Введение

Немецкий высокоскоростной монорельсовый поезд Transrapid – это немецкий высокоскоростной монорельсовый поезд, использующий магнитную левитацию. Планирование системы началось в конце 1960-х годов, а испытательный комплекс в Эмсленде (Германия) был открыт в 1983 году. В 1991 году техническая готовность к применению была одобрена Deutsche Bundesbahn в сотрудничестве с ведущими университетами. Последняя версия, Transrapid 09, построенная в 2007 году, предназначена для крейсерской скорости и обеспечивает ускорение и замедление примерно . В 2002 году была завершена первая коммерческая реализация – Шанхайский поезд на магнитной подушке, соединяющий город Шанхай с сетью скоростного транспорта и международным аэропортом Пудун. Система Transrapid пока не была развернута на междугородних линиях дальнего следования. Система была разработана и продавалась компаниями Siemens и ThyssenKrupp, а также другими, преимущественно немецкими компаниями. В 2006 году поезд Transrapid столкнулся с техническим транспортным средством на немецкой испытательной трассе, что привело к гибели 23 человек. В 2011 году испытательная трасса в Эмсленде была закрыта по истечении срока действия лицензии на эксплуатацию. В начале 2012 года был одобрен снос и переоборудование всей территории Эмсланда, включая завод, но это было отложено до конца 2023 года из-за планов использования площадки в качестве тестовой трассы Hyperloop или трассы для китайского CRRC Maglev.

Левитация

У суперскоростной системы Transrapid нет колес, осей, передач, стальных рельсов и токосъемников. Магнитные транспортные средства не катятся на колесах, а парят над путевой структурой, используя силу магнитного притяжения между двумя линейными массивами электромагнитных катушек – с одной стороны катушки на транспортном средстве, с другой – в путевой структуре, которые вместе функционируют как магнитный диполь. Во время левитации и движения транспортное средство Transrapid плавает на магнитной подушке без трения, без какого-либо механического контакта с путевой структурой. Бортовые электронные системы транспортного средства измеряют расстояние между диполями 100 000 раз в секунду, чтобы гарантировать зазор между катушками, прикрепленными к нижней стороне путевой структуры, и магнитной частью транспортного средства, охватывающей края путевой структуры. Благодаря этому точному, постоянно обновляемому электронному управлению, дипольный зазор остается номинально постоянным. При левитации транспортное средство имеет около 0,6 м зазора над поверхностью путевой структуры. Для левитации Transrapid требуется меньше энергии, чем для работы бортового кондиционирования воздуха. В транспортных средствах Transrapid версии TR08 и более ранних, при движении со скоростью ниже 0, система левитации транспортного средства и вся бортовая электроника питались от путевой структуры через физические соединения. При скоростях выше , вся бортовая мощность обеспечивалась за счет восстановления гармонических колебаний магнитных полей, создаваемых линейным статором путевой структуры. (Поскольку эти колебания являются паразитическими, они не могут использоваться для движения транспортного средства). С тех пор для Transrapid была разработана новая система передачи энергии, версия TR09, в которой магнитные транспортные средства больше не требуют физического контакта с путевой структурой для обеспечения своей бортовой энергией, независимо от скорости транспортного средства. Эта особенность помогает снизить текущие затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию. В случае отключения питания системы тяги, транспортное средство может использовать бортовые резервные аккумуляторы для временного питания системы левитации.

Двигатель

Система Transrapid использует синхронный длинностаторный линейный двигатель как для движения, так и для торможения. Она работает подобно вращающемуся электродвигателю, у которого статор "развернут" вдоль нижней стороны путепровода; вместо создания крутящего момента (вращения) он создает линейную силу вдоль своей длины. Электромагниты в поезде на магнитной подушке, которые обеспечивают его подъем, также выполняют функцию, эквивалентную части возбуждения (ротору) этого линейного электродвигателя. Поскольку магнитное движущееся поле действует только в одном направлении, если на определенном участке пути окажется несколько поездов на магнитной подушке, они все будут двигаться в одном направлении, что снижает вероятность столкновения между движущимися поездами.

