Маглев — самый быстрый на сегодняшний день вид общественного наземного транспорта в мире. Развивать колоссальные по меркам рельсовой техники скорости (рекорд был установлен японским поездом Синкансэн L0 в апреле 2015 года — он разогнался до 603 км/ч) позволяет отсутствие трения между транспортным средством и треком благодаря электромагнитному полю, которое одновременно приподнимает его над землей и двигает вперед. Технология будоражит умы уже более 100 лет, однако сейчас линии с таким подвижном составом работают только в трех азиатских странах: Китае, Японии и Южной Корее. При этом Поднебесная больше всех нацелена на масштабное и быстрейшее внедрение поездов на магнитной подушке.
Опубликовано в альманахе «Тренды рынка подвижного состава» к международному железнодорожному салону «PRO//Движение.Экспо» 2023 года
Фундаментальные идеи, лежащие в основе магнитной левитации, восходят к началу XX века. Принцип работы поезда на магнитной подушке описывали в своих трудах американские изобретатели Эмиль Бачелет и Роберт Годдар (также известный по созданию первого жидкостного ракетного двигателя) и профессор Томского технологического института Борис Вайнберг. В 1934 году немецкий инженер Герман Кемпер получил патент на первую концепцию магнитного левитирующего поезда. Однако воплотить его проект в жизнь удалось лишь в 1971 году. Немецкая компания Krauss-Maffei на основе чертежей Кемпера создала первый рабочий прототип маглева Transrapid-02 (Transrapid-01 был чисто лабораторной машиной), который смог разогнаться до 164 км/ч.
Через восемь лет Transrapid-05 стал первым поездом на магнитной подушке, получившим лицензию на пассажирские перевозки. Эта модель экспонировалась на выставке IVA 79 в Гамбурге, а по ее окончанию в течение нескольких месяцев перевезла 55 тыс. пассажиров по линии протяженностью 903 м. В том же году в Японии на полигоне Миядзаки экспериментальный поезд ML500 достиг скорости 517 км/ч, установив мировой рекорд. Тогда же свои первые метры по испытательному треку в Раменском проехал советский маглев модели ТП-01, привлекший интерес инженеров из многих стран. Дальнейшим планам СССР запустить маглев-трассы в Алматы и Ереване помешал распад страны.
В 1984 году в Великобритании была введена в эксплуатацию первая в мире коммерческая линия маглева AirRail Link. В течение последующих 11 лет она доставляла пассажиров со скоростью 42 км/ч из международного аэропорта Бирмингема до ближайшей железнодорожной станции, расположенной в 600 м от него. Постепенно оборудование изнашивалось, а замена деталей обходилась дорого, и от убыточной трассы решили отказаться.
Первая в мире коммерческая линия маглева AirRail Link. Источник: BPM Media Syndication
Спустя 5 лет в 1989 году в Берлине открылась вторая коммерческая линия поезда на магнитной подвеске M-Bahn протяженностью 1,6 км с тремя станциями. Ее главной задачей было соединить разорванную Берлинской стеной систему подземного метро. Однако уже в 1992 году линию демонтировали, как и саму стену. После этого ни в одной европейской стране не было введено в эксплуатацию ни одной подобной трассы. В то же время технологии, развитые Германией, оказались критически важными для успеха китайских поездов на магнитной подвеске.
Импортируя немецкий опыт
В 1999 году правительство Китая приступило к изучению строительства высокоскоростной железной дороги Пекин — Шанхай. Во время проведения ТЭО группа экспертов разошлась во мнениях относительно того, какую технологию следует использовать. Сюй Гуаньхуа, в то время заместитель министра науки и технологий, и некоторые эксперты высказались в пользу технологии магнитной подвески. Другая группа экспертов считала, что должна быть принята широко используемая в мире высокоскоростная технология «колесо-рельс». В итоге эксперты пришли к консенсусу и решили сначала построить демонстрационную линию маглева для коммерческой эксплуатации, чтобы определить зрелость, доступность и экономику этой системы. В июне 2000 года было принято решение о строительстве линии в Шанхае.
Технологическим партнером и поставщиком подвижного состава выступил консорциум Transrapid International, включавший немецкие Siemens и ThyssenKrupp. Компании имели богатый опыт наработок в этой области. С 1984 года на своем испытательном треке протяженностью 31,5 км, расположенном в регионе Эмсланд, они успели протестировать три модели маглевов. Последняя из них под названием Transrapid-08 и была поставлена в Китай (ее назвали SMT Transrapid). Именно с ней в 2006 году недалеко от немецкого Латена произошла авария по причине человеческого фактора, унесшая жизни 23 человек и приведшая в итоге к прекращению деятельности консорциума Transrapid в 2012 году.
