Высокоскоростное движение поездов

Сложилась следующая градация скоростей движения пассажирских поездов:

до 140-160 км/ч – движение поездов на обычных железных дорогах;

до 200 км/ч – скоростное движение поездов, как правило, на реконструированных линиях;

свыше 200 км/ч – высокоскоростное движение на специально построенных высокоскоростных магистралях (ВСМ) [24].

В истории развития железных дорог России прослеживается последовательное увеличение скоростей. Еще в 1901 г. на железной дороге Санкт-Петербург - Москва курьерские поезда обращались с максимальной скоростью 110 км/ч. В 1913 г. в опытных поездках с обычным паровозом серии С достигалась скорость 125 км/ч, а в 1915 г. с паровозом серии Л - максимальная скорость 117 км/ч.

В 1938 г. на магистрали Москва - Ленинград впервые в СССР была достигнута скорость 177 км/ч при испытании паровоза, изготовленного Коломенским заводом с осевой формулой 2-3-2 и нагрузкой на ось 20,5 т. Поездки (опытные и эксплуатационные) производились на рельсах массой 43,6 кг/м. В 1960-х годах между Москвой и Ленинградом был проведен комплекс опытных поездок, в которых максимальная скорость достигала 220 км/ч.

В 1972 г. в СССР были проведены опытные поездки пассажирского вагона с турбореактивным двигателем со скоростью 240 км/ч.

Первые проекты скоростной магистрали Москва - Ленинград разрабатывались еще в 1930-х годах (К.Н. Кашкин, Г.Д. Дубилер, И.В. Романов). Однако реально работы по организации железнодорожного движения с повышенными скоростями начались лишь в начале 1960-х годов.

После укладки бесстыкового пути из рельсов Р65, замены стрелочных переводов, завершения электрификации и использования электровозов серии ЧС2 в 1964 г. на линии Москва – Ленинград ввели в обращение дневной экспресс «Аврора» с маршрутной скоростью 130,4 км/ч.

Первый в СССР скоростной поезд ЭР 200 («Электропоезд Рижский»), имевший максимальную скорость 200 км/ч, разработан и изготовлен в 1968-74 г.г. С 1984 г. электропоезд ЭР 200 эксплуатировался на линии Москва – Ленинград. Время в пути этого поезда между конечными пунктами составляло 4 ч 30 мин, маршрутная скорость – 144 км/ч. Одновременно с ЭР 200 велась разработка еще одного скоростного поезда, получившего наименование «Русская тройка», рассчитанного на скорость до 200 км/ч. Поезд должен был представлять собой состав постоянного формирования из вагонов РТ 200 Калининского (с 1990 г. Тверского) вагоностроительного завода и электровоза ЧС 200 (производства ЧССР). Было изготовлено 8 опытных вагонов, которые показали на испытаниях хорошие результаты, однако в коммерческой эксплуатации поезд «Русская тройка» не использовался.

С 1994 г. в России осуществлялась отраслевая программа развития скоростного движения, в соответствии с которой были реализованы проекты создания специального подвижного состава на максимальные скорости движения до 200 км/ч: скоростных пассажирских электровозов ЭП 100 постоянного тока и ЭП 200 переменного тока, пассажирских вагонов разного класса для скоростного движения.

В 2009 г. на линии Москва – Санкт-Петербург начали эксплуатироваться скоростные поезда «Сапсан», произведенные в содружестве с компанией «Сименс». Максимальная скорость этих поездов 250 км/ч. Расстояние 650 км преодолевается за 3 ч 45 мин. За первый год перевезено 2 млн. пассажиров. Летом 2010 г. организовано движение поездов «Сапсан» на направлении Москва – Нижний Новгород.

В декабре 2010 г. началось регулярное движение скоростных поездов «Аллегро», производства компании Alstom, между Санкт-Петербургом и Хельсинки. Максимальная скорость движения нового электропоезда по территории России 200 км/ч, Финляндии – 220 км/ч. Время в пути на этом международном маршруте сократилось с 6 ч 18 мин до 3 ч 30 мин.

Одним из стратегических направлений инновационного развития ОАО «РЖД» на период до 2015 г. является расширение высокоскоростного движения пассажирских поездов (рис. 67). О значении, которое придается высокоскоростному движению пассажирских поездов, свидетельствует подписанный 16 марта 2010 г. Президентом Российской Федерации Указ «О мерах по организации движения высокоскоростного железнодорожного транспорта в Российской Федерации».

История развития железнодорожного транспорта насчитывает немало достижений в области повышения скорости движения, часто они являлись своего рода техническими сенсациями. Еще в 1847 г. в Англии на одном из участков Большой Западной железной дороги протяженностью 92 км пассажирские поезда достигали скорости 93 км/ч. В 1890 г. паровоз «Crampton» во Франции с поездом массой 157 т развил скорость 144 км/ч. Рубеж скорости 200 км/ч впервые преодолел немецкий электропоезд. В 1903 г. на участке Мариенфельде — Цоссен во время испытаний была достигнута скорость 210 км/ч.

