Почему поезда не летают как птицы. Локомотивы против физики

Перевозка пассажиров по железным дорогам — один из самых безопасных видов общественного транспорта. Правда, как и в случае со сверхскоростными самолётами, развитие современных поездов фактически остановилось. Физический предел прочности колёс, рельсов и контактной сети заставляет инженеров искать другие, более продвинутые технологии для перевозки ещё большего количества пассажиров. Давайте посмотрим, чего достигли железнодорожники сегодня и что обещают нам завтра.

Поезд TGV, который спроектировали и построили специалисты из Франции, стал первым высокоскоростным локомотивом, предназначенным для перевозки пассажиров. В первый коммерческий рейс поезд отправился 27 сентября 1981 года, и с тех пор конструкция непрерывно дорабатывалась. Средняя скорость движения TGV составляла 300 километров в час и была ограничена электроникой.

Французский поезд стал первым в новейшей истории железных дорог, который строили как самолёт — инженеры изучали сопротивление воздуха, активно работали над снижением массы, а все выпирающие части корпуса были убраны внутрь. Позднее результаты эксплуатации и доработок TGV легли в основу другого скоростного суперпоезда — AGV.

Скоростной поезд "Сапсан" стал настоящим прорывом для междугородных перевозок в России. Вместо обычной скорости пассажирского поезда 90 километров в час Velaro RUS — а именно так официально называется "Сапсан" — стали возить пассажиров на скорости 250 километров в час. Рельсы с увеличенной длиной для магистрали повышенной прочности на первом этапе поставляла японская компания Nippon. "Сапсан" стал вторым успешным коммерческим проектом в России после скоростного "Невского экспресса", который курсировал между вокзалами двух столиц.

Родина самых быстрых поездов — Япония. В обычной жизни японские поезда, как и сами японцы, заметно скромнее всего остального мира. Их магистральные электрички сети Shinkansen движутся со скоростью 350–360 километров в час. Изюминка поезда — практически полное отсутствие ощутимой центробежной силы. Благодаря этому внутри вагонов поезда можно спокойно ходить и даже бегать. Уже сейчас японцы испытывают другой, более скоростной поезд для своих сетей. Его средняя скорость будет выше всего на 40 километров в час, однако это позволит сэкономить несколько драгоценных минут аккуратным японцам при повседневных поездках. Поезд под названием Alfa-X (правда, в экспериментальной версии) уже является самым быстрым колёсным поездом на планете.

Однако трение колёсных пар о рельсы и обычные законы физики заставили инженеров по всему миру отказаться от колёс и перейти на более экзотический, но эффективный метод передвижения — так называемую магнитную левитацию (магнитную подушку). Для её работы требуется простой, но крайне мощный генератор и заряды определённого типа. Механические части, которые соприкасаются с рельсами (как и сами рельсы), отсутствуют в принципе. Плюсы — техническая простота и контроль на всём участке пути. Минус всего один — заоблачная стоимость.

В середине 70-х советские инженеры приступили к проектированию совершенно нового типа транспорта — поезда, которому не нужны были колёса. К началу 80-х концепция была доказана научно, а к середине 80-х построили первый опытный самодвижущийся вагон, в котором был применён принцип магнитной левитации. Протяжённую тестовую трассу строить не стали — важно было изучить реальные характеристики, понять особенности эксплуатации.

Аэродинамику комплекса, который мог двигаться на скоростях выше 200 километров в час, просчитывали в ОКБ Яковлева, вся автоматика была полностью отечественного производства. Однако дальше коротких поездок на несколько секунд и строительства небольшой тестовой трассы в подмосковном Раменском дело так и не зашло.

Несколько лет назад в сообщениях СМИ снова поднималась тема отечественного транспорта нового типа. Официальные лица РЖД даже делали соответствующие заявления, озвучивая фантастическую даже по современным меркам скорость — больше 1200 километров в час! Тестовую трассу планировали построить между Москвой и Петербургом, однако на данный момент никаких сведений о разработке и строительстве новой транспортной системы нет.

Пионерами в коммерческой эксплуатации транспорта на сверхпроводящих магнитах считаются немцы. В рамках проекта Transrapid Test Facility Emsland (TVE) удалось построить и поезд, и специальную ветку, которая была похожа скорее на автобан, чем на железнодорожную магистраль. Немецкий поезд на магнитной подушке, построенный и испытанный в середине 80-х годов, удалось разогнать до скорости 500 километров в час. Однако перспектив на родине для него не нашлось. После того как на линии случилась авария, проект был заброшен, а технологию для собственных нужд купили китайские железнодорожники.

На новой родине поезд сразу запустили в производство — с 2002 года он стал курсировать между городским вокзалом и станцией в минуте ходьбы от аэропорта Пудун. Участок длиной в 30 километров поезд преодолевает со скоростью 430 километров в час. Управляет составом всего один машинист-оператор. Однако высокая стоимость строительства линий для движения таких поездов на пять с лишним лет задержала развитие китайского транспорта на магнитной подушке. Наращивать ветку стали лишь в 2015 году.

Инженеры из Страны восходящего солнца пока отстают от своих китайских коллег по степени внедрения таких поездов в обычную жизнь. Японские суперпоезда на магнитной подушке курсируют только на экспериментальных ветках, однако уже в ближайшее время будет налажено серийное производство. Сами японцы отмечают, что у технологии больше достоинств, чем недостатков.

Главная проблема — для таких поездов нужно строить отдельную ветку, по которой ни один другой транспорт ездить не сможет. Однако даже несмотря на эту особенность, японские специалисты отказываться от строительства не планируют. Напротив, заставляют поезда ехать ещё быстрее. Абсолютный рекорд скорости среди поездов на магнитной подушке принадлежит составу компании Central Japan Railway. В апреле 2015 года японцы разогнали поезд L0 Series Shinkansen до скорости 603 километра в час.

В данный момент поезда на магнитной подушке — скорее экзотика, чем массовый продукт. Полноценного общественного транспорта из "летающих над покрытием" поездов не смогли сделать ни прагматичные немцы, ни новаторы-китайцы, ни даже японцы, которым принадлежит абсолютное первенство по части пассажирских перевозок на железных дорогах.

"Летающие" поезда по-прежнему дороги, да и о строительстве тысяч километров дорожной сети речь пока не идёт. Кроме того, даже после строительства скоростных магистралей разработчикам железнодорожного транспорта придётся решать те же проблемы, что и авиационным специалистам — сопротивление воздуха, расход энергии и многое другое. Освоить такую работу разом почти невозможно. Но и забрасывать проект, несмотря на чудовищные трудности, никто не торопится. Мечта человека двигаться быстрее скорости звука на обычном поезде никуда не делась. Возможно, первого появления таких поездов осталось ждать всего несколько лет.