Правительство Российской Федерации по инициативе и поручению президента страны приняло амбициозную программу: за десять лет нарастить масштаб перевозок железнодорожным транспортом. Ее объявил на праздновании 50‐летия Байкало-Амурской магистрали президент Владимир Путин. Позже Правительство РФ приняло конкретные меры для реализации этой программы с выделением значительных средств на эти цели. В частности, предстоит увеличить грузоперевозки между дружественными странами практически в два раза. Для этого принимаются меры по расширению провозной способности Восточного полигона и БАМа. Будет существенно модернизирована инфраструктура железнодорожного транспорта, введены в строй вторые пути Байкало-Амурской магистрали, построены новые тоннели, мосты. Предстоят существенные изменения и в области пассажирских перевозок. Высокоскоростные магистрали свяжут две столицы – Москву и Санкт-Петербург, промышленные центры Поволжья и Урала, южные регионы страны. Строительство новых линий позволит прочнее связывать субъекты Российской Федерации, месторождения полезных ископаемых и предприятия по их переработке. Синергетический эффект от внедрения таких проектов позволит стране в полной мере обеспечить промышленную, научную и социальную суверенность.
Пропускная способность железной дороги зависит от нескольких факторов. Это и соблюдение высокой участковой скорости, и увеличение массы поезда, и рост скорости обработки грузовых вагонов на сортировочных станциях. Мы уже рассказали, как организовано движение поездов по магистралям Восточного полигона. Здесь применены инновационные методы управления движением поездов, формирование составов с распределенной тягой.
Еще в начале 2000‐х годов Российские железные дороги провели несколько экспериментальных контейнерных поездов по маршруту Дальний Восток – Западная граница. Составы преодолели путь в 9000 километров за десять дней, что в разы сократило прохождение грузов к потребителю. Этот маршрут оказался более выгодным, чем морские перевозки.
А если поезд не будет «сквозным», то есть от границы до границы пойдет одним составом?! Нужна будет обработка на сортировочной станции. Людям, живущим рядом с крупными сортировочными железнодорожными станциями, известна напряженная работа целого отряда железнодорожников. Одни осматривают прибывший поезд, другие готовят отцепку вагонов и составляют маршруты для сортировочной горки, по которой грузовые вагоны будут катиться на свободные пути, чтобы собраться в новый поезд. Работа рутинная, но требующая большого внимания. Ведь «больной» вагон (а именно так называют рабочие станций подвижной состав, у которого выявлены неисправности), поставленный в цепочку поезда, может в пути следования вызвать крушение. Поэтому в осмотрщики вагонов назначаются опытные и внимательные рабочие, которые визуально могут обнаруживать поломку или предпосылку к ней. Сегодня горочные комплексы полностью автоматизированы.
Грузовые поезда имеют в своем составе от восьмидесяти до ста с лишним вагонов – именно столько могут вместить приемные пути станций. Если принять во внимание, что длина каждого вагона составляет десять метров, то состав может уходить за километр. Представляете, сколько нужно пройти осмотрщику вагонов, чтобы проверить весь поезд? А ведь на станцию прибывает несколько десятков поездов в сутки!
Долгое время ручной труд был основным в работе станционных комплексов. Стрелочницы переводили в нужное положение стрелки, выполняя указание диспетчера. Машинисты гоняли туда-сюда маневровые тепловозы, разбирая составы и направляя вагоны либо на сортировочную горку, либо на пути, где формируется новый состав. А еще есть рабочие, которые закрепляют вагоны на путях, подкладывая под колеса специальные тормозные башмаки. Ведь бывали случаи, когда незакрепленный состав начинал движение под уклон, выезжал на основную магистраль и нередко приводил к крушению поездов.
