Многие из вас знают, что такое маглев, это магнитная левитация - физическое явление и технология будущего. Она возникает, когда два одинаковых полюса классических магнитов приближаются друг к другу, и завораживает каждого ребенка, который играет с магнитами. Конечно, магнитная левитация уже давно используется во многих технических приложениях в повседневной жизни в сочетании с электромагнетизмом.

Решающее значение для будущего имеет его использование вместе со сверхпроводимостью проводников - явлением, при котором при низких температурах проводники теряют тепловое сопротивление, что позволяет создавать более сильные магнитные поля, чем при использовании обычных магнитов. Это явление известно давно, с 1911 года, а первооткрывателями стали физик Хейке Камерлинг Оннес и его команда из Лейдена. Трудность долгое время заключалась в необходимости обеспечить очень низкие температуры в 4 К на уровне жидкого гелия, и поэтому она была реализована лишь в нескольких лабораториях мира. Перелом наступил только в 1987 году, когда были открыты материалы YBaCuO (YBCO) и BiSrCaCuO (BSCCO), позволившие охлаждать с помощью общедоступного жидкого азота до 97 К и выше, до 110 К. Это положило начало практическому применению немыслимых до тех пор технологий, одной из которых является маглев.

Что используют эти приложения:

  1. Сильные магниты (наиболее распространенные применения)
    Сверхпроводящие магниты генерируют чрезвычайно сильные магнитные поля с минимальными потерями энергии. Они используются в:
    Магнитно-резонансная томография (МРТ и ЯМР) - медицинский (диагностический) и химический анализ.
    Термоядерные реакторы (ITER, токамаки) - поддержание плазмы в состоянии термоядерного синтеза.
    Ускорители частиц (CERN, LHC) - направление и изгиб пучков частиц.
    Поезда маглев - парящие над рельсами за счет магнитной левитации (например, японский SC Maglev).
  2. Энергетика и передача электроэнергии
    Сверхпроводящие кабели - передача тока без потерь (проверено в таких проектах, как SuperGrid).
    Сверхпроводящие генераторы и двигатели - более высокий КПД (например, для ветряных турбин или кораблей).
    FES (Flywheel Energy Storage) - сверхпроводящие подшипники позволяют накапливать энергию практически без потерь.
  3. Квантовые технологии
    Кубиты в квантовых компьютерах (например, IBM, Google) - сверхпроводящие схемы как основа некоторых квантовых процессоров.
    SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) - сверхчувствительные датчики магнитного поля (медицина, геофизика).

Но это все еще технология, зависящая от охлаждения жидким азотом.

В следующей части статьи я остановлюсь на тех реализациях маглева на транспорте, которые близки к применению для обычных граждан. Первый проект - это находящийся в коммерческой эксплуатации маглев Transrapid в Шанхае, Китай. Это проект, построенный в сотрудничестве с немцами в 2004 году и имеющий длину 30,5 км. Он основан на традиционных электромагнитах с медными катушками, требующих постоянной подачи электроэнергии, и имеет максимальную скорость 430 км/ч (рабочая скорость). Второй проект - японский SC Maglev, основанный на сверхпроводящей магнитной левитации, но без снижения давления воздуха вокруг поезда.

Plánovaná trasa: Токио (Синагава) - Нагоя - Осака
Délka: 438 км (из них 90 % в тоннелях под горами, включая Японские Альпы).
Rychlost: 505 км/ч (максимальная скорость 603 км/ч на испытаниях).
Čas jízdy: Токио-Нагоя (286 км): 40 минут (сегодня 1,5 часа на скоростном поезде Синкансен).
Планируемое открытие: 2027 год
Tokio-Osaka: 67 минут (2,5 часа сегодня). Планируемое открытие: 2037 год

Святой Грааль железнодорожного транспорта - гиперпетля, высокоскоростной поезд, движущийся по дорожке в форме трубы, из которой откачивается воздух, чтобы уменьшить сопротивление воздуха и турбулентность поезда. В Китае поезда обычно ходят со скоростью 350 км/ч, а скоро они будут ходить со скоростью 450 км/ч. На таких скоростях сопротивление воздуха (тормозная сила) увеличивается с квадратом скорости, поэтому движение таких поездов очень дорого с точки зрения потребления электроэнергии, что увеличивает цену на билеты. Если вы хотите увеличить скорость поезда до 1000-4000 км/ч (выше, чем обычный полет на самолете), необходимо снизить сопротивление воздуха до минимума, поэтому воздух откачивается из трубы. Сочетание сверхпроводящей магнитной левитации и низкого сопротивления воздуха делает эту цель реалистичной.

