Quels seront les chemins de fer du futur?
Il y a 120 ans, l'édition russe de Science a publié des documents sur l'avenir des chemins de fer - les prévisions des experts qui étaient très audacieuses à l'époque se sont avérées exactes: même alors, la mort inévitable de la traction à vapeur, la transition vers l'électricité, des chemins de fer de haute qualité et le transport à grande vitesse étaient prédites "Faucons pèlerins" modernes.
Ces prévisions étaient basées sur les développements avancés de cette époque et n'étaient pas des prévisions «du doigt vers le ciel» des auteurs de science-fiction.
Essayons également d'examiner l'avenir des chemins de fer, en évaluant les développements prometteurs et expérimentaux les plus modernes.
Que deviendront donc les chemins de fer?
Plus populaire
Le transport ferroviaire s'intègre parfaitement dans le concept environnemental global de développement, Alors que les sceptiques se disputent sur la trajectoire écologique des voyages de Greta Tunberg, dont le voilier est suivi d'avions avec des journalistes et un équipage pour reconduire le yacht sans Greta elle-même, les États continuent de durcir systématiquement les normes d'émission de substances nocives par les transports.
Une réglementation stricte n'a pas encore atteint l'aviation, mais l'interdiction de la production et de la vente de voitures ICE semble être proche.
Les trains restant le moyen optimal pour transporter un grand nombre de personnes dans un confort relatif, dans les conditions d'un resserrement croissant du cadre écologique, leur popularité ne fera que croître.
Dans le même temps, nous ne parlons pas de l'expansion obligatoire du réseau ferroviaire - même dans les pays développés, il y a une tendance à réduire la longueur des chemins de fer, et au lieu de voies non électrifiées ramifiées et désuètes, des lignes à grande vitesse entre les grandes villes sont construites - avec un kilométrage plus faible, leur débit et la demande sont beaucoup plus élevés.
Une exception est la Chine, où de nouvelles routes sont activement construites et les routes existantes sont électrifiées.
Comparaison des tailles de Moscou des années 1930 et 2019. Les quartiers de la Nouvelle-Moscou dans le sud-ouest seront inévitablement construits et il sera possible de rejoindre la vieille ville en train.
Plus vite
Dans le domaine de l'augmentation de la vitesse des trains, l'exemple le plus illustratif est la Chine en tant que pays qui, en plus de deux décennies, a non seulement augmenté de manière significative la vitesse moyenne des trains, mais a également créé sa propre industrie du trafic ferroviaire à grande vitesse, et maintenant elle est complètement en tête du monde.
En 1978, le politicien chinois Deng Xiaoping s'est rendu au Japon, qu'il considérait comme un pays très progressiste avec une économie en développement rapide, pour prendre un exemple. L'invité chinois a été grandement impressionné par le train de voyageurs à grande vitesse Shinkansen, qui roulait déjà à une vitesse pouvant atteindre 220 km / h à l'époque. Parmi les réformes prévues par Deng Xiaoping plus tard, il y a eu le renouvellement complet de la voie ferrée dans le pays et le développement de ses propres trains électriques.
En 1990, le programme de construction de la première ligne à grande vitesse a été approuvé, et de 1997 à 2007, à plusieurs étapes de la modernisation des itinéraires existants, la vitesse moyenne des trains de voyageurs dans le pays a pu augmenter de 43 à 70 km / h - cela semble être un peu, mais en fait c'est une énorme percée , en particulier pour deux plans quinquennaux.
Par exemple, en Russie, la vitesse moyenne pour 2017 était de 57 km / h, et selon les calculs de la Federal Passenger Company, en 2031, elle peut atteindre 65 km / h, mais ce n'est pas exact.
La croissance n'est-elle que de 8 km / h en 15 ans? Comme vous pouvez le voir, en 1930, la vitesse moyenne en URSS était de 31 km / h.
