Гиробус

Гиробус — это вид пассажирского или грузового безрельсового транспорта, использующий для движения механическую энергию, накопленную во вращающемся маховике (гироскопе). В отличие от троллейбуса, гиробус не требует постоянного контакта с контактной сетью, а от аккумуляторного электробуса отличается принципом накопления энергии: вместо химических батарей применяется кинетический накопитель.

Принцип действия

Основным элементом гиробуса является маховик — массивное колесо (ротор), раскручиваемое до высоких оборотов (от 1500 до 3000 об/мин и выше) электрическим двигателем. При вращении маховик накапливает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в электричество через генератор (или через тот же двигатель, работающий в режиме генератора) для питания тягового электродвигателя, приводящего колёса в движение.

Для подзарядки маховика гиробусу необходимо на короткое время подключаться к внешнему источнику питания. В городских условиях это осуществляется через специальные токоприёмники (штанги или пантограф) на остановках или конечных станциях, где установлены зарядные устройства. Процесс раскрутки маховика занимает от 30 секунд до нескольких минут, после чего транспортное средство может проехать от 1 до 10 километров в зависимости от массы маховика, степени зарядки, нагрузки и рельефа местности.

Ключевой особенностью гиробуса является способность рекуперировать энергию торможения: при замедлении тяговый электродвигатель переходит в генераторный режим, подкручивая маховик, что повышает общий КПД системы.

История

Ранние разработки (XIX — начало XX века)

Идея использования маховика для накопления энергии в транспортных средствах возникла задолго до появления гиробусов. В 1880-х годах русский инженер Николай Оттович Яблочков предлагал проекты «электрических экипажей» с маховиками. Однако практическая реализация стала возможна только с развитием электродвигателей и материалов для маховиков.

В 1910-х годах в Швейцарии и Германии проводились эксперименты с гироскопическими вагонами для железных дорог. Наиболее известным стал проект «Гироскопический вагон» (Gyrocar) изобретателя Луи Бреннана, построенный в 1910 году. Вагон массой 22 тонны мог проехать около 30 км на одном раскручивании маховика. Однако из-за высокой стоимости, сложности и проблем с безопасностью (разрыв маховика) проект не получил развития.

Советские гиробусы (1950–1960-е годы)

Наиболее масштабные испытания гиробусов проводились в СССР. В 1950-х годах в Ленинграде на заводе имени Я. М. Свердлова был разработан и построен опытный образец гиробуса Гиробус-1 (также известный как «Гиробус Ленинград»). Машина представляла собой переоборудованный троллейбус ЗиУ-5, в котором вместо тягового электродвигателя и аккумуляторов был установлен маховик массой около 1,5 тонн, раскручиваемый до 3000 об/мин. Зарядка осуществлялась на конечных остановках через контактную сеть.

В 1959 году на Московском автомобильном заводе имени Лихачёва (ЗИЛ) был создан экспериментальный гиробус ЗИЛ-Э167. Он был рассчитан на 60 пассажиров и имел запас хода до 5 км. Испытания проводились на территории завода и в Москве. Однако все советские проекты столкнулись с рядом проблем:

• Безопасность: при разрушении маховика его осколки представляли серьёзную угрозу. Для защиты применялись стальные кожухи, что увеличивало массу.
• Эффективность: потери энергии на трение в подшипниках и аэродинамическое сопротивление маховика были высоки.
• Инфраструктура: требовалось оборудовать остановки зарядными устройствами, что было сопоставимо с прокладкой контактной сети.

К середине 1960-х годов интерес к гиробусам в СССР угас в пользу троллейбусов и автобусов.

Современные разработки (2000-е — настоящее время)

С развитием композитных материалов (углепластик, кевлар) и магнитных подшипников интерес к гиробусам возродился. В 2000-х годах швейцарская компания Oerlikon разработала концепцию «гироавтобуса» с маховиком из углеволокна, вращающимся в вакууме на магнитных подшипниках. Это позволило снизить потери энергии и повысить безопасность.

В 2010-х годах в Китае и России проводились эксперименты с гиробусами для внутризаводских перевозок. В 2015 году в Ульяновске был испытан гиробус на базе автобуса «ГАЗель», оснащённый маховиком массой 200 кг. Запас хода составил около 2 км.

Однако к 2020-м годам гиробусы остаются экспериментальным видом транспорта. Основным барьером является низкая удельная энергоёмкость маховиков по сравнению с литий-ионными аккумуляторами (около 5–10 Вт·ч/кг против 150–250 Вт·ч/кг у современных батарей). Кроме того, гиробусы требуют специальной инфраструктуры для зарядки и не могут быть интегрированы в существующие сети электротранспорта без модернизации.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокий ресурс: маховик может выдерживать сотни тысяч циклов зарядки-разрядки без деградации, в отличие от аккумуляторов.
• Экологичность: отсутствие химических элементов, подлежащих утилизации.
• Рекуперация: эффективное использование энергии торможения.
• Быстрая зарядка: время подзарядки маховика составляет секунды или минуты, а не часы, как у аккумуляторов.

Недостатки

• Низкая энергоёмкость: маховик накапливает значительно меньше энергии на единицу массы, чем аккумулятор.
• Опасность разрушения: при аварии или отказе подшипников маховик может разорваться, что требует тяжёлой и дорогой защиты.
• Сложность конструкции: требуется вакуумная камера, магнитные подшипники и система управления для снижения потерь.
• Ограниченный запас хода: гиробусы эффективны только на коротких маршрутах (до 10 км).

Сравнение с другими видами транспорта

Перспективы

В настоящее время гиробусы рассматриваются как нишевое решение для коротких маршрутов в исторических центрах городов, где нежелательна прокладка контактной сети, а также для внутрипроизводственных перевозок. Разработки в области композитных материалов и магнитных подшипников могут повысить энергоёмкость маховиков до 30–50 Вт·ч/кг, что сделает гиробусы конкурентоспособными с аккумуляторными электробусами на коротких дистанциях.

В России в 2020-х годах обсуждается возможность создания гиробусов для туристических маршрутов в Санкт-Петербурге и Москве, однако конкретных проектов реализовано не было.

Источники

1. Краткая энциклопедия городского транспорта. — М.: Транспорт, 1985.
2. Белов А. И. Гиробусы: история и перспективы // Журнал «Наука и техника», № 4, 2012.
3. Смирнов В. П. Накопители энергии на транспорте. — Л.: Лениздат, 1968.
4. Технический отчёт ЗИЛ-Э167. — Архив завода имени Лихачёва, 1960.
5. Oerlikon Gyrobus: A Review of Modern Concepts // International Journal of Vehicle Design, 2018.