Der vergessene ukrainische Maglev: Wie vor 50 Jahren Züge der Zukunft entworfen wurden

Heute, wenn von kosmischen Geschwindigkeiten auf der Erde die Rede ist, denkt man zuerst an futuristische Konzepte von Vakuumzügen wie Hyperloop oder an japanische Magnetschwebebahnen (Maglevs). Doch erstaunlicherweise arbeiteten schon vor einem halben Jahrhundert ukrainische Wissenschaftler aktiv an der Entwicklung eines Transports auf dem Magnetkissen, der unglaubliche 500 km/h erreichen konnte. Diese Geschichte ist ein Beweis für das starke wissenschaftliche Potenzial der Ukraine, das leider nicht die nötige Weiterentwicklung erfahren hat.

Die Herausforderung der Zeit: 500 km/h als neuer Standard

Zu Beginn der 1970er Jahre stand das weltweite Transportsystem vor dem sogenannten „Paradox der mittleren Entfernungen“. Die rasante Entwicklung der Strahlfliegerei machte Langstreckenflüge zur Routine, doch für Reisen über 500 bis 1000 Kilometer erwiesen sich Flugzeuge als wirtschaftlich unvorteilhaft und logistisch kompliziert. Es wurde ein neues Verkehrsmittel gebraucht, das Passagiere zuverlässig und schnell von einer Metropole zur anderen bringen konnte, ohne die Unannehmlichkeiten von Flughäfen. Als ideale Lösung galten 400 bis 500 km/h.

Klassische Eisenbahnen, die nach dem Prinzip „Rad-Schiene“ funktionieren, konnten solche Werte nicht erreichen. Bei Geschwindigkeiten über 300 km/h nahm die Haftung zwischen Stahlrad und Schiene drastisch ab. Das führte zu zerstörerischen Vibrationen, übermäßigem Materialverschleiß und machte eine weitere Beschleunigung unmöglich. Es gab nur einen Ausweg: den Verzicht auf Räder und den Übergang zur magnetischen Levitation. Der Zug sollte über einem speziellen Viadukt „schweben“ und dabei praktisch keinen physischen Kontakt zur Oberfläche haben. So ließe sich die Reibung auf ein Minimum reduzieren, begrenzt nur durch den aerodynamischen Luftwiderstand.

Zwei Wege zur Levitation: Die ukrainische Wahl fiel auf EDS

Die weltweite Ingenieurwissenschaft folgte damals zwei Hauptansätzen für die Entwicklung der Magnetschwebetechnik. Der erste war die elektromagnetische Schwebe (EMS), die gewöhnliche Elektromagnete nutzt. Diesem Weg folgten Moskauer Ingenieure, die Prototypen der TP-Serie entwickelten. Ihr erster Wagen, TP-01, fuhr bereits 1979 auf einer 36 Meter langen Werksstrecke. Dieses Transportmittel mit einem Gewicht von etwa 12 Tonnen und einer Länge von 9 Metern konnte 20 Passagiere befördern. Das zentrale Problem der EMS war jedoch der extrem kleine Schwebeabstand von nur 10 Millimetern. Einen derart winzigen Spalt bei 400 km/h aufrechtzuerhalten war äußerst schwierig, und jede Unebenheit der Strecke oder Windböe konnte zu einer Katastrophe führen.

Der zweite, deutlich schwierigere, aber vielversprechendere Ansatz war die elektrodynamische Schwebe (EDS). Diese Technologie basierte auf dem Einsatz supraleitender Magnete. Während der Fahrt wechselte das starke Magnetfeld der bordeigenen Magnete mit den Strömen, die in der Aluminiumschiene induziert wurden. Diese Wechselwirkung erzeugte eine Abstoßungskraft, die den Wagen über dem Viadukt anhob. Der Vorteil von EDS lag in der Möglichkeit, den Levitationsabstand auf 10 bis 15 Zentimeter zu erhöhen, was den Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten sicherer und stabiler machte.

Gerade auf die Entwicklung dieser technologisch anspruchsvolleren, aber potenziell revolutionären Technologie — der elektrodynamischen Schwebe (EDS) — setzte man in der Ukrainischen SSR. Im Rahmen eines gesamtunionweiten Programms, das vom Allunionsforschungs- und Projektierungsinstitut für Elektrolokomotivbau (WElNDI) in Kyjiw koordiniert wurde, wurden die schwierigsten ingenieurtechnischen Aufgaben auf die ukrainischen wissenschaftlichen Institute übertragen.