Il est impossible d'augmenter simplement la limite de vitesse autorisée pour améliorer les statistiques - il est nécessaire de préparer l'infrastructure.
Au minimum, posez un chemin sans soudure, composé de longs cils de rails soudés ensemble. L'absence de joints, qui nous est généralement signalée par le choc mesuré des roues, réduit la résistance au mouvement du train, prolonge la durée de vie de la voie et affecte le confort des passagers.
La jonction de la voie sans rail. Nos petits-enfants ou arrière-petits-enfants ne connaissent peut-être jamais les coups mesurés des roues d'un train de nuit: il n'y a rien à frapper.
Une telle modernisation de la voie augmente considérablement la limite de vitesse autorisée. En 10 ans, la Chine elle-même a renouvelé 7700 km de chemin de fer, l'adaptant au trafic à une vitesse de 160 km / h, et en seulement cinq ans, dans les années 2010, 12000 km ont été construits pour la communication à grande vitesse.
Et le processus de création de joints sans soudure se poursuit activement partout dans le monde, y compris en Russie. De plus, si en 2009 des rails de haute qualité en provenance du Japon (une petite section) ont été achetés pour la succursale de Sapsan entre Moscou et Saint-Pétersbourg, en 2019, les distributeurs ferroviaires nationaux avaient complètement maîtrisé la production indépendante de ces rails et se préparent maintenant à produire des voies pour des vitesses allant jusqu'à 400 km / h.
. Il n'est pas nécessaire d'attendre une singularité technologique dans le transport ferroviaire, mais les perspectives pour les chemins de fer russes sont très encourageantes.
Les entreprises de transport sont disposées à investir dans la construction de nouveaux itinéraires et le développement de trains à grande vitesse pour une raison purement économique - plus la vitesse est élevée, plus le train peut voyager pendant la journée et plus les gens peuvent transporter. En France, les TGV à deux étages sont déjà à péage, c'est-à-dire que la demande de trafic ferroviaire est évidente.
Et comme vous ne pouvez pas construire la voiture au troisième étage et que la longueur du train de voyageurs doit avoir certaines limites, il ne reste que plus souvent et plus rapidement de conduire des trains sur des itinéraires très fréquentés.
Construit sur de nouveaux principes
Le premier chemin de fer à grande vitesse a été inauguré en 1964 au Japon entre les villes de Tokyo et d'Osaka, la vitesse maximale a atteint 210 km / h.
Avec le développement de la technologie et l'ouverture de nouvelles lignes dans le monde, la vitesse de fonctionnement des trains réguliers de voyageurs à grande vitesse s'est arrêtée à environ 320 km / h - les derniers TGV-POS français et japonais Shinkansen E6 ont une telle limite, bien que le même TGV détienne un record vitesse sur les chemins de fer parmi les trains en série (574,8 km / h).
Un TGV POS à deux étages très simple est le train en série le plus rapide. Vous pouvez toucher la légende pour seulement 25 € - le trajet de Strasbourg à Paris à une vitesse de 320 km / h est tellement.
Les trains électriques ferroviaires pourraient normalement fonctionner à des vitesses plus élevées, voire maximales, mais cela n'est pas économiquement réalisable - la consommation d'électricité et la charge du moteur seront si élevées que le coût des billets de train grimpera au niveau d'une classe affaires d'avion.
La chose est dans les bonnes vieilles lois de la physique, qui sont impossibles à tromper: plus la vitesse de déplacement est élevée, plus le frottement de roulement des roues est élevé, la traînée et le frottement de l'air de toute la composition. La résistance de l'air est proportionnelle au carré de la vitesse de déplacement, donc à des vitesses supérieures à 300 km / h, plus de 90% de la résistance totale est précisément de l'air. Et plus la résistance est élevée, plus le moteur doit développer de puissance - il est proportionnel au cube de vitesse.
Ce problème est partiellement résolu en calculant l'aérodynamique du train, en réduisant l'espacement des wagons et en réduisant le nombre de bogies (moins d'essieux montés - moins de frottements de roulement).
