Шаропоезд Ярмольчука
На протяжении всей истории железнодорожного транспорта регулярно появляются новые смелые проекты, которые могут привести к настоящей революции в этой сфере. Тем не менее, далеко не все подобные предложения доходят до практического использования. Большинство смелых проектов так и остается в истории в качестве многообещающих, но бесперспективных технических курьезов. К последним можно отнести многие разработки, в том числе и т.н. шароэлектролотковый транспорт конструктора Н.Г. Ярмольчука.
Автором этого проекта был молодой инженер Николай Григорьевич Ярмольчук. После службы в армии и участия в Гражданской войне он устроился монтером на Курскую железную дорогу, где проработал несколько лет. Работая на железной дороге, Ярмольчук узнал различные особенности этого вида транспорта, а также со временем пришел к выводу о необходимости создания нового класса подобных систем. В те времена одним из главных вопросов, которым занимались различные специалисты, было увеличение скорости поездов. Ярмольчук, изучив существующие железные дороги и подвижной состав, пришел к выводу о невозможности применения существующих решений и необходимости разработки совершенно нового транспорта.
В своих письмах Ярмольчук указывал, что значительному росту скорости мешает ряд факторов, в том числе и сама конструкция железнодорожных путей и колес. Во время движения, отмечал инженер, колесная пара удерживается на рельсах только за счет реборд. При этом возможны перемещения пары вдоль своей оси, биения о рельс и другие неприятные явления. При простом увеличении скорости движения биения должны были усиливаться, увеличивая нагрузку на ходовую часть поезда и повышая риск ее разрушения. Для исключения этих явлений требовались пути и ходовая часть совершенно новой конструкции.
Опытный ШЭЛ-поезд. Зима 1932-33 гг. Фото Wikimedia Commons
Уже в 1924 году Н.Г. Ярмольчук предложил новый вариант пути и ходовой части поезда, который, по его мнению, позволял значительно увеличить скорость движения, а также избавиться от сопутствующих проблем. По мнению автора проекта, вместо рельсового пути следовало использовать желоб-лоток круглой формы. По такому лотку должен был двигаться шар соответствующих размеров. При движении с высокой скоростью сферическое колесо не было подвержено биениям, а также могло самоориентироваться в зависимости от траектории движения.
В первом варианте перспективного проекта автор предлагал использовать вагоны совершенно новой конструкции. Корпус вагона должен был иметь сферическую форму и вмещать все необходимые агрегаты, включая силовую установку и пассажирскую кабину. Внешняя поверхность корпуса должна была выполнять функции опорной поверхности и контактировать с лотком. Имея такую конструкцию, вагон мог передвигаться по лотку с высокой скоростью, сохраняя оптимальный крен за счет своевременного наклона при входе в повороты. Для экономии места и достижения максимально возможных характеристик предлагалось оснастить новый транспорт электрическими двигателями.
Перспективная система получила название «Шароэлектролотковый транспорт» или сокращенно ШЭЛТ. Под этим обозначением проект Ярмольчука и остался в истории. Кроме того, в некоторых источниках упоминается название «шаропоезд». Оба обозначения были равноценны и использовались параллельно.
За последующие несколько лет Ярмольчук окончил МВТУ и МЭИ, что позволило ему получить знания и опыт, необходимые для реализации своего проекта. Одновременно с этим молодой инженер пытался заинтересовать своим изобретением ответственных лиц. В многочисленных письмах в разные инстанции он описывал преимущества своей системы ШЭЛТ. По его мнению, она позволяла значительно увеличить скорость движения поездов и тем самым сократить время в пути. В таком случае шароэлектролотковый транспорт мог конкурировать даже с авиацией, при этом имея преимущество в виде большей грузо- и пассажировместимости.
Николай Григорьевич Ярмольчук во время испытаний. Кадр из кинохроники
Еще одним преимуществом своего проекта Н.Г. Ярмольчук считал экономию некоторых материалов и упрощение строительства дорог. Лоток для перспективного поезда предлагалось делать из железобетона, что позволяло резко сократить расход металла. Кроме того, его можно было собирать из секций заводского производства, тем самым сокращая время на монтаж нового пути. Следует отметить, в конце двадцатых и начале тридцатых годов отсутствовала какая-либо специальная техника для укладки рельсов, из-за чего большинство операций при прокладке железных дорог осуществлялась рабочими вручную. Таким образом, проект ШЭЛТ получал еще одно преимущество перед существующими системами.
