12 июля, 2024

«Скоростная железка» для России: почему это колесо доедет до Петербурга, но не до Сочи?

Государство вдруг решило, что пришло время реализовать самый амбициозный железнодорожный проект в его истории. Более того, такой скоростной поезд сможет не только за несколько часов проехать из одной столицы в другую, но и впоследствии связать Москву с Казанью, Уралом, Сочи и Донецком. Насколько все это реалистично и действительно ли мы делаем правильный технологический выбор?

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

В конце августа 2023 года президент России Владимир Путин заявил: Фактически, мы приближаемся к тому, чтобы воплотить это в жизнь».

Если подумать, это звучит как взрыв бомбы. «Почему сейчас?»? Высокоскоростную магистраль в этом направлении должна была построить указ президента Ельцина от 13 сентября 1991 года. Конечно, в 1990-е (но не только) Но мы ее не строили в 2000-е или 1900-е годы, и тогда явно была такая возможность. Что заставляет ее делать это сейчас?

Судя по всему, в стране одновременно реализуется множество сложнейших технологических проектов. Совершенно внезапно авиационная промышленность претерпела огромное ускорение. И речь идет не об оборонно-промышленном комплексе, который уже в 2023 году выпустит сотни боевых вертолетов и самолетов, а о гражданских авиалайнерах. В то же время решаются весьма масштабные задачи в строительстве кораблей (супертанкеров и т д.), а спрос на тяжелые грузовики увеличился на несколько десятков процентов, установив уже рекорды за всю историю России.

Выполняется множество сложных проектов в различных областях, например, создание литографического оборудования для производства электроники. Почему в такое время мы одновременно беремся за еще одну чрезвычайно сложную технологическую задачу? Помните, попытки построить высокоскоростную железную дорогу в США и Великобритании потерпели неудачу, и многие компании обанкротились. Благодаря эффективным высокоскоростным (более 300 км/ч) магистралям они окупают себя в ряде стран, в том числе в Китае, Японии и Франции.

Даже во Франции, самой малонаселенной из них, плотность населения в пять раз превышает, например, Ленинградскую область. Однако перспективы восстановления высокоскоростной железной дороги напрямую зависят от плотности населения района, где установлена ​​высокоскоростная железная дорога. Так почему же перемещение людей становится более активным в то время, когда плотность населения в агломерации не особенно высока?

Почему именно сейчас

На эту часть вопроса ответить проще всего. С 2013 по 2021 год Россия переживала экономическую стагнацию. Средний рост ВВП не превысил около 1%. В таких условиях окупить затраты на строительство высокоскоростной железной дороги от Москвы до Санкт-Петербурга будет крайне сложно почему?

Собственно, нынешняя железная дорога в этом направлении имеет длину 652 километра и была построена царем Николаем I. С тех пор и рельсы, и транспортные средства стали намного лучше, но синяка с этого не убрать. Таким образом, расчетная скорость поезда составила 37 километров в час.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Поэтому отклонения от прямой планировались вдоль дороги «вбок» и «вверх-вниз», чтобы облегчить строительство «по местности». И на таком маршруте, как бы вы ни меняли сам путь, пройти здесь много раз через участок «300» не получится. Реальная максимальная скорость на дороге не превышает 250 километров в час (что соответствует фактической скорости «Сапсана»).

Это означает, что необходим совершенно новый маршрут. При этом оно, с одной стороны, идет на Тверь и Великий Новгород, а с другой — весьма прямое и не затрагивает многочисленные мелкие поселения, расположенные между двумя столицами. Ведь невозможно остановиться в каждом городе. Время, необходимое для ускорения и замедления, приведет к снижению индекса средней скорости до неприемлемого уровня.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Абсолютно новая дорога стоит больших денег. Текущая оценка — 1,7 трлн рублей, это около 1% ВВП 2023 года, или 2,5 млрд рублей за километр (более $25 млн за километр). Хотя на первый взгляд это может показаться дорогим, высокоскоростная железная дорога почти всегда стоит столько же. Малый радиус кривизны участков, большие подъемы и крутые спуски недопустимы. Это представляет угрозу стабильности движения. А в ландшафте русской равнины это означает необходимость эстакады, а при отсутствии эстакады очень высокие насыпи на заболоченных участках невозможны, так как допустимый радиус кривизны не позволяет объезжать такие участки заложен.