Mais idéalement, les ingénieurs essaient de se débarrasser au moins des roues, et au maximum - de l'air.
Tout le monde connaît probablement l'existence de trains à coussin magnétique. Quelqu'un sait même que le projet existe depuis longtemps, mais n'est pas entré dans la série. En fait, les premiers brevets pour l'utilisation d'un moteur électrique linéaire dans le transport ferroviaire remontent au tout début du 20e siècle, bien que le maglev en lévitation sous la forme dans laquelle il nous est parvenu n'a été décrit qu'en 1959 et a été mis en œuvre une décennie plus tard en Allemagne dans le cadre de l'Allemagne de l'Ouest.
Projet Trans rapide
L'Union soviétique pourrait avoir son propre Moldu en Arménie, mais le tremblement de terre de Spitak et le sous-financement de la science dans les années 90 ont mis fin au projet. Source: Andrej Galenko / Wikimedia
Le coût élevé de la pose de la piste (comparable au métro en profondeur) rend le moldu économiquement non viable, car sa vitesse de pointe théorique de plus de 600 km / h n'est justifiée que sur de longues distances, et la construction d'une branche entre, par exemple, Moscou et Saint-Pétersbourg sera complètement astronomique - si vous prenez comme guide le coût moyen de la pose d'un métro à Moscou, vous obtenez quelque chose comme 3,25 trillions de roubles pour toute la ligne.
Un train à grande vitesse moderne entre deux capitales coûtera au moins la moitié du prix.
Mais il y a toujours des pays qui ne soutiennent pas le prix quand il s'agit de projets d'infrastructure. Parmi eux, comme d'habitude, la Chine: au 21e siècle, trois petits moldus passagers ont été construits en Chine, à Shanghai, Changsha et Pékin. La vitesse du train à coussin magnétique de Shanghai est de 431 km / h, ce qui est nettement supérieur à celui des trains de roues exploités dans le monde.
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Démo d'un train moldu chinois. Souvent, les projets spectaculaires ne dépassent pas les limites des brochures publicitaires, mais les Chinois ont montré non seulement un "blanc" avec des sièges, mais un wagon entièrement équipé.
Le Japon expérimente le moldu depuis longtemps: en 2005, une succursale commerciale de 9 kilomètres a été lancée à Nagoya, et d'ici 2027, il est prévu de l'étendre à Tokyo. Depuis 2016, un moldu à basse vitesse opère en Corée du Sud de l'aéroport d'Incheon au centre de loisirs de Yongyu, mais à l'avenir, les autorités souhaitent étendre considérablement le réseau.
En résumé, on peut dire que le Moldu est apparu trop tôt, il était en avance sur son temps, mais la technologie n'a pas été oubliée et revient aujourd'hui
D'une beauté indescriptible, la composition japonaise du test maglev JR Central L0 en 2015 a atteint une vitesse de 603 km / h. Après le lancement de la première succursale en 2027, L0 transportera des passagers à une vitesse de 505 km / h. Source: Maryland GovPics / Wikimedia
Cependant, le coussin magnétique ne résout qu'un seul obstacle à l'augmentation de la vitesse du train - la friction de roulement. Là où la résistance à l'air reste un gros problème, mais les amateurs préparent également un conseil pour cela.
Il s'agit d'Hyperloop, dont l'idée a été décrite en 1909 dans la revue Scientific American au nom du lecteur, le futur scientifique Robert Goddard.
En 1941, un écrivain soviétique de science-fiction a publié le roman "The Arctic Bridge", dont les héros ont construit leur propre Hyperloop de l'URSS aux États-Unis dans le but idéaliste d'établir une amitié entre les peuples.
Une formation d'ingénieur a aidé Kazantsev à décrire ce tunnel de transport sous-marin en détail et correctement sur le plan technologique.