Тем не менее, до определенного времени предложения Ярмольчука никого не интересовали. Такая реакция официальных лиц была обусловлена несколькими факторами. Новый проект нуждался в проверке, а строительство новых линий для перспективных ШЭЛ-поездов оказывалось слишком дорогим. По этой причине до конца двадцатых годов проект Ярмольчука оставался только на бумаге.
Получив инженерное образование, изобретатель продолжил развитие проекта и внес в него значительные изменения. Так, он решил отказаться от сферических вагонов и использовать подвижной состав менее смелого и необычного облика. Теперь планировалось применять вагон классической компоновки, оснащенный оригинальной ходовой частью. Металлический вагон должен был иметь два крупных колеса, расположенных в его передней и задней частях. При такой компоновке вагона можно было сохранить все положительные качества, присущие системе ШЭЛТ, а также увеличить объем для размещения полезной нагрузки.
Передвигаться перспективный поезд должен был при помощи двух колес в форме «шароида» – сферы со срезанными боковыми частями, на месте которых располагалась ось и элементы подвески. Шароиды предлагалось изготавливать из металла и покрывать резиной. Внутри корпуса такого колеса должен был располагаться электрический двигатель соответствующей мощности. Ось колеса соединялась с конструкцией вагона, а крутящий момент должен был передаваться от двигателя на сферический корпус при помощи фрикционной или зубчатой передачи. Характерной особенностью предложенных колес было размещение их центра тяжести ниже оси вращения: двигатель был подвешен под осью. При такой компоновке обеспечивалась возможность сохранения оптимального положения в пространстве при маневрировании.
Демонстрация устойчивости колеса. После наклона оно должно вернуться в нормальное вертикальное положение. Кадр из кинохроники
Доработанный вариант шаропоезда, по расчетам автора, смог бы развивать скорость порядка 300 км/ч и перевозить до 110 пассажиров. Таким образом, из Москвы до Ленинграда можно было добраться буквально за пару часов, а путь из столицы в Иркутск занял бы чуть более суток, а не неделю, как на имеющихся поездах. Обновленная версия проекта имела значительное преимущество перед «классическими» поездами в скорости и превосходила пассажирскую авиацию по грузоподъемности.
Активные работы по проекту ШЭЛТ, поддерживаемые государственными органами, начались в 1929 году. Случилось это после того, как Н.Г. Ярмольчук при содействии специалистов Московского института инженеров транспорта построил макет перспективной системы. По лотку, стоящему прямо на полу лаборатории, довольно быстро двигался заводной вагон на «шароидах». Макет поезда продемонстрировали представителям Народного комиссариата путей сообщения, и этот показ произвел на них сильное впечатление. Дорога проекту была открыта.
Через несколько месяцев после испытаний макета Наркомат путей сообщения создал Бюро опытного строительства сверхскоростного транспорта по разработке и реализации изобретения Н.Г. Ярмольчука (БОССТ). Задачей этой организации стало создание полноценного проекта с последующим строительством уменьшенного прототипа системы ШЭЛТ. Затем, при удачном завершении этих работ, можно было рассчитывать на строительство полноценных транспортных систем нового типа.
Проектные работы продолжались до начала весны 1931 года. Затем документацию по проекту ШЭЛТ продемонстрировали руководству государства, а вскоре Наркомат путей сообщения распорядился построить макетный образец перспективного поезда. Для этого выделялось финансирование в размере 1 млн рублей, а также участок около станции Северянин Ярославской железной дороги (ныне территория г. Москва).
К участию в строительстве опытного лоткового пути и масштабной модели поезда были привлечены 89 специалистов. Ввиду специфической ситуации с продовольствием на предоставленном участке специалистам пришлось строить не только опытный образец дороги нового типа, но и разбивать огород. На 15 гектарах посадили различные овощи, что позволяло специалистам решать поставленные задачи, не отвлекаясь на различные сторонние проблемы. Таким образом, выделенные площади были использованы с максимально возможной эффективностью.
Внутренние агрегаты колеса: рама и подвешенный под ней электродвигатель. Кадр из кинохроники
Весной 31-го Ярмольчук получил поддержку не только Наркомата путей сообщения, но и прессы. Отечественные газеты и журналы начали писать о новом проекте ШЭЛТ и расхваливать его, обращая внимание на ожидаемые преимущества перед существующей техникой. Отмечалось, что пассажирские шароэлектролотковые поезда смогут ездить в пять-шесть раз быстрее «классических», а в случае с товарными составами возможен даже двадцатикратный рост скорости. Пропускная способность новых дорог могла быть, как минимум, вдвое выше имеющихся.