Если цена билета на скоростной поезд стартует от 5000 рублей, то для выхода на уровень безубыточности вам понадобятся десятки миллионов продаж пассажиров в год. Более высокие тарифы уменьшают необходимое количество пассажиров, но пассажирооборот неизбежно снижается. Подумать только, в 2021 году «Сапсан» перевез по одному и тому же маршруту всего 5,1 млн человек. Общее количество пассажиров единственного аэропорта Санкт-Петербурга «Пулково» составляет менее 20 миллионов в год. Отсюда ясно, что с экономической точки зрения такая дорога может гарантированно окупиться только в течение разумного периода времени за счет быстрого экономического роста.

Возможно, существует ответ на вопрос, почему Кремль сейчас, похоже, очень близок к тому, чтобы воплотить это в жизнь. Они понимают, что в 2023 году российская экономика будет расти в несколько раз быстрее, чем в 2013-2021 годах. Как уже говорилось, ожидаемый диапазон роста ВВП России в 2023 году составляет 4–6% (предварительная оценка Росстата роста во втором квартале 2023 года — 4,9%).

Если предположить, что такие темпы сохранятся, строительство высокоскоростных автомагистралей, конечно, не только возможно (богатые часто путешествуют, что обязательно окупится), но и абсолютно необходимо.

Напомню, что в настоящее время между Москвой и Санкт-Петербургом ежегодно перевозится 145 миллионов тонн грузов. Проводить туда больше поездов уже невозможно. Пассажирские поезда необходимо «исключить» из расписания. С ростом экономики перевозки в этом направлении, очевидно, будут увеличиваться. В Стратегии РЖД до 2030 года предусмотрена перевозка 220 млн тонн грузов по этому направлению, и эта цифра увеличится, если будет построена новая «железная масса», чисто пассажирского назначения. Возможность скорости «самолета.

В частности, по маршруту, утвержденному лично Николаем I, максимальная скорость достигнет 400 километров в час, тогда как на существующих дорогах она составит 250 километров в час. Это делает ее на 679 километров длиннее нынешней дороги. «Скоростной» поезд проходит через Тверь и Великий Новгород, путешествуя за 2 часа 25 минут. После строительства трассы эти два города станут фактическими пригородами Москвы и Санкт-Петербурга соответственно, а время в пути между двумя такими участками составит всего 30-40 минут.

Зачем она вообще нужна?

Скорость и энергопотребление общего транспорта определяются в первую очередь трением. Формально скажем, что самый энергоэффективный и быстрый автомобиль в истории едет со скоростью 46 930 километров в час, потребляя всего 0,118 грамма топлива на пройденный километр. Средняя скорость типичного автомобилиста в 1000 раз ниже, но топлива он сжигает в 500 раз больше.

Это произошло потому, что рекордсменом является Tesla Roadster Илона Маска, который путешествует в космосе, среде с практически нулевым трением.

В сухопутном контексте также существует разрыв между энергоэффективным и энергонеэффективным транспортом, хотя он и не такой большой. Если четыре человека едут на автомобиле из Москвы в Санкт-Петербург, они тратят 15 граммов топлива на пассажиро-километр.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Для решения той же задачи, перевозя одного пассажира на километр, авиалайнер расходует 15 граммов топлива. Только средняя скорость около 10х. Это означает, что мы можем предоставить гораздо более энергоэффективные средства транспорта. Это происходит потому, что автомобиль, едущий по шоссе, тратит много энергии на трение колес о дорогу, а на высоких скоростях машине не хватает аэродинамики самолета.

Что на этом фоне будет с высокоскоростным железнодорожным транспортом? Все они являются «электромобилями», то есть приводятся в движение электродвигателями. Поэтому работать с граммами топлива сложно и измерять его нужно в ватт-часах. Новые китайские поезда могут двигаться со скоростью до 350 километров в час и потреблять 38 ватт-часов энергии на пассажиро-километр. Возьмем, к примеру, Tesla Model 3, самый энергоэффективный электромобиль, который при перевозке четырех человек потребляет 40 ватт-часов на пассажиро-километр (большее количество было бы неудобно на дальних расстояниях.