Строительство линии маглева с двумя станциями в Шанхае велось в 2001-2003 годах. Она связала международный аэропорт Пудун со станцией метро Луньян-Лу. Расстояние почти в 30 км поезд преодолевает за 7-8 минут. Средняя рабочая скорость маглева составляет около 250 км/ч, максимальная скорость — 431 км/ч (ее поезд держит в течение одной-двух минут).
По сообщениям официальных китайских СМИ, линия обошлась в $38 млн за километр. Такие высокие расходы были обусловлены тем, что значительная часть трассы была проложена над заболоченной местностью, и строителям пришлось устанавливать опоры эстакады на специальные бетонные подушки, упирающиеся в скальное основание. Регулярные пассажирские перевозки начались в 2004 году.
Маглев-поезд SMT Transrapid на линии шанхайского маглева. Источник: w.litour.cn
Консорциум Transrapid поставил для линии три поезда SMT Transrapid, которые можно эксплуатировать в трех-, четырех- и пятивагонной составности. Они управляются полностью дистанционно. Головной вагон вмещает 55 человек, хвостовой — 78 человек, промежуточные — по 110 человек. В рамках соглашений о сотрудничестве с Transrapid была одобрена передача технологий, которая должна была позволить китайской стороне строить поезда на магнитной подвеске в значительной степени самостоятельно. Первый поезд местного производства, визуально идентичный немецкому SMT Transrapid, пополнил парк шанхайского маглева в январе 2011 года.
Шанхайская линия никогда не была коммерчески прибыльной из-за непомерно высоких затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание. Но в Китае продолжают верить в перспективность этой технологии.
Создавая свои технологии
На данный момент в Китае функционируют четыре коммерческие линии, по которым курсируют поезда на магнитной подушке. Все они, за исключением шанхайской, являются низко- и среднескоростными.
В 2014 году началось строительство первой трассы на собственных технологиях в городе Чанша. Линия протяженностью 18,5 км с тремя станциями соединила международный аэропорт с южным вокзалом города. С начала строительства в проект было инвестировано около $750 млн. Паря на 8 мм над треком, в мае 2016 года первые поезда, получившие обозначение maglev 1.0, начали перевозку пассажиров. С этого времени берет начало история развития китайских технологий магнитной левитации.
Подвижной состав для линии поставил местный гигант железнодорожного машиностроения — государственная CRRC. Модель maglev 1.0 была рассчитана на эксплуатацию со скоростью до 120 км/ч, но максимальная скорость движения на линии была установлена в 100 км/ч. В результате поезд преодолевал 18,5 км за 19 минут 30 секунд. Маглев в трехвагонной составности вмещал 363 человека, включая 86 сидячих мест. В 2018 году он стал управляться системой автоведения.
В июле 2021 года на линии была запущена обновленная модель maglev 2.0. По сравнению с предыдущей ее максимальная эксплуатационная скорость была повышена до 140 км/ч, что сократило время в пути на три минуты, пассажировместимость тоже увеличилась и составила 500 человек.
Хотя проект пекинского маглева S1 и стартовал гораздо раньше чаншинского, в феврале 2011 года, но по ряду причин его реализация откладывалась. Линия с восьмью станциями протяженностью 10,2 км была введена в эксплуатацию в столице страны только в конце 2017 года. Для нее CRRC поставила парк из 10 шестивагонных маглев-поездов Linglong с кузовом из алюминиевого сплава. Каждый из них может вмещать 1302 пассажиров и курсирует по трассе с максимальной рабочей скоростью 100 км/ч.
Маглев-поезд Linglong на линии пекинского маглева S1. Источник: 视觉中国
Если три предыдущие линии обеспечивают перевозки пассажиров в городе, то линия Fenghuang Maglev в провинции Хунань является туристической и проходит через город Фэнхуан, включенный в число памятников Всемирного наследия ЮНЕСКО. Первая фаза проекта была запущена в июле 2022 года: для пассажиров был открыт участок протяженностью 9,1 км с четырьмя станциями. На нем туристов перевозят трехвагонные поезда CRRC модели T01 с максимальной скоростью 100 км/ч. Подвижной состав традиционно для таких маршрутов оснащен панорамными окнами.
В конце этого года ожидается открытие еще одной туристической линии на магнитной подвеске — в Цинъюане. Первая очередь протяженностью 8,1 км с тремя станциями соединит железнодорожную станцию Иньчжань с тематическим парком Чимелонг. В долгосрочной перспективе протяженность линии должна составить 38,5 км. По ней будут курсировать трехвагонные поезда CRRC пассажировместимостью 500 человек. Эксплуатационная скорость должна составить 120 км/ч.
Готовясь к масштабам
Однако одной из главных амбиций современного Китая является освоение маглева на высоких скоростях. В сентябре 2019 года был опубликован «План укрепления транспортного потенциала Китая». Документ был одобрен ЦК Коммунистической партии Китая и Госсоветом и описывает будущее видение и дорожную карту транспортного сектора страны. В частности, он содержит планы по разработке поездов на магнитном подвесе для скорости 600 км/ч и маглевов для работы в вакуумной среде.