Рис. 67. Развитие скоростного пассажирского движения в России

В 1955 г. во Франции впервые превышен рубеж 300 км/ч и установлен рекорд скорости — 331 км/ч. Этот рекорд был улучшен 28 февраля 1981 г.— поезд TGV достиг скорости 380 км/ч.

Продолжающиеся в этой области работы показывают, что традиционная транспортная система колесо — рельс не исчерпала своих возможностей. В 1988 г. в Германии при испытаниях экспериментального поезда ICE реализована скорость 406,9 км/ч. Но и этот рубеж вскоре был превзойден: в 1989 г. поезд TGV во Франции достиг скорости 412, затем 482,4 и, наконец, в мае 1990 г. был установлен невероятный рекорд скорости - 515,3 км/ч.

Впервые в мире идея высокоскоростного железнодорожного движения была реализована в Японии (рис. 68), между городами Токио и Осака, где в 1964 г. была сдана в эксплуатацию высокоскоростная магистраль Токайдо протяженностью 516 км. Максимальная скорость движения на новой линии составляла 210 км/ч, а поездка из Токио в Осака занимала 3 ч 10 мин.

Благодаря высокой скорости и комфорту высокоскоростные поезда завоевали широкое признание у населения. Уже через 5 лет перевозки пассажиров на этой линии возросли более чем в 2 раза и достигли 70 млн. чел. в год. Столь значительные объемы работы обеспечили прочную основу экономической эффективности высокоскоростной магистрали и позволили японским железным дорогам планировать дальнейшее строительство таких линий.

Рис. 68. Первый высокоскоростной электропоезд (Япония)

В 1970 г. в Японии принят закон о создании общенациональной сети высокоскоростных железнодорожных линий, которая получила название Синкансен. Это дало новый импульс развитию высокоскоростного движения. В 1975 г. вступила в строй высокоскоростная линия Санье. Перешагнув через пролив, эта линия достигла города Фукуока, соединив два острова - Кюсю и Хонсю.

1982 г. ознаменовался открытием еще двух новых высокоскоростных магистралей (ВСМ): линии Тохоку, расположенной к северу от Токио и связывающей города Омия и Мариока, и линии Дзеэцу, пересекающей остров Хонсю от побережья Японского моря до побережья Тихого океана на маршруте Омия - Ниигата. В начале 2000-х годов протяженность высокоскоростной железнодорожной сети в Японии, включающей в себя шесть магистрали, превысила 2100 км, а максимальная скорость обращающихся по ней поездов составляет 240-260 км/ч (рис. 69).

Магистрали Синкансен предназначены только для пассажирского движения. В отличие от обычных железных дорог, которые имеют узкую колею, ширина колеи высокоскоростных, линий соответствует европейскому стандарту и составляет 1435 мм. В результате поезда типа Синкансен вынуждены обращаться в замкнутой системе. Высокоскоростные магистрали заходят непосредственно в центры городов и населенных пунктов, пересекая их на эстакадах высотой 25-30 м.

Рис. 69. Японский высокоскоростной электропоезд серии 300

При создании сети Синкансен японскими специалистами решен ряд сложнейших инженерных задач, связанных с выбором путевой структуры, созданием нового подвижного состава, искусственных сооружений и других технических средств.

Особое место в этих разработках занимают устройства обеспечения безопасности движения. Принцип их работы заключается в том, что при возникновении любой неисправности или нарушении режима работы, создающих угрозу безопасности, поезд немедленно останавливается. Для наземных видов транспорта это означает устранение опасности.

Практика доказала высокую эффективность применяемой системы безопасности. За все время эксплуатации линий Синкансен не было ни одной аварии или крушения, не погиб и не был ранен ни один пассажир. А перевезено к концу 1990-х годов около 3 млрд. человек.

Ежесуточно по магистрали Синкансен курсирует 427 скоростных экспрессов, которые перевозят более 440 тыс. чел.

Ведутся большие работы по созданию поездов нового поколения с целью достижения на уже имеющейся сети ВСМ Японии скорости 300-350 км/ч. Поскольку постоянные устройства этой сети были рассчитаны на скорость до 250 км/ч, потребовалось существенно снизить нагрузку на ось. Это было достигнуто – в опытном поезде нагрузка на ось составляет меньше 8 т.

Идеологом высокоскоростных железнодорожных систем в Европе является Франция. После двух лет теоретических разработок в 1976 г. общество железных дорог (SNCF): приступило к строительству высокоскоростной магистрали Париж - Лион, а в сентябре 1981 г. на этой линии был дан зеленый свет высокоскоростному поезду TGV (рис. 70). Проектирование системы TGV велось таким образом, чтобы поезда могли курсировать по новой линии со скоростью 270 км/ч и переходить на обычную железнодорожную сеть. Благодаря этому была обеспечена ускоренная железнодорожная связь Парижа с юго-восточными районами Франции. В настоящее время поезда TGV юго-восточного направления обслуживают более 50 населенных пунктов, в которых проживает 56% населения страны. Протяженность сети TGV - Юго-восток составляет 2487 км, из которых 417 км приходится на новую линию.