Оказывается, связь между высокоскоростными поездами и автомобилями почти такая же, как между пассажирскими самолетами и автомобилями. Затраты энергии примерно такие же, только скорость передвижения намного выше. Напомним, средняя скорость высокоскоростного поезда (ВСМ) между Москвой и Санкт-Петербургом составляет 300 километров в час (с учетом остановок). Это в три-четыре раза быстрее, чем вождение автомобиля.

Далее сравним скоростные поезда и пассажирские самолеты. Да, в 2,7 раза быстрее. Но все знают, насколько далеко аэропорт от города. Мы знаем, что вам нужно серьезно подойти к тому, чтобы попасть туда заранее, что вы можете подвергнуться длительному преследованию во время регистрации и т д. Все это означает, что в действительности от черты одной столицы до черты другой потребуется не менее 2 часов 15 минут — ожидаемое время в пути по высокоскоростной железной дороге.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Тот, кто действительно пробовал такое путешествие, поймет, что на самом деле оно зачастую занимает больше времени. Это означает, что с точки зрения времени высокоскоростные магистрали выгоднее самолетов, хотя скорости во много раз выше.

Возникает вопрос. Стоит ли эта игра свеч, если по времени «кусок железа» длиной не больше авиалайнера? Самолеты у нас уже есть, но новые дороги стоят триллион. Нам нужно 700 миллиардов рублей, почти 20 миллиардов долларов.

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно задуматься об энергетических свойствах этих двух видов транспорта.

Пассажирские самолеты потребляют 15 граммов керосина на пассажиро-километр. Это соответствует 180 ватт-часам первичной (тепловой) энергии сгорания. Если сжечь это на теплоэлектростанции с комбинированным циклом (КПД 60%), вы получите 108 ватт-часов. Или он потребляет примерно в 2,5–3 раза больше энергии, чем высокоскоростной железнодорожный транспорт на тот же пассажиро-километр.

Конечно, на самом деле никто не использует реактивный керосин для сжигания ТЭЦ. Керосин будет просто экспортироваться и в конечном итоге принесет гораздо больше, чем счета за электроэнергию по высокоскоростной линии. Каждый человек, путешествующий между двумя столицами на скоростном поезде, экономит 10 килограммов керосина, или около 600 рублей. Вместо этого вы будете использовать 25,8 киловатт-часов электроэнергии, а это будет стоить примерно в пять раз дороже.

На первый взгляд экономия небольшая. Однако ясно, что при 10 млн пассажиров годовой объем перевозок ВСМ составит не менее 5 млрд руб. Дополнительная экономия происходит за счет того, что стоимость изготовления самого быстрого поезда, деленная на количество пассажиро-километров, «выданных» в эксплуатацию, ниже стоимости пассажирского самолета.

В то же время горение керосина загрязняет воздух твердыми частицами, которые являются одной из основных причин смертности в окружающем нас мире. Известно, что твердые частицы, образующиеся при сжигании топлива, ежегодно становятся причиной более 1 миллиона смертей.

Поезду не нужно использовать продукты сгорания топлива. Он хорошо работает на АЭС, как во Франции, да и в европейской части России с такими станциями все в порядке.

Итак, вы можете видеть, что высокоскоростная линия — это чистая выгода для всех. Потребители сэкономят время, но, учитывая таможню РЖД, цена такой поездки будет не дешевле цены на самолет. Помимо получения природных ресурсов и продажи их за границу с целью получения прибыли, страна также получает финансирование на лекарства. Это означает, что затраты на лечение от вдыхания мелких частиц составляют значительную часть стоимости.

Выходит, сомнительно, что Москва-Св уже трудна. Здесь нет неразрешимых проблем, а выгоды очевидны и их нельзя отрицать.

А что с поездами до Адлера, Луганска, Казани и Урала?

