Такой интересной темой и занимается сейчас American Superconductor. Ещё в 2003 году эта компания построила и испытала опытный 5-мегаваттный электромотор на высокотемпературных сверхпроводниках (так называемый HTS motor, синхронный, переменного тока). А вот теперь, в кооперации с Northrop Grumman , она построила для американских ВМС настоящий двигатель-монстр.

36.5 HTS motor обладает мощностью на валу в 36,5 мегаватт (49 тысяч лошадиных сил), развиваемых при 120 оборотах в минуту (соответствующий чудовищный крутящий момент можете посчитать сами).

В обмотке ротора здесь используются сверхпроводники BSCCO и Bi-2223 (оксид сложного состава на основе висмута), которые работают при температуре 35-40 градусов по Кельвину. Охлаждаются они газообразным гелием, подводимым через полый вал к ротору машины.

Статорная обмотка этого мотора не сверхпроводящая – она выполнена из меди и имеет простое жидкостное охлаждение. Однако она также отличается от обмоток обычных электромоторов. Например, внутри неё нет привычного железного сердечника. Сверхмощное поле ротора и так прекрасно "насыщает" статор, через который, к слову, пропускается весьма малая доля общего тока, потребляемого этим гигантом.

HTS motor был специально спроектирован под американские военные корабли следующего поколения, для которых задумана полностью электрическая двигательная система.

КПД HTS motor на полной мощности превышает 97%, а на одной трети нагрузки и вовсе приближается к 99%.

Заметим, обычные электромоторы некоторых типов также могут показывать КПД порядка 95-97%. В чём же разница? Дело в том, что такую высокую эффективность они выдают далеко не во всём диапазоне оборотов и нагрузки, а во многих режимах движения "проваливаются" до более скромных величин КПД – примерно в 85-88%.

Сверхпроводящий же мотор показывает столь приличный КПД начиная с 5% от максимальной скорости и до максимальных своих оборотов (а значит, и скорости корабля).

Таким образом, на низких нагрузках HTS motor, приводящий корабельный винт, экономит судну более 10% топлива, сжигаемого в газотурбинных генераторах или дизель-генераторах, либо 10% потребляемой из корабельной сети электрической мощности, если на судне - атомная силовая установка. Добавим, что в озвученном выше КПД HTS motor уже учтены энергозатраты на работу криогенной системы охлаждения.

Однако главным преимуществом своих морских электромоторов American Superconductor считает даже не экономичность, а малые габариты и массу. Модель мощностью 36,5 мегаватт весит 69 тонн и имеет толщину в 3,4 метра, ширину 4,6 метра, а высоту 4,1 метра. Традиционный "медный" электромотор с теми же выходными параметрами имел бы массу порядка 200-300 тонн, а габариты - примерно вдвое большие.

Для судна средних размеров эта разница - не пустяк. Уменьшив размеры машинного отделения, можно лишний объём отдать под груз, пассажиров или боеприпасы (если речь идёт о военном корабле). Да и экономию веса в 130-230 тонн можно пустить на что-нибудь полезное.

Кроме того, HTS motor работает намного тише обычного электромотора той же мощности. Так, по информации компании, 25-мегаваттная 60-тонная версия HTS motor шумит на полной скорости с силой всего в 48 децибелов – иной настольный компьютер громче.

Сравнение обычного электромотора на 36,5 мегаватт (слева) и такого же по мощности мотора типа HTS. Создатели последнего утверждают, что, помимо множества иных преимуществ, сверхпроводящий электромотор такой мощности ещё и дешевле классического, и обладает лучшей ремонтопригодностью (иллюстрация American Superconductor).

А что дальше? Недавно были найдены новые сверхпроводники с ещё более удивительными свойствами. Например, сложный состав на основе ртути, который имеет температуру перехода в сверхпроводящее состояние в 134 градуса по Кельвину (минус 139 по Цельсию).

"Когда мы приложили к этому материалу давление, то подняли температуру перехода до 164 Кельвинов (минус 109 по Цельсию) - это рекорд", - рассказал автор этого открытия профессор Пол Чу (Paul Chu) из университета Хьюстона (University of Houston). Чу, заметим, первым нашёл материалы, перешагнувшие по температуре перехода планку в 77 Кельвинов (точка кипения азота при атмосферном давлении). Он открыл составы, которые становились сверхпроводниками при 93 Кельвинах. А теперь уже мы видим впечатляющую цифру 164…

Пусть до практического применения ртутного состава ещё очень далеко, всё же, открытие вселяет надежду. Может, вскоре создадут более удобный и совершенный сверхпроводник?

"Никаких принципиальных ограничений мы не видим", - говорят учёные Деннис Ньюнс (Dennis Newns) и Чан Тсуэй (Chang Tsuei) из IBM, опубликовавшие свою работу, посвящённую механизму высокотемпературной сверхпроводимости, в журнале Nature Physics.

Фото: Сергей Шиловс / «Редкие земли»

Сверхпроводимость обещает принести революционные изменения в самые различные сферы, делая возможным межпланетные космические перелеты с применением электрических ракетных двигателей, открывая новые пути к созданию летательных аппаратов с вертикальным взлетом, помогая создавать аппараты для эффективной диагностики и лечения сложнейших заболеваний и многое другое. Свойство некоторых электропроводящих материалов переходить в состояние сверхпроводимости при сверхнизких температурах было обнаружено достаточно давно, однако практическое применение этого эффекта стало реальным только после открытия в 1986 году высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), отмеченного Нобелевской премией по физике 1987 года. Второе поколение проводов на основе ВТСП позволяет эксплуатировать их при температуре 77 К (температура кипения жидкого азота). О развитии проекта по практическому использованию ВТСП-материалов и планах на будущее мы беседуем с создателем ЗАО «СуперОкс» Андреем Вавиловым и генеральным директором Сергеем Самойленковым .