Энергетические потребности

Нормальное энергопотребление Transrapid составляет примерно на секцию для левитации, движения и управления транспортным средством. Коэффициент аэродинамического сопротивления Transrapid составляет около 0,26. Аэродинамическое сопротивление транспортного средства с площадью поперечного сечения требует потребления мощности при крейсерской скорости или крейсерской скорости, которое определяется следующей формулой:

Потребляемая мощность сопоставима с другими высокоскоростными железнодорожными системами. При эффективности 0,85 требуемая мощность составляет около 4,2 МВт. Энергопотребление на левитацию и удержание траектории составляет примерно 1,7 кВт/т. Поскольку система тяги также способна работать в реверсивном режиме, при торможении энергия возвращается в электрическую сеть. Исключением является аварийная остановка с использованием аварийных посадочных полозьев, расположенных под транспортным средством, однако этот метод остановки предназначен только для крайних случаев, когда невозможно или нежелательно поддерживать левитацию транспортного средства на резервном питании до естественной остановки.

Сегмент рынка и исторические параллели

По сравнению с классическими железнодорожными линиями, Transrapid обеспечивает более высокие скорости и уклоны, меньшую подверженность атмосферным воздействиям, а также сниженное энергопотребление и затраты на обслуживание. Путь Transrapid более гибкий и легче адаптируется к конкретным географическим условиям, чем классическая железнодорожная система. Перевозка грузов ограничена максимальной полезной нагрузкой на вагон. Transrapid позволяет развивать максимальную скорость, что ставит его между обычными высокоскоростными поездами и воздушным транспортом. Генератор магнитного поля, являющийся важной частью двигателя и интегрированный в путь, ограничивает пропускную способность системы. С точки зрения конкуренции, Transrapid представляет собой проприетарное решение. Поскольку путь является частью двигателя, эксплуатироваться могут только транспортные средства и инфраструктура Transrapid от единственного поставщика. Использование нескольких поставщиков для транспортных средств, а также для сложных перекрестков и стрелочных переводов не предусмотрено. В отличие от классических железных дорог или других инфраструктурных сетей, которые совместно администрируются Федеральным сетевым агентством (Bundesnetzagentur) в Германии, система Transrapid не допускает прямой конкуренции.

Экологическое воздействие

Transrapid – это электрический, экологически чистый, высокоскоростной и высокопроизводительный вид транспорта, способный обеспечивать прямое пассажирское сообщение даже в сложных географических условиях. Это необходимо рассматривать в сравнении с воздействием на объекты культурного наследия и территории, подлежащие охране ландшафта (например, мост Вальдшлюсшен). Любое воздействие выбросов необходимо оценивать с учетом источника электроэнергии. Снижение затрат, уровня шума и вибрации системы Transrapid, предназначенной исключительно для перевозки пассажиров, по сравнению с грузовыми железнодорожными путями не поддаётся прямому сравнению. Возможность повторного использования существующих путей и интеграция с существующими транспортными сетями ограничены. Transrapid косвенно конкурирует с классическими городскими транспортными системами и высокоскоростными поездами за ресурсы, пространство и железнодорожные пути в городской и пригородной среде.

Стоимость приобретения поезда

В 2008 году Transrapid Australia предоставила правительству штата Виктория оценку от 16,5 до 20 миллионов австралийских долларов за секцию поезда или вагон, в зависимости от типа – для пригородных или для пассажиров класса люкс.

Китай

Единственная коммерческая реализация состоялась в 2000 году, когда правительство Китая заказало строительство трассы Transrapid, соединяющей Шанхай с международным аэропортом Пудун. Она была открыта в 2002 году, а регулярные ежедневные рейсы начались в марте 2004 года. Скорость движения составляет , которую поезд на магнитной подушке поддерживает в течение 50 секунд, так как короткая трасса позволяет поддерживать крейсерскую скорость лишь непродолжительное время, прежде чем необходимо начать замедление. Среднее количество пассажиров в день (при 14 часах работы) составляет около 7500 человек, а максимальная вместимость поезда – 440 мест. Стоимость билета второго класса около 50 юаней (ренминби) (около 6 евро) в четыре раза превышает стоимость автобуса до аэропорта и в десять раз дороже аналогичного билета на метро. Проект финансировался немецкими кредитами Hermes в размере 200 миллионов немецких марок. Общая стоимость, по оценкам, составила 1,33 миллиарда долларов. Планируемое продление линии до аэропорта Шанхай Хунцяо и далее до города Ханчжоу неоднократно откладывалось. Изначально планировалось завершить строительство к выставке Expo 2010, окончательное одобрение было получено 18 августа 2008 года, а начало строительства было запланировано на 2010 год с завершением в 2014 году. Однако проект был отменен, возможно, из-за строительства высокоскоростной пассажирской железной дороги Шанхай – Ханчжоу.

