Управляемый хаос: история американских горок

Пассажир занимает место в вагонетке, и состав уходит на десятки метров вверх. Пара секунд разгона, резкий спуск, перегрузка, вираж — и через пару минут он возвращается к платформе. На выходе кто-то судорожно ищет глазами лавочку, чтобы унять пульс, а кто-то тут же идет занимать очередь за новым билетом.

Американские горки дарят мощный выброс адреналина, но за этим безумием стоит строжайший контроль. Контраст между страхом и надежностью — результат 140 лет инженерной эволюции, цель которой — заставить вагонетки беспрекословно следовать сложнейшей траектории.

Патент, День американских горок и предыстория

16 августа 1898 года американский изобретатель Эдвин Прескотт запатентовал конструкцию аттракциона с вертикальной петлёй (патент №609164). Эту дату отмечают как National Roller Coaster Day или просто День американских горок.

К тому моменту индустрия уже успела сделать первые шаги, начиная с ледяных забав России XVI—XVII вв.еков, где строили гигантские деревянные горки высотой до 30 метров для катания на санях. В XIX веке эту идею перенесли на колеса (именно поэтому во многих языках американские горки до сих пор называют «русскими»).

Официальным же отсчетом для американских горок стал 1884 год на Кони-Айленде, где ЛаМаркус Томпсон запустил «Гравитационную реверсивную железную дорогу». Вагонетки катились по параллельным трекам под уклон, после чего рабочие вручную толкали их обратно на горку.

Идея зашла на ура. Уже через три года тот же Томпсон открыл «Живописную дорогу» в Атлантик-Сити — там трассу впервые обставили бутафорскими скалами и альпийскими пейзажами. Позже появились цепные подъёмники, избавившие персонал от ручного труда, а составы научились забрасывать на приличную высоту.

Гравитация начала делать своё дело, и трассы потянулись в длину.

Логичным шагом казался переворот пассажиров на 360 градусов. В 1895 году на том же Кони-Айленде заработал аттракцион Flip Flap Railway — вертикальная петля диаметром около 7,6 метра, выполненная в форме почти идеального круга.

Проблемы проявились сразу. На входе в петлю состав влетал на полной скорости, создавая резкое изменение ускорения — тот самый «джерк». Внизу петли малый радиус круга вызывал колоссальные перегрузки: пассажиры периодически теряли сознание и получали травмы шеи. Попытки увеличить радиус упирались в гигантские размеры эстакад, причем проблема резкого перехода с прямой на кривую траекторию движения никуда не исчезала.

Решения Прескотта: тележка и переменная геометрия

Прескотт начал с механики. В первом патенте вместо жёстко закрепленных осей он применил поворотную ходовую тележку. Система роликов и рычагов жестко связывала трассу с рамой: когда рельс менял направление, направляющие принудительно поворачивали колесную базу вслед за ним, снижая вероятность заклинивания. Дополнительные зажимы надежно удерживали состав на треке, хотя сама по себе эта конструкция перегрузки не снижала.

Важный поворот произошел в 1901 году (патент №667455), когда Прескотт изменил геометрию самой петли, внедрив переменную кривизну. Вход в элемент стал плавным, а радиус на высокой скорости увеличился, сгладив пиковые перегрузки. По мере подъема и потери скорости радиус петли уменьшался, удерживая состав в верхней точке и делая конструкцию самого кольца компактнее. В дальнейшем для подобных переходов стали применять кривые с плавно изменяющейся кривизной, в частности клотоиду Эйлера—Корню.

Переход на стальной рельс в средине ХХ века

После бурного старта в начале века индустрия прошла через золотую эпоху классических деревянных горок. Однако настоящий качественный скачок, сформировавший облик привычных нам аттракционов, произошел в 1959 году.