В настоящее время в Китае представлены прототипы высокоскоростных маглев-поездов, работающих по двум разным технологиям: электромагнитного подвеса (EMS) и электродинамического подвеса (EDS).
Электромагнитная подвеска использует силу притяжения между магнитами, установленными по бокам поезда, на нижней части кузова, а также на направляющих, чтобы поднять поезд вверх. Маглев парит над Т-образным рельсовым полотном, выполненным из проводящего материала и похожим на монорельс, на которой закреплены ферромагнитные статоры. Поезд приводится в движение линейным двигателем — разновидностью электродвигателя переменного тока. Тяга и скорость состава регулируются за счет изменения силы и частоты переменного тока. Главный недостаток технологии EMS — расстояние между опорным магнитом и статором, которое составляет 1-2 см, должно контролироваться и корректироваться специальными автоматизированными системами. На базе технологии EMS построены поезда Transrapid и упомянутый ранее шанхайский маглев.
Системы электродинамической подвески во многих отношениях аналогичны EMS, но магниты используются для отталкивания поезда от направляющих, а не для их притяжения. Полотно такого поезда представляет собой U-образный желоб, по которому и передвигается состав. Также в отличие от EMS, в поездах EDS используются сверхохлаждаемые сверхпроводящие электромагниты, которые способны проводить электричество в течение короткого времени после отключения питания. Кроме того, поезда должны катиться на резиновых шинах, пока они не достигнут скорости отрыва около 100 км/ч. Поезд EDS способен левитировать почти на 10 см над направляющей.
Первый прототип головного вагона высокоскоростного маглева китайской разработки был представлен в мае 2019 года, а в июле 2021-го на заводе CRRC в Циндао публике был показан полноценный пятивагонный состав. Он работает по технологии EMS. В 2018 году сообщалось, что один из участников распавшегося консорциума Transrapid — ThyssenKrupp — работает с китайским производителем, уделяя особое внимание технологиям магнитной левитации.
CRRC заявляет, что эксплуатационная скорость поезда составит 600 км/ч, поэтому его планируется разогнать до 660 км/ч в рамках испытаний. Ускорение до 600 км/ч должно занимать 3,5 мин (22 км), торможение до 0 км/ч — 3 мин (15 км). Пока прототип тестируется на треке протяженностью 1,5 км в Шанхае, где нет возможности развить такую скорость. В перспективе ожидается ввод в эксплуатацию испытательной линии в Датуне протяженностью 60 км (на первом этапе ее длина составит 2 км, затем она расширится до 15 км). Поезд должен проходить кривые радиусом 350 м и преодолевать подъемы в 100 ‰. Заложено варьирование составности от 2 до 10 вагонов и вместимость до 904 пассажиров. Машина должна соответствовать уровню автоматизации GoA3.
В то же время CRRC совместно с Юго-Западным университетом Цзяотун и национальным перевозчиком China Railway разрабатывает маглев-поезд и по технологии EDS. Головной вагон такого маглева был презентован в начале 2021 года. По данным агентства «Синьхуа», инвестиции в его создание составили $9 млн. Заявляется, что маглев-поезд с использованием сверхпроводимости сможет разгоняться до 620 км/ч, а в перспективе — до 800 км/ч. Он испытывается на линии протяженностью 165 м в Чэнду. В прототипе используется углеродное волокно, что примерно вдвое уменьшает его вес по сравнению с вагонами высокоскоростных поездов. Также CRRC сейчас испытывает маглев-капсулу, работающую по аналогичной технологии. Разработчики считают, что ее скорость может достигать 600 км/ч и выше при эксплуатации в низковакуумной трубе.
Презентация головного вагона маглев-поезда по технологии EDS, 2021 год. Источник: china-uzfriendship.com
Также в Китае под руководством аэрокосмической корпорации CASIC реализуется проект T-Flight. Предполагается, что он позволит организовать движение поезда по технологии Hyperloop: в низковакуумной среде со скоростью 1000 км/ч. Пока в рамках испытаний прототипа капсулы удавалось достигать скорости в 623 км/ч на испытательной линии в Датуне без разрежения атмосферы в трубе.
В то же время значительных шагов в сторону коммерческой реализации проектов высокоскоростных маглев-линий на данный момент не сделано. В феврале 2021 года в рамках 15-летнего плана, подготовленного Департаментом природных ресурсов китайской провинции Гуандун, было предложено выделить землю для строительства двух линий маглева с эксплуатационной скорости 600 км/ч: Пекин — Гонконг — Макао и Шанхай — Шэньчжэнь — Гуанчжоу. Предполагается, что маглев позволит сократить время в пути от Гуанчжоу до Пекина до менее 4-х часов, до Шанхая — до менее 3-х. Однако дальнейшего развития эти планы пока не получили.
