Как будут выглядеть пассажирские поезда будущего

Когда весной 1873 года шотландский китаевед Джеймс Легге отправился из Шанхая в Пекин, путешествие заняло у него две недели. Сначала он добрался на лодке до Тяньцзиня, а затем на муле – до китайской столицы. Сегодня это же путешествие в 1200 км занимает чуть больше четырех часов по скоростной железной дороге. Перелет между двумя городами занимает два часа 20 минут. Что касается Европы, то из Милана в Рим курсируют скоростные поезда Frecciarossa, на которых добраться до точки назначения можно менее чем за три часа, а из Токио в Осаку – скоростные поезда Shinkansen – два с половиной часа.

Люди никогда раньше не путешествовали так быстро и легко, как сегодня. Но за это удобство приходится платить: на транспорт приходится 20% мировых выбросов углекислого газа, и за последние три десятилетия темпы выбросов углекислого газа в атмосферу от транспорта выросли быстрее, чем от любого другого источника. Особенно это касается авиаперевозок, выбросы от которых росли быстрее, чем от железнодорожного или автомобильного транспорта. В связи с этим возникает вопрос: можно ли путешествовать на высоких скоростях, не убивая планету? И если да, то как?

Более быстрая, чистая, экологичная и оснащенная передовыми технологиями – железная дорога является единственным видом транспорта, который сейчас имеет все шансы стать основой для удовлетворения наших будущих потребностей в мобильности. С приближением 200-летия первой пассажирской железной дороги в 2025 году, поезда становятся как никогда важными для обеспечения устойчивой мобильности в мире, который сталкивается с проблемами изменения климата, растущей урбанизации и роста населения. Мировое городское население растет со скоростью два человека в секунду, в результате чего ежедневно в городах появляется 172800 новых жителей. В то время как в некоторых регионах мира, таких как Европа и Япония, население сокращается, ожидается, что 90% прироста населения будет приходиться на города и мегаполисы развивающихся стран.

Для того, чтобы эти быстрорастущие города, регионы и мегаполисы могли развиваться, эффективный общественный транспорт является не просто желательным, но и необходимым.

Насколько быстрыми могут быть скоростные поезда?

Новые современные “скоростные поезда” часто попадают в заголовки газет, поскольку сеть линий в Европе и Азии продолжает расти, а новые линии запланированы или уже строятся в таких странах, как Франция, Германия, Испания, Индия, Япония и, в гораздо большем масштабе, в Китае, где к 2025 году высокоскоростная сеть достигнет 50000 км.

Когда в начале 2030-х годов будет завершено строительство высокоскоростной магистрали High Speed 2 (HS2), вызывающей споры из-за перерасхода бюджета и прохождения через уязвимые ландшафты, Англия будет иметь самые быстрые в мире обычные поезда, которые в штатном режиме движутся со скоростью 362 км/ч, но могут развить скорость до 400 км/ч.

Сочетая японскую технологию “скоростного поезда” с британским дизайном, парк поездов HS2 стоимостью $2,5 млрд произведет революцию в междугороднем сообщении между Лондоном и английским Мидлендом и северными городами. Перевод междугородних перевозок на HS2 также высвободит крайне необходимую пропускную способность существующих железных дорог для перевозки большего количества местных пассажиров и грузов.

Тем не менее, за несколько десятилетий эксплуатации такие страны, как Франция, Япония и Китай, пришли к выводу, что преимущества эксплуатации высокоскоростных поездов со скоростью более 320 км/ч перевешивают значительно более высокие затраты на техническое обслуживание и энергию, которые они несут. Теперь признанные лидеры высокоскоростных поездов в Японии и Китае не ограничиваются технологией “сталь на стали”, а разрабатывают поезда, способные развивать скорость до 600 км/ч.

Концепция сверхбыстрых поездов, движущихся по специальным путям с помощью магнитной левитации (маглев), рекламируется как “будущее путешествий” уже более 50 лет, но за исключением нескольких экспериментальных линий и китайского маршрута, соединяющего центр Шанхая с аэропортом, она так и осталась, по большей части, теоретической.

Но ненадолго. Япония инвестирует $72 млрд в проект Chuo Shinkansen, который станет кульминацией более чем 40-летнего развития маглева. 286-километровая линия соединит Токио и Нагою, что позволит преодолевать это расстояние всего за 40 минут, а со временем должна продолжиться до Осаки, сократив 500-километровое путешествие из столицы до 67 минут. Строительство началось в 2014 году, и первоначально ожидалось, что оно завершится к 2027 году (а линия Нагоя-Осака будет открыта на десять лет позже), но проблемы с получением разрешения на участок линии означают, что дата открытия пока неизвестна. Задержки и огромный рост расходов заставили многих поставить под сомнение экономическую ценность проекта.

