Вакуумная почта. Пневмопочта. Принцип работы. Пневмоприводы с поступательным движением
Сто лет назад по трубам под мостовыми Манхэттена со скоростью 35 миль в час летели капсулы с почтой - так работала система Mailpipe - нью-йоркская пневматическая почта
Нью-йоркская пневмопочта оперативно доставляла корреспонденцию в почтовые отделения в любое время, в любую погоду, минуя дорожные пробки
Около 27 миль стальных труб были проложены под землёй от Бэттери-Парк до Гарлема и обратно через Таймс-сквер, вокзал Гранд-сентрал и Главпочтамт. Восьмидюймовые трубы были проложены на глубине 1-3 метров в две нитки - одна для передачи, другая для приёма.
В центральном отделении почта сортировалась, штемпелевалась, укладывалась в цилиндрические контейнеры-капсулы и отправлялась в трубу.
Компрессор нагнетал в трубу воздух, который и гнал капсулу до пункта назначения. Тот путь, который по поверхности занимал сорок минут, контейнер Mailpipe пролетал за семь. Каждая капсула вмещала до 600 писем, общая масса доставленных по городу почтовых отправлений доходила до 3 тонн в сутки.
Вспоминает Натан Халперн, ветеран почтовой службы: «Я ещё помню те контейнеры, которые выскакивали из труб. Они прибывали примерно раз в минуту и были слегка тёплыми, в смазке»
Не все отправления пользовались такой привилегией - в первую очередь под землёй путешествовали письма первого класса, остальные могли отправить по старинке - конным фургоном.
Строительство нью-йоркской Mailpipe началось в конце 1890-х годов, в 1898-м она была введена в строй. Главный почтмейстер США Чарльз Эмори Смит предсказывал тогда, что в один прекрасный день он оснастит пневмопочтой каждую квартиру. Энтузиазм был так велик, что на рубеже XIX-XX веков было даже несколько предложений по прокладке труб пневмопочты между Америкой и Европой.
Погубил пневмопочту автомобиль, а прикончили светофоры. Автофургон оказался чуть медленнее капсулы, но вмещал куда больше писем и был много дешевле в эксплуатации. Выявились и другие недостатки Mailpipe - например, если почтовое отделение переезжало, то приходилось вскрывать мостовую и перекладывать трубы заново
Тем не менее, в Нью-Йорке система продержалась довольно долго (в правой части снимка приёмное устройство пневмопочты)
Строительство Нью-Йоркской системы трубопроводной почты началось в начале 1890-х годов и завершилось в 1898 г. Только на Манхэттене протяженность ее трубопроводов достигала около 27 миль, охватывая район от Бэттери-Парка до Гарлема. Стоимость системы достигла 4 миллионов долларов, основным подрядчиком была компания Tubular Dispatch Company, которая построила подобную систему в Филадельфии (послужившую «прототипом» для Нью-Йоркской) еще в 1893 году.
На Манхэттене система проходила также через Таймс-Сквер, железнодорожный вокзал Грэнд-Сентрал Терминал и главный офис Почтовой Службы вблизи Пенсильванского вокзала (Penn Station). От здания Мэрии (City Hall station) трубопроводы тянулись дальше через Бруклинский мост в главпочтамт Бруклина, на другом берегу Ист-Ривер.
Система обеспечивала доставку почты более быструю, чем почтовые кареты и первые автомобили. Ее преимущества становились особенно очевидны в суровые снежные зимы с заносами, как в 1914 г. - когда движение на улицах останавливалось, бизнес на Манхэттене мог продолжать работать бесперебойно.
Капсулы с почтой и посылками, похожие внешне на тяжелые артиллерийские снаряды, длиной до 2 футов (61 см), скользили под землей по 8-дюймовым трубопроводам под давлением сжатого воздуха, независимо от пробок на улицах и погодных условий, с интервалами примерно в минуту.
Трубопроводы обычно проходили в 2 параллельные линии (для пересылки «туда и обратно») на глубине от 4 до 12 футов под землей, кое-где они использовали существующие туннели Нью-Йоркской подземки - проходя в них параллельно железнодорожным линиям. Сеть труб быстро расширилась, достигнув в крупных городах Восточного побережья 56 миль - со средней интенсивностью работы 200 тысяч писем в час на линию. Такую же систему стала использовать и компания Western Union, соединив таким образом свой центральный офис с отделениями.
Разумеется, такая громадная и сложная пневмосистема требовала достаточно сложной инфраструктуры (компрессорных станций и другого оборудования) и качественного обслуживания, и соответственно - высоких затрат (до 17 тыс долларов в год на милю!). Для регулярной смазки в систему периодически запускались специальные «смазывающие» перфорированные капсулы, заполненные маслом, которое постепенно вытекало из них в процессе движения.
На каждую почтовую капсулу наносилась маркировка, обеспечивающая правильную доставку. Обычная почта доставлялась системой в течение не более 3 часов, «приоритетная» - одного часа. Репутация и надежность системы были исключительно высоки - настолько, что в первые годы 20 века вполне серьезно обсуждалась идея прокладки подобной системы по дну Атлантики, подобно трансатлантическому кабелю, чтобы соединить США с Европой.