Вавилов Андрей Петрович
Председатель Совета директоров ЗАО «СуперОкс», доктор экономических наук

Андрей Вавилов: На момент запуска проекта в 2006 году основной целью было разработать технологический подход и наладить производство высокотемпературного сверхпроводникового провода второго поколения. Сегодня полная производственная цепочка, все оборудование локализовано здесь, у нас, в Москве.
В мире есть всего пять производителей такого провода. Мы являемся единственными производителями ВТСП-провода в Европе и поставляем ленту таким знаковым потребителям, как ЦЕРН, MIT, Siemens, Кембриджский университет.
Помимо выпуска ВТСП-провода, мы постоянно работаем над прорывными ВТСП-устройствами, которые не только способствуют развитию отрасли, но и создают рынок потребления ВТСП-провода. Одна из уже завершенных разработок - сверхпроводниковые токоограничивающие устройства (ТОУ). Это крайне важное для существующих электрических сетей устройство во много раз повышает надежность энергосистемы, снижает стоимость реконструкции подстанций, упрощает эксплуатацию энергетических сетей. Принцип действия этих устройств основан на способности материала переходить из состояния с высокой проводимостью в резистивное при воздействии тока выше порогового значения. В 2017 году «СуперОкс» подписала договор на установку первого ВТСП токоограничивающего устройства 220 кВ на территории подстанции «Мнёвники» АО «Объединенная энергетическая компания» в Москве. Эти работы поддержаны Фондом развития про-мышленности. Другое направление - создание сверхпроводникового электрического двигателя для разных применений. Мы получили грант Фонда перспективных исследований на создание электрического двигателя мощностью 500 кВт. В результате этой работы ВТСП-электродвигатели можно будет адаптировать для самых различных применений: авиации, судостроения, ракетной техники. Ключевое преимущество этих двигателей заключается в том, что они при том же размере и весе выдают существенно больше мощности, в разы больше, чем традиционные аналоги. Их коэффициент полезного действия одинаково высокий при разных мощностях. Это предоставляет огромные возможности для оптимизации эффективности работы в пиковых режимах (например, на взлете летательного аппарата), позволяет снизить потребление топлива, улучшить массогабаритные показатели. Airbus и NASA, которые тоже работают в этом направлении, посчитали, что перспективный электрический самолет будет использовать в 4 раза меньше топлива, чем сейчас. И без сверхпроводимости эти электрические системы не обойдутся.

РЗ: Как развивается деятельность компании в этом направлении?

АВ: В конструкции будущего электрического или гибридного самолета будет использоваться ВТСП-кабель, первый прототип которого сейчас создается в «СуперОкс». Разработка электрического самолета предполагает применение распределенной системы тяги, для этого электрические двигатели без использования сверхпроводимости недостаточно эффективны. Улучшение массогабаритных показателей и мощности ВТСП-электродвигателей позволило начать разработки летательных аппаратов вертикального взлета, например конвертопланного типа. Другое, встречающееся все чаще наименование - «аэротакси». Сейчас вся Силиконовая долина бьется над созданием подобных летательных аппаратов, а мы уже работаем над конкретным образцом. Еще один проект - создание электрического ракетного двигателя (ЭРД) с использованием ВТСП-материалов. Электрический ракетный двигатель отличается от химических двигателей, где используется сжигаемое топливо и окислитель, крайне низким потреблением рабочего тела. ЭРД малой мощности давно используются в спутниках для коррекции их положения или орбиты. Мы хотим с использованием наших сверхпроводников сделать такие двигатели на один или два порядка мощнее. Если сейчас эти двигатели можно использовать только для коррекции орбиты, с нашим ВТСП ЭРД можно будет создать космический буксир, который сможет перемещать грузы между орбитами, например с опорной орбиты на геостационарную. Эта технология позволит осуществлять перелеты между Землей и Луной, и дальше, вплоть до дальнего космоса. Транспортировка грузов между орбитами - это будущее, о котором все мечтают, но пока еще никто к нему не смог приблизиться. Новые материалы имеют большие шансы сделать мечту реальностью уже завтра.

РЗ: На какой стадии сейчас находится разработка электрического ракетного двигателя?

АВ: Мы закончили первую стадию проектирования. В ближайшие месяцы запланировано проведение испытаний отдельных компонентов ЭРД с последующей адаптацией для использования в космосе. Надеемся, что через 3–4 года первый аппарат с нашим электрическим ракетным двигателем на основе ВТСП-магнитов полетит в космос.

Самойленков Сергей Владимирович
Генеральный директор ЗАО «СуперОкс», кандидат химических наук

РЗ: В каких еще областях используются высокотемпературные сверхпроводники в целом и продукция вашей компании в частности?

Сергей Самойленков: Несмотря на то что ВТСП были открыты 30 лет назад, удобные для применения материалы в виде проводов появились на рынке всего десять лет назад, одновременно с образованием нашей компании. Их можно использовать везде, где передаются высокие токи или создаются высокие магнитные поля, где есть ограничения в весе или габаритах оборудования, где необходимо снижать потери, и так далее. В первую очередь, ВТСП-провода нашли свое применение в электроэнергетике. Сверхпроводимость является единственным путем к созданию ускорителей частиц и коллайдеров. Все существующие сейчас большие ускорители изготовлены из низкотемпературных сверхпроводников. ВТСП-материалы второго поколения позволят увеличить эффективность существующего оборудования, повысить магнитное поле и проложить дорогу к новым открытиям, к обнаружению новых частиц и физических явлений. Поэтому, в частности, нашей продукцией интересуется ЦЕРН.

РЗ: Расскажите, как вы сотрудничаете с ЦЕРНом?

СС: Мы являемся поставщиками сверхпроводника и уникальных компонентов на основе ВТСП, конкурируя с четырьмя зарубежными компаниями. Мы выигрываем в конкурентном соревновании не за счет низкой цены - она у нас зачастую выше, чем у конкурентов, а за счет высокого качества и уровня кастомизации продукта. Мы поставляем в ЦЕРН специальные кабели, сделанные из многочисленных, компактно сложенных плоских лент. Сейчас из такого кабеля делаются магнитные вставки, которые планируется устанавливать внутри Большого коллайдера, чтобы повысить там магнитное поле. Это в перспективе позволит делать ускорители меньше по размеру. ВТСП-провода - это единственные материалы, способные работать в сверхсильных полях. Рекордные ВТСП-магниты приближаются к пределу 40 Тл. Это фантастические величины для магнитного поля, которые не в импульсном, а в постоянном режиме стали доступны человечеству только сейчас, в течение последних двух лет.

ВТСП токоограничивающее устройство
PLD-оборудование для получения слоя ВТСП методом импульсного лазерного осаждения

РЗ: Как могут ваши электрические ракетные двигатели использоваться в космической технике?

СС: Важное замечание: имеется в виду не первая ступень для выведения на орбиту, не преодоление земного притяжения, здесь все пока стандартно. Мы говорим о двигателях, с помощью которых можно будет придавать объектам значительный импульс для их передвижения в космосе. Одна из самых важных задач сейчас, которая пока не решена и которую поможет решить наш двигатель: как, используя малое количество топлива, то есть килограммы вместо тонн, можно передвигаться в космическом пространстве с приемлемой скоростью. Например, телескоп «Хаббл» сейчас требует ремонта, обслуживания. У человечества был единственный способ до него долететь (а находится он на орбите около 570 км) - космический челнок «Шаттл». После закрытия этой программы никто, ни Роскосмос, ни Китай, ни NASA, ни SpaceX, ни Япония не могут туда долететь. Это невозможно. Мы создаем двигатель, который может позволить создать космический корабль-буксир, способный справиться с такой задачей. Создаваемый ЭРД способен включаться-выключаться большое количество раз, работать более 10 лет и иметь достаточную мощность для того, чтобы перемещать тяжелые спутники весом 5–6 тонн.