С развитием железнодорожной автоматики, информационных технологий и робототехники ручной труд удалось свести к минимуму. Внедряются так называемые малолюдные и безлюдные технологии на железной дороге. Мы уже упоминали о движении пассажирских пригородных поездов без машиниста. Есть такие технологии и на сортировочных станциях. Первопроходцем стала станция Лужская Октябрьской железной дороги. На ней была опробована интеллектуальная система вождения маневровых локомотивов без машиниста. Технология такой системы несложная. На тепловоз устанавливается оборудование, которое может управлять движением и торможением локомотива. Вместо руки человека особые рычажные приводы двигают контроллер машиниста, который выполняет функции педали газа и обеспечивает движение вперед-назад, и тормозной кран. Тем самым управляют тепловозом, скоростью движения и остановкой. Но только направляться в ту или иную сторону слишком мало для интеллектуальной системы. Нужно, чтобы тепловоз замедлился перед стоящими вагонами, подъехал на самой малой скорости и зацепился автосцепкой за вагон. А в конце маршрута отцепился от него, оставив вагоны на нужному пути. Для прицельного торможения на локомотив спереди и сзади (тепловозы в обе стороны движутся с одинаковой скоростью и могут работать кабиной вперед и назад), маневрового тепловоза навешивают особые камеры технического зрения, лазерные дальномеры, называемые лидарами. Вычислительный бортовой комплекс получает от камер сигналы и управляет движением. Опытная эксплуатация системы движения маневровых локомотивов без машиниста опробована на крупнейших станциях на некоторых железных дорогах. Она показала, что машинный интеллект в состоянии быстрее человека реагировать на возникающие препятствия или иные ситуации.
На крупных станциях, где идет большая сортировка, работает обычно несколько маневровых тепловозов. Все они управляются по радиоканалам с единого диспетчерского поста. Диспетчеру достаточно ввести только номера путей, на которых будет формироваться состав и количество вагонов, которые нужно туда поставить с других путей, и автоматический установщик маршрута тут же выработает алгоритм движения. Команда поступает на локомотив, и машина сама отправляется на задание. Стрелочные переводы автоматически организуют нужный маршрут, напольные устройства контролируют прохождение состава.
Опыт Лужской послужил для отработки безлюдных технологий и на других станциях. Приоритет отдавался крупным сортировочным узлам, через которые идет самый большой грузопоток. Это Урал, Западная Сибирь и Дальний Восток.
Автоматизация и роботизация рутинных операций на железной дороге привели к созданию нескольких уникальных проектов. Один из них – Интегрированный пост автоматизированного приема и диагностики подвижного состава на сортировочных станциях (ППСС).
ППСС позволяет автоматизировать процессы диагностики и прогнозирования технического состояния подвижного состава вплоть до автоматической выработки решений по отцепке вагонов без прямого контакта с человеком. За такой сложной формулировкой скрывается целый набор элементов, которые позволяют проводить осмотр поезда еще до прибытия на сортировочную станцию. Внешне пост представляет собою металлическую прямоугольную арку, на которую навешивается диагностическое оборудование. Несколько камер проводят визуальный осмотр вагонов, следующих на станцию. Списывается номер вагона, в открытых вагонах проверяется наличие сыпучих и иных грузов. Другие камеры обследуют тележки с колесными парами. Акустические датчики анализируют звуки, которые издает вагон, по ним определяется дефектность колес, закрепление бандажа (особого гребня, который удерживает колесо на рельсе), стук от нарушений по кругу катания. Термометры измеряют температуру подшипниковых узлов. Если узел греется выше допустимого предела, сведения о вагоне тут же поступают на станцию, и осмотрщик избирательно осматривает именно этот вагон. В случае критического состояния система сама дает команду на отцепку вагона и его последующий ремонт.
Машина делает работу, которую раньше выполняли несколько железнодорожников. По старым фильмам можно было узнать, как обходчики проходили вдоль состава, как постукивали особым молоточком на длинной ручке по колесам, по крышкам подшипниковых узлов, как тыльной стороной ладони проверяли их нагрев (рука терпит тепло примерно до 70 градусов по Цельсию). На осмотр состава из нескольких десятков вагонов уходило от получаса до часа.
