Як виглядатимуть пасажирські поїзди майбутнього

Коли навесні 1873 року шотландський китаєзнавець Джеймс Леґґе вирушив з Шанхаю до Пекіна, подорож зайняла у нього два тижні. Спершу він дістався на човні до Тяньцзіня, а потім на мулі – до китайської столиці. Сьогодні ця ж подорож у 1200 км займає трохи більше чотирьох годин швидкісною залізницею. Переліт між двома містами займає дві години 20 хвилин. Щодо Європи, то з Мілану до Риму курсують швидкісні поїзди Frecciarossa, на яких дістатися точки призначення можна менш ніж за три години, а з Токіо до Осаки – швидкісні поїзди Shinkansen – дві з половиною години.

Люди ніколи раніше не подорожували так швидко і легко, як сьогодні. Але за цю зручність доводиться платити: на транспорт припадає 20% світових викидів вуглекислого газу, і за останні три десятиліття темпи викидів вуглекислого газу в атмосферу від транспорту зросли швидше, ніж від будь-якого іншого джерела. Особливо це стосується авіаперевезень, викиди від яких зростали швидше, ніж від залізничного чи автомобільного транспорту. У зв’язку з цим виникає питання: чи можна подорожувати на високих швидкостях, не вбиваючи планету? І якщо так, то як?

Швидша, чистіша, екологічніша і оснащена передовими технологіями – залізниця є єдиним видом транспорту, який наразі має всі шанси стати основою для задоволення наших майбутніх потреб у мобільності. З наближенням 200-річчя першої пасажирської залізниці у 2025 році, поїзди стають як ніколи важливими для забезпечення сталої мобільності у світі, який стикається з проблемами зміни клімату, зростаючої урбанізації та зростання населення. Світове міське населення зростає зі швидкістю дві людини на секунду, створюючи 172800 нових мешканців міст щодня. У той час як в деяких регіонах світу, таких як Європа та Японія, населення скорочується, очікується, що 90% приросту населення припадатиме на міста та мегаполіси країн, що розвиваються.

Для того, щоб ці швидкозростаючі міста, регіони та мегаполіси могли рухатися, ефективний громадський транспорт є не просто бажаним, але й необхідним.

Наскільки швидкими можуть бути швидкісні поїзди?

Нові витончені “швидкісні поїзди” часто потрапляють у заголовки газет, оскільки мережа ліній у Європі та Азії продовжує зростати, а нові лінії заплановані або вже будуються в таких країнах, як Франція, Німеччина, Іспанія, Індія, Японія і, в набагато більшому масштабі, в Китаї, де до 2025 року високошвидкісна мережа сягне 50000 км.

Коли на початку 2030-х років буде завершено будівництво високошвидкісної магістралі High Speed ​​2 (HS2), що викликає суперечки через перевитрати бюджету і проходження через вразливі ландшафти, Англія матиме найшвидші у світі звичайні поїзди, які у звичайному режимі рухаються зі швидкістю 362 км/год, але можуть розвинути швидкість до 400 км/год.

Поєднуючи японську технологію “швидкісного поїзда” з британським дизайном, парк поїздів HS2 вартістю $2,5 млрд зробить революцію в міжміському сполученні між Лондоном і англійським Мідлендом та північними містами. Переведення міжміських перевезень на HS2 також вивільнить вкрай необхідну пропускну спроможність існуючих залізниць для перевезення більшої кількості місцевих пасажирів і вантажів.

Тим не менш, за кілька десятиліть експлуатації такі країни, як Франція, Японія і Китай, дійшли висновку, що переваги експлуатації високошвидкісних поїздів зі швидкістю понад 320 км/год переважають значно вищі витрати на технічне обслуговування та енергію, які вони несуть. Тепер визнані лідери високошвидкісних поїздів у Японії та Китаї не обмежуються технологією “сталь на сталі”, а розробляють поїзди, здатні розвивати швидкість до 600 км/год.

Концепція надшвидких поїздів, що рухаються спеціальними коліями за допомогою магнітної левітації (маглев), рекламується як “майбутнє подорожей” вже понад 50 років, але за винятком кількох експериментальних ліній і китайського маршруту, що з’єднує центр Шанхаю з аеропортом, вона так і залишилася здебільшого теоретичною.

Але ненадовго. Японія інвестує $72 млрд у проєкт Chuo Shinkansen, який стане кульмінацією більш ніж 40-річного розвитку маглева. 286-кілометрова лінія з’єднає Токіо і Наґою всього за 40 хвилин і з часом має продовжитися до Осаки, скоротивши 500-кілометрову подорож зі столиці до 67 хвилин. Будівництво розпочалося у 2014 році, і спочатку очікувалося, що воно завершиться до 2027 року (а лінія Наґоя-Осака буде відкрита на десять років пізніше), але проблеми з отриманням дозволу на ділянку лінії означають, що дата відкриття наразі невідома. Затримки та величезне зростання витрат змусили багатьох поставити під сумнів економічну цінність проєкту.

