Какими бывают поезда для ВСМ

В 1964 году, 60 лет назад, в Японии впервые отправился в рейс электропоезд с эксплуатационной скоростью 210 км/ч. Его разрабатывали и строили всей страной. Именно с этого события ведется отсчет развития высокоскоростного железнодорожного транспорта. С общепринятой нижней границей в 250 км/ч за прошедшие годы система высокоскоростных железнодорожных перевозок заняла свою нишу в транспортной работе — когда важен фактор быстроты поездки, спрос на направлении значителен, а расстояние не столь большое, чтобы пассажир очевидно выбирал самолет. Сегодня продолжается работа по достижению пределов скорости в подвижном составе, а в узкий клуб производителей такой техники готовится вступить и Россия.

За время развития высокоскоростные поезда прошли существенный эволюционный путь. Так, были даже серьезные проработки дизельной тяги, а в Великобритании производство таких поездов достигало крупных серий. Однако на текущем этапе предпочтительными являются электрический двигатель и питание от контактной сети. В то же время на данный момент сохраняются два разных подхода к созданию высокоскоростных поездов.

Ставка на сосредоточенность

Упомянутый японский «первенец» высоких скоростей был моторвагонным составом, то есть тяговое оборудование было распределено по всему составу. Такая распределенная тяга дает лучшую динамику хода, распределяет нагрузку на инфраструктуру, обеспечивает вариативность длины состава, а также позволяет устанавливать дополнительные пассажирские места в головных вагонах, тем самым увеличивая выручку перевозчика. По такому пути идут в разработке высокоскоростного поезда в России, учитывая в том числе опыт созданных ранее поездов ЭР200 (конструкционная скорость — 200 км/ч) и «Сокол» (250 км/ч).

Но есть и альтернатива, которую реализовали в другой известной своими высокоскоростными магистралями стране — во Франции. В 1970-е национальный перевозчик SNCF и производитель Alstom построили свой поезд первого поколения TGV Sud-Est. В отличие от японской машины, он уже имел конструкционную скорость 260 км/ч и совершенно другую конструкцию. Тяговое оборудование было сосредоточено в головных вагонах, то есть они выполняли функцию локомотивов. Преимущества сосредоточенной тяги относительно распределенной заключаются в экономике: он проще в конструкции и эксплуатации. Так, один из создателей проекта TGV, Франсуа Лакот, в интервью для проекта #RAILFLUENCER говорил, что в SNCF были против распределенной тяги, так как это требовало изменения подхода к ремонту: на тот момент головные вагоны-локомотивы обслуживались в одних депо, промежуточные — в других.

Путь сосредоточенной тяги выбран несколькими производителями, и они продолжают создавать новые поколения таких машин. Так, уже упомянутая Alstom готовит к передаче в эксплуатацию двухэтажный поезд с сосредоточенной тягой Avelia Horizon, его первый выход в рейс намечен на этот год. Еще до готовности первого образца SNCF заказала 115 таких поездов, при этом первый контракт был заключен шесть лет назад — в 2018-м. Конструкционная скорость Avelia Horizon должна составить 350 км/ч, подвижной состав придет на смену поездам третьего поколения французского высокоскоростного сервиса TGV — Duplex, которые эксплуатируются с 1990-х годов.

В новый поезд Avelia Horizon заложена возможность варьировать состав от семи до девяти вагонов, а также модульное решение салона должно обеспечить его оперативную реконфигурацию под класс перевозок, требуемый заказчиком. Alstom указывает, что модульный подход к созданию машины позволит на 20% снизить затраты на закупку Avelia Horizon и на 30% — затраты на обслуживание поездов. Потребление энергии относительно поезда Duplex также должно снизиться на 20% — такой результат предполагается за счет облегчения веса поезда, улучшения аэродинамики и установки более эффективного тягового оборудования.

В то же время экспортного успеха подход Alstom по сосредоточенной тяге особо не имел. В рамках трансфера технологий выпуск аналогичного поезда освоила Hyundai Rotem в Южной Корее, а также сама Alstom поставляет адаптированную модель в США для сервиса Acela, обслуживающего линию между Бостоном, Нью-Йорком и Вашингтоном. При этом отгрузки поездов идут со значительной задержкой.

В части сосредоточенной тяги также известна Talgo. При этом поезда испанского производителя дополняет уникальное решение в ходовой части: каждый вагон держится только на одной паре колес, которые расположены в зоне сочленения вагонов, не соединены осью и работают независимо друг от друга. Такое решение обеспечивает легкость вагонов относительно конкурентов, меньшее потребление энергии и, как указывает производитель, меньшую цену.