Германия

Испытательный комплекс в Эмсленде был единственной трассой Transrapid в Германии. Он был выведен из эксплуатации и подлежит демонтажу. Тем не менее, рассматриваются планы либо использовать его в качестве испытательного полигона для CRRC 600, либо восстановить для использования в качестве трассы Hyperloop.

Иран

В 2007 году Иран и немецкая компания достигли соглашения об использовании поездов на магнитной подушке для соединения городов Тегеран и Мешхед. Соглашение было подписано на территории Международной ярмарки в Мешхеде между министерством дорог и транспорта Ирана и немецкой компанией. Компания Schlegel Consulting Engineers, базирующаяся в Мюнхене, заявила, что подписала контракт с министерством транспорта Ирана и губернатором Мешхеда. "Нам было поручено возглавить немецкий консорциум в рамках этого проекта", – сообщил представитель компании. "Мы находимся на этапе подготовки". Следующим шагом станет формирование консорциума, процесс, который, по словам представителя, ожидается "в ближайшие месяцы". По оценке представителя Schlegel, стоимость проекта может составить от 10 до 12 миллиардов евро. Компании Siemens и ThyssenKrupp, разработчики высокоскоростного поезда на магнитной подушке Transrapid, заявили, что не осведомлены об этом предложении. Представитель Schlegel сообщил, что Siemens и ThyssenKrupp в настоящее время "не задействованы" в консорциуме.

Швейцария

SwissRapide AG в сотрудничестве с консорциумом SwissRapide разрабатывает и продвигает надземную систему монорельсовой магнитной левитации (Maglev), основанную на технологии Transrapid. Первыми запланированными проектами являются линии Берн — Цюрих, Лозанна — Женева, а также Цюрих — Винтертур.

Колорадо I-70

Transrapid – одна из компаний, стремящихся построить высокоскоростную транспортную систему протяженностью 193 км (120 миль) вдоль межштатной автомагистрали I-70 в штате Колорадо, США. В представленных предложениях утверждается, что технология магнитной левитации обеспечивает значительно более высокую производительность по сравнению с железнодорожным транспортом, учитывая сложные климатические условия и рельеф местности. По состоянию на ноябрь 2013 года предпочтительная технология не была определена, однако начало строительства планируется на 2020 год.

Лос-Анджелес в Лас-Вегас

Проект California–Nevada Interstate Maglev — это предлагаемая линия длиной 269 миль (433 км) от Лас-Вегаса, штат Невада, до Анахайма, штат Калифорния. Один из участков пройдёт от Лас-Вегаса до Примма, штат Невада, с планируемым сообщением с новым аэропортом Иванпа в районе Лас-Вегаса. Максимальная скорость составит 310 миль в час (500 км/ч). В августе 2014 года инициаторы проекта пытались вновь привлечь к нему внимание.

Другое

Было проведено несколько других исследований в США, включая маршруты Вашингтон — Балтимор, Чаттануга — Атланта и Питтсбург — Филадельфия. На данный момент строительство ни по одному из проектов не началось. См. список предложений по созданию поездов на магнитной подушке в Соединенных Штатах.

Канарские острова

Для острова Тенерифе, который ежегодно посещают пять миллионов туристов, предложена двухпутная система протяженностью 120 километров (75 миль). Она соединит столицу острова Санта-Крус на севере с Коста-Адехе на юге и Лос-Реалехос на северо-западе, обеспечивая максимальную скорость 270 км/ч (169 миль/ч). Ориентировочная стоимость проекта составляет 3 миллиарда евро. Технология Transrapid имеет преимущества перед традиционными железнодорожными проектами, которым потребовалось бы проложить 35% маршрута в туннелях из-за сложного горного рельефа острова.

