«Скоростная железка» для России: почему это колесо доедет до Петербурга, но не до Сочи?

Во второй половине августа 2023 года президент России Владимир Путин заявил: «Проект скоростной железной дороги на первом этапе между Москвой и Петербургом обсуждается нами давно, но мне кажется, что сейчас мы действительно подошли к возможности его реализации».

Звучит, если задуматься, как разорвавшаяся бомба. Почему «сейчас»? Высокоскоростная магистраль на этом направлении должна была быть построена еще по указу Ельцина от 13 сентября 1991 года. Разумеется, в 1990-х она (да и не только она) не могла быть построена. Но ведь не построили ее и в нулевых, и десятых — хотя тогда-то уж возможности явно были. Что же заставляет делать ее в наши дни?

Казалось бы: страна одновременно ведет целый ряд очень сложных технологических проектов. Совершенно внезапно получила сильнейшее ускорение авиаиндустрия — и мы не о ВПК, в 2023 году уже выпустившем сотни боевых вертолетов и самолетов, а именно о гражданских авиалайнерах. В это же время решаются задачи очень большого размаха в строительстве судов (супертанкеры и прочее), на много десятков процентов вырос спрос на тяжелые грузовики, уже поставив рекорд за всю историю России. 

Очень много сложных проектов ведется по массе направлений, включая создание литографических машин для производства электроники. Зачем в такое время попутно взваливать на себе еще одну очень и очень технологически непростую задачу? Напомним: попытки создать высокоскоростные железные дороги в США и Великобритании не удались, многие игроки на этом обанкротились. Эффективные высокоскоростные (от 300 километров в час) магистрали окупили себя в считаных странах: Китай, Япония, Франция. 

Плотность населения даже самой малонаселенной из них — Франции — в пять раз выше, чем, например, Ленинградской области. А ведь перспективы окупаемости высокоскростных железных дорог прямо зависят от плотности населения там, где ее прокладывают. Так что же заставляет активно шевелиться в период, когда плотность населения особенно не растет даже в столичных регионах?

Почему именно сейчас

На эту часть вопроса ответить проще всего. В 2013-2021 годах Россия испытывала экономическую стагнацию: средние темпы роста ВВП не превышали примерно одного процента. В таких условиях окупить стройку высокоскоростной железной дороги Москва—Санкт-Петербург суперсложно. Почему?

Дело в том, что текущая железная дорога на этом направлении длиной 652 километра была построена царем Николаем I. И хотя с тех пор сильно лучше стали и рельсы, и подвижный состав, но родимые пятна с нее не убрать: проектная скорость поездов на ней была 37 километров в час. 

Поэтому отклонения от прямой — и «вбок», и «вверх-вниз» — у дороги планировали, чтобы проще было строить «по рельефу». И как ни меняй сам путь, при таком маршруте на целом ряде участков «на трехстах» здесь не поехать. Реальная максимальная скорость для дороги — не выше 250 километров в час (~ фактические скорости «Сапсана»).

Значит, нужен целиком новый маршрут. При этом заходящий, с одной стороны, в Тверь и Великий Новгород, а с другой — достаточно прямой и не затрагивающий массу мелких населенных пунктов между двумя столицами. Ведь останавливаться в каждом городке все равно не получится: время на разгон-торможение испортит средние скоростные показатели до неприемлемых.

Целиком новый путь стоит огромных денег: текущая оценка — 1,7 триллиона рублей, это примерно один процент от ВВП 2023 года, или 2,5 миллиарда рублей за километр (более 25 миллионов долларов на километр). На первый взгляд, это дорого, но на самом деле скоростные железные дороги практически всегда примерно столько и стоят. Для них неприемлемы малые радиусы кривизны участков, большой подъем и резкие спуски: создадутся угрозы для стабильности движения. А на ландшафте Русской равнины это означает необходимость эстакад, а там, где их нет – прокладки весьма высоких насыпей, да еще часто и по болотистым районам, ведь допустимые радиусы кривизны не позволяют обходить такие участки.

Если билет на скоростной поезд будет стоить от пяти тысяч рублей, то для окупаемости нужен пассажирооборот в десятки миллионов человек в год. При более высоких ценах нужное число пассажиров уменьшается, но и пассажирооборот неизбежно упадет. Для понимания: в 2021 году на том же маршруте «Сапсаны» перевезли всего 5,1 миллиона человек. А общий пассажиропоток единственного питерского аэропорта Пулково — менее 20 миллионов человек в год. Из этого очевидно: экономически такая дорога может гарантированно в разумные сроки окупиться только при быстром экономическом росте. 