Однако развитие автомобилизма и автопромышленности очень скоро нанесло системе пневмопочты смертельный удар. Уже у 1918 году стремительная автомобилизация страны (и почтовой службы) привела к тому, что эксплуатация системы в некоторых городах стала невыгодной.
К тому же если, например, почтамт или станция системы в процессе развития города должны были переехать, это означало необходимость раскопать улицы, аккуратно демонтировать всю систему и вновь аккуратно смонтировать ее на новом месте (опять-таки с земляными работами и всеми соответствующими расходами и неудобствами).
В Нью-Йорке, с его высокой плотностью населения и бизнесов, система имела большую востребованность и соответственно продержалась дольше - ее эксплуатация продолжалась до 1 декабря 1953 года.
Но идея не умерла!
Evacuated Tube Transport - технология перемещения по вакуумной трубе (ETT) - новая разновидность системы транспортировки — безопасная, невероятно быстрая и энергосберегающая
Представьте две трубы под землей или над землей, идущие в двух направлениях. В этих трубах нет воздуха, значит нет сопротивления. Пассажирские кабины, похожие на кабины в самолете (рассчитанные на 2-8 человек), перемещаются по трубе на тонких стальных колесах или на магнитной подвеске (маглев) практически без трения. Значительная часть энергии, используемой, чтобы разогнать капсулу, возвращается в сеть, когда капсула начинает «торможение», так как это осуществляется с помощью обычного электрического двигателя/генератора.
Благодаря эффективности ETT, транспортировка будет довольно дешевой, менее четверти от средней платы за проезд обычным способом, включая авиапутешествия. Если продолжить сравнивать ETT с самолетом, стоит упомянуть о безопасности - автоматизированный вакуумный поезд фактически исключает возможности столкновения. Кроме того, ETT работает независимо от погодных условий.
ETT имеет преимущества с точки зрения экологии. Строительство ETT приносит на 95% меньше вреда окружающей среде, чем строительство шоссе, так как при этом используется значительно меньше ресурсов. За один километр вакуумный поезд, по расчетам, выбрасывает от 0% до 2% от парниковых газов, которые выходят с выхлопами автомобилей и самолетов. Вакуумный поезд никак не повредит флоре или фауне, так как трубы не будут ощутимо пересекаться с природой - перерезать леса, блокировать естественные водохранилища, препятствовать свободной миграции животных и т. д. Система ETT долговечна, таким образом, требуется минимальное обслуживание, и, следовательно, производственные отходы также малы. ETT может использовать возобновляемые, не загрязняющие окружающую среду источники энергии - солнечные, ветряные или гидроэлектрические.
Поездка на ETT будет похожа на приятное путешествие в очень тихом самолете. В зависимости от преодолеваемого расстояния, скорость ETT может достигать 600 км/ч для междугородних поездок, если речь идет о международном путешествии, скорость может развиваться до 6500 км/ч, что позволило бы добраться из Вашингтона в Пекин за 2 часа. Не понадобится часами стоять в огромном аэропорте, терминалы будут представлять собой аккуратные маленькие станции.
Инженеры предлагают строительство маленькой тестовой системы ETT для перевозки документов, а затем можно приступить к разработке системы для транспортировки людей. Строительство подобной испытательной системы в пределах пары километров в длину заняло бы приблизительно 6 месяцев и стоило бы меньше миллиона долларов.
Специалисты говорят, что стоимость ETT может составить приблизительно 50% от стоимости четырехполосной автомагистрали, а стоимость обслуживания труб составит менее 20%. Вместимость ETT превысит вместимость автомагистрали на 8 полос в каждом направлении. Вакуумный поезд будет поглощать 0,2% энергии, которая затрачивается на обеспечение работы автомобилей и самолетов.
Так же как поезда и самолеты, ETT будут грузовыми и пассажирскими.
После того как система будет окончательно разработана и испытана, строительство быстро распространится по всему миру. Так как система рациональна в использовании энергии и материалов, путешествие будет иметь низкую стоимость, и значит будет популярно. В конечном счете, все в мире смогут использовать технологию.
В 1900 году менее одного процента всех людей в мире имели возможность увидеть автомобиль. К 1935 году девяносто девять процентов средств передвижения в пределах городов стали составлять автомобили. Сегодня люди более привычны к изменениям в области технологий. Вполне возможно, что все мы сможем наслаждаться дешевым кругосветным путешествием меньше чем через 10 лет.
Высока вероятность того, что первая вакуумная дорога будет построена в Китае. Дэрил Остер, владелец компании ET3.com, которая занимается проектированием систем скоростного сообщения, уже давно сотрудничает с учеными из Китая. Остер продает лицензии, стоимостью в 100 долларов, которые позволяют использовать его интеллектуальную собственность. Эта система, по мнению автора, привлечет всех заинтересованных и позволит быстрее осуществить разработку вакуумного поезда..