Самый быстрый свой поезд Talgo выпускает с 2005 года. Его заявляемая конструкционная скорость — 350 км/ч, но в эксплуатации в Испании и Саудовской Аравии она ограничена до 300 км/ч. Однако в мае этого года для компании случилось долгожданное событие: в эксплуатацию в Испании пошла модель поезда нового поколения Talgo Avril.

Прототип поезда был впервые представлен в 2012 году, а срыв сроков поставок для перевозчика Renfe составил более трех лет. Это первые в мире поезда с изменяемой шириной колеи, способные разгоняться до 330 км/ч. Головные тяговые вагоны-локомотивы имеют мощность по 4400 кВт. За счет расширения кузова и пересмотра компоновки климатического оборудования была существенно повышена вместимость вагона. В результате достигнут рекордный показатель в 641 кг тары на одного пассажира: у одноэтажных поездов Siemens Mobility и Alstom этот показатель превышает 1 т.

Распределяй и властвуй

На первых порах поезда с сосредоточенной тягой создавались и в Германии. Как и в Японии, первый электропоезд ICE 1 в 1980-е создавал большой консорциум производителей, включая Siemens Mobility. На его базе был затем создан ICE 2, также имевший локомотивную тягу. Однако затем в Siemens была создана платформа поездов с распределенной тягой Velaro. Она оказалась чрезвычайно коммерчески успешной: эти высокоскоростные машины нашли спрос не только в Германии, но и в России (адаптированная версия под брендом «Сапсан»), Франции, Испании, Бельгии, Нидерландах, Великобритании, Турции и Египте. Изначально под текущую итерацию проработки высокоскоростного железнодорожного сообщения в России планировалась совместная разработка подвижного состава именно с Siemens, что также сказалось на выборе РЖД в сторону распределенной тяги.

Развитие этой платформы — поезд Velaro Novo — было анонсировано немецким производителем в 2018 году. Его конструкционная скорость должна достигать 360 км/ч, он будет на 15% легче и до 30% энергоэффективнее предыдущего поколения благодаря облегчению и улучшению аэродинамики кузова, на 10% увеличится и пассажировместимость. В то же время только в этом году определился первый покупатель, и это не внутренний заказчик в лице национального перевозчика Deutsche Bahn. Так, первые десять семивагонных поездов заказала частная американская Brightline West для строящейся высокоскоростной линии из Лос-Анджелеса в Лас-Вегас.

Известный своей высокоскоростной железнодорожной сетью Китай также начинал с поездов, имевших сосредоточенную тягу и конструкционную скорость 210–270 км/ч. Однако радикальные изменения в технической политике произошли в середине 2000-х. На фоне утвержденного государством акцента на развитии ВСМ были объявлены масштабные конкурсы на подвижной состав с распределенной тягой и требованием по значительной локализации. По их итогам были заключены контракты почти со всеми глобальными производителями: Alstom, Bombardier Transportation, Siemens Mobility и японским консорциумом с Kawasaki во главе.

В рамках контракта с Siemens Mobility на мощностях китайского производителя CRRC было локализовано производство уже упомянутой платформы Velaro. При этом немецкая компания согласилась отказаться от интеллектуальных прав на конечную продукцию и выступать только в роли поставщика комплектующих. Запущенные в результате в серию поезда этой платформы (несколько модификаций) стали самыми массовыми в эксплуатации в Китае. По ряду модификаций данного поезда заявлена конструкционная скорость 380 км/ч, а в 2010 году 16-вагонный состав CRH380BL разогнался до скорости 487,3 км/ч — это текущий рекорд для серийных высокоскоростных поездов (известный рекорд 574,8 км/ч в 2007 году Alstom и SNCF ставили на экспериментальном пятивагонном составе).

На основе опыта трансфера технологий CRRC в 2010-е создала собственную платформу высокоскоростных поездов Fuxing. У модели CR400 заявлена конструкционная скорость в 400 км/ч, однако в эксплуатации он не разгоняется выше 350 км/ч. С этими поездами к Китаю пришел первый успех в экспорте высокоскоростного подвижного состава: в прошлом году они пошли в эксплуатацию в Индонезии. Значительное внимание Китай сегодня уделяет развитию цифровой «начинки» поездов: внедрению систем автоведения, систем диагностики и онлайн-контроля состояния техники.

В то же время работы над достижением пределов скорости на железнодорожном рельсовом транспорте CRRC не останавливает. Финальным в развитии платформы Fuxing должен стать поезд CR450, конструкционная скорость которого составит 450 км/ч, эксплуатационная — 400 км/ч. В этом году планируется завершение сборки прототипов. Ведущий инженер Китайской академии железнодорожных наук Чжао Хунвэй рассказывал, что проект сталкивается с множеством сложностей: нужно значительно улучшить аэродинамику и повысить эффективность тяговой системы для снижения энергопотребления, требуются новые технологии для сокращения тормозного пути и меньшего уровня шума, требуются и совершенно новые стандарты.

На родине распределенной высокоскоростной тяги, в Японии, также развивают свой подвижной состав. В марте этого года был введен в эксплуатацию поезд 8-го поколения от Kawasaki и Hitachi — модель E8 с конструкционной скоростью 300 км/ч. В то же время на экспериментальном поезде ALFA-X, построенном теми же компаниями, уже несколько лет идет отработка технологий для достижения конструкционной скорости 400 км/ч и 360 км/ч в эксплуатации.

Дополнительно японские перевозчики сегодня значительное внимание уделяют автоматизации высокоскоростного движения. В конце 2020-х планируется, что полностью беспилотный уровень GoA4 будет достигнут при движении поездов от депо до вокзалов, а в середине 2030-х на линии между Токио и Ниигатой подвижной состав будет ходить с уровнем автоматики GoA3 (поезд работает автоматически, а машинист присутствует в кабине на случай экстренных ситуаций). Такая же автоматизация закладывается и в российском высокоскоростном поезде.

Стоит отметить, что у японской Hitachi также действует европейское подразделение. Одним из его основных активов являются мощности бывшей AnsaldoBreda в Италии: на них выпускаются высокоскоростные поезда платформы Zefiro. Они были созданы еще Bombardier Transportation, которую в 2021 году поглотила Alstom и передала долю Hitachi в рамках установленных при сделке поведенческих условий.

Основной в линейке Hitachi для мирового рынка является модель V300 с заявленной конструкционной скоростью 360 км/ч. На данный момент такие машины находятся с 2015 года в эксплуатации в Италии, однако сейчас Hitachi Rail также выполняет контракт на поставку данных поездов для проекта новой высокоскоростной линии в Великобритании. В то же время в начале 2010-х в Китае в рамках совместного предприятия выпускалась модель V380 с заявленной конструкционной скоростью 380 км/ч, однако дальнейшего развития на данный момент она не получила.

Новые игроки

Сегодня Hitachi и Kawasaki борются за заказ на поезда для первой высокоскоростной магистрали в Индии: развитие проекта обеспечено японским кредитным финансированием, с чем и связан такой узкий пул потенциальных поставщиков. К поставкам предполагаются поезда серии E5, имеющие конструкционную скорость 320 км/ч. В то же время на фоне бурного развития железнодорожного транспорта Индия уже думает использовать этот опыт поставок для создания собственной высокоскоростной модели.

Помимо Индии и России, в клуб производителей такой техники рассчитывает войти Польша — крупный заказ на подвижной состав планируется в рамках нацпроекта транспортного узла «Солидарность», который включает строительство 2 тыс. км линий ВСМ. Инициативу проявляет местный производитель Pesa, который хочет возглавить консорциум по созданию поезда, однако скоростной параметр перспективной техники пока обозначен по нижней границе в 250 км/ч.

Также большую ставку на национальные технологии в железнодорожном машиностроении сегодня делает Турция: в стране на высокоскоростных магистралях эксплуатируется подвижной состав Siemens (300 км/ч) и испанской CAF (250 км/ч). Национальный машиностроитель TURASAS объявил планы в 2025 году создать электропоезд на 225 км/ч с перспективой дальнейшего входа в высокоскоростную категорию.

Время левитировать

Железнодорожный мир сходится во мнении, что пределы скоростей на сцеплении колеса и рельса практически исчерпаны. Следующим этапом являются технологии магнитной левитации, в том числе в разреженной среде, известной как Hyperloop. В этом направлении также есть свое разветвление в технических подходах. По данной технологии действует только одна высокоскоростная линия в Китае: она построена в начале 2000-х с применением немецких технологий Transrapid, связывает Шанхай с аэропортом, а скорость в эксплуатации на пару минут достигает 431 км/ч. Однако он не был масштабирован, несмотря на все продвижение.

Пока технологии высокоскоростного маглева находятся на стадии опытных изысканий. Наиболее системные работы в этом направлении сегодня ведут Япония и Китай. Последний в том числе проводит испытания в вакуумной трубе. В то же время интерес к технологии вернулся и в Европе: финансирование из бюджета Евросоюза получил научно-исследовательский проект MaDe4Rail. Его координатором является национальная итальянская инфраструктурная компания RFI, основная цель — изучить возможности интеграции систем высокоскоростного маглева в существующую железнодорожную инфраструктуру.

В России сегодня разработки в направлении магнитной левитации возрождает консорциум «Росмаглев», который был создан прошлой осенью и курируется «Росатомом». Пока в проработке находится создание тестовых трасс в Санкт-Петербурге и Якутии, акцент делается на грузовые перевозки, а о планах выхода в высокоскоростной сегмент не объявлялось.

Сергей Белов, сооснователь и главный редактор ROLLINGSTOCK Agency