Nous ne reviendrons pas une nouvelle fois sur le principe du travail d'Hyperloop, d'autant plus qu'il existe une excellente référence sur le sujet sur Habré. A noter que plusieurs sociétés indépendantes développent Hyperloop.
Une capsule pleine grandeur pour Hyperloop,En raison du petit diamètre des tuyaux dans la capsule passager, elle sera légèrement plus spacieuse que dans la cabine d'ascenseur. Source: Z22 / Wikimedia
La société Hyperloop TT, qui attire gratuitement des bénévoles, a réussi à tester sa capsule et à signer plusieurs accords sur la construction de succursales passagers aux Emirats Arabes Unis, en Arabie Saoudite et en Chine.
Une autre société, Virgin Hyperloop One, a réussi à construire un tube d'essai de 500 mètres, où elle a testé la capsule à une vitesse de 387 km / h.
Bien qu'il y ait de nombreux doutes sur la viabilité d'un tel projet (car il y avait tant de projets dans l'histoire des projets révolutionnaires de transport ferroviaire qui ne se sont pas arrêtés là), ne sous-estimez pas le potentiel d'Hyperloop One - l'entreprise reçoit constamment de grandes rondes de financement, la dernière étant la 400 millionième tranche de mai 2019.
Vidéo de test de la capsule Virgin Hyperloop One XP-1 à 387 km / h. Au stade actuel, Hyperloop n'est pas meilleur que les chemins de fer, mais ce n'est que le début d'un long voyage.
Il est probable que la Chine sera de nouveau en avance sur tout le monde avec la mise en œuvre pratique des trains sous vide.
Il y a deux ans, le projet de train T-Flight a été introduit, se déplaçant à travers un tuyau dans un espace sans air en raison de la lévitation magnétique.
Même au stade initial, les développeurs comptent sur une vitesse d'environ 1000 km / h, et à l'avenir, elle devrait atteindre 4000 km / h.
Connaissant l’ouverture de la Chine aux nouvelles technologies et les possibilités presque illimitées en termes d’investissements dans des projets d’infrastructure, on peut supposer que T-Flight passe réellement du concept au lancement dans une dizaine d’années.
Mais, très probablement, le sort des Moldus arrivera à Hyperloop: la technologie est à nouveau en avance, et la véritable vulgarisation des trains à vide devrait être bien attendue si d'ici les années 2050-2060.
Plus intelligent"
L'avènement de l'informatique a donné un puissant élan au développement du transport ferroviaire.
Les systèmes intelligents ont nécessité de nombreux travaux complexes sur la planification du réseau de routes, les horaires de circulation et la composition des trains.
Depuis plus d'une décennie, les opérateurs ferroviaires construisent d'immenses centres de traitement des données, qui sont le cerveau électronique qui fait clairement fonctionner le réseau ferroviaire de tout le pays.
Sans ordinateur, la programmation des trains est un vrai casse-tête. Dans des conditions où il n'y avait pas de technologie informatique puissante, de bases de données, de communications sans fil, et tout cela, le développement du réseau de routes, le travail des flèches et des feux de signalisation nécessitaient une attention et une précision considérables. Ils ont fait une erreur avec les flèches ou le train a été retardé de plusieurs minutes - c'est tout, cette petite chose suffit à provoquer le chaos et la paralysie complète de la voie ferrée au lieu d'un mouvement organisé.
Il s'agit d'un horaire de train à voie unique. Imaginez maintenant qu'il n'y a pas une, mais plusieurs voies, et les trains circulent sur des itinéraires différents plus d'une fois par heure, mais toutes les deux minutes.
L'ordinateur fera face à la planification beaucoup plus rapidement et plus efficacement. Source: eJake / Wikimedia
De nos jours, l'exploitation des chemins de fer est de plus en plus contrôlée par les ordinateurs.
Par exemple, Toshiba s'est implanté avec succès au Japon et propose désormais un complexe de gestion du transport ferroviaire sur le marché étranger.