Одной из технических достопримечательностей старого Нью-Йорка (а также Бостона, Филадельфии, Чикаго и Сент-Луиса) была развитая система пневмопочты. Она обеспечивала доставку корреспонденции и небольших посылок со скоростью до 30 миль в час.
Сто лет назад по трубам под мостовыми Манхэттена со скоростью 35 миль в час летели капсулы с почтой – так работала система Mailpipe – нью-йоркская пневматическая почта, которая оперативно доставляла корреспонденцию в почтовые отделения в любое время, в любую погоду, минуя дорожные пробки.
Около 27 миль стальных труб были проложены под землёй от Бэттери-Парк до Гарлема и обратно через Таймс-сквер, вокзал Гранд-сентрал и Главпочтамт. Восьмидюймовые трубы были проложены на глубине 1-3 метров в две нитки – одна для передачи, другая для приёма.
В центральном отделении почта сортировалась, штемпелевалась, укладывалась в цилиндрические контейнеры-капсулы и отправлялась в трубу.
Компрессор нагнетал в трубу воздух, который и гнал капсулу до пункта назначения. Тот путь, который по поверхности занимал сорок минут, контейнер Mailpipe пролетал за семь. Каждая капсула вмещала до 600 писем, общая масса доставленных по городу почтовых отправлений доходила до 3 тонн в сутки.
Вспоминает Натан Халперн, ветеран почтовой службы: «Я ещё помню те контейнеры, которые выскакивали из труб. Они прибывали примерно раз в минуту и были слегка тёплыми, в смазке»
Не все отправления пользовались такой привилегией – в первую очередь под землёй путешествовали письма первого класса, остальные могли отправить по старинке – конным фургоном.
Строительство нью-йоркской Mailpipe началось в конце 1890-х годов, в 1898-м она была введена в строй. Главный почтмейстер США Чарльз Эмори Смит предсказывал тогда, что в один прекрасный день он оснастит пневмопочтой каждую квартиру. Энтузиазм был так велик, что на рубеже XIX-XX веков было даже несколько предложений по прокладке труб пневмопочты между Америкой и Европой.
Погубил пневмопочту автомобиль, а прикончили светофоры. Автофургон оказался чуть медленнее капсулы, но вмещал куда больше писем и был много дешевле в эксплуатации. Выявились и другие недостатки Mailpipe – например, если почтовое отделение переезжало, то приходилось вскрывать мостовую и перекладывать трубы заново
Тем не менее, в Нью-Йорке система продержалась довольно долго (в правой части снимка приёмное устройство пневмопочты)
Строительство Нью-Йоркской системы трубопроводной почты началось в начале 1890-х годов и завершилось в 1898 г. Только на Манхэттене протяженность ее трубопроводов достигала около 27 миль, охватывая район от Бэттери-Парка до Гарлема. Стоимость системы достигла 4 миллионов долларов, основным подрядчиком была компания Tubular Dispatch Company, которая построила подобную систему в Филадельфии (послужившую «прототипом» для Нью-Йоркской) еще в 1893 году.
На Манхэттене система проходила также через Таймс-Сквер, железнодорожный вокзал Грэнд-Сентрал Терминал и главный офис Почтовой Службы вблизи Пенсильванского вокзала (Penn Station). От здания Мэрии (City Hall station) трубопроводы тянулись дальше через Бруклинский мост в главпочтамт Бруклина, на другом берегу Ист-Ривер.
Система обеспечивала доставку почты более быструю, чем почтовые кареты и первые автомобили. Ее преимущества становились особенно очевидны в суровые снежные зимы с заносами, как в 1914 г. – когда движение на улицах останавливалось, бизнес на Манхэттене мог продолжать работать бесперебойно.
Капсулы с почтой и посылками, похожие внешне на тяжелые артиллерийские снаряды, длиной до 2 футов (61 см), скользили под землей по 8-дюймовым трубопроводам под давлением сжатого воздуха, независимо от пробок на улицах и погодных условий, с интервалами примерно в минуту.
Трубопроводы обычно проходили в 2 параллельные линии (для пересылки «туда и обратно») на глубине от 4 до 12 футов под землей, кое-где они использовали существующие туннели Нью-Йоркской подземки – проходя в них параллельно железнодорожным линиям. Сеть труб быстро расширилась, достигнув в крупных городах Восточного побережья 56 миль – со средней интенсивностью работы 200 тысяч писем в час на линию. Такую же систему стала использовать и компания Western Union, соединив таким образом свой центральный офис с отделениями.
Разумеется, такая громадная и сложная пневмосистема требовала достаточно сложной инфраструктуры (компрессорных станций и другого оборудования) и качественного обслуживания, и соответственно – высоких затрат (до 17 тыс долларов в год на милю!). Для регулярной смазки в систему периодически запускались специальные «смазывающие» перфорированные капсулы, заполненные маслом, которое постепенно вытекало из них в процессе движения.
