Транспорт будущего. Часть 2 Скорость на рельсах

Продолжение интересного винтажного цикла статей, который, думаю, заинтересует коллег.

Каковы перспективы скоростного железнодорожного движения у нас в стране?

Прежде всего нужно сказать, что наш подход к скорости принципиально иной, нежели в капиталистических странах.

Там скоростное движение – обычно следствие конкурентной борьбы между железнодорожными компаниями, с одной стороны, и автобусными и авиационными – с другой. Поэтому стремительность некоторых «рекордных» поездов неоправданно велика с точки зрения экономики. Компании стремятся любой ценой привлечь пассажиров. Это, правда, не относится к действующей линии Токио – Осака в Японии или проектируемой магистрали между Вашингтоном, Нью-Йорком и Бостоном в США. В обоих случаях путь проходит по районам с исключительно высокой плотностью населения, и только железная дорога способна полностью справиться с потребным объемом перевозок. По американским подсчетам, двухпутный участок сверхскоростной магистрали по провозной способности эквивалентен примерно 15 полосам автотрассы. Но в целом погоня за скоростью на железных дорогах в странах капитализма – это в конечном счете погоня за прибылью.

В Советском Союзе скоростное движение подчинено прежде всего экономической целесообразности. В масштабе всего народного хозяйства мы гармонически сочетаем преимущества скоростных железных дорог, автомобильного и автобусного сообщения и авиации.

Что именно понимается под термином «скоростное» движение?

Термин этот, конечно, условен. Прежде всего, о каких поездах идет речь: пассажирских или грузовых? Ведь разница в их скорости будет всегда. Сейчас дальние пассажирские поезда развивают максимум 100-120, а грузовые – 80 км/час. В перспективе эти величины изменятся следующим образом:

• обычные грузовые поезда – 100 км/час;
• специальные грузовые, то есть везущие срочные и скоропортящиеся грузы, и обычные пассажирские поезда – 120 км/час;
• скоростные пассажирские – 140-160 км/час;
• сверхскоростные экспрессы – 180-250 км/час.

Однако широкого развития сверхскоростное движение в нашей стране пока не получит. Прирост скорости хотя бы на 10 км/час требует серьезных затрат. Можно сослаться на опыт японской дороги «Токайдо» между Токио и Осакой: там, чтобы обеспечить максимальную скорость около 250 км/час, пришлось построить 3 тыс. мостов, 114 км эстакад, 66 тоннелей длиною в среднем по километру каждый – и это на расстоянии 556 км! Средства, вложенные в строительство, как заявляют японские промышленники, окупятся лишь через 20 лет при огромном потоке пассажиров – свыше 30 млн. в год. Такого у нас пока не предвидится. Кроме того, и срок окупаемости капиталовложений в СССР установлен более короткий: порядка 8 лет.

Вы сказали «реконструкция». Что кроется за этим словом?

Железные дороги большей частью строились не сегодня и даже не десять лет назад. Сооружались они в эпоху относительно малых скоростей, часто в весьма сложных топографических условиях. Проектировщики намечали соответствующие радиусы закруглений, определяли соответствующую конструкцию пути. И сейчас на наших дорогах кое-где весьма крутые повороты, на которых скорость приходится снижать до 70-80 км/час. Для высокоскоростного движения нужно либо смягчать закругления, либо вообще прокладывать новые дороги с очень пологими кривыми.

И еще одно обстоятельство. Поезд не может промчаться мимо станционных платформ, развивая скорость выше 140-160 км/час. Это опасно: мощная воздушная волна может сдуть человека с перрона. Поэтому сверхскоростные поезда должны проноситься по своим путям, вдали от открытых платформ.

Я перечислил лишь малую часть тех проблем, которые предстоит решить. Если же сверхскоростной экспресс пустить по неприспособленной трассе, машинисту придется то и дело тормозить, средняя скорость окажется довольно низкой, а расходы на эксплуатацию поездов возрастут. Ожидаемого эффекта достигнуть не удастся.

