Развитие транспорта на современном этапе

Во все времена  и у всех народов транспорт  играл важную роль. На современном

этапе значение его неизмеримо выросло. Сегодня существование любого

государства немыслимо  без мощного транспорта.

В ХХ в. и в особенности  во второй его половине произошли  гигантские

преобразования  во всех частях света и областях человеческой деятельности.

Рост населения, увеличение потребления материальных ресурсов, урбанизация,

научно-техническая  революция, а также естественно-географические,

экономические, политические, социальные и другие фундаментальные  факторы

привели к тому, что транспорт мира получил невиданное развитие как в

масштабном (количественном), так и в качественном отношениях. Наряду с ростом

протяженности сети путей сообщения традиционные виды транспорта подверглись

коренной реконструкции: значительно увеличился парк подвижного состава, во

много раз поднялась  его провозная способность, повысилась скорость движения.

В то же время на первый план вышли транспортные проблемы. Эти проблемы по

преимуществу относятся  к городам и обусловлены чрезмерным развитие

автомобилестроения. Гипертрофированный автомобильный  парк крупных городов

Европы, Азии и  Америки вызывает постоянные пробки на улицах и лишает себя

преимуществ быстрого и маневренного транспорта. Он же серьезно ухудшает

экологическую обстановку.

Транспорт как  особо динамичная система всегда был одним из первых

потребителей достижений и открытий самых различных наук, включая

фундаментальные. Более того, во многих случаях он выступал прямым заказчиком

перед большой  наукой и стимулировал ее собственное  развитие. Трудно назвать

область исследований, не имевшую отношения к транспорту. Особенное значение

для его прогресса  имели фундаментальные исследования в области таких наук,

как математика, физика, механика, термодинамика, гидродинамика, оптика,

химия, геология, астрономия, гидрология, биология и другие. В  неменьшей

степени транспорт  нуждался и нуждается в результатах  прикладных исследований,

проводимых в области металлургии, машиностроения, электромеханики,

строительной механики, телемеханики, автоматики, а в последнее  время

электроники и  космонавтики. В свою очередь некоторые  открытия и достижения,

полученные в  рамках собственно транспортных наук, обогащают другие науки и

широко используются во многих нетранспортных сферах народного  хозяйства.

Дальнейший прогресс транспорта требует использования  последних, постоянно

обновляемых результатов  науки и передовой техники  и технологии. Необходимость

освоения возрастающих грузовых и пассажирских потоков, усложнение условий для

сооружения транспортных линий в необжитых, трудных по топографии районах и

крупных городах. Стремления повысить скорость сообщений и частоту отправления

транспортных единиц, необходимость улучшения комфорта и снижения

себестоимости перевозок  – все это требует совершенствования  не только

существующих транспортных средств, но и поиска новых, которые  могли бы более

полно удовлетворить  поставленным требованиям, чем традиционные виды

транспорта. К настоящему моменту разработано и реализовано  в виде постоянных

или опытно-эксплуатационных установок несколько новых видов  транспортных

средств и значительно  больше существует в виде проектов, патентов или просто

идей.

Следует иметь  в виду, что большинство так  называемых новых видов транспорта в

принципе предложены много лет назад, но они не получили применения и ныне

повторно предлагаются или возрождаются на современной  технической основе.

    

1.Электромобиль 

Электромобиль - транспортное средство, ведущие колеса которого приводятся от

электромотора, питаемого  аккумуляторными батареями. Впервые  появился он в

Англии и во Франции в начале 80-х годов  девятнадцатого века, то есть раньше

автомобилей с  двигателями внутреннего сгорания. Сконструированный

И.В.Романовым в 1899 году кэб тоже был электрическим. Тяговый

электродвигатель  в таких машинах получал питание  от батарей свинцовых

аккумуляторов с  энергоемкостью всего 20 ватт-часов  на килограмм. В общем,

чтобы питать двигатель  мощностью в 20 киловатт в течение  часа, требовался

свинцовый аккумулятор  массой в 1 тонну. Поэтому с изобретением двигателя

внутреннего сгорания производство автомобилей стало  стремительно набирать

обороты, а об электромобилях забыли до возникновения серьезных  экологических

проблем. Во-первых, развитие парникового эффекта с  последующим необратимым

изменением климата  и,   во-вторых, снижение иммунитета многих людей

вследствие нарушения  основ генетической наследственности.

Данные проблемы были спровоцированы токсическими веществами, которые в

достаточно больших  количествах содержатся в отработавших газах двигателя

внутреннего сгорания. Решение проблем состоит в  снижении уровня токсичности

отработавших газов, особенно окиси и двуокиси углерода, притом что объем

производства автомобилей  нарастает.

