Pomimo swojej popularności, przemysł kolejowy wciąż nie jest doskonały i wymaga wielu usprawnień. Jedną z kwestii najbardziej priorytetowych dla inżynierów i konstruktorów przemysłu kolejowego jest prędkość, którą można zawsze zwiększyć w miarę pojawiania się nowych technologii. Jest to o tyle ważne, że popyt na pasażerskie przewozy kolejowe jest wysoki, a zwiększenie efektywności transportu pozwoliłoby na przewóz większej liczby osób. Szybsze pociągi mogą również konkurować bezpośrednio z podróżami lotniczymi, oferując także niższy poziom emisji.

Unia Europejska ma misję, aby do 2050 roku stać się neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla, a przemysł kolejowy ma w tym swoją rolę do odegrania. Pewne technologie umożliwiające korzystanie z kolei zelektryfikowanych pozwoliłyby znacznie obniżyć emisje wytwarzane przez pociągi typu tradycyjnego. Lepsze technologie pozwoliłyby także poprawić bezpieczeństwo, ponieważ ryzyko błędu ludzkiego mogłoby być zastąpione przez automatyczne procesy. Przez lata byliśmy świadkami wielu innowacji, celem których było rozwiązanie tych problemów. Część z nich zakończyła się sukcesem, inne nie. Przyjrzyjmy się 6 najlepszym innowacjom technologicznym w kolejnictwie.

Szybka kolej

Szybka kolej to najszybszy sposób podróżowania między dużymi miastami. Niektóre pociągi dużych prędkości, takie jak pociąg Shinkansen (Bullet Train) w Japonii czy TGV we Francji, są w stanie osiągnąć prędkość nawet 320 kilometrów na godzinę. Odpowiadają one rosnącemu zapotrzebowaniu na szybsze i lepsze podróże z punktu A do punktu B oraz na obszarach miejskich, zmniejszając zatory komunikacyjne i zwiększając mobilność. Przy tak dużych prędkościach, tego typu pociągi stanowią konkurencję dla podróży lotniczych, będąc według Międzynarodowego Stowarzyszenia Kolei (UIC) osiem razy bardziej energooszczędne.

Pociągi dużych prędkości są dziś jednak eksploatowane tylko w 16 krajach na świecie. Większość krajów posiada tory i trasy dedykowane kolei dużych prędkości, ale pociągi te jeżdżą również po torach konwencjonalnych przy zmniejszonych prędkościach. Montowane na dachu pantografy i napowietrzne linie zasilające generują moc napędową pociągów, które często mają dwa zsynchronizowane silniki po obu stronach.

Maglev, skrót od magnetic levitation (lewitacja magnetyczna), to rodzaj pociągów, które lewitują około 10 cm nad ziemią. W przeciwieństwie do tradycyjnych kolei, pociągi maglev nie mają kół, a zamiast nich wykorzystują siły elektromagnetyczne do podnoszenia pociągu nad torami. Magnesy używane w pociągach maglev są nadprzewodzące, co oznacza, że są schłodzone do -450℉ są w stanie wygenerować pole magnetyczne dziesięć razy silniejsze niż zwykłe elektromagnesy, co pozwala im podnieść się i jechać do przodu. Oznacza to, że w przypadku tych pociągów nie występuje tarcie i mogą one podróżować z niewiarygodnymi prędkościami. Największa prędkość, z jaką przejechał pociąg typu maglev, wyniosła 603 km/h.

Nie tylko wysokie prędkości sprawiają, że maglevy są tak atrakcyjne. Zastosowanie elektronicznych układów napędowych eliminuje wykorzystanie paliw kopalnych w układzie napędowym i ogranicza emisje. Ze względu na brak tarcia na torach pociągi maglev wymagają zasadniczo mniej energii do utrzymania prędkości, a układ hamowania rekuperacyjnego odzyskuje energię, która w tradycyjnych pociągach zostałaby utracona. Brak styczności oznacza także mniejsze potrzeby konserwacyjne prowadnic oraz znacznie zmniejszone ryzyko zużycia podzespołów.

Hiperpętla: przyszłość technologii kolejowej?