Мы проанализировали состояние железных дорог нашей страны под этим углом зрения. Выяснилось, что многие линии таковы, что позволяют пропускать по ним составы с предельной скоростью 120-140 км/час. Перестраивать же их, как правило, экономически невыгодно. Однако на отдельных, наиболее благоприятных участках все-таки можно без особых затрат организовать довольно быстрое движение – до 200 км/час и более. На линиях же, где много крутых закруглений, есть смысл использовать мощные локомотивы. Они могут наверстать время, упущенное на неудобных перегонах.

Советские локомотивы, такие, как электровоз ВЛ-80 или тепловоз 2ТЭ10, способны вести пассажирские поезда со скоростью до 160 км/час, а грузовые – до 120 км/час. С успехом применяются и чехословацкие электровозы ЧС4. С такой машиной экспресс «Аврора» преодолевает расстояние между Москвой и Ленинградом за 5 часов со средней скоростью порядка 130 км/час.

А исходя из чего выбирают среднюю скорость движения? Я имею в виду пассажирские поезда.

Человек, сидя в кресле, переносит, не утомляясь, 4, от силы 6 часов пути. В идеале любая поездка должна продолжаться не дольше. Например, из Москвы в Ленинград, как я уже говорил, пассажиры добираются всего за 5 часов. Такие же экспрессы (130-160 км/час) скоро сблизят Москву с Горьким, а потом, возможно, и с Харьковом.

Однако скажем в Крым или на Кавказское побережье за столь малый срок по нынешним дорогам не домчишься. Поэтому тут задача поскромнее: добиться, чтобы поезд находился в пути 12 —14 часов. Он отправляется вечером, люди спокойно спят, а утром, проснувшись, оказываются на месте. Такой состав может идти уже медленнее – 110-120 км/час.

Ночной экспресс «Красная стрела» (Москва – Ленинград) катится еще неторопливее: в среднем 90 км/час. Это для того, чтобы пассажиры, выехав ночью, прибыли в пункт назначения утром, к началу рабочего дня, успев хорошо выспаться.

А на трассе Москва – Владивосток скоростное движение вообще ни к чему. На Дальний Восток выгоднее всего добираться самолетом.

Мы считаем, что преодолевать расстояния до 700-800 км на поезде, безусловно, выгоднее, чем на самолете, а в пределах 2000 км железная дорога вполне может конкурировать с авиацией. И вот почему. В первом случае наземное путешествие может занимать даже меньше времени, нежели полет (учитывая переезды из города в аэропорт и из аэропорта в город, ожидание на аэродроме). К тому же расписание отправлений поездов практически не зависит от погоды (я исключаю стихийные бедствия), чего нельзя сказать про самолеты. Во втором же случае железная дорога может обеспечить больший комфорт при меньшей стоимости проезда. К тому же в пути человек будет только ночью.

А возить грузы на скоростных поездах выгодно?

Смотря какие. Не руду, например, и не уголь – для них вряд ли мы станем повышать средние скорости более 60-70 км/час. (Надо сказать, что скорость грузовых поездов у нас выше, чем в любой стране мира.) Не оправдываются повышенные транспортные расходы. Тут гораздо важнее регулярность доставки.

Вот станки, машины, приборы – другое дело. Они по весу составляют всего 15% общего тоннажа перевозок, зато по стоимости – 85% цены всех грузов. Поэтому их надо доставлять как можно быстрее, выделять для них специальные составы. Скоропортящиеся же грузы – фрукты, мясо, цветы – мы и сейчас перевозим в чрезвычайно сжатые сроки.

Но если по одной и той же линии пойдут составы с резко различными скоростями, более быстрым придется все время обгонять медленные. Удобно ли это? Не стоит ли в будущем специализировать дороги, отделить скоростное движение от обыкновенного?

Я уже затрагивал этот вопрос, говоря о реконструкции старых железных дорог. Легче всего провести модернизацию там, где есть параллельно проложенные линии, отстоящие друг от друга не слишком далеко. На одну пару путей можно будет возложить тяжелое грузовое движение (составы с углем, рудой, хлебом, лесом и т. д.). А на другую – пассажирское и ускоренное грузовое. Правда, вряд ли это осуществимо в ближайшие годы, но уже сейчас мы рассматриваем такие варианты. Выгодность подобной специализации несомненна: составы пойдут с одной скоростью, что значительно упростит работу транспортных служб, повысит четкость движения, увеличит пропускную способность линий.