Ученые, проведя  ряд исследований, наметили несколько  направлений решения

перечисленных задач, одной из которых является производство электромобилей.

Это, по сути, первая технология, официально получившая статус нулевого

выброса, и она  уже представлена на рынке.

Чем привлекателен  электромобиль, наверно, представляет каждый. В первую

очередь, он почти  не дает выброса вредных веществ. Ядовитых газов, попадающих

в атмосферу при  зарядке и разрядке аккумуляторных батарей, несравненно

меньше, чем при  работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Чтобы

отапливать электромобили  зимой, на них устанавливают автономные обогреватели,

потребляющие бензин или дизельное топливо. Но они, понятно, не загрязняют

атмосферу так  сильно, как ДВС.

Второе преимущество - простота устройства. Электродвигатель обладает очень

привлекательной для транспортных средств характеристикой: на малых скоростях

вращения у него большой крутящий момент, что очень  важно, когда нужно

тронуться с места  или преодолеть трудный участок  дороги. ДВС же развивает

максимальный крутящий момент при средних оборотах, поэтому, если требуется

большое усилие на малых, его приходится увеличивать  с помощью коробки

передач. Троллейбусы, например, в таком агрегате не нуждаются. Не требуется

он и электромобилю, поэтому управлять им проще, чем  автомобилем с

механической коробкой передач.

Третье преимущество вытекает из второго. Электромобиль  не требует столь

тщательного ухода, как обычное авто: меньше регулировок, не потребляет много

масла, проще система  охлаждения, а топливная (если не считать  отопитель)

вообще отсутствует.

И все же электромобиль  устроен не так просто, как может  показаться: ему

необходимы сложные  преобразователи напряжения и много  тяжелых и громоздких

аккумуляторов, которые  трудно разместить. Главный же недостаток, который

сдерживает внедрение  электромобилей, - малая энергоемкость  батарей. Бак с

бензином малолитражки весит около 50 кг, обеспечивая запас  хода более

полутысячи километров. Батареи весят обычно больше 100 кг (а то и несколько

сотен), а пробег не превышает 100 км, причем при движении с небольшой

скоростью.

Вопреки бытующему  мнению о высокой экономичности  аккумуляторных

электромобилей, анализ показывает, что химическая энергия  топлива, сжигаемого

на электростанциях, используется для движения транспортного  средства всего на

15% и менее. Это  происходит из-за потерь энергии  в линиях электропередачи,

трансформаторах, преобразователях, зарядных устройствах для аккумуляторов и

самих аккумуляторах, электромашинах, как в тяговом, так и в генераторном

режимах, а также в тормозах при невозможности рекуперации энергии. Для

сравнения, дизельный  двигатель на оптимальном режиме преобразует в

механическую энергию  около 40% химической энергии топлива. При большом

распространении аккумуляторных электромобилей, а особенно с учетом

сказанного, им просто не будет хватать электроэнергии, вырабатываемой

электростанциями  мира. Не следует забывать, что суммарная  установочная

мощность двигателей всех автомобилей намного превышает  мощность всех

электростанций  мира.

Проблемы снимаются  при питании электромобилей от так называемых первичных

источников электроэнергии, вырабатывающих энергию непосредственно  из топлива.

В первую очередь, такими источниками являются топливные  элементы (ТЭ),

потребляющие кислород и водород. Кислород можно забирать из воздуха, а

водород, в принципе, можно запасать в сжатом или сжиженном  виде, а также в

так называемых гидридах. Но реальнее его получать из обычного автомобильного

топлива прямо  на электромобиле с помощью конвертора. Эффективность топливных

элементов несколько  снижается, но зато не меняется вся  инфраструктура

топливозаправочного хозяйства. КПД топливных элементов  при этом все равно

очень высок –  около 50%.

Однако электромобиль  с питанием от топливных элементов  не лишен общего

недостатка –  высокой массы тяговых электродвигателей  транспортных средств,

рассчитанных как на максимальные мощность и крутящий момент, так и на

максимальную частоту  вращения. При этом добавляются и  специфические

недостатки, характерные  для топливных элементов. Это, во-первых,

невозможность рекуперации  энергии при торможении, так как  топливные элементы

не являются аккумуляторами, то есть они не могут заряжаться электроэнергией,

а во-вторых, низкая удельная мощность топливных элементов. 

Московский государственный  индустриальный университет (МГИУ) в  содружестве с

АМО ЗиЛ ведет работы по разработке бесступенчатой коробки передач на основе

нового планетарного дискового вариатора. Бесступенчатая коробка передач на

основе дискового  вариатора новой концепции может  использоваться как на

легковых, так и  на грузовых автомобилях (в том числе  и седельных тягачах) и

автобусах.