Естественно, высказывались и критические мнения. Немало специалистов говорили об излишней сложности проекта, дороговизне его реализации и некоторых других проблемах. Тем не менее, ответственные лица решили продолжить строительство опытного ШЭЛ-поезда и проверить предложение Ярмольчука на практике, выявив все имеющиеся преимущества и недостатки.
В течение 1931 года команда БОССТ занималась строительством опытного лоткового пути. Для экономии средств и времени уменьшенный вариант такой дороги построили из дерева. На небольшой высоте над землей на деревянном каркасе расположили вогнутый настил, собранный из досок. Вдоль пути располагались П-образные опоры, поддерживавшие систему передачи электричества. Вместо традиционных для современного электротранспорта проводов были использованы трубы. Во время испытаний использовались две конфигурации системы подачи электричества. В первой одна из труб висела почти под самой перекладиной опоры, две другие – ниже. Вторая конфигурация подразумевала расположение всех трех труб на одном уровне.
Опытная деревянная трасса имела длину около 3 км. Рядом с ней располагалась небольшая электроподстанция, которая должна была подавать на трубы ток необходимых параметров. По некоторым данным, строительство трассы завершилось к концу 1931 или в начале 32-го года. Вскоре закончилась сборка первого опытного вагона.
Крепления колеса в корпусе. Кадр из кинохроники
Сборку первого ШЭЛ-вагона закончили в апреле 1932 года. Он представлял собой конструкцию длиной около 6 м диаметром 80 см. В передней части вагона предусматривался конический обтекатель. Вагон, как подразумевалось проектом, оснащался двумя колесами-шароидами, в головной и хвостовой частях. Диаметр колес превышал 1 м. Они значительно выступали из корпуса и могли создавать ощутимый гироскопической эффект, удерживающий вагон в нужном положении. Силовая установка в виде двух трехфазных электродвигателей располагалась внутри колес. В вагонах имелся достаточно большой свободный объем, который можно было использовать для перевозки тестовых грузов или даже пассажиров. Также вагон имел окна и небольшие двери для доступа внутрь корпуса. Для передачи электроэнергии вагон получил тележку, закрепляемую на контактной линии и соединенную с крышей при помощи троса и кабелей.
К осени были построены еще четыре вагона, в результате чего по опытной трассе ездил уже целый состав. Строительство дополнительных вагонов позволило не только проверить саму жизнеспособность изобретения, но и отработать некоторые вопросы, связанные с взаимодействием нескольких единиц подвижного состава на трассе.
Имеющиеся двигатели позволяли опытному поезду развивать скорость до 70 км/ч. Конструкция колес-шароидов и другие особенности нового транспорта обеспечивали стабильное поведение вне зависимости от скорости движения и особенностей трассы. Шаропоезд уверенно проходил повороты, немного наклоняясь в нужную сторону, но не проявляя стремления опрокинуться. Гироскопический эффект, на который рассчитывал Н.Г. Ярмольчук, привел к ожидаемым результатам.
До лета 1933 года команда специалистов БОССТ занималась различными испытаниями перспективной транспортной системы в уменьшенном варианте. Одновременно с этим шло развитие конструкции поезда, а также проработка оптимальных вариантов путей. В частности, инженерам пришлось ломать голову над конструкцией стрелки для лоткового пути. Реальная эксплуатация ШЭЛТ без стрелок и другого специального оборудования путей не представлялась возможной, а их создание было связано с определенными трудностями.
Первые тестовые поездки совершались опытным поездом без какой-либо нагрузки. В дальнейшем, когда надежность системы была определена и подтверждена, начались поездки с грузом, в том числе с пассажирами. Габариты вагонов позволяли перевозить двух человек, однако им приходилось находиться в лежачем положении, для чего в импровизированных кабинах укладывались матрасы. Во время испытаний полигон посетил журналист издания «Знание – сила» Д. Липницкий, которого прокатили на опытном ШЭЛ-поезде. Позже он писал, что во время подготовки к поездке опасался возможной аварии. Поезд мог перевернуться, слететь с лотка и т.д. Тем не менее, опытная машина аккуратно и тихо тронулась с места и проехала по трассе без проблем и даже без «традиционного» железнодорожного перестука колес. На кривых участках трассы поезд наклонялся и сохранял равновесие.
