Битва технологий: SkyWay vs монорельс

Мы начинаем цикл публикаций, в которых будем сравнивать технологию SkyWay с существующими видами транспорта, изучать их характеристики и выяснять, чем именно струнные транспортные комплексы выгодно отличаются от хорошо известных и привычных нам способов перевозки пассажиров и грузов и насколько выгодную альтернативу могут им составить.

В первой статье речь пойдёт о ближайшем «соседе» SkyWay по второму уровню — монорельсовому транспорту.

Немного истории

Впервые этот вид транспорта появился в России в 1820 году: житель подмосковного села Мячково Иван Эльманов построил «дорогу на столбах» — по верхнему продольному брусу катились вагонетки, которые тянули лошади.

Рис.1 Проект монорельсовой дороги И.Эльманова (1820 г.)

Буквально через год монорельсовая дорога была запатентована в Англии инженером Генри Палмером, который построил первый её участок в 1825 году. Поскольку в Европе о проекте русского изобретателя никто не знал, этот год стал официальной точкой отсчёта истории монорельсового транспорта.

За почти двухсотлетний отрезок времени с момента появления дорог Эльманова и Палмера мир увидел десятки проектов монорельсовых дорог, которые отличались между собой различной степенью проработки и технического исполнения, вплоть до применения гироскопов, реактивных двигателей и магнитной подушки.

Отдельного упоминания стоит “Wuppertaler Schwebebahn” — монорельсовая подвесная дорога в немецком городе Вупперталь, которая вошла в историю как первый монорельс, введённый в эксплуатацию. Он остаётся действующим и на сегодняшний день перевозит около 85.000 пассажиров в сутки. Линия пережила две мировые войны и продолжает приносить прибыль, оставаясь наглядным примером безопасного способа транспортировки пассажиров. Возможно, секрет успеха Вуппертальской дороги заключался в том, что в долине реки Вуппер в начале XX века было сложно проложить наземную или подземную линию железной дороги, а монорельс удалось провести прямо над рекой.

Перспективы, перспективы…

Однако опыт Вупперталя, скорее, исключение из общего правила: на сегодняшний день монорельс находится среди аутсайдеров транспортного рынка. Казалось бы, адекватная идея изолировать транспортные магистрали, путём их размещения над поверхностью земли, должна обеспечить высокий уровень безопасности и скорость транспортировки пассажиров и грузов. Но на практике даже современные виды монорельсовых дорог не могут похвастаться выдающимися эксплуатационными характеристиками или низкими капитальными затратами на строительство. Зачастую получается дорого и неэффективно. Даже высокоскоростной Маглев, который может перемещаться на скоростях до 600 км/час, из-за внушительных затрат на строительство и обслуживание оказался экономически невыгоден. Ещё одно тому подтверждение — опыт эксплуатации московского монорельса, который в 2017 году городская администрация перевела на экскурсионный режим работы, а потом вовсе поставила вопрос о целесообразности его применения из-за низкой рентабельности.

Монорельс и SkyWay

Визуальная схожесть монорельсовых дорог с струнными транспортными комплексами является основанием для отдельных «экспертов» судить о рыночных перспективах технологии SkyWay. Логика противников Юницкого здесь проста: транспорт внешне похож, а, значит, если монорельс оказался невостребованным, то и SkyWay повторит его судьбу. Вот только схожая черта у этих транспортных систем одна: и там и там транспорт перемещается по специальной эстакаде. А конструктивных отличий гораздо больше. Впрочем, давайте по порядку.  

Эстакада

Практически всегда в монорельсовых дорогах используется железобетонная или металлическая эстакада. Стоимость её возведения варьируется от 17 до 100 и более млн USD за километр пути.

Рис 2. Эстакада монорельсовой дороги “Wuppertaler Schwebebahn” (слева) и гибкая путевая структура SkyWay (справа) 

В струнных транспортных комплексах благодаря использованию преднапряжённых стальных конструкций эстакада может выдерживать высокие нагрузки при небольшой материалоёмкости. Это не только значительно снижает стоимость строительства линий SkyWay, но и даёт преимущества струнному транспорту в эстетическом плане: вместо массивных монорельсовых эстакад можно возводить лёгкие, ажурные и одновременно прочные конструкции, которые не будут выглядеть монструозно как на фоне городской панорамы, так и за её пределами.

Ходовая часть  

Большинство монорельсовых систем (за исключением поездов на магнитной подушке) использует подвижной состав с ходовой частью, оснащённой пневматическими шинами. Это решение имеет как ряд преимуществ, так и существенных недостатков.

Использование пневматических шин приводит к значительным затратам энергии на движение. К примеру, в сравнении с железнодорожным транспортом энергопотери могут отличаться в 5-7 раз, так как пневматические колёса имеют большее сопротивление качению и инерцию вращения в отличие от систем «стальное колесо — рельс».

Теоретически, поезда на пневматических шинах могут преодолевать более крутые уклоны (свыше 15%) в отличие от рельсовых систем. Однако на практике это преимущество является незначительным, так как требует более производительной силовой установки, дополнительных энергозатрат, а в конечном счёте приведёт к снижению уровня комфорта для пассажиров.

Кроме того, пневматические шины более восприимчивы к погодным условиям, в частности, к обледенению путевой структуры в зимний период.  Это требует дополнительной очистки эстакады от снега и льда, либо размещения ходовой части в изолированном коробе, защищённом от осадков (система Safege), что усложняет её техническое обслуживание.

Рис.3 Ходовая часть на пневматический шинах московского монорельса (слева) и ходовая часть SkyWay (справа) 

В конструкции ходовой части подвижного состава SkyWay реализована схема, в которой стальное колесо опирается на поверхность рельса. В отличие от пневмошины, колесо SkyWay обладает малым сопротивлением качению ввиду узкого (в направлении качения) пятна контакта, что обеспечивает низкое энергопотребление подвижного состава.

Кроме того, применение компоновки «стальное колесо – рельс» решает проблему обледенения, поскольку такая система не нуждается в дополнительной очистке путевой структуры. Ходовые испытания подвижного состава SkyWay в ЭкоТехноПарке на практике это доказали.

Пропускная способность

Из всех традиционных монорельсовых систем можно выделить самые коммерчески успешные — монорельсовые дороги производства японской компании Hitachi и канадской Bombardier. Залогом их рентабельности стало использование системы ALWEG в конструкции ходовой части: два опорных колеса находятся сверху рельса + четыре поддерживающих по бокам. Именно эта схема позволяет устранить недостаток низкой скорости обычного монорельса и помогает справляться с большими пассажиропотоками — до 137 тыс. пассажиров в сутки.

Для сравнения скорость движения в городских комплексах SkyWay может достигать 150 км/час, а благодаря использованию интеллектуальных систем управления подвижным составом теоретическая пиковая пропускная способность такой системы при 20-часовой работе составляет 360 тыс. человек в сутки в одну сторону (с учётом двухсекундного разрешённого интервала, а также 10-местной базовой вместимости одиночного модуля). Кроме того, производительность транспортных комплексов SkyWay может быть дополнительно повышена путём увеличения вместимости модулей и объединения их в составы. 

Выводы

Сравнивать две транспортные системы можно довольно долго, однако даже по перечисленным выше пунктам становится понятно: эстакадный транспорт может быть разным, а конструктивные отличия между на первый взгляд схожими комплексами могут быть весьма существенными. Существенными настолько, что одна система может сколько угодно оставаться дорогой игрушкой с весьма туманными рыночными перспективами, в то время как другая способна эффективно решать любые существующие транспортные проблемы.