В уходящем 2022 г. усилились уже сформировавшиеся ранее тенденции технологического развития ведущих железных дорог, причем ряд инноваций уже достиг уровня зрелости и вышел на этап внедрения и поставок серийной продукции. Так, состоялся ввод в коммерческую эксплуатацию первых поездов на водородных топливных элементах. Одновременно нарастали исследования и разработки в сфере беспилотного движения в разных странах, интересные события происходили в сфере автоматизации грузовых перевозок и появились потенциально прорывные технологии, способные изменить облик железных дорог в будущем.
Альтернативная тяга
Энергетический переход с отказом от дизельной тяги приобретает реальные черты — прежде всего в Европе. В 2022 г. были подписаны многочисленные контракты на поставку поездов и локомотивов на водородном топливе и с тяговыми аккумуляторами. Консалтинговая компания SCI Verkehr прогнозирует, что на поезда с тяговыми аккумуляторными батареями или с водородными топливными элементами будет приходиться более 15 % рынка новых моторвагонных поездов в 2026 г.
Водородное топливо
В Германии сразу в двух регионах приступили к коммерческим перевозкам пассажирские поезда Coradia iLint постройки Alstom с питанием от водородных топливных элементов. Накануне выставки InnoTrans 2022 компания Alstom устроила демонстрационный рейс поезда этого семейства, установив рекорд дальности пробега без дозаправки водородом — 1175 км. Также Alstom подписала несколько соглашений с энергетическими компаниями, поставляющими водород, в некоторых европейских странах, например в Чехии.
Поезд на водородных топливных элементах Coradia iLint во время рекордного пробега (фото: Alstom)
Сейчас Alstom занимает ведущие позиции на рынке поездов на водородном топливе, но другие ведущие изготовители подвижного состава уже включились в гонку за лидером. Например, компания Siemens представила поезд Mireo Plus H с дальностью хода на одной заправке водородом 800 км и подписала несколько контрактов на его поставку, в том числе для обслуживания одной из линий в столичном регионе Германии с осени 2024 г. Опытная эксплуатация поезда Mireo Plus H в Баварии начнется в 2023 г.
Испытания пассажирских поездов на топливных элементах проходят в Испании (с участием компаний CAF и Talgo), Японии (на железной дороге JR East) и Великобритании. Индия договорилась с канадской компанией Ballard Power Systems о поставке топливных элементов для первых в стране поездов на водородном топливе. На выставке InnoTrans 2022 швейцарская Stadler показала свой первый поезд на водородном топливе для США.
Вместе с тем пассажирские поезда на водородных топливных элементах — это нишевый продукт, который оправдывает себя только на протяженных неэлектрифицированных линиях. Из-за этого от них отказалась германская федеральная земля Баден-Вюртемберг, где велика доля электрифицированных участков, а в Великобритании считают, что такие поезда целесообразно использовать на тех линиях, которые не планируют электрифицировать до 2050 г. (4 – 5 % протяженности сети).
Одновременно ведется разработка маневровых и магистральных локомотивов с двигателями на водороде. Маневровый локомотив, переоборудованный под водородное топливо, в конце ноября представила компания Alstom.
Маневровый локомотив, переоборудованный под водородное топливо (фото: Alstom)
Разработкой локомотивных двигателей, рассчитанных на водородное топливо, занимаются компании Rolls-Royce, Wabtec и др. Китайская компания CRRC в 2024 г. поставит в Чили первый локомотив с двигателем на водороде. В то же время польская PESA показала на выставке InnoTrans 2022 первый серийный маневровый локомотив с питанием от топливных элементов.
Тяговые аккумуляторы
В 2022 г. в Германии началась практическая реализация стратегии отказа от дизельной тяги и перехода к контактно-аккумуляторным поездам, предложенной в 2021 г. Объединением железнодорожной промышленности страны (VDB). Осенью железные дороги страны (DB) приступили к островной электрификации нескольких линий неподалеку от Гамбурга. В январе 2022 г. начал перевозить пассажиров контактно-аккумуляторный поезд постройки Alstom, а в сентябре на выставке InnoTrans 2022 электропоезда с тяговыми аккумуляторами показали компании Siemens и Stadler. Однако по итогам этого года наиболее крупным поставщиком таких поездов (73 ед.) в Германию станет компания CAF, она же подписала контракт на постройку еще 28 электропоездов с тяговыми аккумуляторами для Испании.
Контактно-аккумуляторный поезд FLIRT Akku компании Stadler (фото: Stadler)
Испытания контактно-аккумуляторных поездов начались в Великобритании, Нидерландах и других странах. Туристические поезда с тяговыми аккумуляторами постройки CRRC появятся в Аргентине. В некоторых европейских странах начинаются работы по дооснащению эксплуатируемых электропоездов тяговыми аккумуляторами для движения по коротким неэлектрифицированным участкам.