На каждую почтовую капсулу наносилась маркировка, обеспечивающая правильную доставку. Обычная почта доставлялась системой в течение не более 3 часов, «приоритетная» - одного часа. Репутация и надежность системы были исключительно высоки – настолько, что в первые годы 20 века вполне серьезно обсуждалась идея прокладки подобной системы по дну Атлантики, подобно трансатлантическому кабелю, чтобы соединить США с Европой.
Однако развитие автомобилизма и автопромышленности очень скоро нанесло системе пневмопочты смертельный удар. Уже у 1918 году стремительная автомобилизация страны (и почтовой службы) привела к тому, что эксплуатация системы в некоторых городах стала невыгодной.
К тому же если, например, почтамт или станция системы в процессе развития города должны были переехать, это означало необходимость раскопать улицы, аккуратно демонтировать всю систему и вновь аккуратно смонтировать ее на новом месте (опять-таки с земляными работами и всеми соответствующими расходами и неудобствами).
В Нью-Йорке, с его высокой плотностью населения и бизнесов, система имела большую востребованность и соответственно продержалась дольше – ее эксплуатация продолжалась до 1 декабря 1953 года.
Но идея не умерла!
Evacuated Tube Transport – технология перемещения по вакуумной трубе (ETT) – новая разновидность системы транспортировки - безопасная, невероятно быстрая и энергосберегающая
Представьте две трубы под землей или над землей, идущие в двух направлениях. В этих трубах нет воздуха, значит нет сопротивления. Пассажирские кабины, похожие на кабины в самолете (рассчитанные на 2-8 человек), перемещаются по трубе на тонких стальных колесах или на магнитной подвеске (маглев) практически без трения. Значительная часть энергии, используемой, чтобы разогнать капсулу, возвращается в сеть, когда капсула начинает «торможение», так как это осуществляется с помощью обычного электрического двигателя/генератора.
Благодаря эффективности ETT, транспортировка будет довольно дешевой, менее четверти от средней платы за проезд обычным способом, включая авиапутешествия. Если продолжить сравнивать ETT с самолетом, стоит упомянуть о безопасности – автоматизированный вакуумный поезд фактически исключает возможности столкновения. Кроме того, ETT работает независимо от погодных условий.
ETT имеет преимущества с точки зрения экологии. Строительство ETT приносит на 95% меньше вреда окружающей среде, чем строительство шоссе, так как при этом используется значительно меньше ресурсов. За один километр вакуумный поезд, по расчетам, выбрасывает от 0% до 2% от парниковых газов, которые выходят с выхлопами автомобилей и самолетов. Вакуумный поезд никак не повредит флоре или фауне, так как трубы не будут ощутимо пересекаться с природой – перерезать леса, блокировать естественные водохранилища, препятствовать свободной миграции животных и т. д. Система ETT долговечна, таким образом, требуется минимальное обслуживание, и, следовательно, производственные отходы также малы. ETT может использовать возобновляемые, не загрязняющие окружающую среду источники энергии – солнечные, ветряные или гидроэлектрические.
Поездка на ETT будет похожа на приятное путешествие в очень тихом самолете. В зависимости от преодолеваемого расстояния, скорость ETT может достигать 600 км/ч для междугородних поездок, если речь идет о международном путешествии, скорость может развиваться до 6500 км/ч, что позволило бы добраться из Вашингтона в Пекин за 2 часа. Не понадобится часами стоять в огромном аэропорте, терминалы будут представлять собой аккуратные маленькие станции.
Инженеры предлагают строительство маленькой тестовой системы ETT для перевозки документов, а затем можно приступить к разработке системы для транспортировки людей. Строительство подобной испытательной системы в пределах пары километров в длину заняло бы приблизительно 6 месяцев и стоило бы меньше миллиона долларов.
Специалисты говорят, что стоимость ETT может составить приблизительно 50% от стоимости четырехполосной автомагистрали, а стоимость обслуживания труб составит менее 20%. Вместимость ETT превысит вместимость автомагистрали на 8 полос в каждом направлении. Вакуумный поезд будет поглощать 0,2% энергии, которая затрачивается на обеспечение работы автомобилей и самолетов.
Так же как поезда и самолеты, ETT будут грузовыми и пассажирскими.
После того как система будет окончательно разработана и испытана, строительство быстро распространится по всему миру. Так как система рациональна в использовании энергии и материалов, путешествие будет иметь низкую стоимость, и значит будет популярно. В конечном счете, все в мире смогут использовать технологию.
В 1900 году менее одного процента всех людей в мире имели возможность увидеть автомобиль. К 1935 году девяносто девять процентов средств передвижения в пределах городов стали составлять автомобили. Сегодня люди более привычны к изменениям в области технологий. Вполне возможно, что все мы сможем наслаждаться дешевым кругосветным путешествием меньше чем через 10 лет.
Высока вероятность того, что первая вакуумная дорога будет построена в Китае. Дэрил Остер, владелец компании ET3.com, которая занимается проектированием систем скоростного сообщения, уже давно сотрудничает с учеными из Китая. Остер продает лицензии, стоимостью в 100 долларов, которые позволяют использовать его интеллектуальную собственность. Эта система, по мнению автора, привлечет всех заинтересованных и позволит быстрее осуществить разработку вакуумного поезда..
