Германский центр авиации и космонавтики (DLR), который ранее разработал концепции подвижного состава для высокоскоростных железных дорог (см. «ЖДМ», 2013, № 3, с. 14 – 23 и № 4, с. 42 – 46; «ЖДМ», 2018, № 6, с. 41 – 44), уже несколько лет занимается проектом создания компактного рельсового автобуса NGT-TAXI с низкой стоимостью жизненного цикла, в конструкции которого используются многочисленные инновационные технические решения. Он предназначен для оживления действующих или восстанавливаемых малодеятельных линий.
Содержание
Разработки DLR в сфере перспективных поездов преследуют несколько ключевых целей, в числе которых обеспечение быстрой, экологичной и безопасной перевозки пассажиров и грузов, увеличение доли железных дорог на транспортном рынке и возрождение малодеятельных линий. Структура и ресурсы DLR позволяют реализовать системный комплексный подход, необходимый для достижения этих целей.
По мнению DLR, железные дороги станут важной составляющей перспективной транспортной системы, способной доставлять пассажиров от двери до двери, в том числе в сельской местности. В Германии отраслевая организация Allianz pro Schiene и Союз транспортных предприятий Германии (VDV) предложили восстановить движение примерно на 300 нерентабельных линиях страны общей протяженностью более 4500 км, которые могли бы обслуживать города и общины с совокупным населением 3,4 млн чел. Поэтому DLR исследует возможности создания эффективной, привлекательной, доступной и ориентированной на текущий спрос рельсовой транспортной системы, которая позволила бы реактивировать нерентабельные малодеятельные линии.
Рельсовый автобус NGT-TAXI
В качестве одного из компонентов такой системы DLR рассматривает компактный облегченный беспилотный одноэтажный рельсовый автобус NGT-TAXI с автономным питанием. В сочетании с оптимизированной концепцией эксплуатации этот рельсовый автобус может обеспечить комфортные, гибкие и экономически эффективные перевозки для жителей сельской местности.
Новая концепция эксплуатации
Разрабатываемая DLR транспортная система ориентирована как на линии и сети, изолированные от инфраструктуры магистральных железных дорог, так и на связанные с ней второстепенные линии. Концепция эксплуатации определяется размером пассажиропотока на линии и предусматривает перевозки по запросу и/или по расписанию в зависимости от спроса в разное время суток. Система работает в автоматическом режиме круглосуточно и ежедневно, что позволяет предоставлять перевозочные услуги, когда они действительно необходимы и с подачей рельсового автобуса реально требуемой вместимости. Это позволит избежать ненужных пробегов, уменьшить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание, продлить срок службы компонентов системы и экономить ресурсы.
Модульная конструкция рельсового автобуса
Поскольку новая транспортная система ориентируется на линии нескольких категорий, требования к подвижному составу для них заметно различаются. Для удовлетворения всех этих требований в конструкции рельсового автобуса широко используется модульный подход — в зависимости от сферы применения и сопутствующих требований возможна адаптация как его экипажной части, так и тягового привода.
Предусмотрены укороченный и удлиненный варианты рельсового автобуса, а также несколько промежуточных модификаций с различиями по длине (рис. 1). При этом кузов NGT-TAXI изначально сконструирован в расчете на размещение альтернативных средств тяги.
Рис. 1. Модули рельсового автобуса NGT-TAXI (компьютерная графика, источник: DLR)
Рельсовый автобус NGT-TAXI максимальной удлиненной модификации (16,7 м) вмещает 40 мест для сидения, укороченной (11,25 м) — 16 мест (рис. 2). В салонах обеих модификаций имеется просторная многофункциональная зона для пассажиров, едущих стоя, пассажиров в инвалидных креслах, а также для перевозки велосипедов, детских колясок и т. п.
Рис. 2. Удлиненная и укороченная модификации NGT-TAXI (компьютерная графика, источник: DLR)
Вместимость NGT-TAXI разных модификаций определялась на основе исследования сценариев использования рельсового автобуса на целевых железнодорожных линиях (таблица).
В качестве источника электропитания рельсового автобуса DLR предлагает использовать тяговые аккумуляторы, а при необходимости преодолевать более значительные расстояния — водородные топливные элементы в сочетании с накопителями энергии небольшой емкости.