Резко возросла коммерческая скорость движения. В сообщении Париж - Лион она составляла 213 км/ч, а время в пути между этими городами сократилось до 2 ч.

Рис. 70. Французский высокоскоростной двухэтажный электропоезд TGV Duplex

Базируясь на первых успехах, французское общество железных дорог предложило, а президент республики и правительство, приняли решение о строительстве новой высокоскоростной линии ТGV - Атлантик, пуск в эксплуатацию которой состоялся в сентябре 1989 г. Общая длина магистрали составляет 285 км.

Так же, как и линия TGV - Юго-восток, новая высокоскоростная магистраль предназначена исключительно для пассажирских перевозок. Для атлантической линии создано новое поколение высокоскоростных поездов TGV - Атлантик, максимальная скорость которых при коммерческой эксплуатации на вновь построенных участках составляет 300, а на обычных железнодорожных линиях - 220 км/ч.

Затем были введены в эксплуатацию ВСМ «Север» - направление на Бельгию и к тоннелю под Ла-Маншем (332 км); обходная ВСМ вокруг Парижа, соединившая в единую сеть высокоскоростные линии Франции и ряда европейских стран (102 км). Общая протяженность ВСМ Франции к 2004 г. составляла почти 1500 км и строительство еще нескольких линий продолжается.

Французская концепция высокоскоростного подвижного состава предусматривает создание поездов постоянного формирования с локомотивной тягой. Два электровоза помещаются по концам состава, а между ними располагаются пассажирские вагоны. Особенностью французского поезда TGV является использование сочлененных вагонов на промежуточных тележках.

В Германии первая линия ВСМ появилась в 1991 г., сегодня здесь протяженность таких линий составляет 800 км (рис. 71). В Испании и Италии высокоскоростные магистрали длиной соответственно 471 и 236 км были введены в 1992 г.

Рис. 71. Немецкий высокоскоростной электропоезд ICE 3

В 1992 г. в Швеции начали курсировать поезда, состоящие из вагонов с принудительным наклоном кузовов. Такие поезда развивают скорость 220 км/ч. В разных странах уже создано до 20 типов таких вагонов.

В Великобритании усовершенствуются три основных маршрута: Лондон — Глазго, Лондон — Ньюкастл — Эдинбург и Лондон — Бристоль — Кардифф для реализации скоростей 225 км/ч.

Вслед за Европой и Японией высокоскоростное движение получает развитие и в США, где долгое время главную роль играли автомобильный и воздушный виды транспорта. В США имеется семь проектов создания систем высокоскоростного железнодорожного транспорта. Одни из них находятся в стадии рассмотрения, по другим проведены научные исследования и предпроектные разработки. В настоящее время наивысшая скорость (193 км/ч) для пассажирских поездов реализуется в так называемом Северо-Восточном коридоре на участке Вашингтон — Нью-Йорк. На новых магистралях скорости движения будут достигать 270-300 км/ч.

Наиболее близки к реализации проекты высокоскоростных железных дорог в штатах Техас и Флорида. Во Флориде линия протяженностью 540 км, рассчитанная на скорость 280 км/ч, будет построена между городами Майами, Орландо и Тампа по традиционной схеме колесо - рельс. В Техасе высокоскоростные линии соединят города Сан-Антонио, Даллас, Хьюстон.

Работы по созданию сверхскоростных железнодорожных магистралей ведутся практически на всех континентах. О намерениях построить высокоскоростную линию между городами Сидней и Мельбурн объявила Австралия. Высокоскоростные поезда для нее будут поставляться ведущими фирмами Франции и ФРГ, которые преуспели в создании поездов типов TGV и ICE. Германские предприятия должны поставить Австралии сверхскоростные локомотивы, а французские - вагоны. На новой 870-километровой линии будут курсировать 30 пар поездов со средней скоростью 292 км/ч и максимальной 350 км/ч.

На высокоскоростных линиях конструкция пути, устройства СЦБ и связи в основном сохраняют традиционные принципы.

Однако они становятся качественно новыми по наукоемкости, надежности и способам содержания. Их необходимыми элементами являются микропроцессоры и ЭВМ, диагностические и информационные датчики, приборы тонкой чувствительности для определения землетрясений, снегопадов и других ситуаций. Все это в двойном, а иногда в тройном резервировании обеспечивает 100%-ную безопасность движения.

Основными тенденциями в создании новых типов высокоскоростных электропоездов являются максимальное облегчение конструкции вагонов, уменьшение энергопотребления благодаря высоким аэродинамическим показателям, применение микроЭВМ и микропроцессорных устройств, а также новых более экономичных и надежных систем электрооборудования для тяги.

В настоящее время система ВСМ технически, технологически и экономически апробирована. Высокоскоростные магистрали уже построены, строятся или проектируются во многих странах мира на протяжении почти 50 лет. Высокая эффективность ВСМ доказана, и поэтому, сегодня любая страна, если для этого имеются необходимые экономические условия, может проектировать и строить ВСМ, используя известные технические и технологические решения [24].