Новый вариатор, рассчитанный на высокие значения крутящего момента  достаточно

низкооборотных  двигателей автобусов, дает возможность  применить новую

концепцию электромобиля  на мощных электробусах. Следует заметить, что для

данной схемы  не исключается использование бесступенчатой коробки передач

любого типа, имеющей достаточную экономичность, малые габариты и массу,

соизмеримые с существующими коробками передач. 

Но как бы там  ни было - электромобили пользуются спросом. Более того, есть

места, где они  совершенно вне конкуренции. Скажем, поля для популярной в мире

игры в гольф. Инвентарь и обслуживающий персонал перемещают на электромобилях

упрощенной конструкции, порой без крыши, дверей, с облегченным, часто

укороченным, кузовом, без систем безопасности - всего  того, что заметно

увеличивает массу  автомобилей. Упрощенные машины хороши и для перевозок в

закрытых помещениях: на складах, в цехах, где вредные выбросы нежелательны.

Широко используют такие электромобили-тележки для  перевозки туристов на

курортах, в национальных парках, но здесь им труднее конкурировать  с

автомобилями.

Электромобили фирмы "Honda", задействованные в системе ICVS, взять напрокат

не так просто. Для этого сначала следует  приобрести специальную магнитную

карточку IC. С ее помощью на терминалах ICVS можно выбрать  наиболее

подходящий для  конкретной поездки один из четырех  видов экипажей, оформить

его аренду, вернуть  экипаж на стоянку и оплатить прокат наличными или с

банковского счета. Помимо этого карточка IC используется для запуска

двигателя вместо обычных автомобильных ключей. Оформлением  проката

электромобиля занимается сам клиент практически без участия  служащих

терминала. Удобно и то, что не обязательно возвращать экипаж на ту же

стоянку, на которой  его арендовали, можно оставить или  поменять электромобиль

на любом другом терминале ICVS.

Контрольный центр ICVS получает всю оперативную информацию о месте нахождения

того или иного  экипажа по специальной радиосвязи. В случае необходимости

оператор, используя  внутреннюю радиосвязь и широкоугольные лазерные радары,

может в автоматическом режиме направить в нужное место  до четырех

"беспилотных"  экипажей. Для этого электромобили  оснащены магнитными и

ультразвуковыми сенсорами, взаимодействующими с индукционными  кабелями,

проложенными под покрытием терминала. Экипажи могут заезжать на стоянку,

выезжать с нее  и парковаться по команде из контрольного центра также без

участия водителя. На терминалах ICVS предусмотрена автоматическая зарядка

аккумуляторных  батарей всех электромобилей.

    

                3.Автомобили, движущиеся по рельсам               

Среди многочисленных проектов, которые призваны решить проблему

перегруженности транспортных сетей мегаполисов, всё  чаще встречаются

предложения направить  городской транспорт, в том числе  и автомобили, по

рельсам.

Один из самых  смелых проектов представила датская  компания RUF International.

Предлагаемая датчанами  транспортная система представляет собой сеть

монорельсовых дорог, по которым движется общественный и личный

электротранспорт.

Небольшие участки  пути транспорт преодолевает по обычным  дорогам, после чего

въезжает на рельсы и объединяется в своеобразные поезда. 

Вставшим на рельсы транспортом не нужно управлять  — водитель задаёт программу

и может спать, читать, выходить в Интернет или  смотреть телевизор —

информация передаётся некоему "главному диспетчеру" и  автоматическая система

всё сделает сама, руководствуясь показаниями установленных повсюду, в том

числе и под землёй, датчиков.

В случае необходимости, водитель сможет снова взять управление на себя.

Подразумевается, что скорость езды по рельсам будет 120 км/час.

Согласно проекту RUF International, сеть дорог будет состоять из 25-

километровых рельсовых  участков со специальными "переходами" через каждые

пять километров, чтобы одни водители могли присоединиться к "поезду", а

другие свернуть или съехать с рельсов (рис.3.2-3.3). Максимальная скорость

между "переходами" (150 км/час) при приближении к развязкам  автоматически

снижается до 30 км/час. 

Участки пути без  рельсов также автоматизированы: установленные под землёй

датчики образуют своеобразный фарватер, так что водитель может совсем не

управлять своим  авто.

Энергия для электромобилей подаётся непосредственно по монорельсу — это и

обеспечивает электропитание во время движения в "поезде", и  заряжает

аккумуляторы для  непродолжительной езды по обычным  дорогам.

По прибытии к  месту назначения водитель выходит  из машины и отправляется по

своим делам —  автоматика сама отправит автомобиль на ближайшую стоянку,

откуда хозяин может вызвать его для продолжения  пути.