Роботизированный пост ППС позволяет сэкономить до тридцати минут рабочего времени на каждый состав. А если учесть, что проверка осуществляется за несколько километров до станции, можно представить, как удобно стало работать с подобными комплексами.
ППСС – не единственный робототехнический комплекс, используемый на железной дороге. Есть еще «железнодорожная черепаха», как ее окрестили посетители выставки на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в подмосковной Щербинке. Это робот, который может передвигаться между двумя путями. Он оснащен камерами и рукой-манипулятором. Робот управляется искусственным интеллектом, который на основании данных, получаемых от камер и диагностических датчиков, находит тормозные устройства и, нажимая рычаг, выпускает воздух из тормозной системы. Происходит автоматическое затормаживание вагона. Обычно эту процедуру выполняют осмотрщики. Им нужно идти вдоль состава и методично нажимать на рычаги под вагоном… Робот делает это в разы быстрее.
Мы уже говорили о том, как при помощи рычага можно расцепить два вагона. Ученые Самарского государственного университета путей сообщения совместно с экспертами Куйбышевской магистрали создали опытный образец роботизированного расцепщика вагонов для сортировочной горки станции Кинель. Роботизация процесса расцепки позволяет вывести работников из опасной зоны, перейти к безлюдным технологиям, а также значительно повысить производительность труда. В настоящее время робототехнические системы становятся ключевым инструментом для повышения производительности труда и стандартов жизнедеятельности железных дорог.
Безопасность железнодорожного транспорта всегда находилась в зоне особого внимания руководства отрасли. Именно поэтому, железная дорога является самым безопасным видом транспорта. Немалую заслугу играют системы, контролирующие состояние путей, контактной электрической сети и близлежащих объектов. Для их регулярного обследования созданы подвижные диагностические комплексы. Некоторые из них выполнены на базе пассажирского вагона. В купе размещаются рабочие, компьютерная техника и средства связи, а на тележках и под днищем вагона монтируется оборудование. Такой вагон ставится в обычный состав, как правило, пассажирского поезда, и во время движения проводит диагностику пути по многим параметрам.
Существуют и комплексы, которые монтируются на обычный автомобиль-внедорожник. Его колеса с сюрпризом – на них устанавливаются катки, позволяющие автомобилю ехать по железнодорожной колее, как поезд. Конечно, функционал у такого комплекса немного уступает вагонному, но имеются и явные преимущества: автономность, возможность выезжать на любой участок, обследовав который автомобиль попросту съезжает на обочину и следует по шоссе.
Занимаются созданием роботов для железной дороги не только взрослые, но и школьники. Ребята из Волгограда построили работающий прототип беспилотного мультифункционального роботизированного комплекса «МРК‐750 Орлан». Он создан для контроля состояния верхнего строения железнодорожного пути, поиска дефектов пути и оперативного обследования мест происшествий на железной дороге. Платформа «Орлана» имеет модульную архитектуру. В зависимости от конкретных задач диагностики на подвижного робота навешивается соответствующее оборудование. Благодаря датчикам «МРК‐750 Орлан» в пути следования измеряет ширину колеи, угол ее наклона, расстояние между рельсами. Встроенный трекер ГЛОНАСС/GPS контролирует местоположение устройства. «Орлан» также оборудован лубрикатором для смазывания рельсов. Вот такой умелец пополнил ряды роботов.
Железная дорога – это не только пути и станции, но и мосты и тоннели. Для контроля опор мостов сконструирован робот, которого назвали «Глайдерон». Многофункциональный надводно-подводный аппарат предназначен для диагностики состояния опор железнодорожных мостов и мониторинга рельефа дна. Во время опытных испытаний робот показал, что хорошо держится в надводном и подводном положении, может маневрировать вокруг опор или на фарватере реки и передавать данные на компьютер оператора.
