Скоростные поезда: откуда, куда и на чём мы движемся04.07.2023 18:17

Весной прошлого года появилась новость, что компания SIEMENS расторгает соглашение о производстве и обслуживании поездов «Сапсан». Пожалуй, самых комфортных (получше «Стрижа» и «Ласточки», но и подороже) и быстрых — развивают скорость до 250 км/ч. Ездит поезд по двум маршрутам: Санкт-Петербург — Москва и Москва — Нижний Новгород, перевозя в среднем по 15 тыс человек ежедневно.  

Суд Москвы обязал Сименс исполнить обязательства, однако никто этого делать не собирается. Поэтому пока что ситуация с обслуживанием остается подвешенной, но поезда продолжают ездить без проблем. Да и поток пассажиров только растет, приходится даже сдваивать составы. 

Давайте посмотрим на историю развития скоростного движения на железных дорогах и на то, как дела обстоят сейчас: в частности, есть ли у России наработки в этой области. Тем более поезда, развивающие скорость свыше 200 км/ч, были еще в СССР. 

Немного вводных

Начнем с определений. Согласно «Программе организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного сообщения в Российской Федерации» (url) от РЖД, высокоскоростной поезд — тот, который развивает скорость выше 200 км/ч. Это значение варьируется для HSR (High-speed rail) у разных стран мира, но в среднем по больнице — верное значение. 

Причем это относится к модернизированным стандартным дорогам категории II по классификации Международного союза железных дорог (ISU) — в России пока только такие. В частности Октябрьская железная дорога, имеющая такой статус еще с советских времен. А для специально построенных дорог (категория I), рассчитанных на повышенную нагрузку, минимальная скорость, после которой можно говорить о HSR — это 250 км/ч. 

Вот некоторые данные по странам — просто для понимания, как высокоскоростные дороги распространены в мире, насколько они доступны жителям и какая максимальная разрешенная скорость. 

Данные взяты с сайта Международного союза железных дорог. Приведено среднее значение разрешенной скорости — на некоторых участках она может быть выше.

Китай впереди планеты всей (больше 2/3 от всех высокоскоростных дорог в мире, плюс самая высокая разрешенная скорость — 350 км/ч), 650 км путей в России — как раз за счет участка Октябрьской железной дороги, по которому движется «Сапсан». 

С текущим положением дел и терминологией примерно разобрались. Теперь посмотрим, как развивалась история появления скоростных поездов в мире и в России. 

Краткая история скоростных поездов

Можно сказать, что первый шаг к появлению высокоскоростной железной дороги сделали в Германии в 1899 году. Тогда усилиями десяти инженерных фирм удалось электрифицировать участок прусской государственной железной дороги в 72 км, между Мариенфельдом и Цоссеном. 

Фирма Van der Zypen & Charlier построила локомотив, оборудованный электрическим оборудованием фирмы Siemens-Halske (в 1966 году превратилась в Siemens AG, нашего доброго знакомого по «Сапсану»). 23 октября 1903 года вагон развил скорость аж 207 км/ч, что стало рекордом. Так люди увидели, что высокоскоростные дороги — это вопрос ближайшего будущего, и они смогут сэкономить много времени на тех же путешествиях. 

Вагон-рекордсмен отдыхает в окружении толпы. Внешне он больше напоминает современный трамвай

Главная проблема, препятствующая массовому распространению HSR дорог, заключалась в огромной стоимости электрификации и прокладки широкоподошвенных рельсов, рассчитанных на возросшие нагрузки. 

В 1893 году некий Веллингтон Адамс предложил проект высокоскоростной электрической дороги, которая должна была соединить Чикаго и Сент-Луис (на секундочку, это почти 406 км) и позволяла бы развивать скорость до 160 км/ч. Называлась сумма в 5,5 млн долларов (сейчас это около 179 млн), но все высмеяли это предложение — сумма должна была быть выше минимум раз в 10, никто не захотел вкладывать в это деньги. 

Тогда другой деятель Александр С. Миллер в 1906 году выступил с предложением соединить Чикаго и Нью-Йорк. На бумаге выглядело круто: четырехпутная дорога длиной 1194 км, с уклоном не более 1%, без пересечений, позволит сократить время в пути до 10 часов. Это при цене поездки всего в 10 долларов! Миллер даже нашел денег на свое предприятие и начал строительство. Но за семь лет построили только 50 км дороги, после чего предприятие закрылось. Кстати, эта дорога до сих пор используется в США.