Такие трудности вряд ли возникнут в Китае, который также строит линии магнитного транспорта как альтернативу авиаперелетам на короткие расстояния и для обеспечения сверхскоростных поездок через свои густонаселенные городские районы. Китай планирует создать “трехчасовые транспортные круги” вокруг своих крупных городов, превратив группы городов в экономические центры силы.

На юге самой густонаселенной страны мира, в регионе дельты Жемчужной реки, которая охватывает Гонконг, Гуанчжоу и Шэньчжэнь, уже проживает более 120 млн человек. Китайские планировщики надеются объединить девять городов региона, чтобы создать городскую агломерацию площадью 26000 квадратных км. Магистрали на магнитной подушке предусмотрены для маршрутов Шанхай-Ханчжоу и Чэнду-Чунцин, а также для многих других, если они окажутся успешными.

В других странах мира огромные расходы и отсутствие интеграции с существующими железными дорогами могут помешать дальнейшему распространению технологии маглев. Уже борясь с пробками и загрязнением в своих густонаселенных городах, Китай только в декабре 2021 года открыл 29 новых линий метро общей протяженностью 582 км. Многие другие страны с растущими городами вскоре должны будут последовать этому примеру, если они не хотят быть перегруженными.

Однако, чтобы оправдать эти ожидания, железнодорожная отрасль должна будет быстро двигаться в нескольких направлениях, чтобы обеспечить значительно большую пропускную способность, большую эффективность, надежность и доступность.

Беспилотные поезда

Автоматическое движение существует уже много десятилетий – линия Виктория лондонского метрополитена частично эксплуатируется таким образом с момента открытия в 1967 году – но обычно ограничивается автономными линиями с одинаковыми поездами, курсирующими через определенные промежутки времени.

В последние годы Китай лидирует в сфере беспилотных железных дорог, в частности, введя единственные в мире высокоскоростные автономные поезда, которые курсируют со скоростью до 300 км/ч между Пекином и местами проведения Зимних Олимпийских игр 2022 года. Япония также экспериментирует с “поездами-шарами”, которые могут самостоятельно передвигаться от терминалов к депо для обслуживания, освобождая машинистов для управления поездами, приносящими больше прибыли.

Однако управление беспилотными поездами на автономных линиях – это одно. Обеспечить их безопасную работу на традиционных железных дорогах смешанного использования, где эксплуатируются пассажирские и грузовые поезда с очень разными характеристиками, скоростями и весом, гораздо сложнее.

Большие данные и так называемый Интернет вещей позволят видам транспорта взаимодействовать друг с другом и с окружающей средой, прокладывая путь к более интегрированным, интермодальным путешествиям. Интеллектуальные роботы будут играть большую роль в инспекции инфраструктуры, такой как тоннели и мосты, а также в эффективном обслуживании устаревших конструкций.

Влияние на окружающую среду

Несмотря на доказанную большую экологичность по сравнению с авиацией, железной дороге еще предстоит пройти долгий путь к сокращению собственных выбросов углерода и загрязнения от дизельных двигателей. В соответствии с целями Организации Объединенных Наций по изменению климата, многие страны взяли на себя обязательства отказаться от дизельных поездов к 2050 году или даже раньше.

В Европе и многих частях Азии большинство наиболее загруженных линий уже электрифицированы, но ситуация неоднородная – от почти 100% электрификации в Швейцарии до менее чем 50% в Великобритании и почти нулевого показателя в некоторых развивающихся странах. В Северной Америке доминируют дизельные перевозки – особенно на главных грузовых железных дорогах – и нет такого стремления к электрификации, которая наблюдается в Европе и Азии.

Батарейные технологии, похоже, будут играть важную роль в отказе от “грязных дизелей” как для тяжелых грузовых перевозок, так и для тихих пассажирских маршрутов, где полная электрификация не может быть реализована. Многочисленные прототипы на аккумуляторных батареях сейчас проходят испытания или находятся в стадии разработки, и с развитием технологии зависимость железнодорожного транспорта от дизельного топлива должна начать уменьшаться еще до конца этого десятилетия.

Для других же водород – это большая надежда на декарбонизацию железнодорожного транспорта. Зеленый водород, созданный на специальных заводах с использованием возобновляемых источников электроэнергии, может использоваться для питания топливных элементов, которые приводят в движение электродвигатели.