Схема работы пневмопочты для сортировки телеграфных сообщений в здании Центрального телеграфа в Москве
Кстати, занимательный факт:
В 1922-м году Нильс Бор, один из величайших учёных в истории человечества, получил Нобелевскую премию за исследования структуры атомов и ранние работы в квантовой механике. Бор был датчанином, и его соотечественники были так рады и горды его достижениями, что буквально завалили учёного подарками. Но самый оригинальный из них преподнесла пивоварня Carlsberg.
Пивовары подарили Бору дом на небольшом участке неподалёку от своего заводика. Особенностью этого дома был трубопровод, соединённый с пивоварней - по нему в дом в режиме 24/7 поставлялось пиво, бесплатно, неограниченно и до конца жизни учёного. Бор из скромности отказывался от многих подарков своих соотечественников, но перед заманчивой перспективой бесплатного пива не устоял.
Китайская компания Huami, являющаяся дочкой Xiaomi, представила смарт-часы Amazfit GTR, обладающие AMOLED-дисплеем, чипом NFC, завидной автономностью до 24 часов и герметичным корпусом. Читать дальшеИдея перемещать небольшие грузы внутри полых трубок посредством сжатого воздуха родилась в умах людей очень давно. Еще древнегреческий мыслитель и инженер Герон Александрийский описал этот способ доставки корреспонденции в своем трактате «Механика». Система пневмопочты, придуманная древним греком, была весьма оригинальной для своего времени идеей, но технический уровень античности не позволил реализовать ее на практике.
Навигация:
Первая реально работающая пневмопочта была сконструирована гораздо позже, в конце семнадцатого века, а в повсеместный обиход этот способ доставки корреспонденции вошел спустя еще сто пятьдесят лет. Первая действующая станция пневмопочты начала работать в тысяча восемьсот пятьдесят третьем году в Лондоне, а уже к концу девятнадцатого века подобные системы работали во многих европейских столицах – Вене, Париже, Берлине. Еще большее развитие системы пневматической почты получили в начале прошлого века, когда открылись станции в Глазго, Ливерпуле, Манчестере, Филадельфии и других крупных городах. В двадцатые годы появились подобные системы и в нашей стране. Первая в СССР пневмопочта заработала в Москве и Ленинграде.
Сжатым воздухом – пли, или как работает пневмопочта
Распространение получили два вида пневмопочты, работающие на различных принципах. В первом случае капсула пневмопочты, внутрь которой вложен необходимый документ, приводится в движение с помощью сжатого воздуха, нагнетаемого специальным компрессором в трубопровод. С тыльной стороны капсулы создается избыток давления, который толкает ее вперед. Во втором случае, наоборот, давление в трубе перед пневмопосылкой многократно снижается мощной помпой, выкачивающей воздух из системы. Использование первого алгоритма работы позволяет сообщать капсулам более высокую скорость движения, однако создание в трубе давления, многократно превышающего атмосферное, предъявляет повышенные требования к прочности трубы для пневмопочты. На сегодняшний день используются комбинированные системы, которые сначала создают разрежение, а потом – избыточное давление в трубах.
Пересылка отправления в системе пневматической почты включает в себя четыре фазы. Первая фаза – загрузка капсулы в станцию отправителя. Далее пневмокапсула начинает двигаться от станции отправления к компрессору благодаря создаваемому последним разряжению. От компрессора к станции получателя движение происходит под воздействием нагнетаемого компрессором высокого давления. Далее станция получателя принимает и выдает капсулу.
Перед прибытием пневмокапсулы в пункт назначения скорость ее движения замедляется выпуском противодействующего потока воздуха. Это позволяет достичь плавного торможения посылки и избежать ее повреждения в результате слишком сильного удара на финише.
Путь длиной в полтора века. Современные системы пневмопочты
Разумеется, развитие электронных систем хранения и передачи информации значительно сократило использование подобных систем. Далеко не в любом здании целесообразно и удобно производить монтаж пневмопочты, так что уже с семидесятых годов ХХ века значительная часть пользователей начала отдавать предпочтение цифровым сетям. Даже весьма медленные и несовершенные компьютерные сети второй половины прошлого века оказались во многом удобнее в использовании, да и регламентное обслуживание пневмопочты, выполнявшееся в те годы достаточно часто, мешало нормальному рабочему процессу.
Однако остались сферы деятельности человека, в которых электронная почта не смогла заменить пневматическую и по сей день. С помощью email не отправишь пробу новой плавки в лабораторию, не перешлешь деньги из банковского хранилища в кассу, ведущую обслуживание клиентов. Востребованапневмопочта +в медицине, особенно если нужно быстро транспортировать лабораторный материал, пакеты с донорской кровью или трансплантатами, либо медицинские препараты. Активно используется пневмопочта +в сбербанке, в современных супермаркетах, в крупных учреждениях, работающих с бумажными экземплярами документов.