План первой высокоскоростной железной дороги так и остался набросками на бумаге

15 мая 1933 года компания Deutsche Reichsbahn-Gesellschaft представила дизельный поезд Fliegender Hamburger (дословно — «Летающий житель Гамбурга»). Это было настоящее чудо техники: два вагона на 98 мест, каждый из которых имел дизель-электрический 12-цилиндровый двигатель Maybach с суммарной мощностью 604 кВт. Крейсировать он должен был между Гамбургом и Берлином — 286 км.

Благодаря его обтекаемой форме, которую спроектировали на основе испытаний в аэродинамической трубе, поезд развивал скорость до 160 км/ч. Для торможения использовались комбинированные тормоза: пневматические и электромагнитные, тоже ноу-хау того времени — тормозной путь от максимальной скорости до нуля составлял 800 метров. Для соединения вагонов впервые применили тележку Якобса — оригинальную конструкцию, в которой каждая из двух колесных пар располагались под соседними вагонами. 

Кстати, в Германии такую скорость для регулярных поездов смогли повторить только ICE экспрессы спустя 64 года. 

Fliegender Hamburger перед первым пробным рейсом в Гамбург на вокзале Лертер, Берлин

Вслед за немцами в погоню за званием родины самого быстрого поезда устремились и другие страны. В 1935 году на Берлингтонской железной дороге в США начал ходить поезд с дизельным двигателем Zephyr, имевший характерную обтекаемую конструкцию. Корпус был выполнен из нержавеющей стали, мощность двигателя — 660 кВт. В 1934 году в рамках рекламной акции поезд посетил 46 городов США, где его посмотрели полмиллиона человек. Между станциями он периодически развивал скорость даже больше 160 км/ч. 

В 1938 году итальянцы выпустили электропоезд ETR-200: он установил мировой рекорд в 203 км/ч, разогнавшись между Флоренцией и Миланом. В том же году обтекаемый паровоз (!!!) Mallard установил официальный мировой рекорд скорости для поездов, работающих на пару — 202,6 км/ч. Кстати, этот рекорд не побит до сих пор (возможно, потому что паровозы с того времени никому не интересны). 

Еще одни рекордсмены своего времени — британский паровоз Mallard (слева) и итальянский электропоезд ETR-200 (справа)

В 1945 году испанский инженер Алехандро Гойкоэчеа разработал на базе уникальных технологий поезд, получивший название Тальго. Дело в том, что Испания — страна достаточно гористая, поэтому на движущийся высокоскоростной поезд будет приходиться повышенная нагрузка, особенно в поворотах. Надо было решать проблему.

Поэтому Алехандро предложил оригинальное решение — установленные попарно колеса из легкого сплава не соединялись осью, а вращались независимо. Дополнительно тележка располагалась между вагонами, а не под каждым, и колесные пары соединялись Y-образными балками, проходящими под дном вагона. Все это делало вагоны меньше, центр тяжести — ниже, и значительно уменьшало нагрузки в скоростных поворотах и вибрации. 

Так выглядел прототип первого вагона Гойкоэчеа (слева) — вагон длиной 4 метра словно лежал на конструкции. Поезда фирмы Тальго (справа — первая модель) до сих пор пользуются огромным спросом в мире

В начале 1950-х годов к железнодорожной гонке подключилась Франция. Фирма Alsthom разработала серию супер мощных электровозов класса CC 7100, которые имели приводные тележки, а не жесткую раму. При весе в 107 т локомотив имел мощность 3490 кВт. В ходе экспериментов две модели побили все действующие рекорды. В 1954 году CC 7121 разогнался до 243 км/ч, а год спустя CC 7107 достиг отметки в 331 км/ч. При этом выявились проблемы, связанные с раскачкой поезда на такой скорости и уходом в автоколебания. Это создавало потенциальную угрозу схода состава, поэтому разработали специальные демпфирующие устройства для тележки — сейчас это стандарт для всех высокоскоростных поездов. Однако это все-таки были экспериментальные модели. 

Этот малец смог разогнаться до 331 км/ч

Дальше перенесемся на восток. После Второй Мировой войны у Японии были серьезные экономические проблемы. Густонаселенная страна должна была решить проблему заторов на автомобильных дорогах и сократить людям время, проведенное в пути на работу. В 1955 году инженеры Японских национальных железных дорог (JNR) пообщались с французскими специалистами, разрабатывающими скоростные локомотивы, и решили действовать. 