Конкуренция на высоких скоростях

Transrapid возник как одна из нескольких конкурирующих концепций для новых видов высокоскоростного наземного общественного транспорта, разрабатываемых в Германии. В этой конкуренции Transrapid главным образом соперничал с InterCityExpress (ICE) – высокоскоростной железнодорожной системой, основанной на "традиционных" железнодорожных технологиях. ICE был выбран для общенационального внедрения в Германии, однако разработка Transrapid продолжалась. После запуска ICE в эксплуатацию были проведены исследования по созданию нескольких линий Transrapid, в том числе линии дальнего следования из Гамбурга в Берлин.

Мюнхенская связь

Самым последним проектом немецкой линии Transrapid, и тем, который был ближе всего к реализации, после предварительного одобрения, являлся проект железнодорожной линии, соединяющей центральный вокзал Мюнхена с аэропортом Мюнхена. Строительство соединения между вокзалом и аэропортом почти состоялось, но было отменено 27 марта 2008 года правительством Германии из-за значительного превышения сметы. До отмены проекта правящая партия, Христианско-социальный союз Баварии (ХСС), столкнулась с внутренним и местным сопротивлением, особенно со стороны населенных пунктов, расположенных вдоль предполагаемого маршрута. ХСС планировала представить Transrapid как образец передовых технологий и инноваций в Баварии. Федеральный министр транспорта Германии Вольфганг Тифензее объявил об этом решении после кризисного совещания в Берлине, на котором представители отрасли сообщили о росте стоимости проекта с 1,85 млрд евро до более чем 3 млрд евро (4,7 млрд долларов). Однако этот рост прогнозируемых затрат был в основном связан с оценкой стоимости строительства тоннеля и сопутствующих строительно-монтажных работ после того, как назначенный оператор Deutsche Bahn AG переложил основную часть распределения рисков на своих субподрядчиков, а не с ценой самой технологии магнитной левитации.

Великобритания

В 2007 году правительство Великобритании отклонило предложение о реализации технологии Transrapid для проекта магнитной левитации UK Ultraspeed, который предполагал соединение Лондона и Глазго через Бирмингем, Ливерпуль/Манчестер, Лидс, Тиссид, Ньюкасл и Эдинбург.

Авария в сентябре 2006 года

22 сентября 2006 года поезд Transrapid столкнулся с техническим транспортным средством на испытательном треке в Лафене, Германия. Транспортное средство для технического обслуживания разрушило первый вагон поезда, после чего сошло с рельсов, совершив два полных оборота, прежде чем упасть в груду обломков, подготовленных для взрыва. Это была первая серьезная авария с участием поезда Transrapid. СМИ сообщили о 23 погибших и нескольких тяжело раненых, что стало первыми смертельными случаями на линии магнитной левитации. Авария произошла из-за человеческой ошибки: первому поезду было разрешено покинуть станцию, прежде чем техническое транспортное средство покинуло пути. В действующей системе такой ситуации можно избежать, установив автоматическую систему предотвращения столкновений.

СМТ пожарная авария

11 августа 2006 года поезд Transrapid, следовавший по Шанхайской линии магнитной левитации, загорелся. Пожар был оперативно потушен шанхайскими пожарными. По сообщениям, причиной возгорания могли стать бортовые аккумуляторы поезда.

Предполагаемая кража технологии Transrapid

В апреле 2006 года новые заявления китайских официальных лиц о планах снизить стоимость магнитной левитационной железной дороги на треть вызвали резкую реакцию со стороны ряда немецких чиновников и более сдержанные заявления о беспокойстве от представителей Transrapid. Deutsche Welle сообщила, что China Daily процитировала Государственный совет, призывающий инженеров "изучать и осваивать передовые зарубежные технологии, одновременно продолжая инновации". Китайская сторона отрицает какой-либо технологический плагиат. Китайская авиационная промышленная корпорация заявила, что новый китайский поезд на магнитной подушке "Zhui Feng" не зависит от иностранных технологий. Компания сообщила, что он значительно легче продукции Transrapid и обладает более современной конструкцией.

