Когда технологии совершенствуются, транспорт ускоряется, то и поезда не являются исключением. Но большая скорость влечет за собой большие недостатки. Журналист BBC Катя Москвич описывает ловушки, в которые угодили разработчики при попытке увеличить скорость на железной дороге.
Спустя тридцать лет после того, как первый поезд с принудительным наклоном кузова впервые перевез пассажиров, инженеры, участвующие в проекте, говорят, что заявления о провале до сих пор приводят их в бешенство.
Со времен "ракеты" Джорджа Стивенсона разработчики старались сделать поезда все более скоростными. Несмотря на все технические достижения, в частности, за последние 50 лет, мечта соединить между собой города с помощью скоростных экспрессов, которые позволяют мгновенно и без хлопот добраться до места назначения, все еще остается мечтой. В чем же дело?
Ускорение на рельсах несет свой особый клубок проблем. Человеческое тело не приспособлено для столь высоких скоростей, мы испытываем определенные низкочастотные движения, которые создают дискомфорт и ощущение качки. Мы также сталкиваемся со стремительным разгоном, например, во время взлета и посадки самолета.
Кроме того, есть экономика попыток придать поезду ускорение. Ведь быстрый ход означает выталкивание воздуха с пути, что требует множества энергии. Например, поезд, который разгоняется до 480 км/ч, затрачивает в 27 раз больше энергии, чем тот, который движется со скоростью 160 км/ч. Ведь плотность воздуха на земле больше, чем на высоте 10600 м, где летают самолеты. Это означает больше сопротивления и, соответственно, больше вибраций.
Но операторы поездов и компании борются за более высокие скорости и пробуют разные варианты проектов, которые, как они надеются, сделают поезда еще быстрее и еще комфортабельнее.
Если бы поезда могли идти по прямой без каких-либо уклонов, тогда с высокими скоростями не было бы никаких проблем. Но кривые, подъемы и спуски создают проблемы для Европы с ее многочисленными реками и горами, а также старыми путями по длинным маршрутам.
Некомфортные поездки
Первые попытки ускориться на поворотах были сделаны в 1970 годах, когда старую концепцию, хорошо известную мотоциклистам – наклон во время прохождения кривой – применили на железной дороге. Это породило первые составы с принудительным наклоном кузова. Замысел состоял в том, что пассажиры будут меньше чувствовать центробежную силу, когда весь поезд наклоняется.
Однако вместе с высокой скоростью пришел и дискомфорт. Частично в связи с шуткой, которую глаза играют с мозгом. "Если система принудительного наклона хорошо работает, и вы не чувствуете, что проходите кривую, то вы все равно это видите, так как меняется горизонта. И когда ваш мозг не ожидает такого сюрприза, вы можете почувствовать тошноту", - говорит Джеймс Кеннел, инженер проектирования тележек канадской компании Bombardier.
Датчики подвески
Современные поезда с принудительным наклоном кузова редко приводят к укачиванию, преимущественно за счет уменьшения степени наклона, чтобы пассажиры все еще могли почувствовать, что они проходят кривую. Например, французский состав Euroduplex TGV доставляет изголодавшихся по морю парижан к Лазурному побережью менее чем за пять часов. А это около 700 км. В 2007 году производитель TGV – компания Alstom – достигла рекордной скорости в 574,8 км/ч. Они были признаны очень комфортабельными, частично из-за того, что скоростные поезда во Франции курсируют на отдельных очень гладких сваренных путях.
Новые поезда Zefiro производства Bombardier разгоняются до 380 км/ч сейчас проходят испытания в Италии, прежде чем выйти на линии в 2015 году в Китае. Фирма также разработала новые системы тилтинга FlexxTronic Wako, которые реагируют на кривые быстрее. Они используют датчики и компьютерный анализ для отслеживания реакцию на пути и улучшения плавности тилтинга. Подобный механизм установлен на поездах Twindexx, которые в скором времени заработают в Швейцарии.