Здесь и может таиться ответ на вопрос, почему Кремлю «кажется, что сейчас мы действительно подошли к возможности его реализации». Там в курсе, что в 2023 году российская экономика испытывает быстрый рост, темпами, в несколько раз более высокими, чем в 2013-2021 годах. Как мы уже отмечали, вероятный диапазон роста ВВП в России в 2023 году — от четырех до шести процентов (предварительная оценка Росстатом  роста во втором квартале 2023 года – 4.9%).

Если предположить, что такие темпы будут сохраняться, то, безусловно, строить высокоскоростную магистраль не только можно (наверняка окупится: богатеющие люди много путешествуют), но и абсолютно необходимо.

Напомним: сейчас между Москвой и Петербургом  перевозится 145 миллионов тонн грузов ежегодно. Больше там провезти уже невозможно: придется «выкидывать» из расписания пассажирские поезда. В случае экономического роста перевозки на этом направлении явно вырастут. В стратегию РЖД до 2030 года вписана перевозка грузов на этом направлении 220 миллионов тонн, и эта цифра возможна только при условии строительства новой, чисто пассажирской «железки», где не будет грузов, зато будет возможность «самолетных» скоростей.

Конкретнее речь идет о предельной скорости до 400 километров в час — против 250 на существующей дороге, по маршруту, утвержденному лично Николаем I. За счет этого 679 километров — что длиннее, чем нынешняя дорога — «скоростной» поезд будет проходить за 2,25 часа, причем с заходом в Тверь и Великий Новгород. Эти два города после постройки магистрали станут фактическими пригородами Москвы и Петербурга соответственно: время в пути на двух таких отрезках будет всего 30-40 минут.

Зачем она вообще нужна?

Скорость и энергозатраты типичного транспорта определяются в основном трением. Скажем, формально самый энергоэффективный и быстрый автомобиль всех времен и народов сейчас движется на 46 930 километрах в час, при этом потратив на километр пройденного пути всего лишь 0,118 грамма топлива. Типичный автомобилист имеет среднюю скорость в тысячу раз ниже, а расход топлива — в пятьсот раз выше.

В земных условиях разрыв между энергоэффективным и энергонеэффективным транспортом тоже есть, хотя и не настолько чудовищный. Скажем, четыре человека, едущие на автомобиле из Москвы в Петербург, тратят на пассажиро-километр 15 граммов топлива.

Для решения той же задачи — перевозки одного пассажира на километр — авиалайнер тоже тратит 15 граммов топлива. Только его средняя скорость примерно в десять раз выше. Это значит, что перед нами куда более энергоэффективный транспорт. Так получилось потому, что автомобиль на трассе тратит много энергии на трение колес о дорогу, да и самолетной аэродинамики на больших скоростях машинам не хватает.

Как на этом фоне смотрятся высокоскоростные поезда? Все они — «электромобили», то есть двигает их электромотор. Так что с граммами топлива сложно: измерять придется в ватт-часах. У новых китайских электропоездов, едущих на скоростях до 350 километров в час, расход энергии равен 38 ватт-часам на пассажиро-километр. Если взять самый энергоэффективный электромобиль, Tesla Model 3, то на перевозку четырех человек (больше в дальней дороге будет неудобно) он тратит 40 ватт-часов на пассажиро-километр. 

Получается, скоростной электропоезд соотносится с автомобилем примерно как авиалайнер с теми же автомобилями: тратит примерно столько же энергии, только движется при этом намного быстрее. Средняя скорость высокоскоростной магистрали (ВСМ)  Москва—Петербург, напомним, будет 300 километров в час (вместе с остановками). Это в три-четыре раза быстрее, чем на автомобиле.

А теперь сравним ВСМ с авиалайнерами. Да, те в 2,7 раза быстрее. Но все мы знаем, в каких далях от городов находятся наши аэропорты. Знаем, что туда надо приезжать серьезно заранее, что вас еще долго будут мурыжить на регистрации и так далее. Все это означает, что по факту вы не долетите из городской черты одной столицы до городской черты другой столицы быстрее чем за 2 часа 15 минут — ожидаемого времени в пути на ВСМ. 

Любой, кто пробовал такое путешествие на практике, понимает, что в реальности самолетом в норме получается дольше. То есть по времени высокоскоростная магистраль будет выгоднее самолета даже несмотря на его кратно более высокую скорость.

Возникает вопрос: если по времени «железка» будет всего лишь как авиалайнер, то стоит ли овчинка выделки? Самолеты у нас и так есть, а новая дорога потребует 1,7 триллиона рублей, едва ли не 20 миллиардов долларов.

Авиалайнер тратит на пассажиро-километр 15 граммов керосина, что эквивалентно 180 ватт-часам первичной (тепловой) энергии сгорания. Если бы мы сожгли его на парогазовой ТЭС (КПД 60 процентов), то получили 108 ватт-часов. Или в ~2,5-3 больше энергии, чем на тот же пассажиро-километр потратит электропоезд ВСМ.