Коль мы упомянули безопасность, не стоит забывать о пожарах. Для предотвращения опасной ситуации и оперативного тушения возгорания придумали пожарного робота с веерным распылителем. Он предназначен для работы на станциях, где есть нефтеналивные терминалы. Робот самостоятельно движется вдоль платформы, специальными камерами осматривает цистерны, фиксирует температуру. При возникновении пожара, как самый настоящий брандмейстер, робот тут же начинает тушить очаг возгорания.
Машинный интеллект обучается в предварительном порядке. Он учитывает множество аспектов, знает пути подходов и подъездов к путям, места расположения пожарных гидрантов, а также местоположение штатного работника пожарной части железной дороги.
Электрифицированные железные дороги являются наиболее экологичным видом транспорта. Но и тепловая тяга в последние годы начала получать новейшие двигательные установки, которые позволяют существенно снизить количество вредных выбросов.
Холдинг «Синара-Транспортные Машины» (СТМ) разрабатывает уникальное семейство двигателей нового поколения ДМ‐185, мощностью от 750 до 4500 кВт. Работы проводятся в рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база РФ». Новое семейство двигателей планируется к применению в кораблестроении и судостроении, локомотивостроении, карьерной технике и в объектах малой энергетики. К достоинствам этих двигателей можно отнести их высокое качество и надежность, увеличенный моторесурс, экологичность и экономичность. Новые маневровые тепловозы «Синары» ТЭМ14 уже работают на нефтепромыслах компании НОВАТЕК, а также в группе компаний «ОТЭКО». Эти тепловозы имеют высокую производительность, а за счет применения двухдизельной компоновки, локомотивы данной серии экономичнее схожих по характеристикам ТЭМ7. При вывозе полносоставного поезда работают оба двигателя, а при маневрах и передвижениях по станционным путям – только один, что экономит горючее и моторесурс машины.
На одном из старейших машиностроительных заводов страны – Коломенском – ведутся работы над созданием многотопливного двигателя. Его планируют использовать в районе месторождений нефти и газа, где имеются большие запасы попутного газа, который зачастую сжигается в факелах. В новых двигателях применяется оригинальная система управления режимом сгорания, что позволяет применять широкий спектр топлива и уменьшает выбросы вредных продуктов сгорания.
Но самым чистым является водородное топливо. Водород обладает высокой теплоемкостью, а при окислении выделяется просто вода. Это известно любому школьнику из учебников по химии. В районах нефте- и газопереработки получать водород из углеводородов несложно, такие технологии уже отработаны. Наряду с метаном, водород может подаваться в двигатель внутреннего сгорания. Оборудованные такими газовыми установками локомотивы уже проходят экспериментальную эксплуатацию на Сахалинской железной дороге.
Водород может использоваться и в электрических топливных элементах, служащих своеобразными элементами питания, как привычные нам алкалиновые батарейки или аккумуляторы.
Как знать, не возвратятся ли конструкторы к идее автомного локомотива? Государственная корпорация «Росатом» объявила о создании компактных атомных электростанций, которые могут быть направлены в отдаленные районы. Это необслуживаемая энергетическая установка, абсолютно безопасная для окружающей среды. Ее можно сделать настолько малогабаритной, что она спокойно найдет место под капотом локомотива.
И чтобы завершить рассказ об инновационных технологиях, нужно упомянуть о самых топовых направлениях.
В 2024 году у РЖД появился новый департамент. В рамках реализации национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации» Правительство Российской Федерации определило компанию РЖД ответственной за развитие высокотехнологичной области «Квантовые коммуникации».
Квантовые коммуникации – это новое направление, сформировавшееся на стыке технологий фотоники (работа с оптическими сигналами и создание устройств на их основе) и квантовых технологий. На железных дорогах в рамках информатизации уже созданы оптоволоконные линии передачи данных. Они обеспечивают информационную безопасность, защищают от несанкционированного доступа к базам данных и автоматизированным программам. Развитие данного направления позволит усовершенствовать комплексную защищенную инфраструктуру цифровой экономики, что особенно важно с учетом современных угроз в области информационной безопасности, а также способствует выполнению стратегии научно-технологического развития страны.