Zefiro также оснащен специальной системой, которая использует информацию с датчиков, чтобы определить, когда поезд входит в кривую, и помогает снизить нагрузку на подвеску. Это позволяет экспрессам увеличивать скорость на поворотах, говорит Кеннел. Система также разработана для того, чтобы обнаружить какие-либо нарушения на путях перед колесами. Таким образом, механизм правильно среагирует на ситуацию, и пассажиры не почуствуют дискомфорта.
Тилтинг под вопросом
Впрочем, не все верят в выгоды принудительного наклона. Например, немецкий Siemens разработал свою систему тилтинга под названием Siemens comfort technique. Но технология не применялась, так как, по словам представителя концерна, спрос на поезда с принудительным наклоном кузова низок.
"Существует не так много железных дорог, на которых могут применяться поезда с технологией тилтинга. Это не просто вопрос самих составов, но и проблема инфраструктуры", - говорит он. "С нашей точки зрения, мы не сможем продать столько поездов подобного типа, чтобы оставаться прибыльными", - добавляет собеседник.
В Европе некоторые поезда способны разгоняться до 400 км/ч, однако редко делают это, поскольку им приходится разделять пути с более медленными составами.
В Европе некоторые поезда способны разгоняться до 400 км/ч, однако редко делают это, поскольку им приходится разделять пути с более медленными составами. Ряд азиатских стран решили инфраструктурную проблему, используя поезда на магнитной подушке.
Магнитопланы сегодня курсируют со средней скоростью 430 км/ч, а японские – 500 км/ч. Но если им придется разогнаться еще быстрее, то турбулентность тут же понизит уровень комфорта, говорит Сэм Гурол, директор транспортных программ американской компании General Atomics. Поэтому им нужны туннели вакуумной трубкой для снижения сопротивления воздуха.
Ограничения скорости
Если проект Hyperloop американского миллиардера Элона Маска воплотится в жизнь, это будет большим событием. Его футуристическая концепция сообщения между крупными городами США с помощью подземных скоростных поездов, которые будут курсировать по вакуумным трубкам под землей, все еще не реализована, но Маск привлек заинтересованные стороны к практической стороне замысла.
Но насколько быстрым и будут магнитопланы при существующей инфраструктуре? Гурол говорит, что, несмотря на тестирование более скоростной версии, она вряд ли когда-нибудь повезет пассажиров. "Моя компания построила новую систему для ВВС США. Она расположена на базе Холломан в Нью-Мексико.
Но поддерживать комфорт пассажиров в магнитопланах проще, чем в других. Они могут ехать на 32 км/ч быстрее обычных скоростных поездов, но гораздо плавнее. На скорости свыше 400 км/ч появляется небольшая турбулентность, но она не критична, так как люди могут встать с мест и ходить по вагону.
"Индикатор счастья"
Другой вопрос: как улучшить обычные скоростные поезда. Недавние исследования, которые проводил Ли Йонг Бум в медицинском университете Сеула, анализировали изменения сердечного ритма у людей, которые использовали эти экспрессы. Ученые обнаружили, что зрительные стимулы, запах, шум, дизайн сидений, температура, и влажность на борту - все повлияло на комфорт, и рекомендовали держать в поезде доктора на случай, если пассажиру вдруг станет плохо.
Операторы поездов могли бы посмотреть на своих летающих собратьев, дабы почерпнуть оттуда свежие идеи. Например, British Airways недавно начала изучать уровень комфорта пассажиров на своих самолетах. Путешественники надевают на голову ленту, которая передает мозговые сигналы через устройство Bluetooth на светодиод. Последний, в свою очередь, меняет цвет. Если индикатор синий, то пассажир расслабился или спит. Если он загорается красным, то пассажир, скорее всего, напряжен. Система работает с помощью устройства, отслеживающего электрическую активность нейронов и передает эту информацию по волоконной оптике.
Первые исследования показали, что пассажиры больше всего нервничают во время взлета и посадки, а довольны во время обеда. "Современные исследовательские группы на железной дороге должны найти способы применить подобные идеи на поездах", - отмечает Ли.
Разработчики поездов могут мечтать, что в один прекрасный день они догонят самолеты. Но, похоже, это произойдет не так скоро.
Перевод Максима Арсланова, ЦТС