Koncepcja technologiczna hiperpętli została po raz pierwszy wprowadzona w XVIII wieku przez brytyjskiego wynalazcę George’a Medhursta. Przez wiele lat od ogłoszenia tego wynalazku inżynierowie i naukowcy badali podobne koncepcje, a w 2013 roku koncepcja ta zainteresowała miliardera Elona Muska, który zastosował własne podejściem w projekcie Hyperloop Alpha. W 2021 roku globalny rynek hiperpętli był był wart 1,2 mld USD i oczekuje się, że do 2026 roku osiągnie wartość 6,6 mld USD, przy złożonej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 40,4% w ciągu tych pięciu lat. Jednak do pełnej gotowości technologii hiperpętli brakuje nam co najmniej 7-8 lat.

Czym jest technologia hiperpętli?

Hiperpętla pozwala na super szybkie podróże przy użyciu niskociśnieniowych tub, w których przemieszają się kapsuły. Kapsuły poruszają się w próżni, w której niemal całkowicie wyeliminowany został opór powietrza, pozwalając na osiągnięcie niezwykle dużych prędkości, wynoszących nawet 1100 km/h. Kapsuły są transportowane przy użyciu technologii lewitacji magnetycznej, co oznacza, że pomimo tego, Iż pasażerowie podróżują z dużą prędkością, mogą nadal cieszyć się wygodą i niskim poziomem hałasu. Oprócz tego, że hiperpętla jest w pełni elektryczna i energooszczędna, jest także zrównoważonym typem transportu, takim który mógłby odegrać kluczową rolę w planach neutralności węglowej Europy do 2050 roku.

Obecnie wiele firm aktywnie testuje i rozwija technologię hiperpętli. Jednak do pełnej gotowości technologii hiperpętli brakuje nam co najmniej 7-8 lat. Jedynym europejskim centrum testującym hiperpętle jest TUM Hyperloop w Monachium w Niemczech. Wydaje się, że zanim zobaczymy tę futurystycznie wyglądającą technologię w akcji minie dużo czasu, ale gdy już zacznie przewozić pasażerów, może stać się normą.

Automatyczna obsługa pociągów (ATO)

Systemy ATO (ang. Automatic Train Operations, ATO) oznaczają technologię obsługi pociągów z niewielką ingerencją człowieka lub bez niej. W systemach tych wykorzystuje się kombinację czujników, komputerów i platform komunikacji do sterowania prędkością, przyspieszeniem i hamowaniem pociągu. Systemy ATO przyczyniają się do zwiększenia bezpieczeństwa sieci kolei, minimalizując ryzyko błędu ludzkiego, ponieważ dzięki precyzyjnej kontroli prędkości pociągi mogą utrzymywać między sobą bezpieczne odległości, co zapobiega kolizjom. Pociągi są także bardziej energooszczędne, ponieważ potrafią optymalizować zużycie energii i redukować ilość odpadów, a jednocześnie dysponować potencjałem zintegrowania z systemami hamowania rekuperacyjnego.

AR oraz VR

Rozszerzona rzeczywistość (AR) i wirtualna rzeczywistość (VR) mogą być stosowane w zakresie immersyjnych i skutecznych rozwiązań szkoleniowych dla personelu kolejowego. Na potrzeby maszynistów, konduktorów i techników serwisu kreują realistyczne środowisko odwzorowujące rzeczywistą sytuację, w której kursanci mogą uczestniczyć we własnym czasie. AR i VR można również wykorzystać do projektowania i planowania nowych sieci, torów i infrastruktury lub modyfikowania sieci już istniejących; inżynierowie i planiści mogą je wykorzystać do lepszej wizualizacji i oceny proponowanych projektów. Ponadto modele cyfrowe do prezentacji pomysłów zapewniają interesariuszom lub inwestorom lepszy obraz tego, jak będzie wyglądał produkt końcowy.

Pozytywne sterowanie ruchem pociągów (PTC)

Pozytywne sterowanie ruchem pociągów (ang. Positive Train Control, PTC) to zaawansowany system bezpieczeństwa, który działa na zasadach automatyzacji. Monitorując pociągi w czasie rzeczywistym za pomocą technologii GPS, systemy PTC poprawiają bezpieczeństwo poprzez automatyczną interwencję w przypadku wykrycia lub przewidzenia niebezpiecznych warunków, mogących prowadzić do kolizji. Dzięki zebraniu wszystkich informacji w scentralizowanym centrum sterowania, systemy PTC monitorują i kontrolują prędkość pociągu na podstawie różnych danych, jak warunki, krzywe toru, nachylenie itp. Jeśli pociąg przekroczy prędkość, system może automatycznie włączyć hamulce lub wysłać maszyniście dźwiękowe lub wizualne ostrzeżenie.