Рельсовые автобусы NGT-TAXI всех модификаций имеют одинаковые ширину и высоту, а также один и тот же дизайн головной (концевой) части. Различия состоят исключительно в длине рельсового автобуса и конструкции тягового привода. Одинаковыми для всех модификаций являются головной модуль, модуль ходовой части и модуль посадки-высадки.
Максимальное удлинение рельсового автобуса достигается за счет добавления трех дополнительных однотипных промежуточных модулей. Кроме того, возможно формирование колонн из нескольких рельсовых автобусов, соединенных виртуальной сцепкой. Таким образом, на основе одной гибкой технологической платформы можно с минимальными затратами проектировать и изготавливать транспортные средства разной вместимости.
Полная автоматизация управления движением рельсового автобуса NGT-TAXI делает ненужным регулярно используемый пульт управления машиниста, и пассажиры могут располагаться в передней части салона у лобового остекления (рис. 3 и 4).
Рис. 3. Расположение сидений в передней части салона беспилотного рельсового автобуса NGT-TAXI (компьютерная графика, источник: DLR)
Рис. 4. Салон рельсового автобуса NGT-TAXI (компьютерная графика, источник: DLR)
Рельсовый автобус опирается на две тележки, в каждой из которых смонтирована пара независимо вращающихся колес, что позволяет обеспечить безбарьерную посадку с платформ высотой до 550 мм и низкий уровень пола по всей длине салона (рис. 5). Прототип подобной тележки DLR разработал для высокоскоростных поездов NGT и продемонстрировал на международной выставке InnoTrans 2022 в Берлине.
Рис. 5. Тележка с независимыми колесами рельсового автобуса NGT-TAXI (компьютерная графика, источник: DLR)
Дизайн рельсового автобуса NGT-TAXI разработан при участии немецкой компании Tricon.
С целью организации предиктивного технического обслуживания по фактическому состоянию его конструкция предусматривает широкое использование датчиков, контролирующих состояние всех значимых компонентов, в том числе рамы тележки, подвески, колес, тяговых двигателей и тормозов (включая их автоматическое опробование перед рейсом). Такой подход исключает необходимость в регулярных осмотрах рельсового автобуса с участием персонала. Кроме того, предусмотрено использование автоматической напольной системы визуального инспектирования с возможностью дистанционного доступа к ней из центра управления.
Средства обеспечения безопасности и управления движением
Бортовые устройства обеспечения безопасности и управления движением рельсового автобуса адаптируются к условиям его использования. При смешанной эксплуатации с другими поездами на магистральных железных дорогах его оборудуют устройством европейской системы управления движением поездов ETCS.
На изолированных линиях, где как минимум в определенные периоды времени суток обращается однотипный подвижной состав, рельсовые автобусы NGT-TAXI оснащают упрощенными бортовыми устройствами, которые тем не менее удовлетворяют требованиям безопасности. Хорошие динамические свойства рельсового автобуса делают возможным применение недорогих технических решений и компонентов, характерных для автомобильной промышленности и трамвая. Технология виртуальной сцепки с минимальным интервалом между попутно следующими рельсовыми автобусами позволяет при необходимости быстро нарастить пропускную и провозную способность линии (рис. 6).
Рис. 6. Виртуальная сцепка позволяет сократить до минимума интервал попутного следования рельсовых автобусов (компьютерная графика, источник: DLR)
Для реализации технологии виртуальной сцепки специалисты DLR разработали приемопередающие модули сверхширокополосной связи UWB ближнего действия (рис. 7), при помощи которых попутные рельсовые автобусы NGT-TAXI могут обмениваться данными и контролировать относительное местоположение друг друга напрямую без участия стационарных базовых станций.
Рис. 7. Приемопередающие модули сверхширокополосной связи UWB (фото: DLR)
Экономическая эффективность
Анализ экономической эффективности новой транспортной системы был выполнен для двух сценариев эксплуатации и двух модификаций NGT-TAXI — удлиненной и укороченной.
В первом сценарии эксплуатации удлиненный NGT-TAXI сравнивали с двухвагонным контактно-аккумуляторным поездом и одновагонным дизельным рельсовым автобусом на однопутной неэлектрифицированной линии длиной 47,5 км с 12 остановочными пунктами и смешанным движением поездов разных категорий. Моделировалось движение поездов с часовым интервалом по тактовому графику и подзарядкой аккумуляторов на конечных станциях маршрута. Пассажирооборот на линии — 12 тыс. пассажиро-км/сут, длительность поездки между конечными пунктами — 63 мин, время оборота поездов — 180 мин.