АВ: Если рассматривать идеи полетов в дальний космос, то это может стать реальностью благодаря данной технологии. Все фильмы, которые мы смотрим, все фантастические корабли, которые там есть, они все летают на этом принципе и никто не летает на химическом двигателе.

РЗ: Могли бы вы рассказать о каких-то специальных сферах применения сверхпроводящих материалов?

СС: Самое зрелищное - это магнитная левитация, создаваемая эффектом сверхпроводимости, когда сверхпроводник может левитировать, летать над магнитным полотном. У нас в «СуперОкс» даже есть платформа, которая способна поддерживать до двухсот килограммов веса. Левитационный поезд на магнитной подушке, развивающий скорость до 600 км/ч, уже проходит испытания в Японии. Запуск самолетов, истребителей - их можно ускорять с помощью электромагнитной катапульты. Все электрические и магнитные компоненты военной техники могут быть кратно улучшены. Вес силовой кабельной системы на корабле может быть уменьшен в 10 раз! Американцы сейчас активно занимаются этим, изготавливают из ВТСП специальные магнитные петли, опоясывающие боевой корабль во всех направлениях, для того чтобы сделать его невидимым для магнитных систем обнаружения и неуязвимым для магнитных мин. Корабль зачастую размагничивают на стационарных стендах, но когда он движется на значительные расстояния и, например, пересекает экватор, он снова становится легко наблюдаемым и уязвимым. Поэтому важно создать активные системы размагничивания, интегрированные в корабль, которые способны подстраиваться по ходу движения судна.

Одна из шести камер IBAD - установка для изготовления буферных слоев по технологии текстурирования в ассистирующем ионном пучке

РЗ: Зачем нужны сверхвысокие магнитные поля?

СС: Во-первых, они используются в исследовательских и аналитических приборах для изучения веществ, проведения тонкого химического анализа, например методом ядерно-магнитного резонанса. Во-вторых, ускорительная техника, о которой мы говорили выше. Есть еще прикладные задачи, частично оборонного значения, например гиперзвуковое оружие, радиосвязь с возвращаемыми космическими кораблями, с управляемыми ракетами, движущимися в облаке плазмы. Во всех этих случаях чем выше поле, тем лучше качество создаваемого решения, технические характеристики, и нередко эта зависимость нелинейная. Для масштаба: постоянные магниты позволяют создать поле до 1,5 Тл, самые мощные магниты на основе низкотемпературных сверхпроводников, которые используются в ускорителях, коллайдерах и томографах, имеют поле около 20 Тл, а современные ВТСП-технологии позволяют достичь поля до 40 Тл, и это не предел.

РЗ: Какие у вас есть амбиции на ближайшие несколько лет?

АВ: Мы хотим, чтобы с помощью ВТСП-технологий космические буксиры с электрическим ракетным двигателем открыли новую страницу в освоении космического пространства, летательные аппараты вертикального взлета стали новым видом общедоступного и комфортабельного воздушного транспорта во всем мире, а архитектура электроэнергетического комплекса стала простой, современной и надежной. Мы будем стремиться занимать в этом если не главную, то одну из центральных позиций. Дорогу осилит идущий - мы исходим из этого. Компанией «СуперОкс» уже пройден большой путь от разработки уникального продукта до его интеграции в новые прорывные проекты, и мы планируем его продолжить.

ТЕКСТ: «Редкие земли» ФОТО: Сергей Шиловс

Справка
Компания «СуперОкс» была создана в 2006 году Андреем Вавиловым. На сегодняшний день компания является единственным в России и Европе производителем высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) провода второго поколения. Сверхпроводники - уникальные материалы, обладающие нулевым электрическим сопротивлением и способные проводить токи с исключительно высокой плотностью. Устройства с использованием оксидных ВТСП-материалов способны изменить облик электроэнергетики и транспорта, открывают путь к созданию более эффективного оборудования для научных исследований и специальных применений. В основе интеллектуального капитала компании лежит более 350 лет совокупного опыта работы в области технологий получения тонких покрытий из сложных оксидов и изучения свойств новых сверхпроводящих материалов. Сегодня ВТСП-продукция компании поставляется в 15 стран мира. В 2011 году открылось подразделение в Японии ― SuperOx Japan LLC. Эффективная совместная работа двух компаний послужила залогом быстрого успеха проекта.

Полную версию материала о компании «СуперОкс» читайте в ближайшем номере журнала «Редкие земли».

Вплоть до последнего времени практическое применение было весьма ограниченным вследствие их низких рабочих температур - менее 20К. Открытие в 1986 г. высокотемпературных сверхпроводников, которые имеют критические температуры

изменило

ситуацию,

упростив весь комплекс вопросов охлаждения (рабочая температура обмоток «выросла», они стали менее чувствительны к тепловым возмущениям). Теперь появились возможности

создания

поколения

электрооборудования,

использования

низкотемпературных

сверхпроводников

оказалось

бы чрезвычайно

дорогостоящим,

нерентабельным.

Вторая половина 90-х годов прошлого века - это начало широкого

наступления

высокотемпературной

сверхпроводимости на электроэнергетику. Высокотемпературные

сверхпроводники

использовать

изготовлении

трансформаторов,

электрических

индуктивных

накопителей

неограниченным

хранения), ограничителей тока и т.д. В сравнении с установленными

характеризуются

уменьшенными

потерями

и габаритами и обеспечивают повышение эффективности производства, передачи и распределения электроэнергии. Так, сверхпроводящие трансформаторы будут обладать

потерями,

чем трансформаторы той же мощности, имеющие обычные обмотки. Кроме того, сверхпроводящие трансформаторы

способны

ограничивать

перегрузки,

не нуждаются в минеральном масле, а значит экологичны и не подвержены риску возгорания. Сверхпроводящие ограничители

временные

характеристики, то есть менее инерционны; включение в электрическую сеть сверхпроводящих генераторов и накопителей энергии улучшит ее стабильность. Токонесущая способность

подземных

сверхпроводящих

может быть в 2-5 раз выше, чем у обычных . Сверхпроводящие кабели гораздо компактнее, то есть существенно облегчается их прокладка в условиях насыщенной городской/пригородной инфраструктуры.

Показательны

технико-экономические

расчеты южно-корейских

энергетиков,

проведенные

рамках долговременного

планирования

электрических

сетей сеульского региона. Их результаты свидетельствуют о том, что прокладка на 154 кВ, 1 ГВт сверхпроводящими

кабелями

обойдется

чем обычными.

включаются

конструирование и монтаж кабеля и кабелепроводов (учитывается уменьшение числа требуемых ниток и, соответственно, уменьшение общего количества кабеля в км и уменьшение внутреннего диаметра кабелепроводов). Европейские специалисты при проработке схожих вопросов обращают внимание на тот факт, что по сверхпроводящим

значительно

напряжении.

Следовательно, уменьшится электромагнитное загрязнение окружающей

густонаселенных

отказаться от линий сверхвысокого напряжения, прокладка которых

встречает

серьезное

сопротивление общественности, особенно «зеленых». Вселяет оптимизм и оценка, сделанная в США: внедрение

сверхпроводящего

оборудования

о генераторах, трансформаторах и двигателях) и кабелей в национальную энергетику позволит сэкономить до 3 % всей электроэнергии. При этом, широкое распространение

последних

Было подчеркнуто, что основные усилия разработчиков необходимо сосредоточить на: 1) повышении эффективности криосистем; 2) повышении токонесущей способности

сверхпроводящих

проводов

динамические потери и увеличить долю сверхпроводника по сечению провода); 3) снижении стоимости сверхпроводящих проводов (в частности, за счет роста производительности);

4) снижении расходов на криогенное оборудование. Отметим, что наивысшая достигнутая на сегодняшний день «инженерная» критическая плотность тока (критический ток, деленный на полную площадь сечения) двухсотметрового отрезка ленты на основе Bi-2223 составляет 14-16 кА/см 2 при температуре 77К. В развитых странах осуществляется плановая коммерциализация

технологий

высокотемпературных сверхпроводников. Показательна с этой точки зрения американская программа «Сверхпроводимость для электроэнергетики 1996-2000 гг.». Согласно этой программе,

включение

сверхпроводящих

компонент

электрооборудование обеспечит глобальное стратегическое

преимущество

промышленности

ХХI в. При этом, следует иметь в виду, что по оценкам Всемирного банка за грядущий 20-летний период (то есть к 2020 г.) ожидается 100-кратный рост объема продаж сверхпроводящего

оборудования

электроэнергетических

устройств

вырастет

32 млрд долл. (общий

сверхпроводников,

включающий

такие области применения, как транспорт, медицина, электроника и наука, достигнет уровня 122 млрд долл.).

Заметим, что Россия наряду с США и Японией сохраняла лидерство

развития

сверхпроводящих

технологий до начала 90-х годов ХХ в. С другой стороны, интересы

промышленно-технической

безопасности России несомненно требуют их энергичного использования как в электроэнергетике, так и в других отраслях. Прогресс сверхпроводящей технологии и ее «продвижение» на мировой электроэнергетический рынок сильно

результатов

демонстрации

успешной работы полноразмерных прототипов по всем видам продукции. Каковы

достижения

мирового

сообщества

в этом направлении? В Японии под патронажем Министерства экономики, торговли и промышленности осуществляется долговременная

программа

области разработки

ВТСП-оборудования,

первую очередь, силовых кабелей.

Проект разделен на две фазы: фаза 1 (2001-2004 гг.) и фаза 2 (2005-2009 гг.).

Координаторами

являются

Организация

развитию новых технологий в энергетике и промышленности (NEDO) и Исследовательская ассоциация по сверхпроводящему оборудованию и материалам (Super-GM). В

задействованы

KEPCO, Furukawa, Sumitomo, Fujikura, Hitachi и др. (ВТСП-кабели); KEPCO, Sumitomo, Toshiba и др. (ВТСП-ограничители тока); TEPCO, KEPCO, Fuji Electric и др. (ВТСП-магниты). В области кабелей работы сосредоточатся на разработке

ВТСП-проводни-ка

динамическими потерями

охлаждающей

способной

долговременно

поддерживать

температуру

кабеля (около 77К) длиной 500 м. Согласно программе, фаза 1 заканчивается изготовлением десятиметрового кабеля на 66-77 кВ (3 кА), имеющего динамические потери не более 1 Вт/м, а фаза 2 - изготовлением пятисотметрового кабеля на 66-77 кВ (5 кА) с такими же потерями. Работы

отработана конструкция

изготовлены

испытаны

первые отрезки, создана и испытана система охлаждения.

Параллельно,

Furukawa, Sumitomo ведут еще один проект по развитию электрических

токийского

сверхпроводящих. В рамках этого проекта проанализирована возможность подземной прокладки ВТСП-кабеля на 66 кВ (три фазы), имеющего диаметр 130 мм (его можно монтировать в существующих кабелепроводах диаметром 150 мм), вместо обычного однофазного кабеля на 275 кВ. Оказалось, что даже в случае строительства новых

кабелепроводов,

сверхпроводящую линию будут на 20 % ниже (исходя из цены сверхпроводящего провода 40 долл. за 1 кА м). Этапы проекта последовательно выполняются: к 1997 г. смонтирована тридцатиметровая

(однофазная)

прототипная

с замкнутым циклом охлаждения. Она была испытана под нагрузкой 40 кВ/1 кА в течение 100 час. К весне 2000 г. изготовлено 100 метров кабеля на 66 кВ (1 кА)/114 МВА - полноразмерного прототипа диаметром 130 мм (конструкция с «холодным» диэлектриком). Масштабный подход к этой проблеме демонстрируют США. В 1989 г. по инициативе EPRI началось детальное исследование применения высокотемпературных сверхпроводников, и уже в следующем году фирмы Pirelli

Superconductor Corp. разработали технологию изготовления сверхпроводящих

«порошок

трубке»).

В дальнейшем American Superconductor постоянно наращивала

производственные

мощности,

добившись показателя 100 км ленты в год, а в ближайшем будущем, с вводом в строй нового завода в г. Дивенсе (штат Миннесота), эта цифра дойдет до 10000 км в год. Прогнозируемая цена ленты составит 50 долл. за 1 кА м (сейчас фирма предлагает ленту по 200 дол. за 1 кА м). Следующий

важнейший

появление

так называемой партнерской инициативы в области сверхпроводимости (Superconductivity Partnership Initiative - SPI)

ускоренной

разработки

внедрения

энергосберегающих электрических систем. Вертикально интегрированные

SPI-команды,

включающие

партнеров из

промышленности,

национальные

лаборатории

и эксплуатационные

компании,

осуществили

два серьезных проекта. Одним из них является полноразмерный прототип - сверхпроводящая трехфазная линия (Pirelli Cavi e Sistemi,

связавшая

низковольтную

трансформатора 124 кВ/24 кВ (мощность 100 МВА) с 24 кВ-шинами двух распределительных подстанций, находящихся на расстоянии 120 м (станция Фрисби компании Детройт Эдисон, г. Детройт).

Успешные испытания линии прошли

электроэнергия поступила к потребителям, «пройдя» по сверхпроводящим кабелям на основе Bi-Sr-Ca-Cu-O. Три таких

(конструкция

«теплым»

диэлектриком, причем каждый проводник был изготовлен одной длиной

заменили

при одинаковой

токонесущей

способности

кабель рассчитан на 2400 А (потери 1 Вт/м на фазу) и проложен в существующих стомиллиметровых подземных каналах. При этом, траектория прокладки имеет повороты на 90 о: кабель допускает изгиб с радиусом 0,94 м. Подчеркнем, что это первый опыт прокладки сверхпроводящего

действующей

распределительной сети, в энергетическом хозяйстве большого города. Второй

тридцатиметровая

сверхпроводящая

на 12,4 кВ/1,25 кА (60 Гц) которая была пущена в эксплуатацию 5 января 2000 г. (рабочая температура 70-80К, охлаждение

давлением).

Линия, представляющая собой три трехфазных сверхпроводящих

обеспечивает

электроэнергией три

промышленные

установки

штаб-квартире Southwire Company, в Каролтоне (штат Джорджия). Потери при передаче составляют около 0,5 % по сравнению с 5-8 %, а передаваемая мощность в 3-5 раз выше, чем при использовании традиционных кабелей того же диаметра.

праздничной

атмосфере была отмечена годовщина успешной работы линии со 100 %-ной нагрузкой в течение 5000 час. Еще три проекта стартовали в 2003 г., работы по ним находятся

начальной

интересный

включает

монтаж подземной сверхпроводящей линии на 600 МВт/138 кВ длиной около 1 км, которая будет включена в действующую

нагрузку и пройдет по существующим кабелепроводам в Ист-Гарден-Сити

Лонг-Айленде.

Необходимый

кабель будет

изготовлен

специалистами фирмы Nexans (Германия), на основе сверхпроводника, выпущенного на уже упоминавшемся заводе в Дивенсе, а криогенное оборудование

поставит

этом, Министерство энергетики США финансирует эти работы наполовину, вкладывая около 30 млн долл.; остальное обеспечивают партнеры. Данную линию планируется ввести в строй к концу 2005 г.

которого

изготовлен

трехфазный сверхпроводящий кабель, рассчитанный на 36 кВ/2 кА (конструкция

«теплым»

диэлектриком,

охлаждение жидким азотом под давлением; критический достигает 2,7 кА на одну фазу (Т=79К)). При этом особое внимание

уделялось

разработке

проводника

км ленты на основе Bi-2223), концевых устройств, а также его

подключению.

был проложен,

подстанции острова Амагер (южная часть Копенгагена), которая поставляет электроэнергию 50 тыс. потребителей, включая

осветительную

сеть (мощность выходного трансформатора 100 МВА). Тридцатиметровая сверхпроводящая линия начала функционировать 28 мая 2001 г.: сначала сверхпроводящий кабель включили параллельно с обычным, а позже он работал уже «в одиночку», причем номинальный составил 2 кА, потери - менее 1 Вт/м (рабочая температура лежала в пределах 74-84К). Кабель передает 50 % всей энергии подстанции и заменяет медные кабели с суммарным сечением жил 2000 мм 2 . К маю 2002 г. кабель эксплуатировался 1 год, находясь в захоложенном состоянии; за это время он «поставил» 101 МВт ч электроэнергии 25 тыс. датчан - владельцам частных домов. Изменения характеристик кабеля не отмечено, все криогенные системы действуют стабильно. Кроме датского, любопытен общеевропейский проект

по созданию межсистемной связи - специальной трехфазной сверхпроводящей линии длиной 200 м, которая рассчитана на 20 кВ/28 кА.

Для его реализации организован

консорциум,

Nexans (Германия),

(Франция),

(Бельгия),

специалисты

Геттингена

Тампере (Tampere University of Technology). Среди европейских изготовителей сверхпроводящих кабелей выделяется фирма Pirelli Cavi e Sistemi. Ее производственные

мощности

позволяют

выпускать

км сверхпроводника в год. Значительное событие - изготовление

двадцатиметрового

коаксиального сверхпроводящего

(конструкция

«холодным» диэлектриком), рассчитанного на 225 кВ. Pirelli совместно с американскими специалистами (Edison и CESI) участвует

созданию

тридцатиметрового кабеля-прототипа на 132 кВ/3кА (1999-2003 гг.). Переходя от кабелей к крупному электрооборудованию - трансформаторам, отметим, что из всей энергии, теряемой при передаче, на них приходится 50-65 %. Ожидается, что с внедрением сверхпроводящих трансформаторов

уменьшится

доходить

Сверхпроводящие трансформаторы смогут успешно конкурировать с обычными только при выполнении соотношения (P s /k) < P c , где Р с - потери в обычном трансформаторе, P s - потери

сверхпроводящем

трансформаторе

рабочих температурах), k - холодильный коэффициент рефрижератора. Современная технология, в частности криогеника, позволяет удовлетворить это требование. В Европе первый прототип трехфазного трансформатора (630 кВА; 18,7 кВ/420 В) на высокотемпературных сверхпроводниках был изготовлен в рамках совместного

France), American

de Geneve) и пущен в строй в марте 1997 г. - его включили в электрическую сеть Женевы, где он проработал более года,

обеспечивая

энергией

Обмотки трансформатора

выполнены

проводом

основе Bi-2223,

охлаждаемым

сердечник трансформатора находится при комнатной температуре. Потери оказались довольно высокими (3 Вт на 1 кА м), поскольку конструкция проводника не была оптимизирована для использования на переменном токе.

Второй проект тех же участников - ABB, EdF и ASС - это трансформатор на 10 МВА (63 кВ/21 кВ), который в 2001 г. прошел полный цикл лабораторных испытаний и в 2002 г. был включен во французскую энергосистему. Специалисты АВВ еще раз подчеркнули, что сейчас основной

проблемой

разработки

экономичного

сверхпроводящего оборудования, в частности трансформаторов, является наличие провода с малыми потерями и высокой

критической

плотностью

магнитном

поле, генерируемом обмотками. Провод должен, кроме того, обеспечивать токоограничивающую функцию. В Японии (Fuji Electric, KEPCO и др.) сконструировали прототип сверхпроводящего трансформатора на 1 МВА (22 кВ (45,5 А)/6,9 кВ (145 А)), который в июне 2000 г. был включен в сеть лектроэнергетической компании Kyushu. В

завершающей

находится

разработка

(Kyushu University

(Токио)) трансформатора

который предназначен

установки

электроподвижном

составе. Предварительные расчеты свидетельствуют о том, что его масса должна быть на 20 % меньше, чем у обычного трансформатора той же мощности.

В США успешно прошла демонстрация сверхпроводящего трансформатора на 1 МВА, начаты работы по

аппарату

мощностью

Waukesha Electric

and Electric, а также ORNL). Немецкие специалисты (Siemens) создали прототип трансформатора

перспективе

разработка аппаратов на 5-10 МВА) с обмотками на основе Bi-2223, который можно устанавливать на локомотивах электроподвижного

предназначенный

для обычного

трансформатора.

сверхпроводящего трансформатора на 35 % меньше, чем у обычных, а КПД достигает 99 %. Расчеты показывают, что его применение обеспечит экономию до 4 кВт на один состав и годовое снижение выбросов СО 2 на 2200 т на один состав. Сложнее обстоит дело с синхронными электрическими машинами на высокотемпературных сверхпроводниках.

Известно, что мощность обычной пропорциональна ее объему V; нетрудно показать, что мощность сверхпроводящей машины пропорциональна V 5/3 , поэтому выигрыш в снижении габаритов будет иметь место только для машин большой мощности,

например,

генераторов

корабельных

двигателей.

ожидать внедрения сверхпроводящих технологий (рис. 1).

свидетельствуют

том, что для генератора мощностью 100 МВт необходим высокотемпературный сверхпроводник, имеющий критическую плотность тока 4,5 10 4 А/см 2 в магнитном поле 5 Тл. При этом, его механические свойства, а также цена, должны быть сравнимы с Nb 3 Sn. К сожалению, пока не

существует

высокотемпературных

сверхпроводников, полностью удовлетворяющих этим условиям. С

невысокая

активность американских,

европейских

японских

данной области. Среди них - успешный демонстрационный

совместно

с Rockwell Automation/Reliance Electric (партнеры по уже упоминавшейся

синхронного

двигателя

на 746 кВт и дальнейшая разработка машины на 3730 кВт.

специалисты

конструируют

двигатель

генератор.

В Германии фирма Siemens предлагает синхронный двигатель 380 кВт на высокотемпературных сверхпроводниках.

Финляндии

испытана

четырехполюсная синхронная машина на 1,5 кВт с трековыми обмотками, выполненными проводом на основе Bi-2223; ее рабочая температура составляет 20К. Кроме того, существует ряд других применений высокотемпературных сверхпроводников в электромашиностроении.

керамику

высокотемпературных сверхпроводников можно использовать при изготовлении пассивных магнитных подшипников для небольших высокоскоростных двигателей, например, для насосов, перекачивающих сжиженные газы.

Работа одного из таких двигателей, на 12000 об/мин, недавно была продемонстрирована в Германии. В рамках совместной российско-германской программы сконструирована серия гистерезисных

двигателей

(мощностью

«деятельности»

высокотемпературных сверхпроводников - устройства, ограничивающие короткого замыкания до номинальной величины. Наиболее подходящими материалами для сверхпроводниковых ограничителей считаются керамики

причем разработки

аппаратов

основные

электротехнические

Великобритании,

Германии, Франции, Швейцарии, США, Японии и других странах. Одной из первых моделей (фирма АВВ) был ограничитель индуктивного типа на 10,5 кВ/1,2 МВА, имеющий элемент из Bi-2212, помещенный в криостат. Эта же фирма выпустила компактный прототип - ограничитель резистивного типа на 1,6 МВА, который значительно меньше первого. В ходе испытаний 13,2 кА был ограничен в первом пике до 4,3 кА. Из-за нагрева 1,4 кА ограничивается за 20 мс и 1 кА за 50 мс.

Конструкция

ограничителя

представляет

мм (масса 50 кг). В нем прорезаны каналы, что позволяет иметь

эквивалентную

сверхпроводника

м. Следующий

прототип

на 6,4 МВА. Уже сейчас возможно создание ограничителя на 10 МВА, а выпуск коммерческих ограничителей такого типа можно ожидать в ближайшее время. Следующей целью АВВ является ограничитель на 100 МВА. Специалисты фирмы Siemens опробовали индуктивные

ограничители:

трансформатор

экранированием стального сердечника сверхпроводниковой обмоткой и второй вариант - сверхпроводник выполнен в виде цилиндра, на нем намотана медная обмотка. У ограничивающего

сопротивления

омическая

индуктивная компоненты. Из-за возможных перегревов в зонах с короткого замыкания должен как можно быстрее отключаться обычным выключателем.

Возвращение

сверхпроводящее

состояние

нескольких

десятков секунд, после этого ограничитель готов к работе. В

дальнейшем

резистивный

ограничитель,

сверхпроводник включается непосредственно в сеть и быстро теряет сверхпроводимость, как только короткого замыкания

превысит

критическое

значение.

нагрева сверхпроводника механический выключатель должен разорвать

нескольких

полупериодов; охлаждение

сверхпроводниковой

приводит

к сверхпроводящему состоянию. Время возврата ограничителя составляет 1-2 с.

Однофазную модель такого ограничителя мощностью 100 кВА испытали на рабочем напряжении 6 кВ при номинальном токе 100 А. Возможный

короткого

замыкания,

кА, был ограничен до тока 300 А менее чем за 1 мс. Фирма Siemens продемонстрировала также ограничитель на 1 МВА на стенде в Берлине, причем запланировано изготовление прототипа мощностью 12 МВА. В США первый ограничитель - он имел индуктивно-электронную

разработан

компаниями General Atomic, Intermagnetics General Corp. и др. Десять лет назад в качестве демонстрационного образца был установлен ограничитель тока на испытательном стенде Norwalk энергокомпании Southern California Edison. При номинальном токе 100 А максимально возможный короткого замыкания 3 кА ограничивается до 1,79 кА. В 1999 г. сконструирован аппарат на 15 кВ с рабочим током 1,2 кА, предназначенный для ограничения тока короткого замыкания 20 кА до значения 4 кА. Во Франции специалистами компаний GEC Alsthom, Electricite de France и др. испытан ограничитель на 40 кВ: он снизил короткого замыкания с 14 кА (начальный до замыкания составлял 315 А) до 1 кА за несколько микросекунд. Остаточный короткого замыкания был отключен в течение 20 мс обычным выключателем. Варианты ограничителей разработаны на 50 и 60 Гц. В Великобритании компания VA TECH ELIN Reyrolle разработала ограничитель гибридного (резистивно-индуктивного) типа, который в ходе испытаний на стенде (11 кВ, 400 А) снижал короткого замыкания с 13 кА до 4,5 кА. При этом, время реакции ограничителя менее 5 мс, ограничивается уже первый пик; время работы ограничителя 100 мс. Ограничитель (трехфазный) содержит 144 стержня из Вi-2212, а его габариты 1 х 1,5 х 2 м.

В Японии сверхпроводящий ограничитель тока изготовлен совместно фирмами Toshiba и TEPCO - индуктивного типа, на 2,4 МВА; он содержит элемент из массивной керамики Bi-2212. Все перечисленные проекты - это прототипы «начального периода», которые призваны продемонстрировать

возможности

сверхпроводящей

технологии, ее значимость для электроэнергетики, но все же они являются

настолько

представительными,

чтобы можно

немедленного

промышленного внедрения и успешный маркетинг. Первая причина такой осторожности состоит в том, что проводники на основе Bi-Sr-Ca-Cu-O еще находятся в стадии разработки и в настоящее время изготавливаются

критической

плотностью

уровне 30 кА/см 2 длинами только около километра. Дальнейшее улучшение этих проводников (усиление пиннинга, повышение плотности жил, введение барьеров вокруг них и т.д.) должно привести к увеличению J c до 100 кА/см 2 и более.

существенное

прогресс сверхпроводящей технологии и стимулирует разработку новых

конструкций

оборудования

Определенные надежды связывают также с успехами в получении проводников со сверхпроводящим покрытием (это следующее поколение сверхпроводящих проводов), обладающих заметно более высокой J c в магнитном поле до нескольких Тл. Здесь возможно изготовление сверхпроводящих лент, способных нести токи на уровне 1 кА при разумных производственных расходах. В США эти ленты

разрабатываются

MicroCoating Technologies,

Superconductivity

Oxford Superconductor Technology.

Вторая причина кроется в том, что вопросы стандартизации проводников Bi-Sr-Ca-Cu-O и нормативная база, необходимая для их применения в области передачи и распределения электроэнергии, недостаточно проработаны. Как правило, стандарты содержат руководство по проведению механических, тепловых и электрических

испытаний

материалов

оборудования.

Поскольку сверхпроводящие устройства нуждаются в криогенных системах, то их тоже необходимо специфицировать. Таким образом, до внедрения сверхпроводимости в электроэнергетику требуется создать целую систему стандартов: они должны гарантировать высокую надежность всей сверхпроводящей продукции (рис. 2).

предпринимается

мероприятий

в этом направлении. Семь групп специалистов из четырех европейских стран объединены в совместный проект Q-SECRETS (он субсидируется ЕС) по мониторингу качества

сверхпроводников

эффективных,

компактных

высоконадежных

электропередачи.

Одна из основных целей проекта - помощь в создании

расширении

«сверхпроводящего»

на рынке передачи и распределения электроэнергии. В

заключение

отметить,

несмотря

на большие

потенциальные

возможности

применения высокотемпературных

сверхпроводников

электроэнергетике, потребуются значительные усилия исследователей и разработчиков, чтобы сделать сверхпроводящую продукцию жизнеспособной в условиях современной рыночной экономики. В то же время, оценки на близкое будущее дают повод для оптимизма.

С момента открытия сверхпроводимости в 1911 году учёные постепенно подняли температуру перехода в сверхпроводящее состояние до удобных для промышленности величин. Теперь необычные материалы перемещаются из лабораторий в повседневную жизнь. Как вам, к примеру, боевой корабль со сверхпроводящим мотором или городская электросеть на сверхпроводниках?

Выглядит всё это чистой фантастикой, но становится реальностью прямо на наших глазах. Если первые эффекты сверхпроводимости учёные наблюдали при температурах немногим выше абсолютного нуля, то теперь цифры выглядят куда привлекательнее. Но о мировом рекорде высокотемпературного сверхпроводника скажем позже, а пока посмотрим, что сулит нам на практике способность некоторых материалов проводить ток с нулевым электрическим сопротивлением.

Тут не обойтись без рассказа о достижениях American Superconductor . Эта компания уже известна читателям «Мембраны»: недавно она наладила выпуск промышленных сверхпроводящих кабелей для энергетических сетей.

Японский поезд на магнитной подушке MLX-01, курсирующий вместе с собратом MLX-02 по двухпутной опытной ветке длиной в 18 километров, достигает скорости в 581 километр в час. Позднее эта ветка станет частью коммерческой линии Токио-Осака. MLX используют для создания эффекта левитации катушки из высокотемпературных сверхпроводников (фото Yosemite с сайта de.wikipedia.org).

Как пишет BBC News, короткие секции кабелей American Superconductor, способных нести в 150 раз больший ток, чем медный проводник того же размера, уже работают в городе Колумбус (Columbus), в Огайо. А вскоре в строй должен вступить 800-метровый силовой кабель, также от American Superconductor, который будет участвовать в передаче нагрузок в энергосистеме острова Лонг-Айленд (Нью-Йорк).

Новые кабели работают при температуре жидкого азота, что делает их привлекательными для различных промышленных применений. Ведь криогенные системы на жидком азоте давно привычны и широко распространены. Для настоящей революции остаётся только наладить охлаждение жидким азотом достаточно протяжённых энергетических сетей, что представляет определённую проблему. Но вполне решаемую.

Однако и сверхпроводники, работающие при меньших температурах, оказывается, также могут занять свою нишу в технике.

Обратите внимание, мы не будем говорить о буквально единичных изделиях и экзотических областях применения, вроде огромных ускорителей элементарных частиц или токамаков. Из сверхпроводников, скажем, можно делать обмотки больших электромоторов.

Сверхпроводник нового поколения (серебристый) намного тоньше медного кабеля (в центре), при равной передаваемой мощности. Справа: так American Superconductor иллюстрирует разницу между медными кабелями (под автодорогой) и кабелем сверхпроводящим (под пешеходной дорожкой), несущими одну и ту же мощность (фото и иллюстрация American Superconductor).

Такой интересной темой и занимается сейчас American Superconductor. Ещё в 2003 году эта компания построила и испытала опытный 5-мегаваттный электромотор на высокотемпературных сверхпроводниках (так называемый HTS motor, синхронный, переменного тока). А вот теперь, в кооперации с Northrop Grumman , она построила для американских ВМС настоящий двигатель-монстр.

36.5 HTS motor обладает мощностью на валу в 36,5 мегаватт (49 тысяч лошадиных сил), развиваемых при 120 оборотах в минуту (соответствующий чудовищный крутящий момент можете посчитать сами). Кстати, сборка этого электромотора показана на фото под заголовком.

В обмотке ротора здесь используются сверхпроводники BSCCO и Bi-2223 (оксид сложного состава на основе висмута), которые работают при температуре 35-40 градусов по Кельвину. Охлаждаются они газообразным гелием, подводимым через полый вал к ротору машины.

Статорная обмотка этого мотора не сверхпроводящая – она выполнена из меди и имеет простое жидкостное охлаждение. Однако она также отличается от обмоток обычных электромоторов. Например, внутри неё нет привычного железного сердечника. Сверхмощное поле ротора и так прекрасно «насыщает» статор, через который, к слову, пропускается весьма малая доля общего тока, потребляемого этим гигантом.

HTS motor был специально спроектирован под американские военные корабли следующего поколения, для которых задумана полностью электрическая двигательная система.

Американские военные корабли нового поколения планируется оснащать сверхпроводящими электромоторами для привода винта, такими, как HTS motor (иллюстрация American Superconductor).

КПД HTS motor на полной мощности превышает 97%, а на одной трети нагрузки и вовсе приближается к 99%.

Заметим, обычные электромоторы некоторых типов также могут показывать КПД порядка 95-97%. В чём же разница? Дело в том, что такую высокую эффективность они выдают далеко не во всём диапазоне оборотов и нагрузки, а во многих режимах движения «проваливаются» до более скромных величин КПД – примерно в 85-88%.

Сверхпроводящий же мотор показывает столь приличный КПД начиная с 5% от максимальной скорости и до максимальных своих оборотов (а значит, и скорости корабля).

Таким образом, на низких нагрузках HTS motor, приводящий корабельный винт, экономит судну более 10% топлива, сжигаемого в газотурбинных генераторах или дизель-генераторах, либо 10% потребляемой из корабельной сети электрической мощности, если на судне — атомная силовая установка. Добавим, что в озвученном выше КПД HTS motor уже учтены энергозатраты на работу криогенной системы охлаждения.

Однако главным преимуществом своих морских электромоторов American Superconductor считает даже не экономичность, а малые габариты и массу. Модель мощностью 36,5 мегаватт весит 69 тонн и имеет толщину в 3,4 метра, ширину 4,6 метра, а высоту 4,1 метра. Традиционный «медный» электромотор с теми же выходными параметрами имел бы массу порядка 200-300 тонн, а габариты — примерно вдвое большие.

Для судна средних размеров эта разница — не пустяк. Уменьшив размеры машинного отделения, можно лишний объём отдать под груз, пассажиров или боеприпасы (если речь идёт о военном корабле). Да и экономию веса в 130-230 тонн можно пустить на что-нибудь полезное.

Кроме того, HTS motor работает намного тише обычного электромотора той же мощности. Так, по информации компании, 25-мегаваттная 60-тонная версия HTS motor шумит на полной скорости с силой всего в 48 децибелов – иной настольный компьютер громче.

Сравнение обычного электромотора на 36,5 мегаватт (слева) и такого же по мощности мотора типа HTS. Создатели последнего утверждают, что, помимо множества иных преимуществ, сверхпроводящий электромотор такой мощности ещё и дешевле классического, и обладает лучшей ремонтопригодностью (иллюстрация American Superconductor).

Магниторезонансные сканеры со сверхпроводящими обмотками, охлаждаемые жидким гелием, давно уже никого не удивляют. Они работают во многих крупных госпиталях.

Теперь вот на сцену вышли серийные сверхпроводящие кабели и провода под газообразный гелий и тот же жидкий азот. Благо американским инженерам удалось решить проблему ломкости сверхпроводящих материалов. Новые проводники представляют собой череду тончайших (в нанометры) слоёв из сверхпроводников, размещённых на тонких (в доли миллиметра) металлических подложках. Так получаются жилы, способные легко гнуться, подобно тому, как это происходит с оптоволокном, хотя и сделано оно из стекла.

По крайней мере еще полстолетия корабли заметно не изменят своего внешнего вида. Но уже сейчас ученые и конструкторы мечтают о совершенно иных, сверхпроводящих кораблях, по сравнению с которыми теперешние, работающие на угле и нефти, с обычными гребными винтами, покажутся совершенно устаревшими.

В основу движения кораблей нового типа - вроде изображенного сверху - будет положено явление сверхпроводимости, когда некоторые металлы при исключительно низких температурах перестают оказывать сопротивление электрическому току. Если по сверхпроводящему веществу однажды пустить электрический ток, то он сможет течь по сверхпроводнику практически бесконечно долго. Поэтому устройства, использующие сверхпроводимость, должны быть чрезвычайно эффективными. В настоящее время перед физиками стоит задача найти такие вещества, которые будут переходить в сверхпроводящее состояние при комнатной температуре или вблизи нее. Однако еще до того, как подобные вещества будут созданы, в качестве охладителя для сверхпроводящих устройств вполне может найти применение жидкий азот.

На рисунке, показанном выше, дан разрез одного из предложенных сверхпроводящих движителей. В нем сверхпроводящие магниты должны с огромной скоростью выбрасывать воду из сопел, создавая таким образом тягу для движения судна. Устройства подобного типа должны потреблять в работе очень мало электроэнергии.

Наверху нарисован придуманный корабль, скользящий по воде со скоростью более 60 миль в час. Вместо привычного топлива такое быстроходное транспортное средство будет пользоваться для движения экономичными сверхпроводящими электромагнитами. Новый тип судна, которое сейчас разрабатывается, возможно появится и начнет работать в начале 21 века.

Некоторые разработчики полагают, что сверхпроводящие движители со временем заменят обычные устройства для движения морского транспорта. В новом устройстве морская вода поступает в центральную трубу. Внутри нее находится ряд каналов. Внутри каждого располагается по два электрода, между которыми идет электрический ток. Снаружи канала установлена сверхпроводящая катушка, создающая магнитное поле. Взаимодействие между электрическим и магнитным полем внутри катушки приводит к появлению силы, выталкивающей воду из канала.

На рисунке:

1 - заборный патрубок для морской воды

2 - Механизм движителя

3 - Канал для прохода морской воды

4 - Электрод

5 - Катушка из сверхпроводящего материала

6 - Магнитный поток

7 - Выходной патрубок для морской воды

У двойных движителей сборки I электромагнитов могут располагаться под корпусом корабля. В каждом таком устройстве шесть электромагнитов создают магнитное поле. Каждый такой электромагнит состоит из сверхпроводящей катушки и двух электродов.

На рисунке:

1. - Вакуумированная полость

2. - Вакуумная камера

3. - Жидкий гелий

4. - Электрод

5. - Теплоизоляционная прокладка

6. Водный канал.

Это правило на пальцах показывает направление, в котором действует сила, возникающая в такой катушке при взаимодействии электрического и магнитного поля. Левый указательный палец направляем вдоль магнитного поля, средний палец - в направлении электрического тока, и тогда раскрытый большой палец покажет направление, в котором будет действовать сила.