В реальности, конечно, топить авиакеросином ТЭС никто не будет: его просто экспортируют, получив в итоге куда больше доходов, чем будет стоить электроэнергия для ВСМ. Один человек, проехавший между двух столиц на «скоростной железке», сэкономит 10 килограммов керосина — порядка 600 рублей. И потратит вместо него 25,8 киловатт-часова электроэнергии, то есть по цене примерно в пять раз меньше.

На первый взгляд экономия невелика. Но на 10 миллионах пассажирах — вполне очевидно, что ВСМ в год будет перевозить не меньше — это уже ~5 миллиардов рублей в год. Дополнительная экономия — от того, что стоимость производства самого скоростного поезда, разбитая на пассажиро-километры, которые он «выдаст» за свою службу, ниже, чем у авиалайнера.

При этом горящий керосин загрязняет воздух микрочастицами, которые являются одной из главных причин смертности в окружающем нас мире. Известно, что микрочастицы от горения топлива убивают больше миллиона человек ежегодно.

Электропоезду вообще не обязательно использовать продукты сжигания топлива: он прекрасно работает на АЭС, как во Франции, да и в европейской части России с такими станциями все неплохо.

Итак, получается, что высокоскоростная магистраль — чистый выигрыш для всех. Потребитель сэкономит время — пусть и, с учетом привычек РЖД, цена за такую поездку не будет ниже, чем у самолета. Государство — природные ресурсы, которые оно с выгодой продаст за рубеж, и деньги на медицину: лечение от последствий вдыхания микрочастиц — существенная доля его расходов. 

Выходит, что можно сомневаться в том, что ВСМ Москва—Петербург действительно заработает в 2028 году, как планируют сейчас, но в том, что в конце 2020-х — начале 2030-х она станет реальностью, — уже сложно. Тут нет никаких нерешаемых проблем, а плюсы слишком очевидны, чтобы от них отказываться.

А что с поездами до Адлера, Луганска, Казани и Урала?

Одновременно с заявлениями по дороге Москва—Петербург с высоких трибун заговорили и о том, что в будущем такая дорога будет построена и во многие другие регионы. Например, через Владимир, Ковров и Нижний Новгород в Казань (~770 километров, 3,5 часа в пути). Затем дорогу предлагают продлить до Урала. А после — и до Адлера. Рассматривается также и возможность прокладки сходных дорог до Луганска  с Донецком. 

На первый взгляд такие планы смотрятся очень неплохо. Сейчас до Казани надо ехать 14 часов на поезде или лететь на самолете — и все равно не сильно быстрее трех с половиной часов. Даже если до Адлера (Сочи) движение будет идти не на средних 300 километрах в час, как до Петербурга, а на 200, как до Казани, то это всего восемь часов. Уже дольше, чем на самолете, но для городов между Москвой и Сочи — все же лучше нынешних схем поездок.

Однако с точки зрения экономики эти проекты вызывают большие сомнения. Взять тот же Адлер: дорога туда вдвое длиннее и дороже ВСМ на Петербург. Значит, чтобы окупить ее, нужен вдвое больший пассажиропоток. Откуда он возьмется, если на самолете из Москвы долететь будет вдвое быстрее? Аналогичный вопрос вызывает дорога на Урал или до Луганска и Донецка. У нас просто нет французской плотности населения нигде за пределами столичных регионов. А раз ее нет, отбить настолько капиталоемкие проекты за разумные сроки не получится. Есть ли выход?

На старых технологиях так далеко не уедешь

Скоростные электропоезда — очень старая технология. Ровно 120 лет назад, в 1903 году, первый электропоезд превысил скорость 210 километров в час. А поезда, скоростные в современных определениях — то есть быстрее 250 километров в час, родились с «Синкансэном», построенным в первой половине 1960-х годов. Мы говорим о технологии времен катушечных магнитофонов и полароида. 

Принципиальных изменений в ней с тех пор не было. Перед нами все те же стальные колеса, едущие по стальным рельсам. Трение для них быстро нарастает и после 400 километров в час становится таким высоким, что проблемой для ВСМ будет уже не расход энергии, а слишком быстрый «расход» колесных пар. 

Это ограниченная по возможностям технология, и о ее ограниченности знали уже в 1960-х — отчего и начали разрабатывать такие системы, как поезд на воздушной подушке и маглев. Может ли какая-то из этих технологий заменить ВСМ до Адлера со стальными колесами — замечательной, конечно, технологией, но все-таки вековой давности?

К сожалению, пока ответ «нет». Поезда на воздушной подушке имеют огромные преимущества перед обычными, поскольку могут использовать пути с удельной нагрузкой на единицу площади на порядок меньшей, чем у рельс. За счет этого полотно их можно делать хоть из дюралевых плит, уложенных на основание как у обычной автодороги. Обычные железные дороги требуют намного более массивного основания, поэтому они дороже пути для поезда на воздушной подушке.