Различаются современные системы пневмопочты не только по отрасли применения, но и по своим конструкционным особенностям. Производятся однолинейные и многолинейные системы, которые бывают однонаправленными и двунаправленными. Однолинейные двунаправленные пневмосистемы позволяют осуществить пересылку капсулы между двумя станциями в любом направлении. Однонаправленные системы обычно применяются в случае, когда нужно соединить несколько отправляющих станций с одной принимающей. Из-за их конструктивных особенностей обратная отправка пневмокапсулы невозможна. Многолинейные системы позволяют как принимать, так и отправлять пневмопосылки множеству получателей, и состоят из нескольких параллельных пневматических труб со всем необходимым оборудованием, управляемых общим процессором.
Современные системы пневматической почты достаточно компактны, имеют программное управление высокой степени автономности, не производят лишнего шума. Станции приема и отправки пневмокапсул обычно автоматизированы, а все процессы внутри системы отображаются на интерактивном мониторе управления. Управляет всем специальное программное обеспечение, оптимизированное под особенности конкретной пневмосистемы. Для облегчения пользования и унификации большинство программ управления работают под ОС Windows.
«Глазами» центрального компьютера являются многочисленные датчики, отслеживающие посылку во время ее перемещения по пневматическим трубам и посылающие тревожный сигнал в случае возникновения внештатной ситуации. Они же помогают отследить посылку в случае ошибки, допущенной отправителем при указании станции получателя пневматической капсулы.
Аэродинамика конверта: Капсулы для пневмопочты
Для пересылки документов и небольших грузов по пневматическим системам используются специальные капсулы, которые сконструированы таким образом, чтобы исключить повреждение вложения. Обычно капсула изготавливается в виде цилиндра с полостью для грузов внутри. Современные пневмокапсулы производятся из ударопрочного пластика. Диаметр такой капсулы лишь немногим меньше диаметра пневматической трубы. Это позволяет затрачивать меньше энергии на транспортировку – уменьшается давление, необходимое для движения груза в системе. С другой стороны, зазоры между капсулой и стенками трубы достаточны, чтобы исключить застревание капсулы в процессе транспортировки. В зависимости от сферы использования, внутреннее пространство капсулы оснащается различными штативами и площадками для крепления вложения, а также специальными вставками, дополнительно оберегающими хрупкие грузы. Обычно их диаметр составляет 110 сантиметров, а масса заполненной грузом капсулы редко превышает один килограмм.
Наследники котлов Папена: современные воздуходувки для пневмопочты
Прогресс в проектировании и производстве пневмосистем не стоит на месте — современная пневмопочта, оборудование которой управляется сложными электронными микроконтроллерами, гораздо надежнее своих механических предшественников. Не менее надежными стали и нагнетающие давление в систему вихревые воздушные насосы, в обиходе именующиеся воздуходувками.
Современные воздуходувки проектируются и изготавливаются с учетом трех основных требований, предъявляемых заказчиками. Эти машины должны быть весьма экономичными при достаточно высокой производительности, иметь длительную межремонтную наработку, и занимать не слишком много места. В связи с этим передовые производители используют преимущественно вихревыми компрессорами. Именно такие воздуходувки использует пневмопочта hanter. В сравнении с устаревшими поршневыми системами, такие компрессоры потребляют содержать гораздо меньше движущихся частей, что позволяет не только снизить потребление электроэнергии, но и увеличить ресурс механизма. Благодаря этому работа пневмопочты становится более надежной и стабильной.
Возможно, самый странный груз, когда-либо отправлявшийся по пневматической почте, — это живые люди. Сохранился отчет 1869 года о перемещении 15-летнего подростка в трубе под Лондоном, в вагончике London Pneumatic Despatch Сompany: «Путь от одной конечной станции до другой занимал девять минут. Путешествие каждый раз захватывало, воздух был свежим и прохладным даже в самые жаркие летние дни. От Холборн-серкус труба ныряла под крутой уклон к Фаррингтон-стрит, и скорость достигала 60 миль в час. В темноте я чувствовал, будто лечу вниз с горы, ногами вперед. Разогнавшийся вагончик проскакивал по возвышению к Ньюгейт-стрит. В первый раз мне показался странным и даже пугающим этот полет под землей, так близко к поверхности, что был слышен стук копыт и грохот повозок».
Прибытие поршня
Впрочем, первые поездки на пневматическом транспорте начались на четверть века раньше. 1844 год, пригород Дублина, 200 пассажиров занимают места в первом в мире поезде «атмосферной железной дороги» в местечке Далки. Вагоны в нем совершенно обычные, их семь, но в составе нет локомотива! За пять минут до отправления раздается звонок, и паровой двигатель в отстоящем на почти 3 км пункте прибытия начинает выкачивать воздух из проложенной между рельсов трубы диаметром 40 см. В трубе находится поршень, зацепленный за первый в составе вагон-тележку. Машинист снимает поезд с тормоза, и вагоны плавно набирают скорость. Поезд бесшумно, без привычного паровозного дыма и копоти поднимается в гору и прибывает на конечную станцию через несколько минут, проделав путь с максимальной скоростью 64 км/ч.
На современников это путешествие производило неизгладимое впечатление. Обратно поезд без выкрутасов скатывался под горку, причем тронуться с места ему помогали пассажиры третьего класса — выходили и толкали.
Начиная с 30-х годов XIX века пневматический транспорт стремительно развивался. Интересно, что прогресс в этой области шел по пути уменьшения размеров — от пассажирских вагонов XIX столетия до компактных капсул нашего времени.
Ясно, что создать тягу, используя трубу небольшого диаметра, проще, чем строить тоннель размером с железнодорожный вагон. Но, чтобы соединенный с составом поршень мог двигаться, в трубе пришлось сделать прорезь по всей длине. А как эту прорезь герметично закрыть? Остановились на варианте с кожаным клапаном-полосой: проходящий поршень открывал его, а установленный на вагоне-тележке ролик закрывал и запечатывал.
Модели клапана работали прекрасно, а в реальной жизни получилось как всегда: в жару кожа сохла и трескалась, в холод замерзала и коробилась. По ночам толпы крыс лакомились вкусно пропитанной салом кожей, и первый утренний поршень привозил на станцию щедрый урожай тушек, перемешанный с накопившимся за ночь конденсатом.
Чтобы клапан приемлемо работал, вслед за каждым поездом приходилось пускать работника, который промазывал клапан и придавливал к трубе. Красивая идея превращалась в головную боль, и через десять лет эксплуатации первую пневматическую железную дорогу закрыли.
Рисунок датируется 1870 годом и изображает пассажирский салон пневматического вагона на станции «Бродвей» Нью-Йоркской подземки.
Саркофаг для сенаторов
Более успешным применением пневматической тяги оказалась перевозка почты, но от идеи тележек на колесах отказались не сразу. В начале 1860-х London Pneumatic Despatch Сompany соединила несколько почтовых отделений Лондона миниатюрным железнодорожным тоннелем высотой около 120 см. По рельсам бегали грузовые капсулы около 60 см высотой и 2 м длиной, снабженные для герметизации резиновым уплотнителем. Каждая капсула могла перевезти до 3 т груза за рейс со скоростью до 60 км/ч.
Люди, желавшие прокатиться по тоннелям, тоже чувствовали себя вполне комфортно, особенно если в капсулу подложить матрасик. Самые яростные оптимисты верили, что недалек тот день, когда сэрам и пэрам после рабочего дня в парламенте можно будет не тащиться по лондонским пробкам домой, а стремительно домчаться до родных пенатов по подземным тоннелям.
Вакуум создавало «пневматическое колесо» — конструкция из вращающихся металлических дисков диаметром 6 м, которые, как центрифуга, выбрасывали воздух из тоннеля. Увы, загерметизировать даже небольшой тоннель оказалось сложно, поэтому создать нужный перепад давления удавалось не всегда. Колесо дорабатывали, но, даже когда его мощность в шесть раз превысила исходную, система работала неустойчиво и капсулы постоянно застревали в тоннелях. В 1875 году компания была ликвидирована.
Почтовая артиллерия
К этому времени идея «труба-капсула» пережила еще одну метаморфозу и наконец-то нашла успешное применение. Плавно изогнутые металлические трубы небольшого диаметра, точно входящие в них капсулы, движущиеся как снаряды по стволу, огромные паутины расходящихся звездообразно почтовых линий. Европейские столицы одна за другой обзаводились классической пневматической почтой. На пике размер сетей достигал впечатляющих масштабов: в Париже до 467 км, в Берлине — до 440. Ежегодно по ним отправлялись десятки миллионов сообщений.
В каждой сети был свой размер труб и капсул. В Париже с пересылкой сообщений могла справиться и хрупкая барышня, а в Нью-Йорке на почте работали далеко не белые воротнички. Суровые нью-йоркские капсулы диаметром 20 см и длиной 61 см делались из стали, поэтому вес их достигал 9,5 кг. На вид они напоминали снаряды, а рабочих, которые их загружали, называли ракетчиками. Чтобы капсулы не застревали, по трубам время от времени пускали перфорированный контейнер со смазкой — поэтому капсулы были постоянно грязные. Иногда «ракетчикам» выдавали рабочие фартуки, но чаще предлагали просто работать в грязной одежде, чай не баре!
К каждой капсуле снаружи прикрепляли ярлык с адресом, поэтому их не приходилось открывать между станциями. А датчиками застревания капсулы были «контрольные вентиляторы» у каждого приемного раструба. Пока капсула движется, она толкает перед собой воздух, и вентилятор вращается. Если вентилятор остановился — надо действовать. Оператор звонил на центральную станцию, и, определив, откуда шла капсула, механик увеличивал давление в точке отправления и уменьшал в пункте прибытия. В 99% случаев это помогало. Ну а если не везло — приходилось копать улицы.