Ключевая инициатива в области квантовых коммуникаций в нашей стране – действующее с 2019 г. соглашение о намерениях между Правительством Российской Федерации и ОАО «РЖД». Для его реализации была утверждена дорожная карта развития высокотехнологичного направления «Квантовые коммуникации», которая позволяет координировать деятельность участников по разработке востребованных передовых решений. Перечень приоритетных технологий дорожной карты достаточен для создания флагманских продуктов и продуктовых линеек на горизонте планирования до 2024 г. В конце 2022 г. дорожная карта была актуализирована. В частности, уточнена продуктовая линейка в привязке к уровню готовности ключевых технологий. Новая редакция предусматривает задачи развития до 2030 г. с упором на создание и внедрение прикладных продуктов и сервисов с использованием квантовых коммуникаций. Решения на основе квантовых сетей связи будут распространяться все шире и постепенно станут стандартом в сферах деятельности, где требуется максимальная защита данных.
В России сформирован значительный научно-техно-логический задел в области квантовых коммуникаций для производства оборудования и создания сервисов. Задача ОАО «РЖД» как компании, лидирующей в этом направлении, – трансформировать накопленные наработки в крупные инфраструктурные проекты, обеспечить дальнейшую разработку решений, содействовать развитию экосистемы и рынка квантовых коммуникаций.
Экосистема развития квантовых коммуникаций образована партнерством научных организаций, ведущих университетов, стартапов, производителей оборудования и потребителей соответствующих услуг и сервисов. На текущий момент экосистема квантовых коммуникаций объединяет более 100 организаций, включая государственные корпорации, крупные нефтегазовые и банковские организации, технопарки и аналитические центры. По мере повышения зрелости технологий конфигурация экосистемы меняется. Новыми участниками становятся организации, которые выводят готовые продукты на рынок: системные интеграторы, операторы связи, разработчики сервисов.
Экосистемный подход позволяет выстраивать кооперационные цепочки, обмениваться опытом в рамках регулярно проводимых ОАО «РЖД» стратегических сессий и формировать консолидированную позицию по ключевым аспектам деятельности в области квантовых коммуникаций, в том числе по вопросам национальной и международной стандартизации.
Улучшение методов обеспечения информационной безопасности – запрос бизнеса, возрастающий на фоне устойчивого расширения масштабов киберугроз, усложнения их инструментария и непредсказуемости последствий. В России интерес к этой тематике многократно усилился в условиях сложной геополитической обстановки: в 2022 г., по данным «Лаборатории Касперского», число кибератак на бизнес выросло по сравнению с предыдущим годом в четыре раза. Также повышается актуальность новых технологий передачи ключей, то есть доставки метода шифрования данных до распределенных объектов.
На сегодняшний день квантовые коммуникационные сети на основе оптоволоконных каналов связи – технологически зрелые решения, готовые к практическому использованию после соответствующей сертификации. В области атмосферной связи осуществляется коммерциализация ряда имеющихся разработок. В частности, к 2025 г. запланирован ввод в эксплуатацию такого рода решений на базе инфраструктуры ОАО «РЖД». Также ОАО «РЖД» совместно с госкорпорацией «Роскосмос» проводит исследования технологий космической квантовой связи. Результаты этих работ будут использованы для дальнейших космических экспериментов и развития соответствующих сервисов.
В области инфраструктуры квантовых коммуникаций уже сформирован спрос со стороны государства и бизнеса на компоненты и оборудование КРК. Более 90 % организаций на рынке обеспечивают полную цепочку создания стоимости, включая производство компонентов, оборудования и программного обеспечения.
ОАО «РЖД» реализует инициативу по созданию стандартов квантовых сетей и сертификации оборудования, которые позволят унифицировать процедуру внедрения и правила эксплуатации подобных систем. Для сохранения текущих темпов развития необходимы пилотные проекты и сценарии использования квантовых сетей и коммерциализации услуг на их основе (например, квантового VPN), разработка доступных по стоимости абонентских систем и сертификация создаваемых решений.