того ошеломляющего впечатления, которое произвёл на холодную петербургскую публику этот смелый и оригинальный проект, когда изобретатель в блестящей лекции нарисовал перед слушателями картину будущей борьбы с пространством» - вспоминал Яков Перельман.

Продолжению опытов Вейнберга помешала Первая мировая война: медь, из которой была сделана труба, потребовалась для военных нужд, и установка была разобрана. А также после окончания Первой мировой войны стала активно развиваться гражданская авиация, которая решила вопрос скоростных перевозок людей и грузов на большие расстояния.

Параллельно с Б.П.Вейнбергом в 1910-1914 годах бельгиец Э.Башле создал модель «летающего» поезда. Магнитная дорога Башле представляла собой цепочку металлических столбиков с катушками на их вершинах. Пока тока в этих катушках не было вагон с дном из немагнитного материала, например, алюминия лежал на дороге из столбиков, как только в катушки подавался ток- поезд повисал над дорогой. Далее поезд приводился в движение и разгонялся все тем же электромагнитным полем, благодаря которому,экспериментальный образец транспорта «парил» над дорогой. Максимальная скорость поезда Башле была около 500км/ч. Разгоняться до больших скоростей вагону мешало сопротивление воздуха. «Летающий» вагон Башле также вызвал сенсацию, его окрестили чудом 20 века. Во Франции вагончиками Башле хотели заменить популярную тогда пневматическую почту. В Англии собирались строить натуральную дорогу по образцу Башле. Но спустя немного времени работы прекратили, а о сенсационных разработках забыли.

Еще ни раз инженеры возвращались к идее вакуумного поезда, но до практического применения дело дошло только в наше время. Это был проект «Hyperloop» Илона Маска, о котором он заявил в 2013 году. Данный проект представляет собой сверхскоростную транспортную систему, которая состоит из «парящих» капсул на магнитной тяге. Проект Илона Маска очень похож на проект Бориса Петровича Вейнберга и проект Роберта Годдарда: соединенные между собой капсулы на огромной скорости перемещаются в вакуумной трубе. Илон Маск заявлял, что «Hyperloop» может преодолевать расстояние в 1 200 км всего за один час.

В ноябре 2020 года было проведено первое испытание вакуумного поезда с пассажирами. Протяженность трассы составляла 500 м, поэтому скорость поезда была относительно небольшой – 160 км/ч. Но что то снова пошло не так и проект закрылся. Одни причиной закрытия называли короновирус, другие- высокую стоимость проекта и нехватку денежных средств у инвесторов.

В 2014 году вышла статья, в которой сообщалось, что Новосибирские ученые изобрели «летающий» поезд, способный передвигаться со скоростью 600 км/ч. Проект существовал только на бумаге, до реализации проекта дело не дошло. Ученые тогда призывали к реализации проекта, так как это решило бы не только проблему огромных российских расстояний, но и дало бы мощный толчок для экономического развития страны: новые технологии, производства, новые рабочие места. И 2016 году Россия даже заявила о своем желании построить транспортные магистрали по технологии магнитной левитации в трубе с разряженным воздухом от Москвы до портов Балтийского моря. Но, воз и ныне там.

В теории разработан еще один проект - это дорога «Планетран», которая должна соединить восточное и западное побережья США. Проект предусматривает поезд на магнитной подвеске в вакуумной трубе-тоннеле, скорость которого 22 500 км/ч, что почти равно первой космической скорости! Но мысль инженеров-изобретателей не остановить и появилась идея, а почему бы не осуществлять такие скоростные поездки вокруг земного шара или же не начать осваивать космос с помощью такого транспорта.

При этом такой поезд мог бы служить отличным накопителем энергии. Так каждый килограмм массы, движущейся со скоростью 8 км/с накапливает энергию почти 10 кВт/ч. Накопленная энергия могла бы значительно улучшить энергосистему всего мира.

В теории на данный момент история с пневмотранспортом получила развитие в направлении, связанном со скоростными поездами, работающими по принципу магнитной левитации.

Но, это уже совсем другая история.