Inovácie v železničnej technológii

Prvá parná medzimestská železnica na svete, ktorá prepravovala cestujúcich a tovar, bola otvorená takmer pred 200 rokmi a spájala Manchester a Liverpool vo Veľkej Británii. Odvtedy prišlo obrovské množstvo inovácií, ako je automatická signalizácia, elektrifikované železnice, automatické polovičné závory a výstražné systémy, ktoré vytvorili dnešnú podobu železníc. Vlaky v súčasnosti predstavujú jednu z najbežnejších dostupných možností dopravy a zvyčajne sú najvhodnejším dopravným prostriedkom na cestovanie medzi mestami. V roku 2020 cestujúci na európskych železniciach precestovali okolo 378 miliárd km.

Prečo teda železničný priemysel potrebuje inovácie?

Napriek svojej popularite železnice stále nie sú dokonalé a môžu sa zlepšovať rôznymi spôsobmi. Jednu z hlavných priorít technikov a konštruktérov železničného priemyslu je rýchlosť, ktorá sa dá zvýšiť vždy, keď príde lepšia technológia. Je to dôležité najmä vtedy, keď je vysoký dopyt cestujúcich po železničnej doprave, pretože vlaky dokážu byť efektívnejšie v preprave väčšieho počtu osôb. Rýchlejšie vlaky môžu zároveň priamo konkurovať leteckej doprave, pretože vypúšťajú menšie množstvo emisií.

Poslaním EÚ je dosiahnuť uhlíkovú neutralitu do roku 2050 a železničný priemysel má kľúčovú úlohu pri dosahovaní tohto cieľa. Niektoré technológie podporujú používanie elektrifikovaných železníc, čo by výrazne znížilo emisie z bežných vlakov. Lepšia technológia zároveň zvyšuje bezpečnosť, pretože riziko ľudskej chyby možno znížiť používaním automatických procesov. V priebehu rokov sme boli svedkami mnohých inovácií, ktorých cieľom bolo riešiť tieto problémy, čo sa niekedy podarilo a niekedy nie. Nižšie je uvedený prehľad šiestich najlepších železničných technológií súčasnosti.

Vysokorýchlostná železnica

Vysokorýchlostná železnica predstavuje najrýchlejší spôsob cestovania medzi mestami. Niektoré vysokorýchlostné vlaky, ako napríklad šinkansen (superexpres) v Japonsku a TGV vo Francúzsku dokážu dosiahnuť rýchlosť až 320 kilometrov za hodinu. Spĺňajú rastúci dopyt po rýchlejšom a lepšom cestovaní z bodu A do bodu B a okolo miest, čím znižujú preťaženie dopravy a zlepšujú mobilitu. S týmito rýchlosťami tieto druhy vlakov konkurujú leteckej doprave, pričom sú podľa Medzinárodnej asociácie železníc (UIC) približne osemkrát energeticky úspornejšie.

V súčasnosti sú vysokorýchlostné vlaky v prevádzke iba v 16 krajinách sveta. Väčšina krajín má vyhradené trate a trasy pre vysokorýchlostnú železnicu, vlaky však môžu fungovať zníženou rýchlosťou aj na konvenčných tratiach. Strešné pantografy a nadzemné napäťové vedenia vytvárajú energiu na pohon vlakov, ktoré často používajú dva synchronizované motory na oboch stranách.

Používa sa aj technológia Maglev, čo je skratka pre magnetickú levitáciu, teda vlaky, ktoré sa vznášajú vo výške cca 10 cm nad zemou. Na rozdiel od tradičnej železničnej technológie, vlaky typu maglev nemajú kolesá a namiesto toho využívajú elektromagnetické sily na zdvíhanie vlaku nad koľaje. Magnety používané pre vlaky maglev sú supravodivé, čo znamená, že keď sú ochladené na -267 ᵒC, dokážu generovať magnetické polia desaťkrát silnejšie ako bežné elektromagnety, čo im umožňuje nadvihnúť a poháňať vlak. Znamená to, že v týchto typoch vlakov nevzniká žiadne trenie, čo im umožňuje jazdiť obrovskou rýchlosťou. Vlak typu maglev dosiahol rýchlosť až 603 km/h.

Príťažlivosť vlakov typu maglev však nie je iba vo vysokej rýchlosti. Elektronické systémy pohonu znižujú využívanie fosílnych palív na výrobu energie a obmedzujú emisie. Keďže na tratiach nevzniká trenie, vlaky typu maglev vo všeobecnosti vyžadujú menej energie na udržanie rýchlosti a systém regeneratívneho brzdenia opätovne využíva energiu, ktorá sa v konvenčných vlakoch stráca. Bezkontaktná technológia tiež znižuje nároky na údržbu vodiacich dráh a vlakov, pretože riziko opotrebovania komponentov sa výrazne znižuje.

