A félkerekű autó már önmaga is őrült koncepciónak tűnhet – mégis megvalósult, ahogy azt cikksorozatunk előző részében írtuk. Ehhez képest azonban nagyságrendekkel őrültebb és komplexebb egy teljes vonatot félkerékre pakolni, hogy egyetlen sínen, és ne sínpáron fusson.

Félkerekű, önegyensúlyozó vonatok és autók – a giroszkópos járművek őrült története: 1. rész Azt hihetnénk, hogy az önegyensúlyozó járművek olyan technológia, amelytől még távol vagyunk. Pedig ilyen járműveket már a huszadik század elején is fejlesztettek méghozzá sikerrel – akár olyan hatalmas tömegű eszközöket is “félkerékre” pakoltak, mint a vonat. Ám ha így tombolt a giroszkóp-őrület, hova tűntek ezek a járművek?

Őrült ötlet vagy sem, a 20. század elején a giroszkópos egysínű vonat vagy hivatalosan: a girostabilizált egysínes, esetleg girokocsi koncepcióját egymástól függetlenül több mérnök is kidolgozta a világ különböző részein. Mint arra a név is utal, a vonat meglepő különlegessége gyorsan szemet szúrhat még akár a nem túl éles megfigyelőknek is: mindössze egyetlen sínt használ. Na de akkor miért nem borul fel, mint öregapó a kocsmából hazafelé a biciklivel? Ennek oka, hogy az egyensúlyozó képességek terén átmeneti kihívásokat tapasztaló biciklistával szemben ezt a vonatot stabilizálta valami, mégpedig a giroszkópos erők – így aztán mozgásban és nyugalomban is egyensúlyban maradhatott.

Ellentétben a hagyományos vonatokkal, amelyeknek a sínpályán nagy sugarú kanyarokra van szükségük a stabilitáshoz, az egysínű giroszkóp egyedi kialakításának köszönhetően könnyedén megbirkózik akár az élesebb kanyarokkal is. A rendszer stabilitását az elképzelés lecsupaszított változatában a jármű középső tengelye közelében elhelyezett két, egymással ellentétes irányban forgó lendkerékkel érték el. Ezek az elektromos motorral hajtott lendkerekek biztosították a szükséges ellenállást azokkal az erőkkel szemben, amelyek potenciálisan felboríthatják a járművet.

A girokocsit azonban nem csak azért akarták kidolgozni, mert bizarrul festett és mérnöki kihívást jelentett, hanem elvileg több érv is szólt mellette. Az élesebb kanyarokról már beszéltünk, de további előny volt a hagyományos vasúti rendszerekkel szemben az infrastrukturális költségek csökkentése (mivel csak egy sínre van szükség kettő helyett), valamint a súrlódás csökkenése és az oldalirányú erők kiküszöbölése miatti nagyobb sebesség.

Louis Brennan ír-ausztrál mérnök már 1903-ban szabadalmaztatta és megépítette egy ilyen rendszer prototípusát. A brit hadsereg, majd az Indiai Hivatal és a kasmíri Durbar kezdeti támogatásával Brennan kifejlesztett egy 12,2 méter hosszúságú járművet, amelyet egy 14,9 kilowattos benzinmotor hajtott. Ez a prototípus demonstrálta, hogy az egysínű vasút valóban képes utasokat szállítani, miközben figyelemreméltó stabilitással navigált a kanyarokban és a lejtőkön.

Brennan ambiciózus elképzelése alig ismert határt: tervei közt szerepelt egy olyan luxus és hatékony közlekedési eszköz kiifejlesztése, amely akár 320 kilométer per órás sebességet is elérhet. A girokocsit így nem csupán közlekedési eszközként képzelte el, hanem mobil luxuskörnyezetként is, amely a kor legkiválóbb óceánjáróihoz hasonlított volna.

Az alapötlet egy olyan jármű, amely egy forgó kerék segítségével, amely egy kardántengelyben helyezkedik el, képes az egyensúly megőrzésére. A forgó kerék és a kardántengely kialakítása olyan, hogy a forgástengely merőleges a jármű gördülési tengelyére, és a kardántengely forgástengelye (a precessziós tengely) szintén merőleges a forgótengelyre. Ez a rendszer lehetővé teszi, hogy a jármű egyensúlyban maradjon, még akkor is, ha oldalirányból erő hat rá, mivel a forgó kerék precessziója giroszkópikus nyomatékot hoz létre, ami korrigálja a jármű dőlését.