В 1957 году уже был готов прототип Odakyu 3000 SE — он смог разогнаться до 145 км/ч. Вроде как немного. Однако нюанс в том, что в Японии использовалась узкоколейная железная дорога — ширина 1067 мм. Поэтому стало очевидным, что на обычной базе в 1435 мм поезд будет более устойчивым и скорость можно будет поднять. 

Первый высокоскоростной поезд Японии Odakyu 3000 SE

Строительство новой скоростной линии между Токио и Осакой в 514 км началось в 1959 году, а завершилось в 1964 году — аккурат к Олимпийским играм в Токио. Дорогу назвали Синкансэн (переводится как «новая главная линия»), и по ней начали ходить поезда серии 0: они легко разгонялись до 220 км/ч, при этом реально перевозили огромное количество пассажиров, а не просто являлись экспериментом. 

Поезд серии 0 Синкансэн получил прозвище «поезд-пуля»

В результате к 1976 году японские железные дороги Синкансэн расширились на запад до Окаямы, Хиросимы и Фукуоки, а поезда перевезли первый миллиард (!!!) пассажиров. Сейчас это, пожалуй, самая крутая железнодорожная сеть в мире, которой ежедневно пользуются миллионы японцев — она опутывает буквально весь остров. 

Современная карта Сайконсэна — остается только остров Хоккайдо

Еще одной важной вехой в развитии HSR движения является разработка Aérotrain. В 1963 году талантливый инженер и владелец фирмы Bertin & Cie Жан Бертен предложил концепцию поезда на воздушной подушке. В основе лежал так называемый «экранный эффект» (его еще называют ground-effect) — он проявляется, когда объект летит близко к поверхности земли. 

Такой поезд двигался бы вдоль направляющей-монорельсы и не испытывал бы трения колес — значит, мог бы двигаться еще быстрее. Его можно оснастить турбовинтовым или турбореактивным двигателем и превратить в настоящую пулю. 

В 1969 году модель Aérotrain 02 установила рекорд скорости — 422 км/ч (позже его побил Aérotrain I80). Более 18 стран мира выразили готовность использовать французскую разработку, а американская Rohr Industries выделила финансирование. Было построено несколько экспериментальных трасс, на которых бились все мыслимые рекорды скорости. 

Однако к 1974 году стало ясно, что реализация программы выйдет слишком дорогой. Да и проблему огромного шума для пассажиров и жителей ближайших районов надо было как-то решать. В 1975 году умирает Жан Бертен, происходит несколько пожаров — в результате проект замораживают и забывают про него. 

К сожалению, этот бескрылый «самолет» так и не пошел в серийное производство

Однако вместо фантастических поездов на воздушной подушке французское правительство решило создать обычные электропоезда, способные развить скорость до 260 км/ч. Проект назвали TGV, и под него в 1981 году построили высокоскоростную дорогу между Парижем и Лионом. А в качестве первых поездов запустили TGV Sud-Est мощностью 6880 кВт. 

После французов свои скоростные дороги в 80-х и 90-х годах построили:  

• Италия: Direttissima между Флоренцией и Римом — максимальная скорость 250 км/ч. По ней ходили электропоезда ETR 450.

• Германия: на высокоскоростном шоссе Ганновер-Вюрцбург (максимальная скорость — 280 км/ч) в 1991 году стали ходить ICE Express, модель ICE 1. Настоящая визитная карточка Германии с узнаваемым дизайном.

• Испания: к олимпийским играм в Барселоне 1992 года между Севильей и Мадридом открылась дорога протяженностью 472 км. По ней стали крейсировать поезда AVE.

СССР включился в гонку за скоростью на железной дороге чуть позже. Вдохновленные испытаниями Aérotrain (а также M-497 в США), наши ученые также взялись разработать поезд с реактивным двигателем. Как и многое из советского наследия, модель была заброшена. Сейчас из него сделали памятник. 

За основу взяли обычный ЭР22 (максимальная скорость 130 км/ч), чуть доработали аэродинамику и установили на крыше два турбореактивных двигателя АИ-25 от самолета ЯК-40. В 1970 году провели успешные испытания — по слухам, была достигнута скорость 274 км/ч. Это рекорд для железных дорог шириной 1520 мм (напомним, что в Европе — 1435 мм). После этого проект был заброшен — во многом по той же причине, что и Aérotrain: громкость звука не способствует комфорту пассажиров. 

