Группа немецких университетов на деньги одного из фондов Европейского союза создаёт инновационный электротранспорт для сельской местности. В Германии, в частности, большинство пригородных железнодорожных маршрутов давно не работают, хотя рельсовые пути остались, пусть и в заброшенном состоянии. Идея заключается в создании монорельсового вагона-такси на 4–6 человек для беспрепятственного передвижения кабинок в обоих направлениях по одной колее.

Испытания прототипов без гироскопов. Источник изображений: Monocab

Если верить источнику, в Германии стало мало предложений и спроса на пассажирские перевозки в пригороды. Живущие там граждане предпочитают использовать личный транспорт, что не нравится властям, ратующим за экологию. Развёртывание железнодорожного сообщения по требованию в электрических мини-вагончиках в виде монорельсового транспорта согласуется с курсом на отказ от ископаемого топлива и сохранит удобство перемещения для людей, которым больше не придётся ждать редкой электрички или блуждающего пригородного автобуса.

Рендер, как это будет выглядеть

Идею монорельсовых вагонов на основе гироскопов-стабилизаторов предложил и воплотил больше ста лет назад инженер Луи Бреннан. Проект Monocab, разрабатываемый немецким технологическим университетом OWL (Высшая техническая школа Оствестфален-Липпе), Билефельдским университетом прикладных наук и институтом Фраунгофера IOSB-INA, не такой масштабный по исполнению, но инновационный по сути. Современные технологии позволяют создать компактные электрические вагончики с гироскопами и электроникой, способные в автоматическом режиме курсировать по установленным маршрутам.

В кабине прототипа

Фонд Европейского союза начал финансировать проект в 2022 году. На сегодняшний день созданы прототипы вагончиков, которые пока передвигаются с опорой на второй рельс без системы самобалансирования. Как это выглядит, можно посмотреть на видео ниже. В эксплуатацию вагоны-монорельсы должны поступить в 2028 году. Чтобы вагончики не скапливались в конце пути, инженеры проектируют путевую машину, которая будет автоматически переносить их с одного рельса на другой, подготавливая их к движению в обратном направлении.

Поезд на водородном топливе, построенный швейцарской компанией Stadler, установил новый мировой рекорд Гиннеса (GWR), проехав без остановок 2803 км за 46 часов. Этот результат был достигнут с использованием управляемого инженерами компании двухвагонного пассажирского состава с водородным двигателем на специальном испытательном полигоне в штате Колорадо, США.

Источник изображения: Stadler

Электропоезда отлично зарекомендовали себя на протяжении более полувека, но и они не лишены недостатков. В частности, они нуждаются в дополнительной инфраструктуре в виде воздушных линий электропередач. К тому же электроэнергия может вырабатываться загрязняющими природу методами, например сжиганием угля или природного газа, что противоречит задаче декарбонизации транспорта. Именно здесь могут помочь поезда на водородном топливе.

Поезд на водородном топливе, построенный компанией Stadler, называется FLIRT H₂. Он состоит из двух пассажирских вагонов с силовым агрегатом посередине. Водород преобразуется в электричество при помощи топливных элементов. Система использует промежуточный аккумулятор, который позволяет рекуперировать энергию при торможении поезда, тем самым повышая общий КПД.

Рекорд был установлен вечером 20 марта в присутствии представителей GWR. Инженеры Stadler управляли поездом посменно всю ночь и весь следующий день. За 46 часов безостановочного движения поезд на одной заправке преодолел 2803 км. Это расстояние в шесть раз превышает заявленную автономность FLIRT H₂ в 460 км.

Вряд ли подобный результат удастся повторить в реальных сценариях эксплуатации, поскольку во время рекордного заезда поезд равномерно двигался по участку пути без уклонов. Тем не менее, это стало удачной демонстрацией применимости водородного топлива в качестве потенциального источника энергии для железнодорожного транспорта.

FLIRT H₂ может перевозить 108 пассажиров с максимальной скоростью 130 км/ч и рассчитан на работу в течение полного дня без дозаправки. Поезд может эксплуатироваться при высокой температуре окружающей среды вплоть до 49 °C. Первоначально водородный состав создавался по заказу транспортного управления округа Сан-Бернардино. В 2023 году транспортное управление штата Калифорния заказало четыре поезда FLIRT H₂ в четырёхвагонной компоновке.

«Компания Stadler постоянно уделяет внимание будущему железнодорожного транспорта с альтернативными системами привода, разрабатывая инновационные технологии, — заявил генеральный директор Stadler Мартин Риттер (Martin Ritter). — Используя водород в качестве экологически чистого источника энергии, мы вносим активный вклад в защиту окружающей среды и формируем устойчивые путешествия будущего с нулевым уровнем выбросов».