Кстати, о четкости движения. Наша Транссибирская магистраль – единственная в мире железная дорога, по которой днем и ночью, из года в год поезда идут непрерывным потоком: через несколько минут. По ней перевозят вдвое больше грузов, чем по самой грузонапряженной в США Пенсильванской. Сейчас по Транссибирской магистрали идут составы весом до 5-6 тыс. т – гораздо более тяжелые, чем в любой европейской стране. Но не исключено, что скоро вес составов поднимется у нас до 8-10 тыс. т!

В заключение мне хотелось бы сказать, что скоростное движение – это целый комплекс вопросов. И решаются они совместно многими специалистами. Но одно можно заявить твердо: советские ученые занимаются этой проблемой, отнюдь не стремясь побить рекорды. Высокие скорости приходят на наши дороги строго по плану – тогда, когда они выгодны народному хозяйству, когда нужда в них объективна.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

А. Сазонов, инженер «Испытания продолжаются»

Недавно на наших магистралях появился изящный вагон-лаборатория «ВНИИВ – Скорость», созданный сотрудниками ВНИИВагоностроения. КБ генерального конструктора по авиационной технике А. С. Яковлева и работниками Калининского вагоностроительного завода. Он буквально начинен измерительными приборами, которые с каждой поездкой открывают исследователям тайны высоких скоростей. Но прежде всего внимание привлекают необычные для этого вида транспорта спаренные турбореактивные двигатели от самолета ЯК-40. Они возвышаются на крыше спереди вагона.

Столь неожиданная новинка – не просто дань «реактивной» моде. Обычный двигатель вращает колеса. которые, отталкиваясь от рельсов. перемещают состав. С ростом скорости сила сцепления между поездом и стальными нитями уменьшается, а сопротивление движению возрастает. Понятно, такой принцип образования тягового усилия позволяет увеличивать скорость лишь до определенного предела. Совсем иную картину мы наблюдаем при использовании реактивного двигателя. В этом случае локомотив отталкивается уже не от рельсов (они играют роль направляющих), а от окружающей воздушной среды.

Как и принято при разработке скоростных машин, модель вагона прошла тщательные испытания в аэродинамической трубе. Конструкторы постарались придать поезду наиболее обтекаемую форму.

Железная дорога редко бывает прямой. На повороте обычно приподнимают наружный рельс, и состав благополучно преодолевает кривую. На скоростной поезд такой рельсовый «трек» не рассчитан – полотно наклонено (в поперечном направлении) не особенно круто. Спрямление искривленных перегонов чрезмерно дорого, а иногда практически неосуществимо. Каков же выход из положения?

Сейчас предложены оригинальные устройства, призванные решить эту проблему. Вот, к примеру, одна из схем. Под действием центробежной силы отклоняется (влево или вправо) маятник. Он впускает воздух в пневморессору (левую или правую) до тех пор, пока снова не повиснет вертикально. Так достигается автоматическая регулировка. Возможна и такая схема. При повороте гидравлические или масляные домкраты приподнимают кузов с нужной стороны. Управляет ими электронный прибор, точно определяющий необходимый угол крена.

При высокой скорости неприятности подстерегают и на прямых участках пути. Колебания. Чем быстрее разгоняется состав, тем сильнее бросает его из стороны в сторону. Люлечное подвешивание кузова вкупе с разными упругими упорами уменьшает поперечные колебания.

В то время как одни конструкторы бьются над увеличением скорости, другие не менее энергично ищут способы погасить ее. Действительно, как быстро остановить вагон, развивающий скорость 250 км/час? Ведь тормозную силу нельзя увеличивать беспредельно. Она обязательно должна быть слабее силы сцепления колес с рельсами. Иначе машина пойдет юзом. Инженеры опробуют новые магниторельсовые и дисковые тормоза, дополнительные устройства, которые изменяют тормозное усилие в зависимости от скорости, и другие приспособления.

Мы затронули лишь малую часть проблем, вставших перед исследователями – первыми пассажирами реактивного поезда. Пуск скоростных линий в повседневную эксплуатацию – очень сложная техническая задача. С помощью новой лаборатории на колесах специалисты надеются решить ее в самом ближайшем будущем.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Ю. Федоров, инженер «Поезд обгоняет звук»

В 1955 году Кенойя Одзава, декан факультета науки и техники Университета Мейджо (провинция Нагоя), возглавил исследовательскую группу, перед которой стояла дерзкая задача – создать сверхзвуковой наземный транспорт. 50-летний профессор был известен как конструктор тяжелых самолетов и управляемых ракет. Используя свой богатый опыт авиационного инженера, он разработал необычную транспортную систему – реактивный поезд, двигающийся по оригинальной эстакаде.