В 2022 г. подписаны достаточно крупные контракты на поставку маневровых локомотивов с тяговыми аккумуляторами. Железная дорога Union Pacific начнет в 2023 г. получать первые из 20 таких локомотивов, заказанных у американских компаний Progress Rail и Wabtec. Заказы на магистральные аккумуляторные локомотивы этих компаний поступили от нескольких грузовых операторов из Австралии, например от BHP и Rio Tinto, а в Бразилии тестируют аккумуляторные маневровые локомотивы, в том числе китайского производства. В сентябре Wabtec подписала меморандум о взаимопонимании с железными дорогами Казахстана, предусматривающий приобретение 150 маневровых локомотивов на тяговых аккумуляторах.
Локомотив на тяговых аккумуляторах FLXdrive компании Wabtec (фото: Wabtec)
Тем временем эксплуатируемые дизель-поезда в Европе и тепловозы в Северной Америке начинают переводить на биотопливо. Изготовители продвигают также разнообразные гибридные поезда и локомотивы, используя в качестве источников питания сочетание дизеля, аккумуляторных батарей, топливных элементов и суперконденсаторов.
Управление движением и беспилотные поезда
Еще один пласт разработок, которым уделялось повышенное внимание в 2022 г., охватывает рост эффективности и уровня автоматизации управления движением поездов в целом и технологии беспилотного управления в частности.
Ведущие позиции в этой области занимает Германия, которая не только выполняет многочисленные собственные разработки, но и активно поддерживает создание отраслевых стандартов на европейском уровне (RCA, OCORA и др.). В рамках инициативы Digitale Schiene Deutschland (DSD) в 2022 г. внедрены и внедряются несколько цифровых МПЦ в разных частях страны, причем в проектах участвуют также такие компании, как Hitachi Rail, которые ранее не присутствовали на немецком рынке. Такие пилотные проекты позволяют отработать технологии и процедуры быстрого развертывания МПЦ и европейской системы управления движением поездов ETCS в сочетании с развитыми средствами диспетчерского управления на всей сети в ближайшие годы и в среднесрочной перспективе. Ожидается, что это позволит повысить пропускную способность железнодорожной сети Германии на величину до 35 % без строительства новых линий.
В рамках инициативы DSD в уходящем году был подписан ряд важных соглашений, в том числе по созданию цифровых двойников и фотореалистичных моделей железных дорог совместно с компанией NVIDIA (эти модели предназначены для обучения нейронных сетей, используемых в беспилотном движении) и применению искусственного интеллекта в диспетчерском управлении совместно с компанией InstaDeep. В Гамбурге осенью 2022 г. началась регулярная эксплуатация поездов с системой автоведения, работающей поверх ETCS.
Фотореалистичные модели на основе цифровых двойников позволяют имитировать появление разных препятствий перед поездом (компьютерная графика, источник NVIDIA)
На выставке InnoTrans 2022 были продемонстрированы новые технические решения для точного определения местоположения поездов. Например, немецкая компания ITK Engineering представила бортовой датчик для определения местоположения, пройденного пути и скорости по сигнатурам магнитного поля, соответствующий уровню безопасности SIL4. Компания рассчитывает, что датчик можно будет использовать также для выявления изломов рельсов и других дефектов пути.
В 2022 г. началось массовое внедрение на железных дорогах Индии (IR) системы управления движением поездов по радиоканалу Kavach, разработанной местными специалистами. В 2022/23 финансовом году IR намерены развернуть систему Kavach на участках протяженностью 2000 км, а в последующие годы внедрять ее с темпом не менее 4000 км ежегодно.
Министр железных дорог Индии А. Вайшно во время демонстрации работы системы Kavach в марте 2022 г. (фото: правительство Индии)
В разных европейских странах, Канаде, Австралии, Республике Корея реализуется множество проектов в области беспилотного движения. Так, в Канаде с участием компании Thales в начале 2022 г. успешно завершился проект создания прототипа системы обнаружения, классификации и отслеживания препятствий для беспилотных поездов, в Финляндии и Нидерландах проходят испытания локомотивов с уровнем автоматизации GoA4, в Австралии компания Rio Tinto продолжает совершенствовать технологию беспилотного движения тяжеловесных поездов и намерена тестировать систему обнаружения препятствий компании Rail Vision. В Германии консорциум во главе с компанией Siemens с начала 2022 г. выполняет проект, направленный на разработку методик подтверждения функциональной безопасности искусственного интеллекта в системах беспилотного управления поездом.