Eine Symphonie der ukrainischen Wissenschaft: Entwicklung der Komponenten der Zukunft

Der Bau eines vollwertigen elektrodynamischen Maglev erforderte tiefgehende Forschung und Innovationen in mehreren angrenzenden Bereichen der Physik. Zentrales Element des Systems waren supraleitende Magnete. Um Supraleitung zu erreichen — also einen Zustand, in dem ein Leiter seinen elektrischen Widerstand vollständig verliert — musste das Material auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (etwa -269 °C) mithilfe von flüssigem Helium gekühlt werden. Dieser Prozess erforderte die Entwicklung hochmoderner bordeigener Kryostate, die unter dynamischen Fahrbedingungen eine so niedrige Temperatur stabil aufrechterhalten konnten.

Das Charkiwer Physik-Technische Institut für Tieftemperaturen (FTIINT) übernahm die Verantwortung für diese komplexen kryogenen Systeme. Vor den Wissenschaftlern stand die Aufgabe, „Thermoskannen“ der Zukunft zu entwickeln, die flüssiges Helium in einem mit 500 km/h fahrenden Wagen zuverlässig isolieren und das System vor Vibrationen und äußerer Wärme schützen konnten.

Parallel dazu konzentrierte sich das Kyjiwer Polytechnische Institut (KPI), das seit Mitte der 1960er Jahre über umfangreiche Erfahrung im Entwurf von Linearmotoren verfügte, auf die Entwicklung der Antriebe. Bereits 1966 wurde hier der erste Versuchswagen mit zwei Linearmotoren à 5 kW gebaut, und im folgenden Jahr entstand auf dem Gelände der WDNCh der Ukrainischen SSR ein einzigartiger ringförmiger Monorail-Viadukt mit einer Länge von 525 Metern. Auf Basis dieses Teams von Enthusiasten wurde in Kyjiw das spezialisierte Sonderkonstruktionsbüro für Linearelektromotoren (OKB LED) gegründet. Dieses Büro setzte seine erfolgreichen Entwicklungen bis zum Zerfall der UdSSR fort und fertigte unter anderem 1980 für WElNDI lineare Asynchronmotoren mit einer Leistung von 800 kW für eine Geschwindigkeit von 400 km/h an, die damals weltweit ohne Vergleich waren.

Nicht weniger wichtig war das Steuersystem. Automatisierte Steuerungssysteme (ASU) mussten die Sicherheit eines tonnenschweren Zuges gewährleisten, der mit kosmischer Geschwindigkeit unterwegs war. Das Institut für Kybernetik nach W. M. Gluschkow (Kyjiw) arbeitete an solchen Systemen. Die Kybernetiker entwickelten Algorithmen, die Beschleunigung und Bremsung in Echtzeit kontrollierten, sichere Abstände zwischen den Zügen aufrechterhielten und die Parameter der kryogenen Levitation überwachten. Die menschliche Reaktionsfähigkeit war für dieses Geschwindigkeitsniveau offensichtlich zu langsam.

„Transmag“: Das Dnipro-Zentrum der Innovation

Die Wurzeln des ukrainischen Maglev-Projekts reichen bis in die späten 1960er Jahre zurück, als im Dnipropetrovsker Zweig des Instituts für Mechanik der Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen SSR unter der Leitung von Akademiemitglied W. A. Lasarjan die ersten Forschungsarbeiten zu Transportmitteln auf Magnet- und Luftkissen begannen. Später wurde diese Einrichtung in das Institut für Technische Mechanik der Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen SSR umgewandelt.

Anfang der 1980er Jahre wurde in Dnipro ein spezialisiertes Labor für die Erforschung supraleitender elektromagnetischer Systeme gegründet, das von Viktor Dzenzerskyj geleitet wurde. Mit dem Wachstum des Arbeitsumfangs wurde am 1. Februar 1989 auf Basis des Instituts für Geotechnische Mechanik der Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen SSR die Abteilung für physikalisch-technische Probleme des Verkehrs auf supraleitenden Magneten „Transmag“ gegründet, ebenfalls unter der Leitung von Dzenzerskyj.

Gerade in Dnipro entstand die Prüfstandsbasis für die Erprobung vollwertiger Baugruppen des künftigen Maglev. Branchenhistoriker heben die Schlüsselrolle des Dnipro-Teams im gesamtunionweiten Programm hervor, insbesondere bei der Entwicklung von Kryostaten und supraleitenden Elektromagneten, die für das EDS-System benötigt wurden.