Одновременно с заявлением о дороге между Москвой и Санкт-Петербургом с высоких трибун начали говорить, что в будущем такие дороги будут построены и во многих других регионах. Например, через Владимир, Ковров и Нижний Новгород до Казани (около 770 км, время в пути 3 с половиной часа). Далее предлагается продлить дорогу до Уральских гор. А после этого – и в Адлер. Также рассматривается возможность строительства аналогичных дорог в Луганске и Донецке.

На первый взгляд такой план кажется очень хорошим. В настоящее время вам придется ехать на поезде или самолете до Казани 14 часов, что все равно не намного быстрее, чем 3,5 часа. Несмотря на то, что скорость движения до Адлера (Сочи) до Казани составляет в среднем 200 км/ч вместо 300 км/ч, как до Санкт-Петербурга, время в пути составляет всего 8 часов. Хотя это уже занимает больше времени, чем полет, это все же лучше, чем нынешние схемы поездок между Москвой и Сочи.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Однако с экономической точки зрения эти проекты весьма сомнительны. В случае с Адлером дорога туда в два раза длиннее и дороже, чем скоростной поезд до Санкт-Петербурга. Это означает, что для его возвращения потребуется вдвое больше пассажиропотока. Если из Москвы лететь в два раза быстрее, то откуда деньги? Аналогичный вопрос возникает по дороге на Урал, в Луганск или Донецк. Плотность населения Франции не существует за пределами мегаполисов. А поскольку его нет, окупить такие капиталоемкие проекты в разумные сроки невозможно. Есть ли выход?

На старых технологиях так далеко не уедешь

Высокоскоростные поезда — очень старая технология. Ровно 120 лет назад, в 1903 году, первый поезд превысил скорость 210 километров в час. А современное определение высокоскоростных поездов, то есть поездов, скорость которых может превышать 250 километров в час, родилось с постройкой сверхскоростного поезда Синкансэн в начале 1960-х годов. Мы говорим о технологиях времен катушечных магнитофонов и Polaroid.

Никаких принципиальных изменений с тех пор не произошло. Перед нами те же стальные колеса, едущие по стальным рельсам. Их трение быстро возрастает и становится очень высоким выше 400 километров в час, так что проблема скоростных поездов заключается уже не в энергопотреблении, а в слишком быстром «износе» колесных пар.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Это ограниченная технология, и ее ограничения были известны еще в 1960-х годах. Поэтому начали разрабатываться такие системы, как суда на воздушной подушке и линейные моторные автомобили. Может ли какая-либо из этих технологий заменить доадлеровские высокоскоростные поезда со стальными колесами? Конечно, это отличная технология, но ей все еще сто лет?

К сожалению, на данный момент ответ — нет. Поезда на воздушной подушке имеют существенное преимущество перед обычными поездами, поскольку могут использовать пути с удельной нагрузкой на единицу площади, которая на порядок ниже, чем у железнодорожных. По этой причине ее можно строить, укладывая на фундамент дюралевые плиты так же, как и обычные дороги. Традиционные железные дороги требуют гораздо более крупного фундамента и, следовательно, дороже, чем пути для судов на воздушной подушке.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Однако, к сожалению, такая поездная технология имеет низкую энергоэффективность. Фактически, чтобы сохранить воздушную подушку, нужно набрать окружающий воздух, разогнать его до скорости самого поезда, а затем выпустить воздух в воздушную подушку. По этой причине такая система, уже двигаясь со скоростью 400 километров в час, тратит на поддержание подушки столько же энергии, сколько и на движение вперед.

Поэтому в 1970-х годах почти все железные дороги отказались от поездов на магнитной подвеске и заменили их поездами на магнитной подвеске. В этих случаях энергопотребление «магнитных подушек» во много раз ниже, чем у воздушных подушек. Это связано с тем, что нет необходимости всасывать воздух или изменять параметры поступающего воздуха перед его отправкой на «подушку». У них есть активные сторонники в России. В частности, такого рода исследования проводят разработчики МБР «Булава».

