Таков уж закон развития техники: если мы не копируем слепо живую природу, то берем ее творения за образцы для конструирования механизмов или устройств. Можно привести десятки примеров, когда животный и растительный мир давал толчок инженерной мысли. Возьмем, скажем, горнопроходческие щиты, которыми роют тоннели метрополитена. Их появлению мы обязаны вредоносному морскому червю, голова которого покрыта жесткой раковиной с зазубренными краями, которая буквально насквозь дырявила деревянные суда. Более того, корабельный червь умудрялся укреплять стенки хода тонким известковым слоем. Именно строение раковины и способ укрепления тоннеля подсказало английскому инженеру Марку Брюнелю идею создания щита, который в 1825 году позволил проложить тоннель под Темзой. Влажные и мягкие грунты английской столицы были побеждены этой необычной технологией. Для строительства Брюнель изготовил из чугунных отливок трубу, в которую поместил рабочий механизм. Прочная труба не давала плывунам и мягкой земле засыпать возводимый тоннель, а рабочие, защищенные этой же трубой, выполняли кладку стенок. Вся сложная конструкция продвигалась при помощи рычагов и домкратов, медленно, но уверенно соединяя берега Темзы.

Сегодня такие машины используются на строительстве московской подземки. Огромный десятиметровый проходческий щит позволяет рыть тоннель сразу для двух путей метрополитена. Это значительно убыстряет строительство новых линий самого массового и популярного столичного транспорта. И хотя скорость продвижения щита мала – несколько десятков сантиметров в час – могучая техника позволяет достаточно быстро строить новые линии метрополитена. В 2025 году Московский метрополитен отметит свое 90‐летие. И если первую линию от парка Сокольники до Парка культуры строили вручную, используя кирку и лопату, то сейчас линии подземки прокладываются с применением тяжелой проходческой техники, что дает колоссальный выигрыш по времени…

Пытливый ум помог итальянскому математику, инженеру, врачу и астрологу (да, были люди в наше время!) Джероламо Кардано изучавшему механизм поворота глаза, в начале семнадцатого века изобрести карданный вал, использующийся со сих пор в автомобилях и многочисленных механизмах. Карданные валы обеспечивают передачу крутящего момента двигателя под углом, что бывает очень важно и для транспортных машин, и для производственных предприятий. Может быть, это кому-то покажется любопытным, но карданная передача использовалась и на небольших маневровых тепловозах. В одном из локомотивных депо мне довелось увидеть такой тепловоз. Несмотря на почтенный возраст, машина была вполне работоспособной и выполняла маневровые работы на малодеятельных участках.

Можно было бы привести еще массу любопытных примеров, когда изучение живой природы, наблюдения над движением рыб, птиц и пресмыкающихся приводили механиков к неожиданным техническим решениям.

Возьмем строение крыла птицы. Оно позволило понять суть подъемной силы, возникающей при обтекании крыла воздушным потоком. Математические расчеты и смелые эксперименты позволили дать развитие строительству планеров, которым мир был увлечен в начале прошлого века. Летательные аппараты тяжелее воздуха, а именно так классифицируются и планеры, и самолеты, и даже космические корабли, могли парить в восходящих потоках десятки часов, не используя ни горючее, ни мускульную силу пилота! Многие увлеченные планеризмом юноши впоследствии стали выдающимися конструкторами. Достаточно назвать такие знаковые имена, как Сергей Королев и Андрей Туполев.

Живая природа – самый неутомимый творец! Ей ведь нет никакого дела до быстротекущего времени. И свои эволюционные эксперименты природа продолжает сотни и тысячи лет. А за такой период чего только не придумаешь?!

Вот летит, трепыхая крыльями, вредная моль. Вы хотите ее прихлопнуть, уже занесли ладони, уже последовал хлопок, но что это? Мотылек, как ни в чем не бывало, летит дальше. Как же он умудряется так быстро отреагировать на вашу атаку? Весь секрет заключается в ультразвуковом локаторе, который есть в голове этого насекомого. Излученные неслышимые человеческим ухом волны отражаются от ваших рук и возвращаются к моли. Она совершает маневр и… уходит от ладоней.

Этим же природным эхолокатором пользуются и летучие мыши. Они издают тончайший писк, и огромными ушными раковинами прислушиваются к отраженным сигналам. Так мыши ориентируются в пространстве, уклоняясь от препятствий и обнаруживая летающих насекомых, которыми они питаются.

В водной среде глаза морским животным не слишком хорошо помогают. Даже в такой чистейшей воде, как в озере Байкал, можно увидеть предмет лишь за пару десятков метров. А как найти косяк рыбешек хищной рыбе? И здесь некоторым обитателям водной среды помогает эхолокатор.

Самый известный персонаж, вооруженный природным радиолокатором, дельфин. Эволюция дала этим морским млекопитающим удивительное приспособление, способное видеть на расстоянии нескольких километров. Особый орган посылает звуковую волну высокой частоты, а внутри черепной коробки дельфина есть большая полость, которая играет роль очень чувствительного приемника отраженных звуков. Таким образом дельфины могут «видеть» далеко вперед. Причем их локатор позволяет не только ориентироваться в морской среде, но и видеть рыб.

Изучение такого приспособления позволило конструкторам оснастить и надводные корабли, и подводные лодки гидроакустическими приборами. Они служат для обнаружения подводных целей, ориентирования под водой, ухода от коралловых рифов или мелей.

А как же сказочный Тянитолкай, спросите вы? Ведь в природе нет животного, у которого две головы! Это правда. Однако фантазия детского писателя Корнея Чуковского, чьи стихи хорошо известны каждому, создала невиданного зверя. И хотя книжка о добром докторе Айболите вышла значительно позже, чем был создан первый железный «тянитолкай», мы допустим, что сегодняшние инженеры и конструкторы, проектирующие подвижной состав, брали за основу этот литературный образ. Ведь примеров такой техники вокруг нас множество. Давайте посмотрим на городские улицы. Весело звенящие трамваи, поезда метрополитена, пригородные электрички, дизель-поезда, даже сверхскоростные железнодорожные экспрессы – все они «о двух головах». Кабины с полноценными органами управления находятся как в головном, так и в хвостовом вагоне. Локомотивная бригада, прибывшая на конечную станцию просто переходит из одной кабины в другую и управляет всем составом на маршруте «туда и обратно». Такое дублирование оказалось очень удачным, хотя изначально и предназначалось для других целей.

Хотите узнать, как все началось?!

На заре развития железных дорог тысячи энтузиастов принялись за совершенствование этого вида транспорта. Дипломированные инженеры и механики-самоучки привносили свои идеи, стараясь извлечь максимальную пользу от внедрения паровых машин. Иногда это задавало стратегическое направление в развитии локомотивов, иногда дело ограничивалось сиюминутной выгодой.

Относительная простота конструкции паровоза – водогрейный котел, паровая машина, привод на ведущие колеса и емкости для воды и горючего – побудила конструкторов к смелым экспериментам. Большие и малые локомотивы строились иногда в единственном экземпляре, иногда сериями в сотни и тысячи штук, а их рабочий век насчитывал от нескольких месяцев до почти столетия.

Первое, за что взялись конструкторы – увеличение мощности паровой машины. Как известно, агрегатное состояние пара зависит от температуры, до которой разогревается пар. Вода закипает при ста градусах по Цельсию. И такой пар может спокойно подбросить вверх даже тяжелую крышку кастрюли. Но для выполнения работы силы влажного пара недостаточно. Тогда его подогревают до более высокой температуры, так называемо «перегревают». Кинетическая энергия перегретого пара в несколько раз выше, чем у низкотемпературного. И он способен с большим усилием давить на площадь поверхности поршня. Сухопарник, установленный на паровозах, способен довести температуру пара до 300–400 градусов. И если отработавший в цилиндре пар выпускать, то он еще будет достаточно горячим и в состоянии выполнить попутно еще один цикл расширения.

Так появились паровые машины, именуемые компаундами. Они увеличили коэффициент полезного действия паровоза, чем повысили экономичность локомотивов. И пусть конструкция паровоза при этом усложнилась, изменения оказались весьма целесообразными.

При всей кажущейся одинаковости железных дорог: рельсы-рельсы, шпалы-шпалы, – для каждой магистрали и техники, работающей на ней, огромную роль играли природные условия, профиль пути, наличие топлива и пресной воды для паровозов. Так, например, гористая местность в некоторых районах Англии или США заставила инженеров придумать паровоз необычной конструкции – этакий железный тянитолкай. В историю техники он вошел под именем его изобретателя – шотландского инженера Роберта Френсиса Ферли, взявшего в 1864 году патент на локомотив такой конструкции.

Паровоз системы Ферли – сочлененный танк-паровоз. Он состоит из двух независимых, не соединенных между собою тележек. А танком называется не потому, что у него есть пушка и гусеницы, а из-за того, что и бак для пресной воды, и ящик для топлива, дров, угля, торфа или сланцев размещаются по бокам котла, а не в специальном тендере. Из-за такого различия все паровозы и подразделяются на танковые и тендерные.

Конструктивно паровоз Ферли напоминает два слепленных паровоза, смотрящих в разные стороны, совсем, как литературный зверь Чуковского.

Сочлененный танк-паровоз

Посредине размещается топка и будка машиниста. Такое устройство позволяет локомотиву двигаться взад-вперед без каких-либо проблем. Их не нужно разворачивать на поворотных кругах или строить дополнительный объездной путь на станциях, чтобы поезд мог поехать в обратную сторону. Это преимущество сочлененных паровозов широко использовалось в странах, где железные дороги проходили по сложным рельефам, в горах, где и одну колею строить было трудно.

Второе преимущество системы Ферли было в подвижных экипажных частях. Они давали возможность легко вписываться в кривые малого радиуса. Если вам доводилось таскать по участку двухколесную садовую тележку, вы легко поймете, насколько важен малый радиус разворота! Маневренность такой тележки уникальная. Кстати, гусеничная военная техника (да, собственно, не только военная!) умеет поворачиваться буквально вокруг своей оси, что на поле боя иногда бывает очень важно. Механики-водители попросту зажимают тормозом одну из гусениц, а вторая движется, разворачивая танк или БМП на одном месте.

Именно из-за таких выдающихся качеств паровозы системы Ферли широко применялись на железных дорогах по всему миру. А особенно, в гористой местности с ее многочисленными кривыми и крутыми подъемами-спусками.

Роберт Ферли был очень проницательными предпринимателем. Он быстро понял, что удачная конструкция будет широко копироваться по всему миру. А потому разрешил всем желающим пользоваться его патентом. Более того, Ферли регулярно устраивал «смотрины» своим паровозам, на которые приглашал представителей железнодорожных администраций, ведущих инженеров. И выдавал им лицензии на производство техники. Прижился этот тип локомотива и в России. И случилось это благодаря не столько инженерному, сколько маркетинговому таланту шотландца.

С 18 сентября 1869 г. по 8 июля 1870 г. Роберт Ферли проводил серии испытаний своего паровоза. На них он пригласил несколько инженеров из разных стран, совершенно не беспокоясь за сохранность коммерческой и технологической тайны. Рекламный ход был весьма результативным. На показе, состоявшемся 11 февраля 1870 года, присутствовали не только инженеры из стран Западной Европы, но и представители Мексики и России – стран, ставших впоследствии крупными заказчиками этих локомотивов. Русских инженеров было, как минимум, десять человек, и их оценка позволила Ферли продать лицензию на свои паровозы Тамбово-Саратовской и Поти-Тифлисской железным дорогам.

Паровозы системы Ферли были заказаны русскими дорогами почти немедленно после демонстрации 1870 г. В следующем, 1871 г., первая партия поступила на Тамбово-Саратовскую дорогу, где проработала до 1887 г., а в 1872 г. паровозы Ферли начали водить поезда на Поти-Тифлисской дороге – на Сурамском перевале, известном тяжелым профилем рельсового пути.

Первоначально локомотивы системы Ферли были иностранного производства – английскими и германскими, – но уже через 11 лет, в 1883 г., их выпуск освоили на Коломенском заводе.

По классификации 1912 г. все русские Ферли были объединены в серию Ф и прослужили в разном качестве – как магистральные и как вспомогательные (толкачи) – на Поти-Тифлисской (тогда уже Закавказской) железной дороге до середины 30‐х гг. В 1934 г. их начали сменять первые советские электровозы – «сурамские» и серии ВЛ19.

Справедливости ради, заметим, что первые симметричные паровозы появились задолго до Ферли – в 1832 г. – на американской железной дороге Charleston & South Carolina Rail Road. Как и Ферли, они базировались на двух тележках с движущими осями, имели два котла, объединенные единой топкой посередине, и так же расположенную посередине будку машиниста. В отличие от Ферли, они оборудовались двумя цилиндрами вместо четырех – по одному на каждую тележку. Но их использование было не слишком успешным, а вот наши тянитолкаи Ферли надолго пережили своего создателя.

В континентальной Европе паровозы системы Ферли распространения не получили – даже в горных местностях, где предпочитали прокладывать зубчатые железные дороги (об этих экзотичных дорогах мы уже говорили). Исключение составили Саксонские Ферли в Германии и Ферли, построенные во Франции в 1906 г. для военных железных дорог. Инициатором создания последних был артиллерийский капитан Пешо, по имени которого они и получили свое название: Пешо-Бурдон. Локомотивы с осевой формулой 0–2–0–0–2–0 явились своего рода возвращением к первоначальной конструкции Ферли: на них монтировали единую для обоих котлов топку. Пешо-Бурдоны предназначались для работ на узкой колее (600 мм) и обслуживания крепостной и полевой артиллерий. Паровозы оказались удачными, и во время Первой мировой войны к довоенным 52‐м экземплярам прибавилось еще 280, но уже американской постройки – завода Балдвин (Baldwin Locomotive Works) и 15 – английской.

Вот таким оказался железный Тянитолкай! Кстати, и самые современные локомотивы даже в односекционном исполнении строятся с двумя кабинами машиниста – дань гениальной идее шотландского инженера.

Новое дело всегда наполнено большим числом разнообразных научно-технических идей. Фонтанируют дилетанты, для полета фантазий которых достаточно самого вида пыхтящего паровоза, везущего десятки вагонов. Садятся за кульманы вдумчивые конструкторы, стремящиеся сделать технику более мощной, более надежной, более продуктивной. Дизайнеры рисуют в своем воображении шикарные салон-вагоны, в которых пассажиру в длительном путешествии предлагается максимально возможный комфорт…

История свидетельствует о таком факте: один из изобретателей предложил императору Франции Наполеону накануне войны с Великобританией непобедимый корабль. В отличие от крейсеров того времени, корабль был похож на громадного меченосца. Тонкие обводы корпуса, длина и ширина которого приближалась к самым современным пропорциям линейных кораблей – 9:1. К тому же проект был изготовлен из металла, что в корне отличалось от кораблестроительных принципов начала девятнадцатого века. Идею конструктора отвергли, но по причине того, что эта махина должна была двигаться за счет… гигантской стальной пружины. Хорошо, что не за счет бега белок в колесе, как в известной книге о приключениях капитана Врунгеля!

А в отечественном локомотивостроении было немало примеров необычных конструкций подвижного состава, которые если и не опережали свое время, то были настолько необычными, что не шли в серию.

В 1862 году на Александровском заводе были построены просто уникальные машины. Например, по проекту С. И. Барановского изготовили локомотив, двигатель которого приводился в движение не паром, а сжатым воздухом. Машину эту изобретатель называл на русский манер «духоход» или «духовой самокат». Локомотив своими очертаниями напоминал паровоз. Он состоял из двух горизонтальных цилиндров диаметром по 150 мм и с ходом поршня 300 мм – устройство, подобное обычным паровым машинам для локомотивов. Но вместо горизонтальных плоских скользящих золотников были введены вертикальные цилиндрические. Сжатый воздух, приводящий в движение воздушные машины, помещался в 34 горизонтальных трубах (баллонах) диаметром 150 мм и длиной 2,1 м каждая. Баллоны были соединены между собой трубами меньшего диаметра. Для управления машинами имелись краны, манометр, рычаг с тягой к золотнику. Тендер для воды и топлива отсутствовал. Для двух машинистов соорудили небольшую крытую площадку.

По идее изобретателя каждый самокат должен был вести за собой «духовик» – вагон с баллонами сжатого воздуха, после расходования которого (через 2–3 ч) машинист прицеплял запасной вагон, а опустевшие баллоны оставлял на станции для пополнения от специального устройства.

Сообщение об испытании этой уникальной машины на Николаевской железной дороге было напечатано в популярной газете «Северная почта» в разделе «Замечательные новости» в феврале 1862 года. Объявление заканчивалось приглашением «на маленькое начало чего-то большого». Возможность прокатиться на уникальном локомотиве привлекла внимание не только любопытных, но и многих специалистов, интересующихся возможностями применения сжатого воздуха. Прежде всего их интересовало устройство для получения сжатого воздуха (компрессор).

В дальнейшем, вплоть до лета 1862 года, поезд, ведомыи духоходом, курсировал между Петербургом и Царским селом. Водил состав сын изобретателя – Владимир Степанович Барановский, в будущем – выдающийся конструктор и изобретатель артиллерийских орудии, ставших прообразом современной скорострельной артиллерии. Между тем от духохода вскоре отказались – слишком он опережал свое время.

Мы уже упомянули о создании гигантских паровозов в Соединенных Штатах Америки. Они могли тянуть за собою поезд весом в несколько тысяч тонн! О подобной гигантомании сохранились и другие сведения. Правда, воплотить их в жизнь помешали некоторые обстоятельства.

Духоход Барановского

Уже в первые месяцы с начала Великой Отечественной войны инженеры фашистской Германии получили задание разработать поезда для сверхширокой колеи. Она должна была проходить от Берлина до Урала. У магистрали было двойное предназначение. После победы над Советским Союзом Германия надеялась использовать безграничные природные ресурсы нашей страны. Уголь, лес, нефть предполагалось вывозить громадными вагонами, вмещавшими сотни тонн. А для господ немцев по тем же путям должны были курсировать сверхкомфортабельные поезда, превосходящие по уровню знаменитые в то время пульмановские вагоны.

По счастью, такие проекты умерли вместе с гибелью нацистской власти в мае 1945 года.

Но вот он, исторический курьез: в Советском Союзе идея сверхширокой колеи обсуждалась и в научно-технических кругах, и на правительственном уровне. Причем, в отличие от немецких инженеров, советские специалисты предложили уникальное решение, позволяющее использовать на имеющихся магистралях и широкие, и обычные поезда. Для широкой колеи было решено использовать… один из рельсов двухпутных участков. Дело в том, что у нас для железнодорожного пути существуют строгие технические условия. В них значится точное положение рельсов относительно друг друга. И если более широкую тележку переставить на соседний рельс, то можно повести широкий поезд. Однако, не зря существует поговорка: «Гладко было на бумаге, да забыли про овраги». То, что в теории исправно работало, могло на практике иметь тяжелые последствия. Поезд с одного пути на другой переходит по стрелочному переводу. Стрелки прижимаются к двум рельсам одновременно, и колеса сами переезжают на другой путь. А как быть со сверхширокой колесной парой? Какой должна быть конструкция стрелочного перевода? И как такой поезд будет приниматься станцией? Словом, вопросов было немало, и ни одно техническое решение не могло дать положительный результат. И идея сверхшироких поездов была свернута и оставлена до лучших времен.

После пережитого человечеством шока, связанного с американскими атомными бомбардировками японских городов Хиросимы и Нагасаки в августе 1945 года, наступила пора надежд на мирное использование ядерной энергии. Секреты, связанные с атомными проектами и изготовлением бомб, сами собою раскрылись. И, как это нередко бывает, самые смелые идеи стали появляться, как грибы после теплого дождика. Неограниченные запасы энергии, скрытой в атоме урана или изотопах водорода, казалось, навсегда избавят человечество от ее нехватки. А ведь электричество – это не только свет и тепло, но и движущая сила миллионов механизмов. Чистая, экологичная, как сам солнечный свет! Представить себе – не нужно строить повсеместно электростанции и тянуть линии электропередачи, атотмные батарейки в бытовой технике могут питать ее годами. Электричество без столбов и подстанций шагнет туда, где веками не знали плодов цивилизации – в холодную тундру или знойную пустыню…

В Советском Союзе в 1948 году была принята программа мирного использования атомной энергии. Уже через шесть лет 27 июня 1954 года впервые в мире была запущена в промышленную эксплуатацию атомная электростанция в Калужской области, а именно городе Обнинск. Понятно, что использовать энергию, скрытую в ядре урана, решили и в других областях промышленности, особенно на транспорте. В СССР, несмотря на богатые месторождения нефти, угля и природного газа, до четверти топливно-энергетических ресурсов использовалось именно на железнодорожном транспорте. И это было не случайно, ведь после окончания Великой Отечественной войны стране приходилось восстанавливать разрушенное хозяйство в европейской части СССР, строить новые мощные заводы и фабрики, чтобы обеспечить рост промышленной продукции. Железнодорожные перевозки были основным видом доставки стройматериалов и металлоконструкций, вывоза произведенной продукции.

Выходом при дефиците топлива виделись, в том числе, и атомовозы. В пятидесятые годы прошлого столетия в научной и популярной литературе широко обсуждались самые невероятные проекты использования мирного атома. Опыт применения атомных паросиловых установок на подводных лодках, надводных кораблях убеждал конструкторов: стоит сделать еще только один шаг, и энергия деления ядер урана или синтеза термояда приведет в движение и мощные, экономичные локомотивы.

Паровозы отживали свой век. Конструкторы «выжали» из силы пара все возможности. Ни совершенство топки, ни использование высококачественного угля или нефти для увеличения температуры в паровом котле, не могли обеспечить достаточную мощность паровой машины и ее высокие технико-экономические показатели.

В середине шестидесятых годов прошлого века первый секретарь ЦК КПСС Н. С. Хрущев подвел черту под полуторавековой историей паровых трудяг. Было решено, что им на смену придет другой вид тяги. Тепловозы и электровозы массово заступали на трудовую вахту.

И вот тут, казалось, у атомных паровозов появлялся прекрасный шанс. Тепловыделяющие элементы (ТВЭЛЫ) были способны нагревать воду и перегревать полученный пар. «Чистый» паровой котел не выделял ни продуктов горения, ни дыма, ни сажи, черный след которой змеился вдоль каждой железнодорожной магистрали. К достоинствам атомных паровозов записали и значительно больший пробег между заправками водой и топливом. Ведь загрузка атомных реакторов осуществлялась один раз в несколько лет! Из расходных материалов оставалась только пресная вода, но ведь ее в нашей стране всегда было в избытке. И заманчивая идея окрылила многих конструкторов.

В газете «Гудок» – печатном органе Министерства путей сообщения СССР – в 1956 году писали: «В условиях Севера, Дальнего Востока и пустынь Центральной Азии не всегда целесообразно электрифицировать вновь строящиеся железнодорожные линии. В этих условиях лучше применять атомные локомотивы, которые могли бы работать автономно, без подвоза больших количеств топлива или других материалов…

Конечно, атомный локомотив будет значительно тяжелее паровоза или тепловоза той же мощности. Но если такой локомотив направить на отдаленную магистраль, например, в Арктику, то он будет работать там с перерывами в течение целого зимнего сезона без дополнительного снабжения. Его очень легко превратить в подвижную электростанцию. Кроме того, он сможет снабжать энергией бани, прачечные, парники для выращивания овощей».

Реализовать дерзновенные мечты принялись многие научно-технические коллективы. Специалисты кафедры локомотивостроения МВТУ имени Н. Э. Баумана в середине 50‐х годов предложили проект уникального паровоза, точнее паротурбовоза с электроприводом колес. Руководителем проекта стал доктор технических наук, профессор И. Ф. Суровцев. А разработчиками – студенты А. Степанов и В. Шайков.

Технические идеи, заложенные в основу проекта, сочетали в себе уже апробированные технологии, успешно работающие на электростанциях и атомных подводных лодках, а также на первых тепловозах с электропередачей. Атомный урано-графитовый реактор имел два тепловых контура. В обоих теплоносителем выступал жидкий натрий. Его температура плавления равняется 97,79 градуса по Цельсию, что представляет почти идеальные условия для кипячения воды.

По замыслам ученых, первый контур работал непосредственно с ядерным котлом, отводя тепло от реактора и передавал его на второй контур, который кипятил воду и производил пар давлением 80 атмосфер и температурой 400 градусов. Сила перегретого и осушенного пара вращала ротор турбины, связанный с электрогенератором. Так называемый «мятый» пар поступал в конденсатор, а затем насосом нагнетался снова в котел и замыкал собою рабочий цикл.

Вырабатываемый ток подавался на тяговые электродвигатели, которые и давали ход локомотиву. Инженерные расчеты показали, что одной заправки водой хватало на 1000 километров пути, при этом ядерного топлива использовалось всего лишь 10 грамм! По запасам топлива локомотив мог ходить около 300 суток без дозаправок! Это не шло ни в какие сравнения с обычными паровозами, в топках которых сжигались десятки тонн высококачественного угля, а колонки для заправки водой строились буквально на каждой крупной станции.

На заседании государственной экзаменационной комиссии дипломный проект студентов были признан технически интересным, обоснованным и ценным. Более того, энтузиасты Бауманки даже спроектировали специальные экипировочные депо, на которых с соблюдением всех необходимых требований в реактор загружалось ядерное топливо. И все же атомные локомотивы так и не вышли на линию. Причин этому было несколько. Технологически построить атомовоз было несложно. Хотя по весу он превышал почти втрое самый последний советский магистральный паровоз П36. Масса атомного исполина превышала 450 тонн! И все же эксплуатировать его специально подготовленными локомотивными бригадами было бы несложно. Моряки-подводники справлялись с задачами управления реактором после обучения в военном училище или флотской учебке…

На первый план выступали иные соображения. В первую очередь, ядерная безопасность. Транспорт, увы, подвержен авариям. При традиционных видах тяги в худшем случае после крушения поезда могло быть только загрязнение местности нефтепродуктами. При использовании атомной энергии последствия для людей и природной среды могли быть гораздо тяжелее.

Второй причиной была дороговизна проекта. Создание атомных локомотивов в несколько раз превышало расходы на строительство тепловозов или электровозов. И это тоже сказалось на судьбе проекта.

Справедливости ради надо отметить, что к идее локомотивов на ядерном топливе возвратились еще раз, когда в Советском Союзе были созданы боевые железнодорожные ракетные комплексы (БЖРК). Эти комплексы состояли из пусковых установок с межконтинентальными баллистическими ракетами и станций управления. Время развертывания комплекса и готовность к пуску исчислялись несколькими минутами, что было с военной точки зрения чрезвычайно важным показателем. Замаскированные под обычные рефрижераторные вагоны, они колесили во стране, находясь в высокой степени боеготовности, оставаясь неопознанными средствами космической и аэроразведки вероятного противника. Для этих комплексов тоже разрабатывались атомные локомотивы, которые были призваны обеспечивать большую автономность БЖРК. Но от них пришлось отказаться, и для обеспечения тяги на Ворошиловградском локомотивостроительном заводе были созданы специальные тепловозы ДМ62. Железнодорожные комплексы исправно колесили по стране до той поры, пока в соответствии с договором об уничтожении ракет меньшей и средней дальности, их не порезали на металл…

Идеи использования на железных дорогах атомной энергии будили творческую мысль и за океаном. Буквально сразу же после окончания второй мировой войны в ряде научных изданий появились футуристические статьи о технике близкого будущего. В марте 1946 года в журнале Mechanix Illustrated вышла статья «Atomic Engines for Peace». В ней авторы предсказывали возможность использовать выделяемое при реакции деления ядра урана тепло для нагревания воды. И ученым и студентам Бауманки такая технология представлялась наиболее перспективной и удобной для эксплуатации. По сути, атомный локомотив опять представлял собою электростанцию на колесах. К тому же виделись и другие очевидные преимущества. Ведь горячую воду, отводимую от реактора, планировалось использовать для обогрева пассажирских вагонов. Инженеры, не посвященные в ядерные секреты лаборатории в Лос-Аламосе, где создавались первые атомные бомбы США, полагали, что ядерные реакторы будут почти вполовину легче традиционных дизельных моторов. А ядерное горючее для них – значительно дешевле топлива, добываемого из нефти.

К преимуществам этого вида тяги относили и соображения, что атомный локомотив не надо часто дозаправлять, а значит, его можно не менять на всем протяжении пути. Однако идеи так и оставались идеями. Всерьез разрабатывать тему создания ядерных локомотивов не брался никто из авторитетных ученых и инженеров.

Впервые в США занялись созданием атомного двигателя для локомотива лишь в 1952 году. Возможным это стало в силу ряда удачно сложившихся факторов. Профессор Лайл Борст (Lyle Borst), преподававший ядерные технологи в университете Юты, в свое время принимал участие в Манхэттенском проекте. Знания, полученные в Лос-Аламосе, и природная любознательность профессора весной 1952 года родила задумку дать старшей группе студентов максимально сложную задачу для выпускного проекта. Популярные публикации в научно-технических журналах натолкнули Борста на мысль, что это будет создание реактора, пригодного для использования в локомотивах, и двигательной установки на его основе. Требовательный профессор понимал, что в литературе практически не было открытых исследований на эту тему, а значит, находчивые студенты не смогут оттуда ничего передрать в свои дипломные проекты. Задача, поставленная Борстом, была столь сложной, что профессор подключил к ее решению даже своих аспирантов. За несколько месяцев предварительные исследования показали, что создание малого ядерного двигателя возможно. Это открывало большие перспективы в мирном использовании атома, в том числе, и перед самим профессором, и он лично возглавил группу исследователей.

Атомовоз Механик Иллюстреитед

Главной сложностью, вставшей перед студенческой командой, был размер реактора. Если вес почти не был проблемой (на американских железных дорогах водили грузовые поезда паровозы-гиганты «Big Boy», о которых мы рассказывали), то для установки атомного котла на локомотив требовалось строго соблюсти все габариты – высоту, а главное ширину реактора. Возникали и другие проблемы. Так как первоначальный состав группы почти не разбирался в локомотивостроении, с 1953 года Борст начал активно привлекать для работ сначала своих знакомых инженеров-железнодорожников, а позже и специалистов из таких известных фирм как Commonwealth Edison, Westinghouse и Babcock & Wilcox. Это стало возможно после получения федерального гранта на исследования осенью 1953 года. Полученная сумма хоть и была небольшой, но позволила спокойно проектировать ядерный локомотив, хотя о натурных испытаниях пока речи идти и не могло. Именно в этот период проект получил и название – X‐12 (своеобразная отсылка к знаменитым Х-лучам Рентгена). Создаваемый локомотив предназначался исключительно для грузовых перевозок, поскольку существующие перспективные технологии помочь в создании атомного пассажирского поезда пока не могли.

К середине 1954 года проект стал принимать видимые очертания. Локомотив Х‐12 должен был состоять из двух секций. В первой располагался реактор, турбина, конденсаторы и генераторы. Кроме того, в первой секции располагалась и кабина машинистов, потому реактор был хорошо экранирован. Все это весило 720 тонн, так что первая секция размещалась на трех трехосных тележках. Так же реактор выделял слишком много лишнего тепла, и вся вторая секция была занята радиаторами, утилизирующими это тепло.

Она имела две тележки – первую с тремя осями и вторую с двумя. Общая длина двух секций составляла 49 метров – тем самым хоть Х‐12 не был самым большим локомотивом на тот момент, он явно входил в первую пятерку. Борст и его группа решили не мудрить и использовали в локомотиве уже отработанную схему тепловоза, только заменив дизельный двигатель реактором и турбиной.

В локомотиве располагалась одна паровая турбина, питавшая четыре генератора, каждый мощностью 1,3 Мвт. Ведущими были все 9 осей первой секции и три оси первой тележки второй секции. В итоге локомотив выдавал 8000 лошадиных сил в обычном режиме и мог форсироваться до 10000 лошадиных сил на небольшое время.

К сожалению, в ограниченном объеме кузова атомовоза американским исследователям так и не удалось поместить двухконтурную систему передачи тепла, как это сделали в МВТУ имени Баумана, и в турбину поступала радиоактивная вода прямо из реактора, загрязняя ее. Потому предполагалось турбину сделать без возможности обслуживания – каждые полтора года загрязненная турбина вынималась бы из локомотива и заменялась на новую. Это хоть и привело бы к увеличению эксплуатационных расходов, но выгода от использования атомного реактора их все равно бы перекрывала.

Так же эта схема отличалась небольшим расходом ядерного топлива и возможностью оперативно изменять выходную мощность. Основной же минус подобной конструкции – быстрый износ конструкции реактора – предлагалось преодолеть, используя новые материалы, в том числе и еще находящиеся в разработке.

Управлять реактором должны были два специально обученных инженера, находящиеся в предельной близости к зоне реактора. По расчетам максимальный срок безопасной работы для них составлял год, сменами через три дня. Серьезное внимание было уделено экстренной остановке реактора в случае аварии локомотива.

В поисках инвесторов для воплощения проекта в жизнь в январе 1954 года Борст, так же, как сегодня действует Илон Маск, развернул бурную рекламную компанию Х‐12 в научно-популярной прессе. Об атомном локомотиве написало практически каждое научно-популярное издание в Америке и многие в мире.

В то время предполагалось строительство панамериканской железной дороги, проходящей через Северную и Южную Америки. По ней атомовозы должны были тянуть составы весом в 20000 тонн и состоящие из 120 грузовых вагонов со скоростью 80 километров в час. Было рассчитано, что постройка серии из 5 локомотивов полностью окупит себя за 12 лет. Но…

В 1955 году Борст представил проект своей группы на нескольких конференциях и выставках, но при высоком интересе публики у потенциальных заказчиков было много вопросов. Практически сразу от проекта отказались военные – они признали, что в будущем атомные поезда возможно займут свое место на железных дорогах, но пока все их требования удовлетворяли и обычные локомотивы. У частных фирм интереса была куда больше, наибольшую заинтересованность проявили в Babcock & Wilcox, где в 1955 году была собрана комиссия для анализа проекта. После 2-х месяцев исследований выводы были неутешительны – Х‐12 был признан хоть и перспективным, но чрезмерно опасным. А в случае аварии убытки были бы настолько большими, что перекрыли бы всю возможную выгоду.

В последнее время в разных странах мира ведутся разработки новых типов ядерных реакторов – компактных и более безопасных, чем ныне существующие. Еще в 90‐е годы южноафриканская государственная компания Escom объявляла о намерении построить так называемый модульный реактор с шариковой засыпкой (PBMR). В модульном реакторе PBMR не будет привычных стержней с ТВЭЛ. В качестве топливных элементов предполагается использовать шарики, состоящие из графита, включающего в себя микроскопические вкрапления оксида урана в капсулах из карбида кремния. Через шарики продувается инертный газ (лучше всего подходит гелий), который отводит тепло, возникающее в ходе реакции. PBMR относится к типу высокотемпературных реакторов, и разогретый газ обладает достаточной энергией, чтобы непосредственно приводить в движение турбину низкого давления или передавать тепло другому теплоносителю через теплообменник. Это значительно повышает КПД всей системы.

Как знать, может быть эти открытия приоткрывают нам дверь в ближайшее будущее, когда локомотив станет поистине мобильным, экономически выгодным и абсолютно безопасным?! Пробежавшись по основным вехам развития железнодорожной техники, самое время внимательно посмотреть на отечественный опыт. Ведь Российская Федерация уверенно стоит на позиции одной из самых продвинутых железнодорожных держав мира. И обладает полным циклом как локомотивостроения, так и создания и обслуживания инфраструктуры. Поэтому снова перенесемся в далекое прошлое…