Einzigartige Teststände und Materialien der Zukunft

Da der Bau einer vollständigen Teststrecke von mehreren Dutzend Kilometern extrem teuer gewesen wäre, entschieden sich die ukrainischen Ingenieure für eine einfallsreiche Lösung: Sie schufen einen einzigartigen dynamischen Prüfstand. Es handelte sich um ein großes Rad mit einem Aluminiumkranz, das von starken Motoren in Rotation versetzt wurde. An diesem Kranz, der die Bewegung der Strecke mit einer Geschwindigkeit von über 300 km/h simulierte, wurde ein entwickeltes kryogenes Magnetmodul an einer speziellen Aufhängung befestigt. Sensoren sammelten Daten über die Hebekraft, die Stabilität des Levitationsspalts, das Verhalten des flüssigen Heliums unter Beschleunigung und die Beständigkeit der Materialien.

Parallel arbeiteten Institute der Ukrainischen SSR an der Entwicklung innovativer Verbundwerkstoffe für die Wagenkästen. Diese Materialien mussten extrem leicht sein, wie in der Luftfahrt, zugleich aber enorme aerodynamische Belastungen aushalten. Besonders wichtig war dies in Szenarien, in denen sich zwei Züge auf Gegenkurs begegneten und die relative Annäherungsgeschwindigkeit 1000 km/h erreichen konnte.

Unerfüllte Ambitionen: Warum das Projekt gestoppt wurde

Die Pläne zur Einführung des Maglev waren äußerst ambitioniert. Die erste Versuchsbetriebsstrecke in der UdSSR sollte ein Abschnitt zwischen Jerewan und der Stadt Abowjan werden. Das Projekt sah vor, bis 1990 die erste Ausbaustufe des 3,2 Kilometer langen Systems zu errichten. Mehr als 40 Organisationen und Unternehmen waren an der Umsetzung beteiligt. Die ursprünglich berechnete Geschwindigkeit lag bei 250 km/h, wurde später jedoch wegen unzureichender Leistung der Traktionsunterstation auf 180 km/h reduziert.

Ende der 1980er Jahre stieß das Projekt jedoch auf unüberwindbare Hindernisse, die nichts mit der Technik zu tun hatten. Erstens erwiesen sich die Kosten für den Bau der Maglev-Infrastruktur — spezielle Viadukte, die präzise Verlegung von Aluminiumschienen und die Wicklungen des Linearmotors — als astronomisch hoch.

Zweitens zwangen die Katastrophe von Tschernobyl im Jahr 1986 und das schwere Erdbeben in Armenien am 7. Dezember 1988, in dessen Zone die erste Strecke gebaut werden sollte, die Führung des Landes dazu, enorme finanzielle, materielle und wissenschaftliche Ressourcen dringend auf die Beseitigung der Folgen umzuleiten. Die Finanzierung des Programms für den Hochgeschwindigkeitsverkehr auf der Schiene wurde drastisch gekürzt und später eingefroren. Der begonnene Bau des Viadukts wurde konserviert.

Das Erbe des ukrainischen Maglev: Einfluss auf die Zukunft

Auch wenn das ukrainische Maglev-Projekt nie die Phase des kommerziellen Einsatzes erreichte, schmälert das nicht seine ingenieurtechnische Bedeutung. Ukrainische Wissenschaftler bewiesen die grundsätzliche Möglichkeit, schweren Verkehr auf einem elektrodynamischen Kissen unter Einsatz kryogener Technologien zu realisieren. Die in den Laboren von Dnipropetrowsk, Charkiw und Kyjiw entwickelten Arbeiten zu Linearmotoren, automatisierten Steuerungssystemen und dem Betrieb von Supraleitern bei hohen Geschwindigkeiten bildeten die Grundlage vieler angrenzender Fachbereiche.

Zum Vergleich: Der japanische Prototyp ML-500 mit supraleitenden Magneten erreichte 1977 bis 1979 eine Geschwindigkeit von 517 km/h. Nach genau demselben physikalischen Prinzip der elektrodynamischen Levitation, das ukrainische Ingenieure schon vor mehr als einem halben Jahrhundert auf rotierenden Prüfständen testeten, erreichen heutige japanische Maglevs der L0-Serie über 600 km/h und führen damit dieselbe wissenschaftliche Entwicklungslinie fort. Die ukrainische Ingenieurskunst hat ihr Projekt zwar nicht zu Ende gebracht, aber einen bedeutenden Fußabdruck in der Geschichte des Hochgeschwindigkeitsverkehrs hinterlassen.