Фотография перед испытаниями (слева) и перед превращением в памятник (2008 год)

Параллельно шли испытания высокоскоростного поезда ЭР200, который смог бы развить скорость до 200 км/ч. Было построено две модели. Испытания проходили на разных участках, но больше всего была приспособлена Октябрьская дорога. В ходе испытаний достигалась скорость 210 км/ч. 

Один из двух опытных образцов высокоскоростного поезда ЭР200

После распада СССР были попытки создать «Сокол-250», однако проект так и не реализовали. Сейчас в России есть два вида высокоскоростных поездов:  

Еще есть всем нам хорошо знакомая «Ласточка» (она же ЭС1, она же Siemens Desiro). Однако из-за того, что ее конструктивная скорость только 160 км/ч, «Ласточка» относится к просто скоростным поездам. 

Настоящее и будущее скоростных поездов

Помимо Японии и Европы, сейчас настоящим лидером в области высокоскоростных железных дорог стал Китай — и не только по протяженности HSR дорог, которые он строит с 2003 года. Это единственная страна, которая смогла реализовать действующую систему поездов на магнитной подушке — маглев, в Шанхае. 

Вот как выглядит Шанхайский маглев — настоящее чудо техники, которое пока работает на участке в 30 км, разгоняется до 430 км/ч и возит пассажиров за 40 юаней:

Причем до китайцев попытки реализовать концепцию магнитной левитации были, но все — в виде прототипов. 

Например, компания Transrapid еще в 1984 году построила в городке Эмсланд испытательную дорогу общей длиной 31,5 км. Сначала поезда разгонялись до 180 км/ч, а дальше при помощи контактной системы переходили на настоящую магнитную левитацию. Максимальная скорость опытных образцов составляла 501 км/ч. Однако проект был закрыт.

Transrapid так и остался прикольной моделькой

Еще разработки маглева велись в СССР. В начале 80-х годов построили полигон в Раменском, а прототип даже снимался в фантастическом фильме «С роботами не шутят» (Сабж появляется на 1:16):

По слухам, планировалась постройка дороги маглева в Армении в конце 80-х годов. Однако из-за Спитакского землетрясения и начавшейся войны в Карабахе все также свернулось.

Кстати, Шанхайский маглев — не самый быстрый. В Японии прототип JR маглев на экспериментальном участке в 18 км разогнался аж до 603 км/ч (испытания идут аж с 80-х годов). Это рекорд среди всех разработок высокоскоростных поездов, прошлых и действующих. Ввести в эксплуатацию JR маглев планируют к 2027 году.

Рекордсмен среди всех действующих поездов

Дальше для увеличения скорости до 1000+ км/ч главное — это убрать аэродинамическое сопротивление. Собственно, именно это и предложил в 2013 году всеми любимый Илон Маск — речь о проекте Hyperloop. Сама идея не нова — ее еще в 1904 году описал Роберт Годдард, а в 1911 — наш соотечественник Борис Вейнберг. 

По задумке, капсула будет перемещаться по трубе с вакуумом порядка 100 Па. Эффект левитации будет создаваться не за счет магнитов, а благодаря воздушной подушке (по типу Aerotrain) — ведь некоторая часть воздуха в трубе останется. Нагнетание воздуха под капсулу будет производиться вентиляторами. Теоретически это позволит развить скорость до 1200 км/ч. 

Конечно, все эти методы вроде маглева или вакуумных поездов сложны в реализации и очень дороги. Но что нас ждет дальше, поживем — увидим.

ТОП-5 самых быстрых поездов

Давайте кратко посмотрим, какие действующие HSR (не экспериментальные!) сейчас считаются самыми быстрыми.

1. Шанхайский маглев — 430 км/ч (Китай). О нем мы уже говорили. Протяженность маршрута составляет всего 30 км: от шанхайского аэропорта Пудун до станции Longyang Road.

2. CR400 Fuxing — 350 км/ч (Китай). По самым протяженным высокоскоростным железным дорогам должны ездить лучше поезда. Причем CR400 могут успешно разгоняться и до 420 км/ч. Имеют в разных «комплектациях» до 16 вагонов, вмещающих до 1300 пассажиров. Самые быстрые варианты CR400 сейчас ходят на маршрутах Пекин-Шанхай-Гонконг и Пекин-Харбин.