Hyperloop: budúcnosť železničnej technológie?

Koncept technológie hyperslučky prvýkrát predstavil už v 18. storočí britský vynálezca George Medhurst. Odvtedy inžinieri a vedci skúmajú podobné koncepty už roky a neskôr ich využil miliardár Elon Musk v roku 2013, ktorý prišiel s vlastným nápadom na projekt Hyperloop Alpha. Svetový trh hyperslučiek mal v roku 2021 hodnotu 1,2 miliardy amerických dolárov a očakáva sa, že do roku 2026 dosiahne 6,6 miliardy amerických dolárovpri zloženej ročnej miere rastu 40,4 % počas týchto piatich rokoch. Technológia železničných hyperslučiek však bude pripravená najskôr až o 7 – 8 rokov.

Čo je technológia hyperslučiek?

Hyperslučka umožňuje vysokorýchlostnú prepravu s použitím nízkotlakových potrubí na prepravu kabín. Kabíny sa pohybujú vo vákuu, čo takmer eliminuje odpor vzduchu a umožňuje neuveriteľne vysoké rýchlosti až do 1 100 km/h. Kabíny sa budú prepravovať pomocou technológie magnetickej levitácie, čo znamená, že aj keď cestujúci budú cestovať vysokou rýchlosťou, mali by si užívať pohodlnú a tichú cestu. Navyše vďaka úplne elektrickej a energeticky úspornej prevádzke je hyperslučka udržateľnou formou dopravy, ktorá by sa mohla stať kľúčovou súčasťou plánov Európy na dosiahnutie klimatickej neutrality do roku 2050.

V súčasnosti viacero spoločností aktívne testuje a vyvíja technológiu hyperslučiek. Technológia železničných hyperslučiek však bude pripravená najskôr až o 7 – 8 rokov. Jediné európske testovacie miesto hyperslučiek pod názvom TUM Hyperloop sa nachádza v Mníchove. Zdá sa, že ešte potrvá dlhý čas, kým uvidíme túto futuristicky vyzerajúcu technológiu v činnosti, ale keď začne prepravovať cestujúcich, môže sa stať novým bežným štandardom.

Automatická prevádzka vlakov (Automatic Train Operation, ATO)

Systémy ATO sú technológiou, ktorá umožňuje prevádzku vlakov s minimálnym alebo žiadnym zásahom človeka. Systémy využívajú kombináciu snímačov, počítačov a komunikačných platforiem na riadenie rýchlosti, zrýchlenia a brzdenia vlakov. Systémy ATO zvyšujú bezpečnosť železničnej siete minimalizáciou rizika ľudskej chyby, pretože vďaka presnej kontrole rýchlosti dokážu udržiavať bezpečnú vzdialenosť od ostatných vlakov a predchádzať kolíziám. Sú tiež energeticky úspornejšie, pretože dokážu optimalizovať spotrebu energie a znížiť množstvo odpadu a zároveň majú potenciál využívať brzdové systémy s rekuperáciou energie.

AR a VR

V príprave železničných zamestnancov možno používať rozšírenú realitu (AR) a virtuálnu realitu (VR), ktoré ponúkajú intenzívny a efektívny zážitok. Výsledkom je realistické prostredie, ktoré rušňovodičom, sprievodcom a údržbárskym pracovníkom umožňuje získať skúsenosti v reálnych situáciách podľa ich časových možností. AR a VR možno tiež použiť pri navrhovaní a plánovaní nových sietí, koľají a infraštruktúry alebo pri všetkých úpravách existujúcich sietí, pretože železniční technici a plánovači ich môžu použiť na lepšiu vizualizáciu a hodnotenie pripravovaných návrhov. Digitálne modely pri prezentácii nápadov poskytujú zainteresovaným stranám alebo investorom lepší obraz o tom, ako bude konečný produkt vyzerať.

Pozitívne riadenie vlakov (Positive Train Control, PTC)

PTC je pokročilý bezpečnostný systém, ktorý funguje na princípe automatizácie. Systémy PTC monitorujú vlaky v reálnom čase pomocou technológie GPS a sú navrhnuté tak, aby zlepšovali bezpečnosť automatickými zásahmi v prípade zistenia alebo predpovedania nebezpečných podmienok, ktoré by mohli spôsobiť kolízie. Všetky informácie sa zhromažďujú v centrálnom operačnom stredisku a systémy PTC tak môžu monitorovať a riadiť rýchlosti vlaku na základe rôznych činiteľov, ako sú podmienky, krivky koľají, stúpania a ďalšie. Ak vlak prekročí rýchlosť, systém dokáže automaticky zabrzdiť brzdy alebo vyslať zvukovú alebo vizuálnu výstrahu rušňovodičovi.