Почему здесь вдруг появляется эта статья? На самом деле, для меня самого стало определённой неожиданностью то, что я вдруг принялся за написание этой статьи критики, оторвавшись на это время от написания "основной" статьи сайта, описывающей (сверх:)трамвайную систему. Просто я недавно на просторах интернета - отчасти случайно, отчасти не совсем случайно - обнаружил сайт skytaxi.narod.ru, а также и статью "PRT" в Википедии, и изложенное там меня заинтересовало. Вообще, в целом, как нетрудно догадаться, меня интересуют вопросы разных видов транспорта, в особенности, таких, которые могут помочь решить проблемы автомобильных пробок и неудовлетворительного уровня безопасности движения автомобильного транспорта, а также проблемы удобства, комфорта, скорости и доступности для общественного транспорта. Так что к особо интересующим меня темам относятся т.н. альтернативные виды городского (и не только городского, впрочем) транспорта, от банальных велосипедов и веломобилей со своими велодорожками до различных более или менее футуристически выглядящих видов транспорта, различающихся также конструкцией и принципом работы.
Итак, тот проект (ну, или, наверное, на данном этапе лучше называть это предложением), который я буду здесь рассматривать - SkyTaxi - относится к классу видов транспорта, которые принято называть PRT (от англ. personal rapid transit - буквально - "личный скоростной городской общественный транспорт"). Как же это понимать? Мой вариант буквального перевода на русский, наверное, уже сам по себе шокирует многих: личный, но при этом общественный транспорт - как так может быть? На самом деле, наиболее корректно, наверное, было бы ответить так, что с формальной точки зрения PRT может выступать в качестве как общественного, так и личного транспорта, как и, например, автомобильный транспорт, а единицы подвижного состава могут находиться в собственности как относительно крупных транспортных операторов, так и частных лиц или частных компаний. Но это не вполне точно отражает более-менее устоявшееся и традиционное видение PRT, в соответствии с которым это транспорт практически чисто общественный, в котором, как правило, всей системой, как путями, так и подвижным составом, владеет некоторый единый на определённой территории владелец - оператор этой транспортной системы. Слово же "personal" в данном случае обозначает лишь тот момент, что в пределах единицы подвижного состава пассажир (пассажиры) едет (едут) без случайных попутчиков, и едет на этой единице без пересадок в пределах территории, обслуживаемой данной системой (города, городской агломерации и т.п.), т.е. практически PRT можно рассматривать как вид общественного транспорта, аналогичный по функции такси, но отличающийся отсутствием водителя в каждой единице ПС (а это, естественно, один из самых серьёзных факторов, обусловливающих высокую стоимость поездки на такси, и не позволяющий этому виду транспорта стать массовым, ибо тогда пришлось бы половине жителей города работать таксистами и возить вторую половину, что есть полный бред, по целому ряду причин).
Данное предложение привлекло внимание, в частности, тем, что, будучи достаточно типичным представителем предложений и проектов PRT, оно во многом более подробно описано, чем большинство других, при этом, автор, как видно из текстов на сайте, осознаёт и не забывает упомянуть все основные существенные технические проблемы, с которыми приходится сталкиваться при разработке подобных систем. В то же время, интересно здесь и то, что выбранные решения даются не как единственно возможные, а довольно широко представлено обсуждение альтернативных вариантов решений, где-то вообще окончательный выбор не сделан, что производит благоприятное впечатление.
Таким образом, объём, характер и формат информации на данном сайте (а также в тексте статьи русской Википедии "PRT" на момент её посещения, где представлено по сути сжатое изложение основных моментов предложения) представляются как некое предложение к обсуждению, дискуссии. При этом, как по концепции в целом, так и по отдельным решениям, я встретил целый ряд утверждений, с которыми я никак не могу согласиться. И вот, в порядке обсуждения всех этих концепций и решений, я и стал писать данный текст.