Есть и другой вариант — безо всяких стоянок, когда  каждый может использовать

первый попавшийся автомобиль. В качестве защиты от вандализма разработчики

предлагают следующую  схему: при входе в машину водитель "предъявляет" некую

карту, удостоверяющую личность, которую машина идентифицирует.

Машина "запоминает" того, кто последним ездил на ней, а новый водитель должен

будет при входе  в авто оценить его состояние. Только в случае "приёмки"

машины новый  водитель идентифицируется и на некоторое  время становится её

владельцем.

Машины для транспортной системы RAF могут быть любыми — "легковушка",

грузовик, автобус  — но для езды по рельсам у  всех у них должен быть V-

образный канал, проходящий по днищу кузова машины (рис. 3.4).

           

Конструкция рельсов

"Прорезь"  проходит посередине и внутри  делит салон на две части.  Разработчики

предлагают использовать "бугор" в качестве подлокотника или "места для

ребёнка".

Монорельсовая система  предназначена для крупных городов, но авторы проекта не

забыли и о  жителях пригородной зоны: предусмотрен гибридный транспорт с

электрическим и  топливным двигателями. Например, общественный пригородный

транспорт, названный  Maxi-RUF, — это автобус, который может перевозить десять

пассажиров, не считая водителя.

Компания работает над своей концепцией с 1988 года. У RUF International 16

спонсоров, в числе  которых нет ни одного автопроизводителя, но есть датский

филиал Siemens и датские же министерства энергетики и окружающей среды.

Над аналогичным, но куда более реалистичным проектом работают англичане.

Монорельсовый проект под названием ULTra (Urban Light Transport) компании

Advanced Transport Systems впервые будет реализован в 2004 году. А в январе

2002 года запустили  экспериментальную  ветвь неподалёку  от Бристоля в городе

Кардифф (рис.3.5). Если результаты тестов будут признаны удовлетворительными,

сети ULTra построят сначала в Кардиффе, а потом и в других городах

Великобритании.

              

Фото  экспериментальной  ветви в Кардиффе

ULTra — это одна из форм персонального скоростного транспорта (Personal Rapid

Transit — PRT). По сути, это монорельсовая дорога, по которой движутся

небольшие полностью  автоматизированные вагонетки —  наземное метро, только без

машинистов и, собственно, поездов.

Похожие на капсулы  небольшие вагонетки, рассчитанные на несколько человек,

будут двигаться  по монорельсу со скоростью 25 км/час.

Проект ULTra, который ещё называют "такси без водителя" (driverless taxi),

Advanced Transport Systems разрабатывала совместно со специалистами из

Бристольского университета.

Первая построенная  в Кардиффе испытательная "ветка", по которой будет

двигаться 30 "капсул", будет протяжённостью 1,5 км. В развитой сети

количество вагонеток  увеличится до 120. Движение каждой "капсулы" будет

контролироваться  центральной системой посредством  всевозможных датчиков.

Посадка-высадка  пассажиров будет осуществляться на специальных станциях.

Нужно отметить, что "капсулы" не останавливаются  на главной трассе, а

подъезжают к  станциям по отдельным путям.

При входе пассажир должен будет вставить в "приёмник" смарт-карту, на которой

и будет обозначен  маршрут его поездки. Возможно, посредством  этой карты будет

производиться и  оплата за проезд (тариф такой же, как и за проезд в

автобусе).

Разработчики утверждают, что, во-первых, их электротранспорт не загрязняет

окружающую среду, во-вторых — он лёгкий (вес вагонетки 800 кг), в-третьих, им

удалось "минимизировать визуальное вторжение" в архитектурный  облик городов и

окружающую среду, и, наконец, ULTra — безопасный транспорт.

Действительно, при  скорости 25 км/час (а вблизи остановок 5 км/час) мало что

может случиться. Тем не менее, каждая вагонетка оборудована  специальной

"системой обнаружения", которая автоматически остановит  "капсулу", если

впереди препятствие.

Поломка (вероятность  любой из них, по мнению создателей, крайне мала) одной

из вагонеток  не блокирует всю транспортную систему, а встроенная "система

контроля" передаст сигнал в "Центр".

Система предназначена  исключительно для городов и, по признанию

разработчиков, не заменит автобусы и автомобили, а  станет лишь дополнением к

существующим видам  общественного транспорта.

                             4.Монокар                            

В современном  мире существуют два основных типа транспортных средств.

     АВТОМОБИЛИ имеют более высокий комфорт, безопасность,

грузоподъемность  и т.д., но нельзя не отметить и тот  факт, что существующая

концепция четырехколесного транспортного средства (автомобиля) не менялась со

времен появления  телеги и уже не удовлетворяет  современным требованиям по

маневренности, экономичности, уровню выбросов в окружающую среду  и т.п.