Беспилотный локомотив на испытаниях в Финляндии (фото: Proxion)
Тем временем продолжается внедрение систем управления движением поездов по радиоканалу (CBTC) на метрополитенах разных городов мира, причем в большинстве случаев реализуется уровень автоматизации GoA4. В частности, подписаны контракты на оснащение такими системами линий и поездов метро в Турине (Италия), Торонто (Канада) и Ченнаи (Индия), где компания Hitachi Rail STS обещает обеспечить межпоездной интервал 90 с.
Автоматизация грузовых перевозок
В январе 2022 г. начались многомесячные испытания грузового поезда из вагонов, оборудованных цифровой автосцепкой DAC системы Шарфенберга, на нескольких европейских железных дорогах. Планируемое на период после 2025 г. массовое развертывание в Европе автосцепки DAC, обеспечивающей автосоединение воздуховодов тормозной магистрали и шин электропитания и передачи данных, способно ускорить технологические операции, выполняемые в грузовых перевозках, и создает условия для перехода к более совершенным технологиям управления движением поездов с использованием подвижных блок-участков. Сейчас на формируемом перспективном рынке цифровых автосцепок для грузового движения присутствуют три компании (Voith, Wabtec и Dellner), но к ним готова присоединиться немецкая Knorr-Bremse, представившая образец своей автосцепки DAC на выставке InnoTrans 2022. Тем временем немецкий грузовой оператор DB Cargo с 2023 г. в ходе планового технического обслуживания будет готовить вагоны к установке DAC, прокладывая на них шины питания и передачи данных. Пока же DB Cargo отработал технологию быстрого дооснащения вагонов автосцепками во временных палаточных мастерских, которые оператор хочет развернуть по всей Европе.
Цифровая автосцепка компании Knorr-Bremse (компьютерная графика, источник: Knorr‑Bremse)
Ведущие европейские грузовые операторы и лизинговые компании уже близки к завершению проектов оснащения своих грузовых вагонов бортовыми телематическими устройствами и датчиками для отслеживания местоположения и мониторинга состояния вагонов и перевозимых грузов. Например, австрийский оператор Rail Cargo Group с 2019 г. по середину 2022 г. оборудовал телематическими устройствами 11 тыс. вагонов (из запланированных 12 тыс. ед.), а другая австрийская компания — Innofreight, разрабатывающая инновационные логистические решения с использованием универсальных модульных платформ и обменных кузовов, договорилась со швейцарским стартапом Nexxiot о цифровизации всего своего парка подвижного состава.
Установка телематического устройства SmartCargo на грузовой вагон оператора Rail Cargo Group (фото: Rail Cargo Group)
Потенциально прорывные технологии
В 2022 г. были представлены две технологии, которые потенциально способны радикально повлиять на развитие железных дорог.
В январе стало известно, что стартап Parallel Systems, основанный инженерами, ранее работавшими в компании SpaceX Илона Маска, получил финансирование от венчурных инвесторов, которое будет использовано для изготовления партии беспилотных рельсовых экипажей с тяговыми аккумуляторами, их испытания и расширения штата специалистов. Компания Parallel Systems разрабатывает инновационную транспортную систему для перевозки контейнеров по железной дороге.
Концепция беспилотного рельсового экипажа (компьютерная графика, источник: Parallel Systems)
В основе системы — беспилотные моторные тележки с питанием от тяговых аккумуляторов, имеющие развитую бортовую систему управления. Контейнер устанавливается на пару тележек, причем возможна перевозка контейнеров в два яруса. Пары тележек с контейнерами могут перемещаться колоннами подобно поезду, но без механического сцепления, т. е. оставаясь полностью автономными. Подробнее об этой транспортной системе можно почитать в нашей статье.
Летом 2022 г. в Китае была открыта первая в мире пилотная линия транспортной системы на магнитном подвесе, оснащенная постоянными магнитами на основе редкоземельных металлов.
Поезд с магнитным подвесом на постоянных магнитах в Китае (фото: Xinhua)
Для перемещения двухвагонного поезда со скоростью 80 км/ч требуется лишь незначительный расход энергии, подвешивание обеспечивается силами отталкивания постоянных магнитов, т. е. поезд может парить в воздухе сколь угодно долго. Среди других достоинств системы китайские разработчики называют низкую стоимость строительства путевой структуры и невысокий уровень электромагнитного излучения. Добавление редкоземельных металлов в материал магнитов снижает потери их магнитных свойств до менее чем 5 % за 100 лет.
Это только наиболее важные, с нашей точки зрения, инновации 2022 г. Мы продолжим внимательно следить за новыми разработками для железных дорог мира и в наступающем году.