A rendszer működése során a kerék precesszióját kihasználva a jármű képes az egyensúlyi helyzetből való eltérés esetén is visszatérni az egyensúlyi állapotba. A rendszerhez szükséges vezérlőnyomatékokat biztosító mechanizmusnak aktív elemeket kell tartalmaznia, mivel a jármű egyensúlyi helyzetének helyreállítása többletenergiát igényel, amely nem származhat kizárólag passzív elemekből.

Oldalsó terhelések esetén a rendszer úgy működik, hogy a jármű belehajol a zavaró erőbe, ezzel ellensúlyozva az oldalirányú erőket, és megakadályozva a felborulást. A kanyarodás során fellépő tehetetlenségi erők kezeléséhez a járművet úgy kell kiegyensúlyozni, hogy az ellentétesen forgó giroszkópok használatával megszüntessük a kanyarokban fellépő instabilitást. Ez a rendszer biztosítja, hogy a jármű megfelelően dőljön a kanyarokban, anélkül, hogy oldalirányú erők jelentkeznének a fedélzeten.

Röviden: az instabilitás megelőzése érdekében Brennan és tőle függetlenül August Scherl (rá majd visszatérünk még) ellentétes irányban forgó giroszkópokat alkalmaztak, amelyek kiegyenlítik egymás nyomatékait, így a jármű stabil marad minden irányban történő mozgás során. A rendszer kialakítása lehetővé teszi, hogy a jármű stabil maradjon különböző terhelések és manőverek mellett is, beleértve a kanyarodást, sőt az oldalszél által okozott terheléseket.

A sikeres bemutatók ellenére, köztük az 1910-es londoni japán-brit kiállítást (ezen többek közt Winston Churchill is részt vett), ahol egy tényleges méretű vonatot mutattak be, a giroszkóp nem tudta megnyerni a szükséges befektetői tőkét ahhoz, hogy kereskedelmi valósággá váljon. Hasonló sorsra jutott az August Scherl német lapkiadó és üzletember által kifejlesztett német változat is, amelynek műszaki fejlesztését Paul Fröhlich és Emil Falcke végezte. Annak ellenére, hogy bemutattak egy kisebb prototípust, amely képes utasokat szállítani, ez a projekt sem kapott jelentős pénzügyi támogatást.

A befektetők aggódtak amiatt, hogy a vonat felborul egy áramkimaradás esetén, mivel a stabilizáláshoz, mint fentebb olvasható, aktív rendszerelemek működése szükséges. Bár Brennan több megoldást is javasolt az ilyen kockázatok mérséklésére, beleértve egy olyan rendszert, amely lehetővé tenné a giroszkópok ellenőrzött leállítását, a befektetőket nem sikerült megnyerni. Brennan girokocsija esetében a kudarc okai közt azt is meg szokták említeni, hogy addigra az USA vasúthálózata nagyrészt kiépült, így az említett gazdasági előnyök közül több is elpárolgott, ráadásul a girovonat esetében a giroszkópos berendezést minden kocsiban el kellett volna helyezni, ami viszont már éppen költségnövelő tényezőként jelent meg.

Brennan a későbbi éveit kísérleti repülési projektekkel töltötte egészen 1932-ben bekövetkezett haláláig.

Végül az egysínű girovonat tehát nem jutott tovább a prototípus szakaszán. A giroszkópos stabilizálás elvei azonban számos területen alkalmazásra találtak, például a repülésben, a tengeri navigációban és az űrkutatásban. Annak ellenére tehát, hogy a giroszkóp nem alakította át sem az autóipart, sem pedig a vasúti közlekedést, Brennan és Scherl innovációi hozzájárultak az alternatív szállítási technológiákhoz. Illetve ne feledjük azt sem, hogy ez a technológia mozgásérzékelőként eljutott a videojátékok világába is.

(Forrás: Amusing Planet, Primal Space, Wikipedia, kép: Brennan girokocsija, forrás: wikimedia.commons)