История разработки и версии

Дата Поезд Местоположение Современное местоположение Комментарии Максимальная скорость (км/ч) 1969 / 1970 ? Трансрапид 01 Мюнхен Немецкий музей, Мюнхен Krauss Maffei. Настольная модель. Длина пути всего 600 мм. 6 мая 1971 MBB Prinzipfahrzeug Завод MBB в Оттобрунне (возле Мюнхена), Германия Freilassing Locomotive World Krauss Maffei. Первый опытный образец для перевозки пассажиров. 660 м испытательный трек. Prinzipfahrzeug = опытный (демонстрационный) образец. 90 (1971) 6 октября 1971 Transrapid 02 Завод Krauss Maffei в Мюнхене Аллах, Германия Krauss Maffei, Мюнхен Krauss Maffei. Испытательный трек длиной 930 м, включающий один поворот. Был представлен на Парижской выставке с 4 по 9 июня 1973 года. 164 (октябрь 1971) 16 августа 1972 Трансрапид 03 Мюнхен Списан Krauss Maffei. Воздушно-подушечное транспортное средство (ACV или ховеркрафт), приводимое в движение линейным двигателем. Система была прекращена в 1973 году из-за высокого уровня шума и большого энергопотребления. Попытки во Франции (Aérotrain) и в США привели к аналогичным решениям в последующие годы. 930 м испытательный трек. 140 (сентябрь 1972) 1972 / 1974 ? Erlangener Erprobungsträger (EET 01) Южная окраина Эрлангена (возле Нюрнберга), Германия ? Siemens и другие. Электродинамическая подвеска (EDS) (как у JR Maglev). Беспилотный. Круговой трек длиной 880 м. Erlangener Erprobungsträger = Эрлангенский испытательный носитель. 160 / 230 (1974) ? 20 декабря 1973 Transrapid 04 Мюнхен Аллах, Германия Технический музей Шпейера Krauss Maffei. 250 (конец 1973), 253.2 (21 ноября 1977) 1974 / январь 1975 ? Komponentenmeßträger (KOMET) Манчинг, Германия, возле Латена в сарае MBB. Беспилотный. Трек длиной 1300 м. 401.3 (1974) 1975 HMB1 Thyssen Henschel в Касселе, Германия ? Thyssen Henschel. Первый функциональный образец с длинным статором. Путепровод длиной 100 м. Беспилотный. 1976 HMB2 Thyssen Henschel в Касселе, Германия Технический музей, Кассель Thyssen Henschel. Первый в мире пассажирский образец с длинным статором. Путепровод длиной 100 м. 36 (или 40 ?) 17 мая 1979 Transrapid 05 Международная выставка транспорта (IVA 79) в Гамбурге. Собрана заново в Касселе в 1980 году. Технический музей, Кассель Трек длиной 908 м. 75 июня 1983 Transrapid 06 Transrapid Versuchsanlage Emsland (TVE), Германия Часть находится в Немецком музее в Бонне, другая часть в Латене Представлен публике в Мюнхене 13 марта 1983 года. Трек длиной 31,5 км. 302 (1984), 355 (1985), 392 (1987), 406 (1987), 412.6 (январь 1988) 1988 Трансрапид 07 Transrapid Versuchsanlage Emsland (TVE), Германия Часть находится на Max Bögl KG Sengenthal, другая часть в Латене Представлен публике на Международной выставке транспорта (IVA 88) в Гамбурге. 436 (15 декабря 1989), 450 (17 июня 1993) Август 1999 Transrapid 08 Transrapid Versuchsanlage Emsland (TVE), Германия Один концевой участок разрушен 22 сентября 2006 года в результате аварии, оставшиеся средний и концевой участки хранятся в Латене 2002 Transrapid SMT Шанхайский магнитолевитационный поезд, Китай Шанхай, Китай Слегка модифицированная версия Transrapid 08 501,5 (12 ноября 2003) 2007 Transrapid 09 Transrapid Versuchsanlage Emsland (TVE), Германия Фабрика Кемпер в Нортрупе Предложен к продаже в октябре 2016 года. Через пять лет после закрытия пилотного завода Transrapid в Эмсленде в 2011 году семья Кемпер, владельцы H. Kemper GmbH & Co. KG, приобрели Transrapid 09 за €200,001. В сентябре 2017 года он был установлен на территории компании в Нортрупе. Три секции поезда затем используются в качестве конференц- и выставочного пространства для истории Трансрапида. Герман Кемпер, изобретатель магнитолевитационного поезда, происходил из той же семьи, что и владельцы производителя колбасных изделий и мясных продуктов Кемпер.