Ты наверное слышал о том, что такое ховерборд. Вспомни, Марти МакФлай летал на таком в фильме Назад в будущее 2. До этого было несколько работоспособных концептов, но ничего похожего на ховерборд Lexus не было и в помине.
Как всё начиналось
Для большинства из нас левитирующие поезда и парящие скейтборды, как будето вырваны из произведения научной фантастики. В одном немецком институте физики металлов, однако, они стали реальностью.
Ничто из скромного склада на окраине Дрездена в восточной Германии не указывает, что за его стенами проводятся исследования, которые могут повлиять на то, как мы будем перемещаться в будущем. С начала 2000-х годов группа ученых из Института исследований твердого тела и материалов (IFW) занимала обширные, столетние помещения, возглавляя всемирное развитие инновационных транспортных средств, переносимых одним физическим явлением: сверхпроводимостью.
«Некоторые материалы достигают сверхпроводящего состояния при охлаждении до очень низких температур, — объясняет Дитмар Бергер из IFW, указывая на стеклянную полку, заполненную металлическими балками различной формы и размеров. При минус 180 градусов Цельсия и ниже эти керамические материалы, среди которых наиболее распространены соединения оксида иттрия-бария-меди (YBCO), становятся сверхпроводниками. «Существует ряд металлов и керамика, которые могут быть использованы для сверхпроводимости», — продолжает Бергер. «А именно, те, кто приобретает способность проводить электричество без сопротивления и вытеснять магнитные поля».
Для всех, кроме исследователей в институте, результат этого явления выглядит как чистая научная фантастика: когда они расположены над полем магнитной рейки, эти охлажденные магнитные наконечники поднимаются, как будто невесомые.
Будучи убежденным в том, что с помощью сверхпроводников можно было бы построить совершенно революционную транспортную систему, бывший глава IFW профессор д-р Людвиг Шульц призвал к жизни исследовательский проект, проведенный еще в 2002 году. Этот принцип уже использовался в игрушечных поездах с 1990-х годов. Почему бы не применить его к реальной железнодорожной системе? Шульц рассуждал так при планировании левитирующего поезда, работающего от электромагнитов — маглева — в Японии. Этот поезд стал предпосылкой для Шульца в создании такого же транспорта, но на сверхпроводниках. Спустя семь лет его детище стало реальностью.
Как это работает?
Сверхпроводящая левитация требует трех важных элементов: во-первых, металлический или керамический брусок, известный как сверхпроводник; во-вторых, жидкий азот, чтобы охладить брусок и сделать его магнитным; и в-третьих, постоянный магнит, над которым сверхпроводник может левитировать.
Воплощение мечты
В 2012 году результаты группового проекта профессора Шульца были представлены общественности. Официально известный как испытательный накопитель SupraTrans II, двухместный поезд с открытым верхом быстро получил прозвище Flying Carpet по очевидным причинам. Вместо колес он был оснащен керамическими сверхпроводниками, охлажденными до минус 180 градусов по Цельсию жидким азотом. Охлаждаемая нижняя сторона поезда стала магнитной, позволяя ей плавно, без трения с поверхности, плавать над рельсом из постоянных магнитов. При использовании 10 литров жидкого азота 400-килограммовое транспортное средство могло левитировать и поддерживать скорость на высоте примерно в 10 миллиметров над 80-метровой кольцевой дорожкой на срок до 24 часов — максимальный период, в течение которого температуры могли быть достаточно низкими, чтобы сверхпроводники сохраняли свои свойства.
«Это может выглядеть сложным, но на самом деле все, что требуется, чтобы наша система плавала в пространстве, — это три компонента», — говорит д-р Оливер де Хаас из Evico GmbH, партнерской фирмы, которая совместно разработала систему с IFW. Де Хаас идет по узкой железной дороге, которая крутит большую часть первого этажа склада, а затем садится в SupraTrans. «Во-первых, нам нужен постоянный магнит в нашем треке, — говорит он. «Во-вторых, сверхпроводник, который может действовать как противоположный магнит в течение определенного периода времени. И, наконец, жидкий азот, чтобы охладить сверхпроводящее вещество и заставить его проявлять магнитные свойства».
Секрет левитации
С учетом этих основ, ученые продолжили исследовать дальнейшие возможности сверхпроводящй левитации. Речь идет только о нескольких инновационных институтах во всем мире — среди них IFW; в Бразилии и Китае есть другие — на которых изучается этот принцип для будущего применения в научных лабораториях для перемещения пробирок, содержащих токсичные вещества. Чтобы не допустить контакта с человеческими руками или другими поверхностями, левитирующие системы логистики могут также использоваться в промышленных средах, где обрабатываются ядерные, радиоактивные или другие загрязненные побочные продукты.
В то время как бесконтактная левитация, скорее всего, будет применена для транспортировки товаров в ближайшем будущем, IFW не пренебрег первоначальным интересом Шульца к «летающим» видам транспорта для людей. В октябре 2014 года ученым из IFW было поручено спроектировать и построить транспорт, о котором никто из них не мог мечтать: ховерборд для последней кампании Lexus «Amazing in Motion». Ученые взяли функциональный принцип SupraTrans II в качестве базы и создали летающий скейтборд, немного отличающийся от того, на котором Марти Макфли едет в культовом научно-фантастическом фильме «Назад в будущее». Бамбуковая доска без колес имела свою мировую премьеру на съемочной площадке в Барселоне, где профессиональный скейтбордер (а теперь и ховербордер) Росс Макгуран выполнял трюки, не касаясь земли. Секрет был в невидимой магнитной дорожке, скрытой под трамплинами скейт-парка, над которыми левитировали магниты сверхпроводящего ховерборда.
Транспорт будущего
Результат оказался впечатляющии, и проект стал важной вехой для дальнейшего исследования института. «Построение ховерборда для Lexus требовало от нас ограничений, — говорит Бергер, который участвовал в проекте от первоначальных концепций до окончательного исполнения. «В первый раз мы работали с восходящей дорожкой — и когда мы увидели, что доска действительно может левитировать в гору, мы знали, что невозможное невозможно. Кто знает? Однажды целые города могли быть оснащены магнитными дорожками, позволяющими людям бродить в гору и с горы и все это в маленьких левитирующих каютах с нулевым шумом и нулевыми выбросами».