Корпус опытного шаропоезда без задней стенки. Видно колесо и его подвеска. Кадр из кинохроники
Испытания опытного поезда начались осенью 1932 года, из-за чего во время тестовых заездов специалисты столкнулись с некоторыми проблемами. Работе ШЭЛ-поезда мешали снег и наледь на деревянной трассе. Перед началом тестовых заездов их приходилось счищать, поскольку оригинальная ходовая часть поезда не могла справляться с подобными неровностями, особенно при скоростном движении. На стадии испытаний такую проблему сочли неизбежным злом и мирились с ней, но в дальнейшем она стала одним из факторов, сказавшихся на судьбе всего проекта.
По завершении проверок документацию по проекту и отчет об испытаниях передали особому экспертному совету, который должен был решить дальнейшую судьбу системы ШЭЛТ. Группа специалистов во главе с С.А. Чаплыгиным рассмотрела документацию и пришла к положительным выводам. По мнению экспертов, проект не имел серьезных проблем, которые мешали бы его полноценному использованию, а также рекомендовали приступить к строительству полноценных трасс для шароэлектролоткового транспорта.
К лету 1933 года Н.Г. Ярмольчук и его коллеги разработали два варианта полноценных ШЭЛ-поездов в двух габаритах, т.н. нормальном и среднем. «Средний» поезд предназначался для заключительных испытаний, а также мог эксплуатироваться на реальных трассах. В такой конфигурации вагоны оснащались колесами-шароидами диаметром 2 м и могли нести до 82 пассажирских кресел. Расчетная скорость подобного транспорта достигала 180 км/ч. Предполагалось, что вагоны среднего габарита будут соединяться в составы по три и в таком виде выполнять перевозку пассажиров на пригородных линиях.
Все ранние планы предполагалось в полной мере воплотить в «нормальном» вагоне. В этом случае перспективный транспорт должен был получить колеса диаметром 3,7 м и корпус соответствующих габаритов. Расчетная скорость движения достигала 300 км/ч, а внутри корпуса можно было расположить не менее 100-110 сидячих мест. Ввиду высоких скоростей движения такой поезд должен был оснащаться не только механическими, но и аэродинамическими тормозами. Последние представляли собой набор плоскостей на поверхности корпуса, выдвигаемых поперек набегающего потока воздуха. По некоторым подсчетам БОССТ, трасса с вагонами или составами нормального габарита могла иметь колоссальную пропускную способность: перспективные поезда могли всего за несколько дней перевезти население целого города. В таком случае обеспечивалось значительное превосходство над существующим железнодорожным транспортом.
После завершения работы совета во главе с Чаплыгиным, 13 августа 1933 года, Совет народных комиссаров принял решение о дальнейшей судьбе проекта ШЭЛТ. Наркомату путей сообщения поручили построить первую полноценную лотковую трассу для опытной эксплуатации. Новая трасса могла появиться на направлении Москва-Ногинск или Москва-Звенигород. После анализа имеющейся обстановки и существующих планов было решено строить трассу до Ногинска. В то время началось строительство новой промышленной зоны к востоку от Москвы. Предполагалось, что на этом направлении пассажиропоток может достигнуть 5 млн человек в год, поэтому там требовался новый транспорт с соответствующими показателями. По требованию Совета народных комиссаров, строительство новой трассы следовало завершить к осени 1934 года.
Фото из отечественной прессы. Поезд-прототип перевозит пассажира. Фото Термотекс.рф
Первая полноценная лотковая трасса должна была начинаться в Измайлове, благодаря чему трудящиеся могли добраться до станции на трамвае или на метро, а затем пересесть на ШЭЛ-поезд и отправиться на работу. Высокоскоростной вместительный транспорт мог значительно изменить логистику Москвы и Подмосковья, улучшив основные ее параметры. В ожидании нового транспорта с уникальными показателями отечественная пресса вновь начала расхваливать оригинальный проект Н.Г. Ярмольчука.
Однако ожидания прессы и граждан не оправдались. В конце 1934 года новая станция не открыла свои двери для пассажиров, а новые шароэлектролотковые поезда не отвезли их на работу. Более того, трассу и станцию даже не стали строить. Перед началом строительства трассы и сопутствующей инфраструктуры специалисты вновь проверили перспективный проект, и пришли к выводам, которые привели к отказу от него.