Именно тогда компания Arrow Development совместно с инженерами Диснейленда внедрила трубчатый стальной рельс (дебютировавший на горках Matterhorn Bobsleds). Переход от громоздких деревянных брусьев к стальной конструкции позволил создавать трассы со сложной пространственной геометрией, закладывать крутые виражи с креном более 90 градусов и безбоязненно крутить «мёртвые петли», открыв дверь в современную эру экстрима.

Анатомия современных треков

Подвижный состав на горках — часть сложного автоматизированного комплекса. Ходовая часть держится на трех рядах роликов:

• Опорные колеса принимают на себя вес состава.
• Боковые удерживают вагонетку на виражах.
• Противоотрывные фиксируют состав снизу на петлях и участках с отрицательной перегрузкой (Airtime).

Для разгона помимо цепных подъёмников применяют линейные электродвигатели — синхронные LSM и индукционные LIM. За торможение отвечают гидравлические суппорты и вихретоковые тормоза: постоянные магниты тормозных участков трассы взаимодействуют с металлической пластиной на вагонетке, создавая торможение за счет вихревых токов без механического контакта и износа тормозных колодок.

Безопасность контролирует электроника. Трасса поделена на блок-участки: следующий состав не получит сигнал на старт, пока предыдущий не покинет зону. При обнаружении опасного состояния система управления переводит аттракцион в безопасный режим и при необходимости активирует торможение.

Американские горки в игровой индустрии и VR

Популярность американских горок давно вышла за пределы реальных парков развлечений, разделившись на два цифровых направления.

Первое — это индустрия виртуальной реальности. В отличие от идеи полностью заменить реальные трассы, на практике VR чаще выступает в роли технологической надстройки на уже существующие аттракционы: очки синхронизируют динамичный видеоряд с реальными перегрузками, позволяя паркам освежить интерес к классическим аттракционам. При этом автономные движущиеся кресла-платформы в закрытых залах развиваются как отдельный жанр аттракционов-симуляторов.

Второе направление охватывает масштабные градостроительные симуляторы-песочницы вроде RollerCoaster Tycoon и Planet Coaster. Здесь игроки примеряют роли инженеров и менеджеров: они вручную проектируют геометрию треков метр за метром, настраивают петли и виражи, балансируют между бюджетом, физикой и эмоциями виртуальных посетителей, а затем лично тестируют созданные трассы от первого лица.

Случаи аварий на американских горках

Несмотря на популярность и строгие регламенты безопасности, за всю историю индустрии аттракционов не обошлось без серьезных аварий. Так, трагедия на лондонских деревянных горках Big Dipper в 1972 году, где из-за обрыва троса и отказа стопоров сорвался состав, унесла жизни пятерых детей и привела к закрытию аттракциона.

В 1986 году на канадском Mindbender разрушение элемента ходовой части привело к сходу вагона с рельсов и столкновению с бетонной колонной.

Авария на горках The Smiler в Великобритании в 2015 году показала, что одной автоматики недостаточно: безопасность зависит и от правильной работы персонала с системами блокировки и разрешения движения.

После крупных аварий конструкции и эксплуатационные процедуры становились предметом расследований, а требования к контролю состояния аттракционов и работе систем безопасности постепенно ужесточались.

Проектирование ощущения

История американских горок показывает, как постепенно усложнялись технические задачи для усиления эффекта опасности аттракциона. Если в их «русских» прародителях и ранних аттракционах требовалось просто запустить вагонетку под уклон под действием гравитации, то к концу XIX века инженеры решали задачу удержания состава при переворотах. Позже фокус сместился к точному расчету динамики, компьютерному моделированию, управляемым приводам и сложным системам торможения.

Сегодняшние аттракционы проектируются как единый комплекс, где профили петель, моменты невесомости и точки торможения строго увязаны с допустимыми физиологическими нагрузками.

Вся эта сложнейшая инженерная инфраструктура подчинена одной задаче: на финише пассажир должен быть искренне уверен, что только что пережил опасное и абсолютно неконтролируемое приключение, оставаясь при этом в надежных рамках спроектированного риска.