Итальянский стартап IronLev провёл испытания дрезины на пассивной магнитной подвеске. Решение представляет собой «маглев на минималках» — тележку с четырьмя U-образными постоянными магнитами вместо колёсных пар, которые создают воздушный зазор между обычным железнодорожным рельсом и подвеской подвижной платформы. За счёт магнитной подвески уходит эффект трения о рельсы и состав может двигаться с меньшими затратами энергии.

Источник изображений: IronLev

Главное преимущество предложенной платформы заключается в том, что она может передвигаться по всей сети современных железных дорог без крайне дорогой перестройки инфраструктуры. Платформе не требуются специальные рельсы и электромагниты вдоль пути, как и расход энергии на всё это хозяйство. Состав на постоянных магнитах просто помещается на рельсы и дальше едет сам за счёт установленных на платформу электродвигателей. В движение его приводят небольшие колёса по бокам рельсов, которые также служат ограничителями и удерживают состав от схода.

Как говорят разработчики, на передвижение 10-тонной платформы на пассивных магнитах требуется столько же усилий, как поднять 10-кг рюкзак. Во время демонстрации глава компании IronLev за верёвочку протянул левитирующую платформу с водружённым на неё 2-т автомобилем Tesla. Этот же прототип (самодвижущуюся платформу) компания испытала на 2-км участке обычного железнодорожного пути на перегоне Адрия-Местре. Платформа развила скорость 70 км/ч и показала себя стабильной.

Добавим, компания IronLev была основана в 2017 году. В её основе лежит разработка двух стартапов, которые для конкурса SpaceX Hyperloop представили собственный проект платформы на магнитной подвеске. В 2018 году компания создала платформу, которая недавно была испытана на настоящей железной дороге. На следующем этапе компания обещает создать 20-т маглев-платформу и разогнать её до 200 км/ч. Это не китайские маглевы в вакуумных тоннелях на скорости 1000 км/ч, но решение итальянцев также имеет право на жизнь, если только Китай не ограничит доступ западным компаниям к своим источникам редкоземельных магнитов.

Чат-боты, сгенерированные картинки, видео и другие подобные развлечения с искусственным интеллектом — это интересно и местами полезно. Но более важным станет практическое внедрение ИИ в производство, транспорт и материальную экономику в целом. В конечном итоге выиграет тот, кто буквально будет «пахать и строить» на ИИ, заменив человека в производственной сфере. Китай сделал важный шаг к этому: благодаря ИИ там смогли навести порядок на железной дороге.

Источник изображения: Xinhua

Простой обыватель даже не может себе представить, чего стоит содержать дорогу, инфраструктуру и парк техники в порядке, а также обеспечивать движение составов. Это потенциально убыточные мероприятия с огромной ответственностью. Китай, как и другие страны, вскоре ощутит проблемы со стареющим населением. При этом железнодорожная сеть в стране растёт и предполагает соединение высокоскоростными ж/д магистралями все города с населением свыше 500 тыс. человек. Скорость подвижного состава также растёт, что делает человеческий фактор наиболее слабым звеном.

Протокол управления данными для внедрения ИИ-алгоритмов на железной дороге в Китае был внедрён оператором национальной сети железных дорог — китайской государственной компанией China State Railway Group — в 2022 году. Доступ к данным должен был быть ограничен и защищён от стороннего вмешательства и утечек. Алгоритмы управления были проверены людьми, и только после этого они были внедрены. Масштабные испытания начались в 2023 году. Результат ошеломил — железная дорога стала работать даже лучше, чем новая (сразу после ввода участков и составов в строй).

Датчики установлены на объектах инфраструктуры, на колёсные пары, на вагоны, чтобы учитывать вибрации, ускорение и амплитуды и это не говоря об обычной сигнальной автоматике. Объём собираемых для анализа данных достиг 200 Тбайт, а ведь это не картинки или видео, а обычные состояния регистров. Человек и сколь угодно большой коллектив не смог бы оперативно обрабатывать такой объём информации. Всё это данные о 45 тыс. км путей — это длиннее, чем экватор Земли. Обслужить всё это не хватит никакой рабочей силы.

Размещённая в Пекине система искусственного интеллекта в режиме реального времени обрабатывает огромные объёмы данных со всей страны и может предупреждать ремонтные бригады о нештатных ситуациях в течение 40 минут с точностью до 95 %. Рекомендации обычно направлены на предотвращение неисправностей — на профилактику потенциальных проблем. ИИ во всём этом потоке данных научили находить связи между событиями, которые недоступны для осознания в реальном масштабе времени.