Стоимость жизненного цикла дизельного рельсового автобуса была принята за 100 % (рис. 8), для двухвагонного контактно-аккумуляторного поезда она равна 143 %. При наличии машинистов на борту рассматриваемых поездов расходы на персонал идентичны. За счет уменьшенных капитальных затрат и менее затратного технического обслуживания в сочетании с высокой энергоэффективностью стоимость жизненного цикла NGT-TAXI составила 82 %. Дополнительная экономия может быть достигнута при беспилотном управлении рельсовым автобусом NGT-TAXI.
Рис. 8. Сопоставление стоимости жизненного цикла NGT-TAXI по сравнению с поездами других видов для первого сценария эксплуатации
При учете расходов на инфраструктурную составляющую стоимость жизненного цикла NGT-TAXI ниже на 6 процентных пунктов по сравнению с дизельным рельсовым автобусом и на 21 процентный пункт по сравнению с двухвагонным контактно-аккумуляторным поездом.
В итоге удлиненный NGT-TAXI по соотношению выгод и затрат, составившему 1,09, показал себя как единственное рентабельное транспортное средство для первого сценария (рис. 9). В оценках, приведенных на рис. 9, учитывались в том числе выгоды, обусловленные введением железнодорожного сообщения, по сравнению с ситуацией, при которой для перевозок использовался автомобильный транспорт.
Рис. 9. Соотношение выгод и затрат для NGT-TAXI по сравнению с поездами других видов при первом сценарии эксплуатации
Второй сценарий предусматривал эксплуатацию NGT-TAXI на изолированной восстановленной линии длиной 20 км с тем же пассажирооборотом и шестью промежуточными остановочными пунктами. Линия соединяет две сравнительно крупные станции и по своим характеристикам допускает движение укороченного NGT-TAXI. Для этого сценария анализировалось не только движение по тактовому графику с часовым интервалом, но и концепция перевозок пассажиров по требованию.
В рамках второго сценария эксплуатации сравнивали дизельный рельсовый автобус, двухвагонный контактно-аккумуляторный поезд и NGT-TAXI двух модификаций — удлиненный и укороченный. При движении по тактовому графику наилучшее соотношение выгод и затрат, равное 0,99, продемонстрировал удлиненный NGT-TAXI, опередивший дизельный рельсовый автобус (0,77) и контактно-аккумуляторный поезд (0,64). Реализовать второй сценарий можно только с использованием двух укороченных NGT-TAXI из‑за их малой вместимости, что при тактовом графике повлекло увеличение эксплуатационных расходов с соответствующим ухудшением соотношения выгод и затрат (на 10 % ниже, чем у удлиненного NGT-TAXI).
Для второго сценария эксплуатации оптимальное удовлетворение транспортных потребностей населения достигается при перевозках пассажиров по требованию. Выгоды при этом перекрывают затраты на эксплуатацию второго укороченного рельсового автобуса NGT-TAXI, а итоговое соотношение выгод и затрат для этой модификации возрастает почти до 1,4. В случае использования удлиненного NGT-TAXI в режиме перевозок по требованию и том же пассажиропотоке соотношение выгод и затрат существенно снижается — до 0,47.
В целом перевозки по требованию с использованием беспилотных рельсовых автобусов NGT-TAXI, доступных в режиме 24/7, особенно оправданны в часы низкой загрузки, поскольку позволяют сократить непроизводительные пробеги подвижного состава.
Перспективы
Проекты пассажирских и грузового высокоскоростных поездов семейства NGT в Германском центре авиации и космонавтики не доходили до создания прототипов из‑за их слишком высокой стоимости и заканчивались на этапе проработки концепции и создания предсерийных образцов отдельных компонентов.
В случае NGT-TAXI специалисты DLR намерены пойти дальше и построить прототип укороченного рельсового автобуса длиной около 10 м и массой от 15 до 20 т.
Первая полноразмерная версия прототипа будет использована для испытаний и проверки отдельных компонентов, которые доработают в ходе исследовательских проектов. Ожидается, что в создании прототипа NGT-TAXI примут участие компании из числа занятых в европейском проекте FP6 — FutuRe партнерства Europe’s Rail, который направлен на возрождение и развитие региональных железнодорожных перевозок в Европе.
А. Ефремов
В статье использованы материалы Германского центра авиации и космонавтики (www.dlr.de).
Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2024, № 3.