Пневматическая почта работала в любую погоду и не зависела от дорожных условий. Но ее содержание обходилось дорого, к тому же пропускная способность капсульного пневматического транспорта весьма ограничена. В капсулу нью-йоркской почты, не самую маленькую среди существующих, входило максимум 2,5 кг почты, а в минуту отправлялось не более четырех капсул. И перебраться за этот порог было невозможно. Поэтому с распространением телефонов и автомобилей городские системы пневматической почты одна за другой закрылись.
Швейцарская компания Swisslog разрабатывает медицинское оборудование для ведущих европейских клиник. Среди ее продукции есть и контейнеры для пневмопочты — надежные, герметичные, с антибактериальным покрытием. Каждый контейнер оснащен RFID-меткой, благодаря чему компьютер централизованно отслеживает положение всех емкостей в системе.
Деньги на ветер
Пневматическая почта не сдалась и продолжила борьбу за выживание. Она сжалась еще раз, чтобы поселиться в больших офисных зданиях, и довольно долго продержалась там. Даже превратилась в символ бюрократии. Но электронный документооборот выбил ее и с этих позиций. Тогда она заняла узкие ниши — большие предприятия, где важно быстро пересылать мелкие предметы.
Конечно же, самое актуальное — наличные деньги. В крупных магазинах у кассиров быстро скапливаются существенные суммы. Так и до грабежей недалеко. А по защищенной пневматической почте выручку несложно хоть каждые три минуты отправлять в удаленную сейфовую комнату. В банках, наоборот, операционисты прямо на рабочем месте получают ровно столько наличных, сколько нужно в данный момент.
В контейнере можно транспортировать как документы, так и лабораторную посуду, небольшие приборы и даже жидкости. Существуют также специальные чистящие капсулы для ухода за трубопроводом.
Менее очевидное применение пневмопочта нашла в крупных клиниках: это быстрая отправка образцов тканей в лабораторию для медицинских анализов. Для этой задачи важно, чтобы капсула плавно тормозила, а не прилетала на станцию назначения как артиллерийский снаряд. В современных системах навстречу прибывающей капсуле подается воздух, и она постепенно замедляется.
Третье приложение — забор образцов на производстве. Есть системы, которые позволяют, к примеру, зачерпнуть пробу расплавленного металла и автоматически отправить его на испытания.
Принцип действия пневматической почты за 150 лет не изменился. Но материалы и управление вышли на новый уровень. Например, сейчас каждую капсулу можно отслеживать индивидуально и автоматически отправлять в любую точку сети, соединяя до нескольких сотен пользователей. А если капсула застряла, ее местонахождение определит электроника.
Продуктопровод
У каждого вида транспорта есть плюсы, есть минусы, и баланс все время меняется. Автомобили обеспечивают свободу маневра, но жгут нефть, причем 70% топлива уходит на то, чтобы двигать сам автомобиль, и только 30% - на перемещение груза. Много машин — это пробки, аварии, бесконечное строительство и ремонт дорог. Топливо тоже не дешевеет. Поиск альтернатив не прекращается, и капсульные трубопроводы — одна из них.
Идея кажется эксцентричной, только пока не задумаешься, сколько горожанин каждый день получает по трубам жидкостей и газов. Например, 10 т воды в месяц на одного человека — это весьма экономный расчет. Настоящим безумием было бы пытаться привезти, а после использования еще и увезти всю эту массу автомобилями. Канализация, газопроводы и нефтепроводы, перемещение сыпучих материалов на производстве — трубопроводы повсюду, их так много, что они просто сливаются с пейзажем. Потоки движутся днем и ночью, невидимые, бесшумные, экологичные. А чтобы перемещать по трубе крупные предметы, достаточно положить их в транспортные капсулы.
Ноэль Ходсон, координатор проекта Foodtubes, объясняет, что выгоднее всего внедрять доставку товаров по трубопроводам в больших городах. Устройство сети пневмодоставки в районе Лондона Кройдон с населением в 52 000 человек и сотней супермаркетов обойдется в $300 млн и полностью окупится за пять лет. А главное, избавит район от приезда 700 грузовых машин каждый день. Команда Foodtubes уверена, что, когда первая сеть будет построена, другие районы захотят такую же, и постепенно сети сольются в общегородскую паутину.
Группа исследователей из Имперского колледжа Лондона предлагает использовать для капсульных трубопроводов опыт конструирования американских горок. На этих аттракционах колеса вагонеток фиксируются в рельсе, а значит, труба не направляет капсулу и нагрузка на стенки трубы резко снижается. Поэтому вместо стальных можно использовать более простые и дешевые пластиковые трубы.
Однако даже если мы увидим в реальной жизни продуктопроводы и товаропроводы, скорее всего, они будут не совсем пневматическими. Одно из основных ограничений превматических трубопроводов — небольшая пропускная способность, ведь одновременно в трубе может находиться только один состав. Соответственно, чем длиннее труба, тем меньше ее полезная загрузка. Возможное решение — ускорять капсулы не воздухом, а электрическими линейными двигателями, простыми, надежными и дешевыми. Но это уже другая история.