Такі труднощі навряд чи виникнуть у Китаї, який також будує лінії магнітного транспорту як альтернативу авіаперельотам на короткі відстані та для забезпечення блискавичних поїздок через свої густонаселені міські райони. Китай планує створити “тригодинні транспортні кола” навколо своїх великих міст, перетворивши групи міст на економічні центри сили.

На півдні найбільш густонаселеної країни світу, в регіоні дельти Перлинної річки, що охоплює Гонконг, Гуанчжоу і Шеньчжень, вже проживає понад 120 млн людей. Китайські планувальники сподіваються об’єднати дев’ять міст регіону, щоб створити міську агломерацію площею 26000 квадратних км. Маршрути на магнітній подушці передбачені для маршрутів Шанхай-Ханчжоу і Ченду-Чунцин, а також для багатьох інших, якщо вони виявляться успішними.

В інших країнах світу величезні витрати і відсутність інтеграції з існуючими залізницями можуть стати на заваді подальшому поширенню технології маглев. Вже борючись із заторами та забрудненням у своїх густонаселених містах, Китай лише в грудні 2021 року відкрив 29 нових ліній метро загальною протяжністю 582 км. Багато інших країн зі зростаючими містами незабаром повинні будуть наслідувати цей приклад, якщо вони не хочуть бути перевантаженими.

Однак, щоб виправдати ці очікування, залізнична галузь повинна буде швидко рухатися в декількох напрямках, щоб забезпечити значно більшу пропускну спроможність, більшу ефективність, надійність і доступність.

Безпілотні поїзди

Автоматичний рух існує вже багато десятиліть – лінія Вікторія лондонського метрополітену частково експлуатується таким чином з моменту відкриття в 1967 році – але зазвичай обмежується автономними лініями з однаковими поїздами, що курсують через певні проміжки часу.

В останні роки Китай лідирує у сфері безпілотних залізниць, зокрема, запровадивши єдині у світі високошвидкісні автономні поїзди, які курсують зі швидкістю до 300 км/год між Пекіном і місцями проведення Зимових Олімпійських ігор 2022 року. Японія також експериментує з “поїздами-кулями”, які можуть самостійно пересуватися від терміналів до депо для обслуговування, звільняючи машиністів для керування поїздами, що приносять більше прибутку.

Однак керування безпілотними поїздами на автономних лініях – це одне. Забезпечити їх безпечну роботу на традиційних залізницях змішаного використання, де змішуються пасажирські та вантажні поїзди з дуже різними характеристиками, швидкостями та вагою, набагато складніше.

Великі дані і так званий Інтернет речей дозволять видам транспорту взаємодіяти один з одним і з навколишнім середовищем, прокладаючи шлях до більш інтегрованих, інтермодальних подорожей. Інтелектуальні роботи відіграватимуть більшу роль в інспекції інфраструктури, такої як тунелі і мости, а також в ефективному обслуговуванні застарілих конструкцій.

Вплив на навколишнє середовище

Попри доведену екологічність порівняно з авіацією, залізниці ще належить пройти довгий шлях до скорочення власних викидів вуглецю і забруднення від дизельних двигунів. Відповідно до цілей Організації Об’єднаних Націй щодо зміни клімату, багато країн взяли на себе зобов’язання відмовитися від дизельних поїздів до 2050 року або навіть раніше.

У Європі та багатьох частинах Азії більшість найбільш завантажених ліній вже електрифіковані, але ситуація неоднорідна – від майже 100% електрифікації у Швейцарії до менш ніж 50% у Великій Британії та майже нульового показника в деяких країнах, що розвиваються. У Північній Америці панує дизельне панування – особливо на домінуючих вантажних залізницях – і немає такого апетиту до електрифікації, який спостерігається в Європі та Азії.

Батарейні технології, схоже, відіграватимуть важливу роль у відмові від “брудних дизелів” як для важких вантажних перевезень, так і для тихих пасажирських маршрутів, де повна електрифікація не може бути виправдана. Численні прототипи на акумуляторних батареях зараз проходять випробування або знаходяться в стадії розробки, і з розвитком технології залежність залізничного транспорту від дизельного палива повинна почати зменшуватися ще до кінця цього десятиліття.

Для інших же водень – це велика надія на декарбонізацію залізничного транспорту. Зелений водень, створений на спеціальних заводах з використанням відновлюваних джерел електроенергії, може використовуватися для живлення паливних елементів, які приводять в рух електродвигуни.