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Но эти очевидные преимущества уже давно заслонили от разработчиков другой факт. То есть для маглева нужны очень дорогие ткани с электромагнитами. В настоящее время в Китае эксплуатируются самые эффективные поезда на магнитной подвеске, стоимость которых превышает 60 миллионов долларов за километр (в ценах 2023 года). Для сравнения: высокоскоростная железная дорога между Москвой и Санкт-Петербургом стоит 25 миллионов долларов за километр. Если вы сделаете это по ценам на магнитную подвеску, вам придется продавать билеты в несколько раз дороже, чем билет на самолет. То же самое касается и скоростных поездов в Адлер и другие точки мира. Неудивительно, что Китай не спешил строить новые поезда на магнитной подвеске с 2004 года (та же Шанхайская дорога.

Летающий поезд?

Технически решение кажется очевидным. Магнитные подушечки стоят дорого, несмотря ни на что. Поэтому нам придется отказаться от нее и вернуться к идее полета на воздушных подушках. И чтобы не тратить много энергии на прокачку, стоит перейти от типовой конструкции на воздушной подушке к ситуации, когда воздушный зазор между покрытием дороги и поездом поддерживается за счет экранного эффекта. 

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Такая «железная дорога» объединила бы преимущества судов на воздушной подушке (дороги с специфической нагрузкой и меньшей стоимостью, чем у обычных железных дорог) и преимущества поездов на магнитной подвеске (меньшие затраты энергии на поддержание воздушных промежутков на пути). По сравнению с самолетом тот же экранный эффект имеет гораздо меньшие крылья, поэтому поезд на экранном эффекте использует гораздо меньше энергии для движения.

Подобная дорога до Адлера стоит гораздо дешевле, чем дорога до Санкт-Петербурга, а средняя скорость может составлять 400 километров в час. Используя эту технологию, можно было бы добраться до Сочи за четыре часа, ровно столько же нужно для полета.

Подобные разработки начались в разных странах, в том числе в японском Aerotrain, современном российском проекте AEST и других. Ведь тот же «Гиперлуп» в своем первоначальном виде (сформулированном Маском) использует однотипный только в разгерметизированных трубах. Но начать такой проект в бумажном виде гораздо проще, чем завершить его аппаратно.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Действительно: кто это делает? Маск владеет Tesla и SpaceX, уже работает 80 часов в неделю и больше не может работать. В небольшие группы сложно инвестировать, потому что ими руководит не самый богатый человек в мире. В данном случае последнее может предоставить только страна. Это связано с тем, что только государственные компании в мире способны реализовать высокоскоростную железную дорогу. Циклы развития слишком длинные, инвестиции слишком велики, а альтернативных покупателей (кроме государственных железнодорожных компаний) слишком мало).

Но есть проблема. Государственные предприятия зачастую очень консервативны. Стальные колеса, стальные рельсы – они это понимают и этому доверяют. Эффект экрана? Дороги сделаны из гладких металлических плит с легким основанием? Да, они могут быть намного дешевле, чем поезда на магнитной подвеске, и намного быстрее, чем колесные железные дороги по аналогичной цене. Но это слишком ненормально. Невозможно представить, как РЖД и ее китайские, японские и французские коллеги будут финансировать столь смелый проект. А господин Маск занят.

«Скоростной поезд» в Россию: почему эти колеса доходят до Петербурга, а не до Сочи?

Поэтому наиболее вероятное развитие событий будет иным. Скоростной поезд до Санкт-Петербурга будет полностью построен и сможет принимать багаж. Не исключено, что высокоскоростная железная дорога дойдет до Казани. Однако дальше ситуация не развивается. Эксплуатация линии Москва-Казань покажет, что пассажиропоток из-за неевропейской (и восточноазиатской) плотности населения не оправдывает затрат на столь дорогую дорогу. Станет совершенно ясно, что распространять их на Адлер и Донецк нет смысла.

В лучшем случае аналогичные линии будут построены в Туле, Калуге и Рязани, что фактически сделает их ближайшими пригородами Москвы и доберется до центра за 30-40 минут. Но чтобы добиться чего-то большого, нам нужны принципиально новые технологии. Его не только пока не существует, но и необходимость его развития даже не осознается, по крайней мере, в общественной сфере.

Read Previous

В NASA уверены, что Маск умрет на пути к Марсу от радиации. С точки зрения науки — правда это или вымысел?

Read Next

Луна: опять двадцать пять?

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *