Изобретено в СССР

Московские дороги

Наиболее грандиозным был проект Московской ДЖД в Измайловском парке, подписанный 20 июня 1941 года, за два дня до войны. Он подразумевал две ветки по 8 и 12 километров и совмещение паровой и электрической тяги. Потрясают воображение и проекты шести станций-вокзалов в стиле неоклассицизма, над которыми работали лучшие архитекторы страны – Смуров, Кумпан, Посохин (в будущем – главный архитектор Москвы) и др. Дорога должна была иметь пассажирские и грузовые поезда, собственную АТС – в общем, к планированию подошли со столичным размахом. Но воплотить планы в жизнь не получилось. Другое дело, что в Москве ДЖД уже была. Причём появилась она ещё до Тифлисской.

Безусловно, толчок развитию детских железных дорог дала именно тифлисская инициатива, поддержанная Кагановичем. Но ещё в 1932 году в Детском городке ЦПКиО имени Горького открылась и некоторое время работала вполне полноценная 528-метровая узкоколейка, построенная комсомольцами и обслуживаемая детьми. Дорога имела свою электроподстанцию и два остановочных пункта – правда, без построек. Электропоезд с тремя вагонами был самодельным, хотя кто его построил, неизвестно (информация о той дороге вообще крайне скудна). В 1936 году дорога ещё работала – о ней писали в прессе, существовал проект её удлинения. Но уже к 1939 году никаких упоминаний о дороге в парке Горького не осталось. Видимо, она была демонтирована, поскольку началась разработка грандиозной дороги в Измайловском.

Даже при том, что эта дорога существовала недолго и не получила непосредственного продолжения, именно её стоило бы считать первой в мире ДЖД.

С тех пор и навсегда

Помимо СССР, детские железные дороги были построены в разных городах Болгарии, Венгрии, ГДР, Кубы, Польши, Чехословакии, то есть в странах соцлагеря. На данный момент, кстати, больше всего детских железных дорог (после России) сохраняется и работает по прямому назначению в Германии.

Важно не путать детские железные дороги с аттракционами и парковыми ЖД. Схожи они между собой только шириной колеи. Парковая дорога предназначена для перевозки пассажиров по большим территориям типа Диснейленда, но строят и обслуживают её взрослые, то есть образовательной функции она не имеет. Аттракцион «Железная дорога» – вещь сугубо развлекательная, хотя некоторые такие аттракционы, скажем в Алма-Ате, были переделаны из настоящих ДЖД и сохранили длину веток и инфраструктуру, однако утратили обучающую функцию.

В 1990–2000-е годы огромное количество детских железных дорог были закрыты, лишившись финансирования. Некоторые из них переделали в аттракционы, другие демонтировали, какие-то просто оставили ржаветь. Лишь к концу 2000-х годов эта сфера начала постепенно возрождаться: старые дороги стали реставрировать и даже открыли несколько новых – в Новосибирске, Казани, Кемерове и Санкт-Петербурге. Например, Малая Западно-Сибирская железная дорога в Новосибирске оснащена по последнему слову техники. Помимо типовых узкоколейных тепловозов ТУ7, на ней работает ТУ10 – сверхсовременный тепловоз, созданный в 2010 году по заказу ОАО «РЖД» специально для детских железных дорог. Впрочем, ТУ10 сейчас постепенно комплектуются и другие ДЖД России, всего за шесть лет был построен 31 локомотив.

Современные ДЖД – это учреждения дополнительного образования. И подвижной состав, и пути, и станционное оборудование на них максимально приближены к настоящим. На дорогах тренируются и дети, и студенты транспортных вузов.

Практически все ДЖД имеют 750-миллиметровую колею, но в разное время появлялись и другие стандарты, например Красноярская дорога с 1936 по 1961 год имела ширину колеи всего 305 миллиметров. Обычно на дорогах работали типовые узкоколейные локомотивы, но часть дорог оснащалась специализированной техникой. Впрочем, это всегда были единичные экземпляры. ТУ10 стал первым в истории серийным локомотивом для ДЖД.

Сегодня в России действуют 25 полноценных детских железных дорог (я не считаю те, что были перестроены в аттракционы). Одиннадцать дорог работает в Германии, девять на Украине, по две в Узбекистане, Болгарии, Венгрии, Словакии и на Кубе, по одной в Литве и в Беларуси.

Я искренне рад, что ДЖД пережили все перипетии девяностых и сохранились. Если бы мне было лет семь-восемь, я бы с удовольствием поработал на такой дороге. Даже если бы потом и не пошёл учиться в транспортный вуз.

Глава 4. Торможение парашютом

Чтобы не пересказывать эту простую историю своими словами, приведу цитату из книги Глеба Котельникова «История одного изобретения»: «Я решился испытать парашют на автомобиле. Стоя на автомобиле спиной к шоферу, я взял в руки ранец, а подвесные лямки парашюта зацепил за буксировочные крюки автомобиля. Когда машина развила скорость до 80 километров в час, то, поравнявшись с тем местом, где стоял Ломач и его помощник с фотоаппаратами, я дернул за спусковой ремень замка, и купол парашюта был выброшен из ранца. Но тут произошло нечто совершенно неожиданное: парашют мгновенно раскрылся и остановил машину. Он не дал ей пройти и 4–5 метров, шофер не успел перевести её на холостой ход, и мотор заглох».

Для Котельникова этот эпизод был лишь одним из многочисленных испытаний конструкции, причём изобретатель не планировал останавливать автомобиль – он вообще не думал, что тот остановится! Котельников хотел лишь проверить на прочность ткань опытного образца и к автомобилю парашют прикрепил от безысходности: не было ни приборов для испытания ткани, ни доступа к лабораторной технике, ни возможности подняться на аэростате или аэроплане.

Котельников был в шаге от первого в истории патента на тормозной парашют и даже сделал несколько чертежей оригинального устройства, крепящегося к хвостовой части самолёта и позволяющего быстро остановить крылатую машину после приземления. Но заявку изобретатель так и не подал, поскольку был слишком занят работой с ранцевым парашютом. Июньский опыт считается первым в истории использованием тормозного парашюта, но начало повсеместному применению такой схемы торможения дал вовсе не он.

Быстрый тормоз

Вообще говоря, «тормозной парашют» – это название просторечное. Правильно говорить «парашютно-тормозная установка» (ПТУ) или «парашютно-тормозная система» (ПТС). ПТС работает относительно просто: при раскрытии на большой скорости она резко увеличивает лобовое сопротивление самолёта (автомобиля, ракетных саней или другого вида транспорта), укорачивая тормозной путь в среднем на 30–35 %. При этом ПТС не зависит от сцепления колёс с поверхностью, а тормозит «о воздух», то есть её эффективность не снижается из-за, например, обледенения взлётно-посадочной полосы.

Сегодня ПТС активно используются. В авиации ими оснащаются военные и гражданские реактивные самолёты, которым нужно приземляться в тяжёлых погодных условиях или на слишком короткие взлётно-посадочные полосы. Правда, в случае с гражданскими самолётами это не штатное, а экстренное средство, поскольку в момент срабатывания парашюта пассажиры испытывают сильную перегрузку. Широко применяются ПТС в автогонках и, в частности, при установлении рекордов. Например, все болиды, принимающие участие в скоростных заездах на соляном озере Бонневиль, в обязательном порядке оснащаются тормозными парашютами. Если вы смотрели фильм «Самый быстрый “Индиан”», вы можете вспомнить эпизод, в котором герою отказывают в праве стартовать в том числе из-за отсутствия на его мотоцикле тормозного парашюта.

Большинство современных ПТС являются комплексными. Например, сперва выбрасывается малый парашют (вытяжной), который предназначен не для торможения, а для вытягивания основного, – и уже он приводит в рабочее состояние собственно тормозной парашют. Малые парашюты могут быть не только вытяжными, но и поддерживающими – такие системы контролируют правильное раскрытие основного парашюта. Существуют сдвоенные, строенные и даже счетверённые системы.

Интересно, что подобные парашюты используются не только для торможения, но и для стабилизации полёта (они так и называются: стабилизирующие). Например, небольшой парашютик встроен в ручную противотанковую гранату РКГ-3, принятую на вооружение в 1950 году. При замахе корпус гранаты стремится оторваться от рукояти и сжимает пружинку, высвобождающую один из предохранителей (их в РКГ-3 целых четыре) и заодно раскрывающую стабилизирующий парашют. Он немного замедляет полёт, но зато позволяет гранате лететь по заданной траектории, не вращаясь в воздухе.

В общем, парашютно-тормозная система – довольно широко используемое решение для различных задач. А теперь я расскажу, как эта система от довольно примитивной конструкции Котельникова пришла к современному состоянию.

Из автомобиля – в самолёт

С тех пор как Глеб Котельников затормозил с помощью парашюта автомобиль, прошло много времени. 13 февраля 1936 года знаменитый географ и геофизик Отто Юльевич Шмидт предложил организовать воздушную экспедицию на Северный полюс – об этом вы можете подробно прочесть в главе «Дрейфующая станция». Именно его инициатива дала новый толчок развитию тормозных парашютов. Хотя, казалось бы, какая тут может быть связь?

А связь есть, и самая прямая. Перед полярниками стояло множество проблем: и организация зимовки, и доставка оборудования, и настройка связи, и план научных работ. Одной из этих проблем была необходимость посадки самолётов снабжения на необкатанную, неровную, ненадёжную поверхность льда. Возможности прибыть на место заранее и подготовить качественную взлётно-посадочную полосу не предвиделось. Поэтому полярные самолёты оборудовали относительно простой системой дополнительного парашютного торможения. В качестве ПТС использовались обычные грузовые парашюты, аналогичные тем, на которых спускали провизию и оборудование.

Разработкой системы занимался Иван Васильевич Титов, заместитель знаменитого Павла Гроховского, на тот момент – начальника и главного конструктора Экспериментального института Наркомата тяжёлой промышленности по вооружениям РККА. Гроховский был большим специалистом по парашютированию, мастером парашютного спорта, некоторые его конструкции и разработки в области десантирования стали легендарными (например, подвешивание десантников под крыльями самолёта).

Первым самолётом, на котором была применена ПТС, стал знаменитый тяжёлый бомбардировщик ТБ-3, он же АНТ-6. Ко второй половине 1930-х годов он уже потерял военное значение, поскольку был слишком медленным – едва дотягивал до 240 километров в час, но оказался идеальным самолётом для арктического перелёта благодаря своей надёжности и высокой грузоподъёмности. Модель, модифицированная специально для доставки грузов на дрейфующую станцию СП-1, называлась АНТ-6–4М-34Р. Арктическая версия имела закрытый фонарь кабины, увеличенные колёса, новые трёхлопастные винты и – тормозные парашюты.

Управлялся парашют тросом, за который дёргал второй пилот. В легендарном рейсе 21 мая 1937 года, который доставил на полюс первых полярников, основным пилотом был Михаил Водопьянов, а вторым – Михаил Бабушкин. Именно Бабушкин дёрнул за трос сразу после того, как колёса ТБ-3 коснулись льда.

Есть ещё один интересный момент. Хотя парашюты для АНТ-6 разрабатывало специальное КБ, сама по себе идея впервые пришла в голову именно Михаилу Водопьянову – по крайней мере, более ранних источников, чем его слова, найти не получается. В конце 1935 года Водопьянов написал книгу «Мечта пилота», вышедшую в издательстве «Молодая гвардия» годом позже – уже после инициативы Шмидта, но до полёта к полюсу. Есть легенда о том, что Шмидт поручил Водопьянову проработать технические моменты экспедиции, а лётчик взял и написал утопическую повесть, – но это, скорее всего, неправда. Представить себе не могу, что было бы, если б вместо заданного технического проекта на стол Шмидту легла «Мечта пилота». В книге Водопьянов довольно много фантазирует, но упоминает и торможение с помощью вспомогательных аэродинамических элементов – парашютов. Трудно сказать, придумал он это сам или подсмотрел у Котельникова (который на тот момент был жив и здоров) либо у того же Гроховского. Но существует вероятность, что придумал эту схему для самолёта именно Водопьянов.

Впрочем, есть одно маленькое «но»: ещё в 1911 году итальянский инженер и авиатор Джованни Агуста, независимо от Котельникова работавший над парашютом для пилотов, создал концепцию аэродинамического торможения самолёта, а двумя годами позже, будучи сотрудником авиазавода Caproni, испытал её на земле. Работа Агусты не получила практического применения, в отличие от советской схемы, но в мировой практике именно он считается изобретателем авиационной ПТС. Сам факт говорит о том, что хорошая идея часто независимо появляется в разных головах.

Как ни странно, полностью оправдавшие себя в арктических экспедициях ПТС снова, как это было и с экспериментом Котельникова, не имели дальнейшего развития. Тормозные парашюты не использовались нигде, кроме как на самолётах для арктических перелётов, – в технологии на тот момент попросту не было жёсткой необходимости. Летали воздушные суда в те годы небыстро, коротких взлётно-посадочных полос хватало для приземления штатными методами, в частности с помощью аэродинамических элементов на крыльях.

Но всё изменилось с распространением реактивных двигателей.

Скорости растут

На деле идея тормозного парашюта лежала на поверхности, и, как только в системе возникла необходимость, патенты, конструкции и разработки расцвели буйным цветом буквально за несколько лет. До войны ПТС использовались от случая к случаю – как в истории с посадкой на Северном полюсе. После войны же парашютные тормозные системы начали устанавливаться практически на всех военных реактивных самолётах, в особенности на самолётах палубной авиации. Вот почему назвать конкретного изобретателя, положившего начало этой тенденции, решительно невозможно: в США, СССР, Франции, Великобритании различные схемы ПТС начали появляться примерно в одно время и примерно с равной частотой.

Интересно, что ни авиация, ни автопром не торопились с введением ПТС в повсеместную практику. Казалось бы, уже в 1937 году великий пилот-рекордист Джордж Истон преодолел на своём автомобиле Thunderbolt планку в 500 километров в час – но первым рекордным автомобилем, использовавшим ПТС, стал лишь реактивный Spirit of America Крейга Бридлава, разогнавшийся до 655,722 километра в час в 1963 году! Почему? Да всё просто: скоростные заезды проводились и проводятся в основном на огромных плоских поверхностях соляных озёр – там достаточно пространства для того, чтобы затормозить двигателем, экстренное торможение не играет ключевой роли. ПТС снижает риск, но не является единственно возможным способом торможения. Сегодня, помимо рекордных заездов, тормозные парашюты используются в драгрейсинге и некоторых других специфических гоночных дисциплинах.

Если же говорить об авиации, то в 1940-е годы всё больше и больше опытных реактивных самолётов оснащались тормозными парашютами. В СССР первенцем стал двухмоторный истребитель-бомбардировщик Су-9 (первый его полёт состоялся 13 ноября 1946 года), так и оставшийся опытным образцом, но давший начало новому поколению советских боевых самолётов. Германия ещё в 1941 году испытывала ПТС на турбовинтовых машинах Messerschmitt Me 210 и Junkers Ju 52, также система была штатно интегрирована в конструкцию реактивного «летающего крыла» Horten Ho IX (1945) – как раз в целях использования Horten на палубах авианосцев и вообще на коротких взлётно-посадочных полосах. И так далее.

Подытоживая, скажу, что и автомобильный парашют Котельникова, и арктические парашюты советской экспедиции – это прецеденты первого использования. Они не положили начало мировой тенденции, а скорее стали точками на карте использования ПТС. Что приятно – первыми точками.

Глава 5. Достижения Метростроя

О метрополитене написано немало книг, и пересказать их содержание в одной короткой главе невозможно. Оригинальных технических решений в московском и ленинградском метро предостаточно. Например, в оформлении станции «Маяковская» в Москве использованы гофрированные детали из нержавеющей стали. Они были сделаны на широкополосном профилированном стане, закупленном «Дирижаблестроем» ещё в начале 1930-х годов для реализации проекта цельнометаллического дирижабля Циолковского. Дирижабль так и не построили, а стан простаивал вплоть до 1938 года, когда его внезапно решили использовать для изготовления деталей интерьера «Маяковской».

Множество технических решений разной степени оригинальности было применено при проектировании послевоенных станций: их предполагалось использовать не только в качестве транспортных узлов, но и как бомбоубежища. Гермозатворы есть почти на каждой станции московского метрополитена – обратите внимание, насколько рознятся их конструкции и системы закрывания. Особенно заметны распашные гермозатворы, которые не выезжают из потолка или стен, а закрываются, как створки ворот.

В основном эти технологии были новыми для Советского Союза, но изобретенными давно и в других странах. Более того, в 1930-е годы многие технологические решения покупались за границей. Отношения с Западом у нас были натянутыми, но экономика диктовала свои условия, и сотрудничать приходилось, причём довольно активно.

Мы же сейчас поговорим о решениях, которые были применены в советских метрополитенах впервые в мире.

Введение в типы станций

По времени появления метро Россия серьёзно отстала от заграницы. Первая подземка (если не считать Лионского фуникулёра) открылась в Лондоне в 1863 году, затем появились линии в Чикаго (1892), Ливерпуле (1893), Глазго и Будапеште (обе в 1896 году) и т. д. Если не считать близкие к метро, но не типичные системы, например мини-метро Капитолия в Вашингтоне или метротрам Сан-Франциско, можно сказать, что Московский метрополитен стал 17-м по счёту в мире. Неплохо, конечно, но в число лидеров он не попал.

Первые станции метро по всему миру строились исключительно открытым методом (то есть выкапывался котлован, прокладывались тоннели, котлован закрывался и засыпался грунтом) либо же вообще находились на поверхности. Забавно, кстати, что по-английски открытый метод так и называется – cut-and-cover, то есть «срезать и накрыть». Закрытый метод подразумевает использование тоннелепроходческого комплекса, то есть щита. Сам тоннелепроходческий щит изобрёл, построил и эффективно использовал великий британский инженер Изамбард Брюнель ещё в 1825 году при прокладке тоннеля под Темзой. В 1880-е годы всё в том же Лондоне этим методом впервые построили линию глубокого заложения. К метро она отношения не имела, это была открытая в 1890 году железная дорога Сити и Южного Лондона (City and South London Railway, C&SLR), которая частью своего маршрута также проходила под Темзой. На первых порах на C&SLR было всего шесть станций, но впоследствии она разрослась и присоединилась к общей системе метрополитена – сегодня это часть Северной линии. Существует ещё ряд технологий, относящихся к закрытому методу, где не используется проходческий щит, но они появились гораздо позже.

Поначалу в мировой практике были лишь единичные случаи использования закрытого метода – когда стояла задача проложить тоннель, не затрагивая историческую застройку, или пройти под рекой. Везде, где это было возможно, планировались станции неглубокого заложения с максимально упрощёнными строительными технологиями.

Конечно, всегда существовала проблема топологии: чаще всего глубокое заложение обусловлено необходимостью проложить линию под холмом. Но строители старались обходить такие особенности рельефа, причём очень простым способом. Можно строить неглубоко: пусть под холмом станция будет иметь заложение в 15 метров, а где холма нет, линия просто пройдёт над землёй. Так делали и в Нью-Йорке, и в Париже, и в других городах, где сегодня можно прокатиться по надземной эстакаде метро и полюбоваться видами. Самые глубокие станции мира располагаются именно под холмами – это невероятная «Арсенальная» в Киеве (105,5 метра), «Парк Победы» в Москве (84 метра), Washington Park в Портленде (79 метров). По средней глубине метрополитена лидирует Санкт-Петербург, но это обусловлено не холмистостью местности, а тем, что город стоит на болотах и стабильная почва начинается на значительной глубине.

Неглубоко расположенная станция держит на себе относительно небольшой слой почвы плюс дома, дорожное покрытие и инфраструктурные сооружения. Поэтому количество технических решений, которые можно применить при строительстве станции мелкого заложения, очень велико. Большинство таких станций – колонные (вообще, колонные мелкого заложения – это самый распространённый в мире тип станций), то есть их перекрытие имеет дополнительные опоры – колонны, расположенные в один ряд (двухпролётная станция) или в два (трёхпролётная станция). Также бывают однопролётные станции – они аналогичны колонным, перекрытие у них балочное, но опор и нескольких станционных залов на таких станциях нет, вся станция представляет собой единое пространство. Такие станции надо отличать от односводчатых – их свод монолитно переходит в стены.

Но чем глубже станция, тем больше давление и тем выносливее должны быть её несущие конструкции. Подходы, используемые на станциях мелкого заложения, на глубине применить нельзя. Например, однопролётная станция глубокого заложения в принципе невозможна. В связи с этим первые станции глубокого заложения были пилонными. Пилонная станция представляет собой три независимых тоннеля (станционный зал и собственно боковые тоннели), соединённых проходами. Обделки тоннелей независимы друг от друга, если обрушится один, с остальными ничего не случится. Визуально это выглядит как система толстых «колонн» (пилонов) – таких станций множество в Москве («Охотный Ряд», «Смоленская» Арбатско-Покровской линии и т. д.). Основная их проблема – обилие узких проходов и низкая пропускная способность.

При строительстве метрополитенов в Москве и Санкт-Петербурге инженеры разработали целый ряд новых систем, которые ранее не применялись нигде в мире.