Il se compose d'un système de contrôle de mouvement, d'un système de planification et d'un système de gestion de l'alimentation. Nous appelons cela une infrastructure informatique bimodale qui effectue deux tâches très importantes à la fois.
Premièrement, il accroît la stabilité et l'efficacité du fonctionnement des chemins de fer, et deuxièmement, il ouvre de nouvelles opportunités et augmente la flexibilité du réseau ferroviaire existant.
Le système de contrôle de mouvement surveille le mouvement de tous les trains 24 heures sur 24, contrôlant les feux de circulation et les flèches, selon un horaire donné.
La surveillance est effectuée en temps réel, et l'incident où le train a dévié de l'horaire et l'aiguillage s'est déjà déplacé vers une autre voie est exclu.
Le système de planification crée un horaire optimal basé sur les itinéraires donnés et de grandes données sur le trafic de passagers.
Le programme lui-même calcule la fréquence des trains, le nombre et le type de wagons qui s'y trouvent, établit un plan de contrôle technique des trains et des voies, calcule la charge de travail du personnel et envoie ces informations à toutes les gares du réseau.
Enfin, le système de gestion de l'énergie surveille l'état du réseau électrique et contrôle les sous-stations de traction.
Étant donné qu'un ordinateur peut assumer presque toutes les fonctions d'une personne, l'exclusion du conducteur du transport ferroviaire en présence de tels systèmes de surveillance et de contrôle semble tout à fait logique.
Visual Toshiba Rail Management System
Notez que nous parlons ici spécifiquement des chemins de fer, et non pas, par exemple, du métro ou des personnes-mouvements (mini-trains dans les aéroports, dans les expositions, etc.).
Il y a beaucoup de métro autonome à l'étranger: Londres et Glasgow, Montréal et Milan, Dubaï et même New York, qui est connu pour utiliser OS / 2 au début des années 90 à ce jour.
Les trains sans pilote, comme les voitures, ont des niveaux d'autonomie de zéro à cinq. Par exemple, le deuxième niveau implique la présence d'un conducteur qui est responsable du fonctionnement des portes, mais pas du mouvement.
Et au quatrième niveau, la présence de personnel dans la cabine n'est pas nécessaire, le train lui-même se déplace, s'arrête, ouvre la porte et réagit aux obstacles. Une liste complète des pays dotés de trains sans pilote de quatrième niveau est disponible sur Wikipédia.
Un train de métro autonome dans la ville de Kuala Lumpur, en Malaisie, développé en collaboration avec Siemens, se compose de quatre wagons et peut accueillir jusqu'à 1 200 passagers.
En Russie, les trains avec un pilote automatique au-dessus du deuxième niveau ne sont pas encore utilisés. Dans le métro de Kazan et de Saint-Pétersbourg, le système Dvizhenie a été introduit, qui est responsable de la circulation et du freinage des trains, mais le conducteur est responsable du fonctionnement des portes et surveille les éventuelles situations d'urgence.
Les chemins de fer russes prévoient de lancer les premières formations sans pilote «Swallow» le long du ring central de Moscou en 2021. Et il ne s'agit pas de test, mais d'une utilisation régulière, car les lancements de tests ont déjà commencé en 2019.
Sur une note optimiste
En 2025, le premier chemin de fer de voyageurs aura 200 ans. Pendant ce temps, les projets les plus fantastiques voient le jour et disparaissent, dont certains prennent racine et poursuivent l'évolution des chemins de fer.
Sur la base de l'efficacité économique, nous avons choisi les plus viables et les plus prometteurs de ceux qui sont susceptibles de déterminer l'avenir du transport ferroviaire pour le siècle prochain.
Peut-être que tous ne trouveront pas de mise en œuvre pratique, et Hyperloop restera longtemps un rêve de science-fiction, mais l'automatisation et l '«assouplissement» général des chemins de fer partout dans le monde se produiront inévitablement.
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