На самом деле только одна страна работает над реализацией, и это Китай.

Это проект T-Flight Hyperloop в Китае. Испытательный трек расположен недалеко от Датуна (Северный Китай, провинция Шаньси) примерно в 300 км к западу от Пекина. В настоящее время ее длина составляет 2 км, с возможностью расширения до 60 км. Проект возглавляет Китайская корпорация аэрокосмической науки и промышленности (CASIC), государственная компания, занимающаяся космическими технологиями. Это замкнутое пространство с очень низким давлением воздуха (в перспективе - снижение сопротивления воздуха до 99%).

Капсула парит над трассой с помощью сверхпроводящих магнитов и управляется искусственным интеллектом без участия человека. Целевая скорость - более 1000 км/ч (превышает скорость самолета). Приоритет - перевозка грузов и пассажиров (приоритет за грузовыми перевозками). Ориентировочная стоимость строительства 1 км двухпутной гиперпетли в Китае (без учета затрат на разработку технологии) составляет 30-60 млн долларов США, в зависимости от сложности маршрута и используемой технологии.

Сравнение с другими транспортными системами Стоимость строительства без учета затрат на разработку:
Вид транспорта Стоимость за 1 км (в Китае)
Hyperloop (двойной трек) 30-60 миллионов долларов США
Высокоскоростная железная дорога (HSR) USD 15-30 млн.
Метрополитен 50-150 миллионов долларов США
Маглев (Shanghai Transrapid) 60-100 миллионов долларов США

Планируемые коммерческие маршруты в Китае
Китай рассматривает возможность создания гиперпетли для соединения ключевых экономических зон:

a) Высокоскоростные грузовые коридоры
Датун - Пекин (~300 км) - соединяет промышленные и логистические районы.
Шанхай - Ханчжоу (~170 км) - Экономическая зона дельты реки Янцзы.
Гуанчжоу (Guangzhou) - Шэньчжэнь (Shenzhen) (~140 км) - южный технологический центр.

б) Междугородние пассажирские маршруты
Пекин-Шанхай (~1 300 км) - конкуренция со скоростными поездами и самолетами (4,5 часа сегодня, hyperloop может сократить время до 1-1,5 часа). Этот маршрут является самым загруженным в Китае и, возможно, в мире.
Чэнду (Chengdu) - Чунцин (Chongqing) (~300 км) - соединение западных мегаполисов.

  1. Международные амбиции (BRI - Belt and Road Initiative)
    Китай также хочет использовать hyperloop за рубежом, особенно в странах, участвующих в его глобальной инфраструктурной инициативе:
    Центральная Азия: например, Казахстан (Астана - Алматы).
    Юго-Восточная Азия: Малайзия (Куала-Лумпур - Сингапур).
    Ближний Восток: Объединенные Арабские Эмираты (Дубай - Абу-Даби)

Китай располагает достаточными инвестиционными средствами, технологической зрелостью и предпочитает наземный транспорт воздушному, даже если инвестиционные затраты выше. Это связано с желанием сэкономить на потреблении нефтяного топлива, поскольку большую часть нефти и самолетов он импортирует. Преимущества очевидны: ускорение перевозки грузов и людей до немыслимых сегодня скоростей, сокращение потребления нефтепродуктов, снижение стоимости перевозки одного пассажира за счет использования меньшего количества электроэнергии, чем у обычных поездов. Увеличение пропускной способности самого загруженного в мире маршрута Пекин-Шанхай для перевозки грузов и пассажиров.

PetrV