Французький виробник поїздів Alstom є лідером зі своїм воднево-електричним поїздом Coradia iLint, який перевіз перших пасажирів у 2018 році, проклавши шлях до серійних версій, які зараз будуються для кількох європейських країн.

Залізниці в усьому світі також стикаються з проблемами, пов’язаними з природними стихіями. Нові та реконструйовані залізниці все частіше проєктуються з урахуванням мінливого клімату: покращений дренаж, захист навколишнього середовища та відновлення природних ландшафтів відіграють свою роль у підвищенні безпеки та надійності залізниць.

Тим часом, усвідомлення шкоди, яку завдає навколишньому середовищу авіаперевезення, вже призвело до відродження нічних залізничних подорожей в Європі.

Hyperloop: потяг майбутнього. Чи ні?

Говорячи про потяги майбутнього, звісно, слід сказати про технологію Hyperloop. Використання вакууму для пересування зі швидкістю понад 1000 км на годину – ось про що мова. На думку багатьох, він зробить революцію в тому, як ми пересуваємося. Та є обґрунтовані сумніви. Якщо говорити простими словами, то це потяг у трубі. Він працює, усуваючи два фактори, що сповільнюють транспортні засоби: повітря і тертя. Система Hyperloop складається з двох основних елементів: труб і капсул. Труби майже вакуумні. Капсули – це транспортні засоби під тиском, що рухаються всередині труб. Ідея полягає у використанні постійних магнітів на транспортному засобі.

Подібно до вагонів, капсули також подорожують колонами. У той час як у поїздах вагони з’єднуються один з одним, капсули Hyperloop можуть подорожувати до різних пунктів призначення. Як і при русі по шосе, кожен з них може з’їжджати з дороги і змінювати напрямок руху. Вони можуть приєднуватися до колон або залишати їх в залежності від напрямку, в якому вони прямують. Транспортні системи Hyperloop повністю електричні. На додаток до двигунів використовується набір магнітів, які штовхають капсули на кожному кілометрі. Майже повна відсутність опору повітря і тертя означає, що немає потреби в постійній руховій системі. Отже, потрібно менше енергії.

Ілон Маск у 2013 році опублікував технічний документ, в якому описав функціонування вакуумної трубчастої транспортної системи. Відтоді кілька команд по всьому світу почали працювати над цією концепцією мобільності.

Hyperloop все ще є величезним інженерним викликом. Хоча на папері було доведено, що він здійсненний, на практиці виникає набагато більше викликів. На додаток до значних стартових витрат, герметизація труб потребуватиме значних витрат на технічне обслуговування. Колії Hyperloop виготовлені зі сталі, яка розширюється і стискається в залежності від зовнішньої температури. Це призводить до рухомих з’єднань. Це може призвести до значних витрат на технічне обслуговування. Ще один момент – придбання землі. Крім того, багато аспектів безпеки все ще потрібно з’ясувати – це може бути набагато небезпечніше подорожувати, якщо трапляються збої. Така висока швидкість може викликати запаморочення у пасажирів, які також матимуть обмежений простір для пересування під час подорожі.

Кілька груп в Європі та світі працюють над застосуванням Hyperloop. Однак проблеми, які необхідно подолати – фінансування, безпека і земля – все ще є серйозними перешкодами на шляху до розгортання Hyperloop. Поки вони не будуть вирішені, ідея подорожувати в трубі залишиться мрією.

Висновки

Вважається, що до 2050 року пасажирські та вантажні залізниці становитимуть основу наших транспортних мереж, а міжміські маршрути між мультимодальними вузлами будуть входити в місцеві мережі. За необхідної політичної та технічної підтримки залізниця також відіграватиме все більшу роль у міжнародних перевезеннях, забезпечуючи високоякісну альтернативу автомобільному транспорту та авіаперевезенням на короткі відстані.

В осяжному майбутньому інвестиції в усьому світі все ще значною мірою базуватимуться на традиційних залізницях типу “сталь на сталі”. Немає жодних підстав сумніватися в тому, що це і надалі визначатиме майбутнє залізничних перевезень у найближчі десятиліття – так само, як це відбувається вже майже 200 років.

Що ж, це все це способи, якими ми можемо одного дня пересуватися без шкоди для довкілля. Але поки що майбутнє вже тут: високошвидкісна залізниця пропонує швидкий, низьковуглецевий спосіб пересування між містами. Якби Джеймс Леґґе вирушав у подорож до Пекіна сьогодні, йому б не знадобився корабель, і, звичайно, не знадобився б мул. Він би просто сів на потяг.

Читайте також:

• Як виглядатимуть пасажирські літаки майбутнього
• 6 міжконтинентальних балістичних ракет (МБР), які можуть покінчити зі світом