Но технология таких поездов, к сожалению, менее энергоэффективна. Дело в том, что для поддержания воздушной подушки им нужно забирать окружающий воздух, затем ускорять его до скорости самого поезда и лишь затем пускать в воздушную подушку. От этого уже на 400 километрах в час такие системы расходуют на поддержание подушки столько же энергии, сколько и для движения вперед.

Именно поэтому в 1970-х их почти все бросили и обратились к маглевам. У тех энергозатраты на «магнитную подушку» во много раз меньше, чем на воздушную, ибо нет нужды в воздухозаборниках и изменении параметров набегающего воздуха перед отправкой в «подушку». Есть их активные сторонники и в России. В частности, работы такого рода ведутся и разработчиком МБР «Булава».

Но эти кажущиеся преимущества надолго заслонили от разработчиков другой факт: маглевы требуют очень дорогого полотна с электромагнитами. На сегодня самый эффективный маглев работает в Китае, и обошелся он дороже 60 миллионов долларов (в ценах 2023 года) на километр. Для сравнения: ВСМ Москва—Петербург будет стоить 25 миллионов долларов на километр. Если делать ее по цене маглева, билеты придется продавать кратно дороже самолетных. То же самое относится к ВСМ до Адлера или какой угодно другой точки мира. Неудивительно, что и в Китае с 2004 года (той самой шанхайской дороги) новые маглевы строить не спешат.

Летающий поезд?

Технологически выход кажется очевидным. Магнитная подушка, что ни делай, будет дорогой. Следовательно, от нее надо отказаться и вернуться к идее полета за счет воздушной подушки. А чтобы не тратить много энергии на ее подкачку, стоит уйти от типовой схемы воздушной подушки к ситуации, когда воздушный зазор между полотном дороги и поездом будет поддерживаться за счет экранного эффекта. 

Такие «железные дороги» объединят преимущества поездов на воздушной подушке — дорога с удельной нагрузкой и ценой ниже, чем обычная железная, — с маглевами (низкие энергозатнраты на поддержание воздушного зазора над полотном). По сравнению с самолетом поезд на экранном эффекте будет тратить намного меньше энергии на движение, ведь все тот же экранный эффект даст ему намного меньшие по размерам крылья.

Подобная дорога до Адлера может быть не сильно дороже, чем до Петербурга, а средняя скорость у нее может быть и 400 километров в час. С такой технологией добраться до Сочи можно будет за четыре часа — вполне «самолетное» время. 

Такие разработки начинали в разных странах — Aero Train в Японии, проект АЭСТ в современной России и так далее. В конце концов тот же «Гиперлуп» в его исходном виде (сформулированном Маском) использует что-то того же типа, только в трубе с пониженным давлением. Но начать такие проекты в бумажном виде куда проще, чем закончить в железе. 

В самом деле: кто будет этим заниматься? Маск с его Tesla и SpaceX и так работает 80 часов в неделю, и больше работать уже не может. Менее крупные группы не возглавляет самый богатый человек мира, а значит, у них проблемы с инвестициями. Последние, в данном случае, может дать только государство — потому что во всем мире высокоскоростные железнодорожные магистрали довести до ума удавалось только государственным игрокам. Слишком уж долгий цикл разработки, слишком много инвестиций и слишком мало альтернативных покупателей (кроме железнодорожных госкомпаний). 

Но есть проблема: госкомпании часто очень консервативны. Стальные колеса, стальные рельсы — это они понимают, этому они доверяют. Экранный эффект? Дороги из гладких металлических плит с легким основанием? Да, это может быть намного дешевле маглева и намного быстрее сходных по стоимости колесных железных дорог. Но это слишком непривычно. Невозможно себе представить, как РЖД или их китайские, японские и французские коллеги финансируют что-то настолько смелое. А Маск занят.

Поэтому наиболее вероятное развитие событий иное. ВСМ до Петербурга вполне построят, и она даже получит загрузку. Не исключено, что дотянут и ВСМ до Казани. Дальше, однако, дело не пойдет: эксплуатация линии Москва—Казань покажет, что пассажиропоток при неевропейской (и восточноазиатской) плотности населения такую дорогую дорогу окупает плохо. Станет совершенно очевидно, что до Адлера и Донецка тянуть их смысла нет вообще. 

В самом лучшем случае подобные линии построят до Тулы, Калуги и Рязани, превратив их де-факто в ближние пригороды Москвы, откуда добраться до ее центра можно за 30-40 минут. Но вот для реализации чего-то большого нужны принципиально новые технологии. Которых пока не то что нет, но нет, по крайней в публичном пространстве, даже и признания необходимости их разработки.