3. ICE 3 — 330 км/ч (Германия). На тестовых заездах была достигнута максимальная скорость 368 км/ч (229 миль/ч). Поезда из восьми вагонов (опционально — до 16) производятся с 1999 года, и ключ к их производительности: 16 тяговых электродвигателей под всем составом, которые развивают огромную мощность в 8000 кВт. Поезда ходят по всей Германии и на международных маршрутах. А еще там везде бесплатный Wi-Fi.

4.TGV POS — 320 км/ч (Франция). Как мы уже знаем, французские поезда всегда были самыми быстрыми. 3 апреля 2007 года они это доказали — TGV POS развил скорость 574,8 км/ч. Это рекорд для электровозов. Однако максимальная разрешенная скорость — 320 км/ч. TGV POS на 10 вагонов (вместимостью 360 пассажиров) с 2004 года ходят по высокоскоростным линиям из Парижа в Лион, Марсель, Бордо, Нант, Страсбург, Лилль, Брюссель и Лондон. TGV активно экспортирует поезда в Испанию, Южную Корею, Тайвань, Марокко, Италию и США.

5. JR East E5 — 320 км/ч (Япония). Хотя большая часть поездов Синкансэн ездит с максимальной скоростью 300 км/ч, сверхскоростные поезда E5 Восточной железной дороги Японии (JR East) с 2013 года развивают скорость до 320 км/ч на маршруте Токио — Син-Аомори.

В каждом поезде 731 место и 32 асинхронных электродвигателя мощностью 9960 кВт. Изготовленные из легкого алюминиевого сплава, модели E5 имеют «активную подвеску», позволяющую преодолевать повороты на более высоких скоростях.

У поезда забавный длинный нос: он был разработан, чтобы уменьшить звуковые удары, создаваемые при вхождении в туннели на высокой скорости. С 2011 года было построено 59 поездов.

Заключение:, а что будет с «Сапсанами»?

Пока что заменить высокоскоростные поезда уровня Siemens Velaro мы не можем. Советская разработка ЭР200 — уже история, как и более современная версия «Сокол-250». 

Правда, в 2021 году прошла новость, что российские специалисты компании «Синара — Транспортные Машины» (СТМ) совместно с РЖД разрабатывают новый, современный и высокоскоростной поезд. Он сможет разгоняться аж до 400 км/ч! Правда, разработка планировалась при участии тогда еще дружеской компании Siemens — насколько это повлияет на сроки разработки прототипа (обещали к 2028 году), пока неизвестно. 

Да и придется создавать железнодорожные пути, которые потянут такую скорость. Более ранние проекты высокоскоростных магистралей в Казань и Санкт-Петербург так и не были реализованы, от них отказались в пользу модернизации существующих путей. 

Карта с проектами высокоскоростных железных дорог, до 2030 года. Выглядит весьма амбициозно

Ну, а прямо сейчас никакой катастрофы нет. Обслуживание «Сапсанов» поручили компании «ВСМ-Сервис» — со слов специалистов, особых проблем нет.

«Ремонт поездов «Сапсан», по сути, осуществляется той же командой, что обслуживала их ранее. Фактически изменилось только юридическое лицо. Сложностей с поставкой компонентов нет. <...> Системных проблем, влияющих на выпуск поездов «Сапсан», на данный момент нет» — Илья Зотов, председатель Общероссийского объединения пассажиров

Сама компания ведет активную работу: где-то используют продукцию российских поставщиков, а в сложных случаях — схемы параллельного импорта. Тендеры можно посмотреть здесь: например, 10 июля заканчиваются торги на сумму 480 000 000 рублей, на «право заключения договора выполнения работ по ремонту тяговых электродвигателей поездов «Ласточка» и «Сапсан».

Еще и китайская CRCC (производитель HSR поездов, сейчас уже в одном ряду по объему производства с японцами, французами и немцами) очень хочет расширяться. А с Россией у нее уже налажены тесные связи: например, она уже помогает строить канатную дорогу Благовещенск — Хэйхэ и хочет поучаствовать в проекте Владивостокской кольцевой автодороги.   

Главное, что у населения есть потребность в высокоскоростных поездках (пассажиропоток «Сапсана» неуклонно растет), а у правительства и бизнеса — есть варианты. Так что, кажется, все будет хорошо. 

Расскажите в комментариях — как вам поездки на «Сапсанах»?  

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.

© Habrahabr.ru