Собственно критику здесь я бы разделил на две основные части. Первая - критика концепции PRT в целом - в том виде, как она предлагается в проекте, рассмотрение её востребованности и конкурентоспособности по сравнению с более традиционно понимаемыми общественным, грузовым и личным транспортом, конечно, при условии, что эти последние будут технически и организационно заметно более совершенны, чем существующие виды автомобильного транспорта и внеуличного транспорта, а также вопросов конкретной реализации того, что названо в материалах режимом dual mode, т.е. какого-либо использования транспортных средств как на транспорте с полностью автоматическим режимом движения, так и на транспортных путях с присутствием/преобладанием движения с участием людей в управлении движением, или вообще с исключительно ручным управлением. А вторая часть - это критика конкретных, сугубо технических, моментов и решений, утверждений о возможности/невозможности, безопасности/небезопасности чего-либо в системе PRT. Тем не менее, эти две части я, наверное, не смогу полностью разделить и писать их в строгом порядке, как два отдельных раздела, ибо эти вопросы часто оказываются довольно сильно переплетены - технические проблемы и решения зависят от концепции с точки зрения потребителя транспортной услуги, ну а концепция может меняться в связи с некими ограничениями или, наоборот, дополнительными возможностями, определяемыми выбранными решениями. Поэтому, вероятнее всего, эти две "части" будут в этой статье постоянно переплетаться, но читатель должен просто понимать (особенно если возникает желание продолжить дискуссию), что всякое отдельно взятое утверждение касается либо целесообразности концепции с точки зрения потребителя, либо правильности выбранного технического решения, так как от этого непосредственно зависит, в каком направлении продолжать дискуссию по этому пункту. (Это было просто традиционное предупреждение, то бишь, disclaimer, на случай, если кто задумает начать дискуссию совершенно беспорядочным образом, отвечая по всякому утверждению не в тему - просто уже выше крыши было таких прецедентов, в то время как статья предназначена для достаточно широкой и разнообразной аудитории). В общем, дальше изложение будет идти по отдельным темам и пунктам в достаточно произвольном порядке, может быть, просто в таком, как они будут приходить в голову, ибо просто не хочется тратить много времени на какую-то особо логичную и продвинутую сортировку тем по порядку, а в материалах самого сайта также строгого разделения их по порядку не просматривается. Итак, перейдём к делу.
В этом месте я должен сделать некоторую важную оговорку. На самом деле, я считаю PRT как таковой необходимой и полезной системой, как минимум, в достаточно крупных городах, так как он в любом случае способен существенно разгрузить пути более тяжёлых видов транспорта, освободив их от большинства слишком лёгких транспортных средств, и тем улучшив их использование, и одновременно разгрузить другие виды внеуличного общественного транспорта. А значит, уменьшить степень занятия городской площади на нужды транспорта. И это, конечно, в равной степени действительно независимо от того, какой вид "промежуточно-тяжёлого" транспорта доминирует на путях на уровне земли - автомобиль, как сейчас, или же трамвай. Поэтому, учитывая напряжённость пассажиро- и грузопотоков в крупнейших городах, здесь трамвай и PRT не должны выступать как конкуренты или что-то взаимоисключающее, а наоборот, будут дополнять друг друга, занимая каждый свою нишу в перевозках единиц груза/групп пассажиров опеределённого весового диапазона, а также отчасти повышая общую надёжность транспорта за счёт частичного дублирования, по крайней мере, для пассажиров и небольших единиц грузов. Однако, в тех менее плотно населённых регионах, где строительство PRT под очень высокую интенсивность потока менее оправдано экономически, ситуация оказывается иной, так как можно предположить, что со всем объёмом перевозок любого вида там может справиться лишь один только трамвай.
Как уже было сказано выше, я даже не собираюсь оправдывать чем-то, почему решил начинать обсуждение именно с этой темы. Разве что, можно сказать, что от возможности решения стоящих в этой теме проблем зависит возможность работы всей системы PRT в том виде, в каком она представляется, без принципиальных изменений, и при этом без многократной потери в провозной способности по сравнению с планируемой автором. Так что, в каком-то смысле, эту тему можно считать ключевой. При этом, очевидно, что эти три момента - скорость, интервал и способ выбора маршрута на разветвлении - неразрывно связаны друг с другом, поэтому и рассматривать их здесь естественно будет только вместе.
Итак, в предложении SkyTaxi представлена следующая концепция реализации PRT: отдельные единицы подвижного состава движутся по линиям, направляемые рельсовым путём. При этом эти единицы никогда не сцепляются друг с другом, однако интервал между последующими единицами поддерживается достаточно небольшим (намного менее длины тормозного пути) за счёт управления скоростью со стороны надёжной системы с бортовым компьютером реального времени, датчиками, определяющими дистанцию до соседних единиц и соотв. скорость сближения, ускорение, а также с использованием обмена информации между бортовыми компьютерами соседних единиц. Разветвление пути выполняется в виде пассивной стрелки, то есть такой конструкции на пути, которая не имеет подвижных частей, но имеет некие неподвижные направляющие элементы для обоих разветвляющихся направлений, а единица подвижного состава выбирает то или иное направление движения за счёт захвата только одного из этих элементов своими направляющими органами (колёсами, роликами и т.п.)
Скорость планируется порядка 150 км/ч и более - до 230 км/ч:
Следует ли стремиться к высокой скорости движения? (Russian)
Я думаю, что имеет смысл стремиться сократить среднее время поездки с 30 минут (40 км/ч) до 20 минут (60 км/ч), а лучше до 8 минут (при 150 км/ч, ну добавим еще 2 минуты на разгон и торможение, тогда 10 минут)! Кстати говоря, при 150 км/ч требуется втрое меньше вагонов для перевозки того же количества пассажиров, чем при 40 км/ч, а вагоны – это 30% от стоимости всей системы. То есть, имеем экономию капитальных затрат 20% от стоимости всей системы, не говоря уж о преимуществах для пассажиров. Кроме того, с увеличением скорости повышается пропускная способность, и требуется меньше полос движения на загруженных направлениях. То есть, магистральные линии с высокой скоростью движения могут иметь всего одну полосу движения в каждом направлении.
И ведь технические возможности для увеличения скорости есть. Скоростные поезда проходят скоростные стрелки с изменением направления движения на скорости 230 км/ч. По прямой они проходят стрелки гораздо быстрее, но в PRT невозможно иметь разные скорости для разных направлений прохождения стрелки, так как интервалы между вагонами PRT очень короткие. Если исходить из нормальных средних человеческих потребностей в таком городе, как Москва, то скорость 150 км/ч вполне достаточна, и может быть задана как цель. Дальнейшее увеличение скорости практически не сокращает времени поездки. Хотя для Подмосковья может быть необходима скорость побольше – вплоть до 230 км/ч.
На этот счёт я бы сказал вот что... С одной стороны, когда мы говорим о времени такой поездки (в типичном случае - из дома на работу/учёбу и обратно - это, пожалуй, наиболее массовый тип поездок), и подразумеваем поездку на традиционном общественном транспорте или же на личном автомобиле, то конечно, имеется очень чёткое желание свести время поездки к минимуму. И это понятно, так как время такой поездки в этом случае является потерянным - в это время невозможно, как правило, полноценно заниматься какой-либо полезной деятельностью, и более того, в это время происходит лишь дополнительное утомление человека от некой физической и/или психологической нагрузки (вождение автомобиля, езда в давке, или долгое ожидание на остановке, пересадки, слежение за остановками и т.п.). Однако, когда пассажир пересядет в гораздо более комфортную кабину PRT, где не надо ни следить за остановками, ни висеть на поручне в давке, ни следить за тем, чтобы кто-то из окружающих случайных попутчиков не устроил какую-нибудь гадость, ни рулить по пробкам или уворачиваться от любителей "спортивной езды", отношение к времени поездки может существенно измениться. Ведь в это время теперь можно сделать какие-то нужные дела - подготовиться к работе, почитать книгу, наконец, просто подумать о чём-то в весьма спокойной обстановке, помедитировать... Конечно, при этом не стоит увеличивать время поездки по сравнению с тем временем, которое достигается сейчас при помощи общественного транспорта в сравнительно хорошем случае, или при помощи велосипеда при хорошей физической форме велосипедиста, или даже на легковом автомобиле при езде по городу в промежуточных условиях - не совсем пустые улицы и выключенные светофоры, но и не дикие пробки. Т.е. это значит фактически, по опыту подобных поездок, что средняя скорость поездки, конечно, не должна быть менее 20-25 км/ч - именно такова средняя скорость поездки в перечисленных мной выше случаях. Конечно, лучше, если эта скорость будет даже несколько больше - ну, пусть 30 км/ч. Если удастся буквально всех нуждающихся в поездке жителей города перевезти с такой средней скоростью и в условиях намного большего комфорта, это уже будет настолько огромный прогресс, что все пассажиры будут просто счастливы. Так что, если система действительно обеспечит непрерывное движение с приблизительно постоянной крейсерской скоростью и при этом совсем незначительное время ожидания в очереди на посадку и время ожидания отправления подвижной единицы, то уже крейсерская скорость 30 км/ч обеспечит системе отличный результат и прекрасную репутацию, без шуток. Ведь практически каждый без исключения москвич стал бы добираться на работу и обратно как минимум, в полтора раза быстрее, чем сейчас, а как максимум - раза в три быстрее.
Исходя из вышесказанного, необходимость увеличивать скорость выше названной цифры 30 км/ч (ну, максимум, быть может, 50 км/ч, больше уж некуда) в условиях сравнительно ближних городских поездок требует очень серьёзного обоснования, особенно, если скорость планируется значительно, в несколько раз выше, и если это вызывает существенный рост каких-либо затрат, или существенно ухудшает показатели безопасности. Для дальних, то есть, междугородных и пригородных поездок, в соответствующих коридорах - другое дело, там, конечно, нужны скорости более 50 км/ч. Но, опять же, не 150 и тем более не 230 км/ч.
С нами никто даже разговаривать не станет ни о какой PRT, если мы будем говорить о скорости 40 км/ч. Нужно, по меньшей мере, не проиграть в скорости автомобилю при благоприятных для него условиях, т.е. пустое шоссе и т.п. Ведь никто из водителей не держит в голове среднюю скорость движения сквозь автомобильные «пробки», а все думают только о «максималке» и хвастают друг перед другом, с какой скоростью они носятся по МКАД в левом ряду. Психология – великая сила, двигатель (или неисправный руль?) экономики.
Ну так и не надо о ней говорить, о скорости 40 км/ч :) Кто сам всё понимает, тот всё равно поймёт, какая она, скорость, а которые совсем не думают, тем тыкать в морду временем поездки, которое будет даже при 30 км/ч меньше, чем знакомое им по своему опыту время поездки на личном автомобиле - даже в условиях отсутствия пробок, просто за счёт остановок на светофорах, на нерегулируемых перекрёстках и т.д., наконец, времени на запуск машины и подготовку к движению, а потом на парковку. Для любителей максималки можно так походя написать, скажем, что конструкционная скорость единицы - столько-то. Ну, не знаю там, 120, или 150, или 200 км/ч - уж на сколько эту единицу сделать не слишком дорого будет. И какую-то скорость подобного рода - типа 100-120 км/ч - можно и вправду развивать на пригородных направлениях, если таковые будут в системе.
Метро – не предмет для подражания. Потому и возникла идея PRT, что метро как вид транспорта полностью себе исчерпало с появлением мегаполисов с обширными предместьями.
Конечно, про метро - это здесь как бы оффтопик, но всё же отвлекусь на эту тему. А причём тут предместья? Кто виноват, что в Москве метро слишком долго не строили в окраинные районы, а подвозной транспорт также оставляет желать лучшего? Только, к сожалению, проблема метро совсем не в этом. Так или иначе, какова бы ни была конфигурация мегаполиса, большинство его жителей попадает в метро и едет к своим точкам назначения. Точки назначения имеют свойство очень плотно концентрироваться в центре города. И поэтому, хотя, безусловно, Москве вообще и Московскому метрополитену в частности очень не хватает каких-то линий кольцевой или хордовой связи серединных и периферийных районов, чтобы поездки хордовых направлений не перегружали пересадки центра, всё равно логично ожидать, что большинство поездок всё равно будет направлено в центр/из центра, а также внутри центра. А вот в центре - в районе с очень высокой плотностью застройки, и одновременно с очень высокой плотностью пассажирообразующих центров - у метро возникают большие проблемы с масштабируемостью, даже при условии наличия достаточных средств для строительства любых новых линий, станций и т.п. С одной стороны, с ростом числа людей, прибывающих по каждой из линий, растёт нагрузка на пересадки, но увеличить их пропускную способность или на лету пристроить новых пересадок между некоторыми двумя линиями по понятным причинам практически невозможно. В то же время, до тех пор, пока пассажир будет принципиально ездить между станциями метро, ближайшими к пунктам отправления и назначения пассажира, нагрузка на пересадки будет только увеличиваться. Отчасти, конечно, эту проблему решает строительство новых радиусов, при условии, что они вводятся в центр и как можно более полно подсоединяются к существующим пересадочным узлам, причём при подсоединение напрямую к станционным залам каждой из станций узла, и при наличии у станции собственного выхода в город. Если хотя бы одно из условий нарушено, то влияние такой новой станции на загруженность переходов и/или выходов неоднозначно. В то же время, строительство пересадочных узлов, где станций более 3, нежелательно, обеспечить прямую связь переходами между всеми станциями там очень трудно, а если и выполнено, то простанство станционных залов загромождается входами в переходы, что способствует давке уже на самой платформе. А с этой точки зрения, в центре уже мало осталось узлов из 2 станций или вообще станций, не связанных переходами, к которым можно было бы удобно подключить что-то новое. Одновременно, в центре в силу плотности застройки, очень остро стоит проблема размещения выходов новых станций метров, а без новых выходов подключение новых станций мало решает проблему загрузки переходов, а то и усугубляет её. Проблему собственно пересадок в Москве могло бы решить добавление снаружи от кольцевой линии второго кольца или совокупности хордовых или сегментных линий, соединяющих по 3-4 радиуса на расстоянии 1 перегона от кольцевой, где-то, может быть - в 2 перегонах от кольцевой. Их можно построить и подсоединить к существующим линиям, так как на настоящий момент большинство станций в этой зоне не связаны пересадками, либо входят в пересадочные узлы только с 2 станциями (Пролетарская-Крестьянская Застава, Площадь Ильича-Римская). Но поскольку такого рода линии не входят в самый центр, и вообще не увеличивают число радиусов, входящих в центр, остаются перегруженными в час пик ближайшие к кольцевой 1-2 перегона - т.е. давка в вагонах по-прежнему достигает такой степени, что без специальной психологической подготовки и без специальной экипировки обычный человек войти в такой поезд просто не может. Но и вне часа пик есть определённая проблема: метрополитен снижает частоту движения по мере падения потока, так что если давка и уменьшается, то для практически всех пассажиров, кроме едущих с 1-2 крайних станций линии, метро остаётся сугубо стоячим транспортом в любое время суток, кроме, разве что, последних двух часов перед закрытием. А значит, неизбежно вызывает дискомфорт и обвинения в скотовозности, ибо стоя возят скот...
Ладно, вернёмся теперь собственно к скоростям и интервалам. Начнём с более простого случая - движения по неразветвлённой линии. Здесь вся задача упрощается до того, что требуется только не допустить столкновения со впереди идущим поездом. В практике разных существующих сейчас наземных видов транспорта приняты различные методы определения безопасного интервала между следующими друг за другом поездами (транспортными средствами).
Наиболее широко известными являются классический железнодорожный принцип (который автор называет также, в соответствии с укоренившейся англоязычной традицией, принципом "кирпичной стены"), и принцип, используемый на автомобильном транспорте. Классический железнодорожный принцип заключается в том, что перед движущимся поездом всегда должен быть свободен участок, в котором помещается его тормозной путь. Таким образом, этот принцип позволяет одинаковым образом обрабатывать ситуацию нахождения впередиидущего поезда в некотором месте, независимо от того, с какой скоростью он движется (при условии, однако, что он движется именно вперёд, а не навстречу). Одновременно, этот принцип позволит вовремя остановиться, если впередиидущий поезд, например, разрушит путь под собой, или как-то ещё сделает этот участок пути непригодным для движения - конечно, если это событие будет вовремя замечено. Однако, такие случаи обычно можно считать слишком редкими, и в таком случае для задачи предотвращения столкновений исправно движущихся по исправному пути поездов или транспортных средств определяемый таким образом интервал, безусловно, избыточен, и можно ожидать, что он слишком сильно ограничивает пропускную способность линии.
Также, можно отметить, что основным понятием в этой концепции является тормозной путь. Тормозной путь состоит в основном из двух частей - времени распознавания крайнего допустимого сближения и приведения в действие тормозных механизмов, и времени собственно замедления. Первая часть тормозного пути растёт прямо пропорционально скорости (если скорость не влияет на время распознавания сближения и время срабатывания тормозов), вторая же - обычно пропорционально квадрату скорости, или даже более высокой степени (если возможная величина замедления падает с ростом скорости). Для таких систем, где хорошо развита автоматизация управления движением, и используются достаточно быстро срабатывающие тормоза, первая часть тормозного пути, как правило, будет составлять меньшую часть, так что в общем тормозной путь будет пропорционален примерно квадрату скорости (так как величина замедления ограничена либо физическими ограничениями используемого способа торможения, ограничениями по устойчивости и прочности подвижного состава и пути, либо ограничениями ускорений по безопасности пассажиров и сохранности груза).
В то же время, основной и вездесущий наземный транспорт - т.е. автомобильный - использует другой подход для определения безопасной дистанции. Здесь минимальная дистанция прямо не связывается с длиной тормозного пути как такового, и, как правило, в несколько раз короче его. Фактически, если оперировать всё равно в терминах тормозных путей, основой для расчёта здесь служит разность тормозных путей впередиидущего траснпортного средства (от момента физического начала торможения, позволяющего сзадиидущему воспринять и оценить ситуацию), и сзадиидущего (с учётом времени реакции и времени срабатывания тормозов, а также с учётом предполагаемой неравной эффективности тормозов у разных ТС, и также неравномерности характеристик дорожного покрытия по длине пути).
Однако, на практике водители часто пренебрегают неравенством максимального ускорения торможения своего и впередиидущего ТС (и в некоторых случаях даже более-менее правы в этом отношении - т.е. когда следуют за ТС с заведомо более слабыми возможностями торможения), и в этом случае основной частью разности, ответственной за сближение транспортных средств, оказывается путь, проходимый вторым ТС за время реакции водителя (или автоматики там, где она есть) и за время срабатывания тормозов. А этот путь возрастает пропорционально скорости, так что минимальная дистанция (при условии равной эффективности торможения) равна скорости движения, умноженной на время от начала торможения впередиидущего до начала торможения следующего транспортного средства. Тем не менее, в общем случае такой подход, не учитывающий различие способностей торможения у последовательно идущих поездов, и ориентирующийся только на время реакции и срабатывания тормозов, нельзя считать безопасным. Ведь совершенно одинаковыми ускорения при торможении у двух разных поездов быть не могут - у одного больше, у другого меньше. Максимум, чего можно добиться - это нормировать не только минимально допустимое замедление при полном торможении, как это делается сейчас и для автомобильного, и для железнодорожного транспорта, но также и максимально достижимое. Но тем не менее, это всегда будет довольно широкий коридор значений.
Причём, на автомобильном транспорте эта проблема как-то частично сглаживается тем фактом, что все едут по одной дороге, и имеют хотя бы теоретический предел сцепления, хоть и зависящий от состояния дороги, но примерно одинаковый для всех, и тем, что все более-менее исправные и нормальные автомобили способны легко тормозить с такой силой, чтобы блокировать колёса (здесь не учитываются мотоциклы, которые так тормозить нельзя, ибо он либо упадёт от блокировки любого одного колеса, либо перевернётся через переднее колесо), а АБС на автотранспорте опять же не столь сильно уменьшает тормозной путь по сравнению с аккуратным водителем. Да и при полной блокировке колёс коэффициент трения на автотранспорте падает не так сильно (другой вопрос - это то, что при этом машина становится неуправляема, и входит в занос, рискует перевернуться или просто столкнуться с чем-либо, оказавшимся на отклонившемся пути, и именно по этой причине АБС на автотранспорте всё же очень полезна для обеспечения безопасности), так что даже неправильное распределение тормозных сил по осям и колёсам не столь сильно влияет на тормозной путь.
На классическом же рельсовом транспорте всё совсем не так просто. Во-первых, рассмотрим торможение, проходящее через касательное усилие в контакте колесо-рельс - то есть, полностью аналогичное всякому торможению автотранспорта. Здесь у разных типов подвижного состава существует либо только фрикционный тормоз (имеющий противоюзную автоматику, или не имеющий её), либо в дополнение к нему также нефрикционный тип тормоза, который даже при превышении предела сцепления колёс не приводит к их полной остановке в одной точке, а позволяет им проворачиваться с некоторой скоростью (впрочем, и здесь может быть противоюзная автоматика, которая исключит даже такое скольжение). Полная блокировка колеса на рельсовом транспорте - это уже нештатная ситуация, так как приводит к образованию на колесе выбоины, с которой не только эксплуатация, но и дальнейшее движение даже до ближайшей станции невозможно. Поэтому, если фрикционный тормоз не оборудован противоюзной автоматикой, его максимальную силу рассчитывают так, чтобы практически даже при самом неблагоприятном сочетании условий колёса гарантированно не блокировались. А это, в более конкретных цифрах, означает достижимую величину замедления не более, чем примерно 1,0 м/с2.
Для нефрикционных тормозов - таких, как динамическое торможение тяговым электродвигателем, или специальные устройства - гидродинамические или, реже, электродинамические замедлители - юз колёс не столь страшен, т.к. не приводит к образованию на колесе локализованных ползунов (выбоин), а только к некоторому износу по кругу катания, не столь критичному для дальнейшего движения. Поэтому для таких видов тормозов максимальная тормозная сила может быть принята несколько выше, чем для фрикционных - допуская, что именно при самом неблагоприятном сочетании условий для некоторой небольшой доли колёс будет происходить переход в юз. Оговорка о небольшой доли здесь важна по той причине, что, в отличие от автотранспорта с его канонической парой резина-асфальтобетон, для пары трения сталь-сталь даже, скажем, 50- или 20-процентное скольжение колеса практически уменьшает силу трения в разы (например, в 2-5 раз) по сравнению с максимальной достижимой без заметного проскальзывания (т.е. при скольжении в доли процента) силой, а значит, колёса, перешедшие даже в такой режим юза, с замедленным проворачиванием, практически потеряны для торможение. Кстати, примерно то же самое можно сказать и о фрикционном тормозе, имеющем противоюз, но противоюз, работающий по факту уже начавшегося юза. Так как его работа - это, в общем-то, любой ценой не допустить полной блокировки даже на долю секунды, и как только колесо начинает резко замедляться, входя в юз, противоюз резко и полностью сбрасывает тормозное усилие, после чего плавно поднимает с нуля - как правило, просто до следующего срабатывания. А пока он это делает, тормоз не работает. А если срабатывания повторяются постоянно - тормоз на данном колесе работает в среднем лишь в половину той силы, с которой работает тормоз соседнего колеса, которое из-за лучших (процентов на 10) условий сцепления просто не дошло до предела, и не срывалось в юз. Так что и обычный противоюз может использовать лишь не более 40-50% фактического предела сцепления колёс, что на практике означает возможность замедления не более примено 1,5-2,0 м/с2. Примерно такие же значения возможны и для обычного нефрикционного тормоза, не имеющего особо быстродействующего противоюза.
И лишь быстродействующие противоюзные системы способны приближаться к пределу сцепления колеса с рельсом, что может позволять замедления около 4,0 м/с2. Быстродействующие - в данном случае это значит, что они способны точно измерять и постоянно отслеживать величину скольжения ещё тогда, когда она составляет те сотые и десятые доли процента, и не только отслеживать, но и успевать снижать собственно тормозное усилие быстрее, чем скорость скольжения колеса выйдет за допустимые пределы, при которых трение заметно падает. Для фрикционных тормозов с пневматическим приводом такое, если и возможно в принципе, то довольно сложно. Однако, для электродинамического торможения, как и для работы тех же двигателей в режиме тяги, такая оперативная реакция вполне возможна, и современные тяговые приводы обычно имеют функциональность, обеспечивающая такое управление скольжением.
Однако, к сожалению, такие системы торможения представлены не на всём подвижном составе, да и не могут они считаться надёжными настолько, чтобы на них полагаться в безопасности движения. Вот и получается, что даже учитывая лишь торможение, ограниченное сцеплением колесо-рельс, может в реальности быть примерно в 4-5 раз сильнее, чем сила того старого доброго фрикционного тормоза без противоюза, на который мы можем рассчитывать в любом случае. Это ещё - при условии, что старый добрый фрикционный тормоз всё же умеет автоматически регулировать силу пропорционально фактической нагрузке на колесо. Потому что в противном случае цифру 1,0 м/с2 придётся умножить на отношение веса порожнего вагона к весу гружёного, и ещё на отношение нагрузки на наименее нагруженное колесо к средней нагрузке (оба параметра - для порожнего вагона).
Поэтому, для того, чтобы при помощи сравнительно простого и надёжного тормоза обеспечить надёжную и стабильную возможность торможения с предсказуемым, стандартным, и достаточно большим ускорением, на рельсовом транспорте необходимо обращаться к таким способам торможения, которые не передают тормозную силу через контакт колесо-рельс. Наиболее известными, а потому очевидными для современного человека, вариантами тут являются магниторельсовый тормоз, прижимающийся сверху к той же поверхности головки рельса, по которой катятся колёса, и клещевой тормоз, работающий посредством зажимания какого-то продольного элемента пути, предназначенного специально для этого. (Да, этим элементом в принципе могут быть и сами ходовые рельсы - но при условии специальной конструкции пути, отличной от стандартной железнодорожной или трамвайной, и в результате несовместимой с ними - именно такой была линия Pöstlingbergbahn в австрийском городе Линц, имевшая уклоны около 11% - впрочем, совсем недавно она была закрыта для превращения в линию обыкновенного трамвая, использующего стандартный магниторельсовый тормоз, и закрыта, что важно, не из-за каких-то принципиальных недостатков самого решения, а по банальной причине, что во-первых, всё стандартное дешевле, чем уникальное - включая и рельсы, и вагоны, во-вторых, интеграция в уже существующую в городе сеть трамвая также экономически выгодна). Однако может использоваться и специальный дополнительный рельс или рельсы, полосы или тому подобные предметы в качестве элементов пути, зажимаемых клещевым тормозом. Такое решение позволит не терять совместимости, в том числе обратной совместимости, с традиционной схемой рельсового транспорта, а на участках с совсем низким ограничением скорости и без экстремальных значений уклонов обходиться вообще без них. Магниторельсовый же тормоз не требует вообще никаких дополнительных элементов кроме самой головки рельса, однако он не может использоваться, в частности, в качестве стояночного, так как требует постоянного подвода энергии, которая может быть недоступна.
Как клещевой, так и магниторельсовый тормоза могут быть при определённых условиях (для магниторельсового - решение проблем с надёжным питанием, не зависящим ни от напряжения в контактной сети, ни от исправности и заряда бортовой аккумуляторной батареи, и дублированием как самих тормозов, так и аварийных источников питания, то есть, генераторов, работающих за счёт самого движения вагона) являться надёжными в достаточной степени, чтобы на них можно было рассчитывать для обеспечения безопасности движения, для расчёта интервалов, выбора скорости движения и т.д. Однако оба эти вида тормозов опять обладают одной особенностью, которой нет у автомобильного транспорта. А именно, дело в том, что сила этих тормозов теоретически ничем не ограничена, как сила торможения автотранспорта ограничена коэффициентом сцепления. Разве что за исключением ограничения, специально указанного в правилах, и обеспечиваемого посредством некоторой автоматики, ограничивающей нажатие тормозов строго пропорционально фактическому весу вагона. Примерно таким способом можно эмулировать принцип торможения и соответственно выбора дистанции, характерный для автомобильного транспорта. Однако, на этом месте возникает вот какое соображение. Ведь при этом мы искуственно ограничили тормозное ускорение. Вероятно, до значения, премлемого с точки зрения комфорта пассажиров. Однако ведь если тормоз в принципе позволяет тормозить, скажем, с ускорением 3-4 g, и всё-таки сложится такая ситуация, когда только такое торможение позволит избежать столкновения, такое торможение будет, конечно, меньшим из двух зол, и не воспользоваться им, имея способные на то тормоза, будет неразумно, но, с другой стороны, если в основу выбора дистанции/интервала положен автомобильный принцип, основанный на жёстком верхнем ограничении тормозного ускорения, то тормозить так будет нельзя, т.к. при этом может не суметь затормозить сзадиидущий поезд, о котором мы не знаем, каковы его предельные тормозные способности. С другой стороны, если исходить из реальной возможности применения предельной тормозной силы в случае необходимости, тормозной путь может уменьшиться настолько, что даже при высоких скоростях (более 100 км/ч) допустимый минимальный интервал между поездами, определяемый по классическому ж.д. принципу, будет по крайней мере близок к интервалу, который даёт автомобильный принцип, но при жёстком ограничении комфортной величиной ускорения. При меньших же скоростях, в силу примерно квадратичной зависимости дистанции от скорости в ж.д. принципе, и примерно линейной в автомобильном, ж.д. принцип с сильными тормозами будет, так сказать, за счёт грубой силы, иметь однозначное преимущество перед автомобильным с тормозами ограниченной силы. При этом важно понимать, что наличие возможности и безопасности применения торможения в полную силу (реально, конечно, ограничение всё равно будет - по прочности и устойчивости пути к продольным нагрузкам, в несколько раз превышающим вес поездов - но такое ограничение уже гораздо легче жёстко и заранее заложить в саму конструкцию вагона) совсем не означает, что таким торможением, выходящим за пределы комфорта, придётся пользоваться чаще, чем полными торможениями, предлагаемыми для автомобильного принципа. В реальности, пока не пересечён некий порог минимальной дистанции, торможение может происходить с гораздо меньшими, комфортными ускорениями - почти точно синхронно с впереди идущим поездом - при условии, что он сам тормозит с комфортным ускорением. В итоге, некомфортное экстренное торможение реально будет происходить лишь в случае действительного появления неподвижного препятствия на пути - то есть, когда альтернативой такому торможению будет лишь наезд на препятствие и крушение. А также при серьёзном отказе автоматики вагона, когда он оказывается в положении, что не знает ничего о дистанции до впередиидущего вагона или до заданной точки остановки - но частота таких отказов должна в любом случае быть сведена к минимуму.
Использование пассивных или традиционных - подвижных - стрелок, несомненно, является одним из факторов, наиболее сильно влияющих на концепцию вида транспорта, на его облик, и, конечно, на возможность достижения тех самый интервалов не только на неразветвлённых путях, где вся задача ограничивалась недопущением столкновеня последовательно идущих поездов, но и на разветвлениях или слияниях линий, где добавляется задача войти на стрелку только при правильно установленном и зафиксированном положении подвижных органов, определяющих направление движения и вообще возможность прохода стрелки без аварии - будь то подвижные органы, расположенные на самой стрелке, в случае подвижной стрелки, или органы, расположенные на вагоне, в случае пассивной стрелки.
Продолжение следует...