За прошедший год ни одна из действующих высокоскоростных железнодорожных линий Китая не получила ни единого предупреждения о необходимости снижения скорости из-за серьёзных проблем с неровностями пути, в то время как количество мелких неисправностей на путях сократилось на 80 % по сравнению с предыдущим годом. Алгоритмы действуют настолько чётко, что даже повышают плавность хода в условиях сильных ветров и на мостах, снижая амплитуду колебаний составов и уменьшая нагрузку на пути и инфраструктуру. Звучит, как фантастика.

Подобные решения не только уменьшают потребность в обслуживающем персонале, но также снижают финансовую нагрузку на содержание железных дорог и, что самое важное, повышают безопасность движения. В Китае признают своё отставание от США в плане развития искусственного интеллекта, но если США не сможет конвертировать возможности ИИ в повышение производительности труда в материальной сфере, то это их преимущество будет лишь иллюзией.

Железные дороги были и остаются одними из сильнейших загрязнителей окружающей среды. Поэтому перевод подвижного состава на экологические виды топлива обязателен для соблюдения «зелёной» повестки. В идеальном случае транспорт под эти цели надо проектировать с нуля, но замена двигателей на «чистые» — это тоже рабочий вариант и главное, что он может быть реализован в кратчайшие сроки.

Источник изображений: CRRC

Китайские СМИ сообщают, что в филиале Датун государственного производителя China Railway Rolling Stock Corporation (CRRC) завершена модернизация первого дизельного локомотива с заменой «ископаемого» двигателя на водородный. Точнее, локомотив получил электрический двигатель и водородные топливные ячейки, в которых легчайший газ при взаимодействии с кислородом превращается в электричество и водяной пар.

На одной заправке модернизированный локомотив может двигаться до 190 часов — это больше недели в пути, а на саму заправку необходимы два часа. Другая выгода от использования водородных ячеек заключается в том, что обслуживание и эксплуатация водородных локомотивов обещает быть в два раза дешевле дизельных.

Китай может довольно быстро перевести дизельные локомотивы на водородное топливо. По оценкам специалистов, модернизировать можно будет до 90 % локомотивов из парка порядка 7800 штук. Это почти третья часть от всего подвижного состава в Китае. Экологический эффект обещает быть колоссальным.

Всё это хозяйство и водородный автомобильный транспорт потребует выработки соответствующих объёмов водородного топлива. Сегодня водород в основном производится методами, сопровождающимися вредными выбросами — это переработка нефти, угля и сопутствующая добыча. Более экологически чистые способы — получение водорода с помощью электричества с АЭС и из биомассы. Совсем чистые — электролиз с использованием мощностей солнечных и ветряных электростанций. Китайские железнодорожники рассчитывают своими силами организовать производство «зелёного» водорода в объёме до 200 тыс. т к 2025 году.

Новый водородный состав

Параллельно разрабатываются абсолютно новые локомотивы, сразу ориентированные на водородное топливо. Такая новинка была представлена зимой этого года. Современный четырёхвагонный водородный пассажирский поезд может проезжать на одной заправке до 600 км. В Германии подобный пилотный состав был запущен в 2018 году и летом 2022 года принят в эксплуатацию. За четыре года он проехал более 220 тыс. км и хорошо себя зарекомендовал. Есть подозрение, что китайцы спроектировали водородный четырёхвагонный пассажирский состав с прицелом на европейский рынок, но пока там правит бал французская компания Alstom.

Крупнейший в мире производитель железнодорожного транспорта — китайская корпорация CRRC — представил свой первый пассажирский поезд на водородном топливе. Четырёхвагонный состав оказался самым быстрым в мире в своём роде. Он может развивать скорость до 160 км/ч, что на 20 км/ч опережает немецкий аналог компании Alstom.

Источник изображений: CRRC

Немцы начали работать над водородными поездами намного раньше китайцев, поэтому в прошлом году в Германии в эксплуатации было уже 14 четырёхвагонных поездов Coradia iLint на водородном топливе. Разработка оказалась удачной, и другие страны ЕС уже разместили заказы на десятки подобных составов. По всему маршруту движения поезд на водородном топливе выделяет в процессе работы силовой установки лишь чистую воду.

В то же время следует понимать, что в развитии водородного транспорта в любой стране главную роль играет инфраструктура. В этом отношении Китай опередил всех на планете. По данным аналитиков Information Trends, в мире сегодня чуть больше 1000 водородных заправочных станций и треть из них развёрнуты в Китае. С сохранением подобных темпов Китай обещает стать лидером в развёртывании транспортных маршрутов с использованием водорода в качестве топлива.

В чём китайская разработка уступает немецкой — это в запасе хода. Поезд компании Alstom способен на одной заправке преодолеть до 1000 км, а поезд CRRC — только до 600 км. При этом состав CRRC обладает рядом других преимуществ: он поддерживает связь 5G, способен двигаться на автопилоте, самостоятельно возвращаться в депо, пробуждаться, стартовать и делать остановки.