Французский производитель поездов Alstom является лидером со своим водородно-электрическим поездом Coradia iLint, который перевез первых пассажиров в 2018 году, проложив путь к серийным версиям, которые сейчас строятся для нескольких европейских стран.

Железные дороги во всем мире также сталкиваются с проблемами, связанными с природными стихиями. Новые и реконструированные железные дороги все чаще проектируются с учетом меняющегося климата: улучшенный дренаж, защита окружающей среды и восстановление природных ландшафтов играют свою роль в повышении безопасности и надежности железных дорог.

Между тем, осознание вреда, который наносит окружающей среде авиаперевозки, уже привело к возрождению ночных железнодорожных путешествий в Европе.

Hyperloop: поезд будущего. Или нет?

Говоря о поездах будущего, конечно, следует сказать о технологии Hyperloop. Использование вакуума для передвижения со скоростью более 1000 км в час – вот о чем речь. По мнению многих, он произведет революцию в том, как мы передвигаемся. Но есть обоснованные сомнения. Если говорить простыми словами, то это поезд, движущийся в трубе, что устраняет два фактора, замедляющие транспортные средства: воздух и трение. Система Hyperloop состоит из двух основных элементов: труб и капсул. Трубы почти вакуумные. Капсулы – это транспортные средства под давлением движущиеся внутри труб. Идея заключается в использовании постоянных магнитов на транспортном средствеі.

Подобно вагонам, капсулы также путешествуют колоннами. Но, в то время как в поездах вагоны соединяются друг с другом, капсулы Hyperloop могут путешествовать к разным пунктам назначения. Как и при движении по шоссе, каждая из них может съезжать с дороги и менять направление движения. Они могут присоединяться к колоннам или покидать их, в зависимости от направления, в котором они следуют. Транспортные системы Hyperloop полностью электрические. В дополнение к двигателям используется набор магнитов, которые толкают капсулы на каждом километре пути. Почти полное отсутствие сопротивления воздуха и трения означает, что нет необходимости в постоянной двигательной системе. Следовательно, требуется меньше энергии.

Илон Маск в 2013 году опубликовал технический документ, в котором описал функционирование вакуумной трубчатой транспортной системы. С тех пор несколько команд по всему миру начали работать над этой концепцией мобильности.

Hyperloop все еще является огромным инженерным вызовом. Хотя на бумаге было доказано, что он осуществим, на практике возникает гораздо больше вызовов. В дополнение к значительным стартовым затратам, герметизация труб потребует значительных затрат на техническое обслуживание. Пути Hyperloop изготовлены из стали, которая расширяется и сжимается в зависимости от внешней температуры. Это вызывает необходимость подвижных соединений, что может привести к значительным затратам на техническое обслуживание. Еще один момент – необходимость приобретения земли. Кроме того, многие аспекты безопасности все еще нужно выяснить – путешествие может оказаться гораздо более опасным в случае если случаются сбои. Такая высокая скорость может вызвать головокружение у пассажиров, которые, кроме того, будут иметь ограниченное пространство для движения во время путешествия.

Несколько групп в Европе и мире работают над внедрением Hyperloop. Однако проблемы, которые необходимо преодолеть – финансирование, безопасность и земля – все еще являются серьезными препятствиями на пути к развертыванию Hyperloop. Пока они не будут решены, идея путешествовать в трубе останется мечтой.

Выводы

Считается, что к 2050 году пассажирские и грузовые железные дороги будут составлять основу наших транспортных сетей, а междугородние маршруты между мультимодальными узлами будут входить в местные сети. При необходимой политической и технической поддержке железная дорога также будет играть все большую роль в международных перевозках, обеспечивая высококачественную альтернативу автомобильному транспорту и авиаперевозкам на короткие расстояния.

В обозримом будущем инвестиции во всем мире все еще в значительной степени будут базироваться на традиционных железных дорогах типа “сталь на стали”. Нет никаких оснований сомневаться в том, что это и в дальнейшем будет определять будущее железнодорожных перевозок в ближайшие десятилетия – так же, как это происходит уже почти 200 лет.

Что ж, все это способы, которыми мы сможем однажды передвигаться без ущерба для окружающей среды. Но пока будущее уже здесь: высокоскоростная железная дорога предлагает быстрый, низкоуглеродный способ передвижения между городами. Если бы Джеймс Легге отправлялся в путешествие в Пекин сегодня, ему бы не понадобился корабль, и, конечно, не понадобился бы мул. Он бы просто сел в поезд.

Читайте также:

• Как будут выглядеть пассажирские самолеты будущего
• 6 межконтинентальных баллистических ракет (МБР), которые могут уничтожить мир