Расчетные скорости и вместимость вагонов, а также другие преимущества нового транспорта выглядели привлекательно, но в предлагаемом виде он имел массу недостатков. Прежде всего, это была сложность конструкции как самого ШЭЛ-поезда, так и трассы для него. К примеру, использование железобетонного лотка-трассы позволяло сократить затраты металла, однако усложняло строительство и требовало развертывания дополнительных производств. Серийное строительство новых поездов так же требовало соответствующих усилий и затрат.
Анализ предложенных проектов шароэлектролоткового поезда так же привел к пессимистичному выводу. Существовавший в то время уровень технологий не позволял построить требуемое транспортное средство с приемлемыми характеристиками. К примеру, большие вопросы вызывал ресурс резинового покрытия колес-шароидов при движении по бетону. В условиях недостатка резины такой нюанс проекта мог иметь серьезные негативные последствия. Кроме того, крупный и тяжелый ШЭЛ-поезд должен был оснащаться двигателями соответствующей мощности и другим специальным оборудованием, которое либо отсутствовало, либо было слишком дорогим.
Даже при успешном строительстве лотковой трассы и шаропоездов для нее эксплуатация была бы связана с рядом серьезных проблем. Так, во время испытаний опытного поезда в зимний период специалистам БОТТС приходилось регулярно очищать деревянную трассу от снега и наледи. Подобные загрязнители мешали нормальному ходу поезда, а при высокой его скорости могли даже привести к крушению. Вероятно, в этом контексте специалисты вспоминали крушение аэровагона Абаковского в 1921 году. Тогда из-за плохого качества железнодорожного пути скоростная машина слетела с рельсов, что привело к гибели нескольких пассажиров. Аэровагон двигался со скоростью порядка 80 км/ч, а проект Ярмольчука предполагал в разы большие скорости и, как следствие, поезд подвергался еще более высокому риску.
Статья из журнала Modern Mechanix, февраль 1934 г. Фото Wikimedia Commons
Помимо технических проблем имелись и экономические. Проект строительства одной трассы длиной порядка 50 км получался слишком дорогим, а его перспективы стали предметом споров. Имея преимущества перед существующим транспортом, ШЭЛ-поезд не выглядел целесообразным. Некоторая экономия времени пути или возможность перевозки немного большего числа пассажиров не могли оправдать чрезвычайно высокие затраты.
Совокупность технических, технологических, эксплуатационных и экономических особенностей и проблем привела к закрытию проекта, который несколькими месяцами ранее считался не только перспективным, но и способным коренным образом изменить облик перевозок. Строительство первой же трассы Москва-Ногинск было свернуто вскоре после начала, не позже первых недель 1934 года. Из-за этого сотрудники предприятий новой промышленной зоны в дальнейшем пользовались только существующими видами транспорта, что, однако, не помешало реализации планов по индустриализации Подмосковья.
После принятия решения об отказе от строительства шароэлектролотковой трассы пресса прекратила публиковать восторженные статьи. Со временем о некогда многообещающем проекте забыли. Опытную трассу возле станции Северянин вскоре разобрали за ненадобностью. Единственный экспериментальный поезд из пяти вагонов, вероятно, вскоре был утилизирован в связи с закрытием проекта. Нельзя исключать, что в течение некоторого времени он хранился в одной из организаций, связанных с проектом ШЭЛТ, но точные сведения на этот счет отсутствует. Известно только то, что после 1934 года опытные вагоны нигде не упоминались.
Автор проекта шароэлектролоткового транспорта, Н.Г. Ярмольчук, несмотря на неудачу, продолжил работу над перспективными видами транспорта и отдельными их составляющими. Некоторые его разработки в дальнейшем даже использовались на серийной технике различных классов.
Насколько известно, Ярмольчук не прекратил работы над ШЭЛ-транспортом, однако все дальнейшие разработки в этой области осуществлялись им в инициативном порядке. Последние упоминания об этом проекте относятся к началу семидесятых годов. В этот период конструктор вновь пытался предложить свою разработку руководству страны и даже пытался попасть на прием к А.Н. Косыгину. В аудиенции было отказано. Н.Г. Ярмольчук скончался в 1978 году и после этого все работы по шароэлектролотковому транспорту прекратились. В течение четырех с лишним десятилетий после решения о прекращении строительства проект развивался силами всего одного конструктора. После его смерти никто не пожелал заниматься проектом, который когда-то считался революцией в области транспорта.