Испытания моделей. Перед тем как выбрать окончательный вариант, Одзава провел около 20 комплексных испытаний различных моделей масштабом от 1/60 до 1/20. В 1968 году была успешно достигнута скорость 1140 км/час, а в 1969-м, после постройки герметичного тоннеля, – 2300 км/час! Вакуум препятствовал образованию и распространению ударных волн, шумов. Наконец, в прошлом году на точной копии сверхзвукового поезда проехались подопытные животные. После разгона и торможения самочувствие их было отличным. Специалисты считают, что в самом ближайшем будущем транспортная система Одзавы вступит в строй. Как же она будет выглядеть?

Кузов поезда, длиной 220 м и диаметром 5 м, сделан из легкого сплава. Внутри он разделен на несколько отсеков. Впереди – носовой (1) и кабина водителя (2). Грузовой отсек (3) способен вместить контейнеры общим весом 100 тыс. кг. Далее расположены пассажирские салоны (4 и 6), отделенные от машинного отсека (5) огнестойкие стенками. Салоны, снабженные кондиционерами воздуха, рассчитаны на тысячу мест. С собой дозволено провозить багаж, весящий в 2,5 раза больше, чем разрешается в самолетах. Следующий отсек (7) – приятный сюрприз для автолюбителей. По трапу они могут заехать в него прямо на машинах, подождать некоторое время, а затем покинуть поезд на нужной остановке. В кормовой части (8) находится устройство воздушного торможения.

Турбореактивные двигатели расположены симметрично, по две штуки с каждой стороны поезда. Один ТРД развивает тяговое усилие в 10 тыс. кг.

Эстакада покоится на фундаменте – столбах, стоящих через 100 м. Вдоль пути, над столбами, установлены жесткие уголки (13) с Е-образными пазами. Выступ поезда как бы «схвачен» направляющими роликами сверху (15) и сбоку (16) и ведущими роликами снизу (17). Кроме того, вдоль пути закреплены опорные ролики (14).

Трогание поезда от станции происходит за счет ведущих роликов.

Разгон можно начинать после достижения необходимой скорости – за пределами города. Включаются двигатели. Оперение поезда – три горизонтальных стабилизатора (9) с двумя вертикальными рулями (10) – обеспечит подъемную силу, уменьшающую нагрузку на опоры. Движение состава контролирует ЭВМ диспетчерского пункта.

Торможение осуществляется теми же ведущими роликами, только застопоренными, а также парашютом, который выбрасывается из кормового отсека.

На первых порах рейсовая скорость ограничится 980 км/час. Но и это неплохо: отправившись от Токио, поезд домчится до Осаки за 35 мин.!

* * * * * * *

Мнение эксперта:

ИВАН ЕФРЕМОВ: Я считаю, что скорость наземного транспорта не должна очень сильно возрастать – для массовых передвижении такая не нужна. 200 км/час вполне достаточно, лишь бы поезд мог сразу доставить необходимое количество груза. Поэтому прогресс не столько в скорости, сколько в грузоподъемности, в ширине колеи. Мне представляется широкое рельсовое полотно, метров шесть, десять даже. Каждый вагон будет равняться среднему кораблю. Кроме того, значительное количество транспорта, особенно в городах, должно уйти под землю. Ведь в дальнейшем техника снабдит нас механизмами, быстро роющими тоннели.

У пассажирских поездов скорость тоже будет не выше 200-300 км/час. Кому нужно быстрее, сядет в ракету или в самолет… Короче говоря, я за «медленный» земной транспорт, который дает возможность не только переехать из одного места в другое, но и по дороге насладиться созерцанием прелестей земли.

источник: Г. ЧЕРНОМОРДИК, профессор, доктор технических наук, заведующий сектором Института комплексных транспортных проблем при Госплане СССР «Скорость на рельсах?» «Техника-молодежи» 1971-03