Автор: Иван Конюхов
Сейчас трудно в это поверить, но полтора столетия назад самым быстрым транспортом были поезда – их скорость в 60-100 км/ч казалась умопомрачительной. Но на заре XX века автомобили и самолёты прогрессировали, как сейчас компьютеры, и железнодорожный транспорт почти без боя отдал им рекордные достижения. Последним очагом сопротивления был скоростной полигон Цоссен – Мариенфельде в Германии.
Навстречу эпохе
Первые проекты высокоскоростных магистралей (ВСМ) стали появляться на излёте XIX века. Перед их создателями сразу встало неимоверное количество вопросов: какими должны быть пути и вагоны, какую энергию использовать, каков будет экономический эффект. Вполне серьёзными были опасения, что на скоростях свыше 100 км/ч человек попросту умрёт или сойдёт с ума. Старшее поколение зачастую и не считало гонку за призраком скорости чем-то серьёзным — в нетленке «Назад в будущее III» машинист паровоза колоритно показал именно такое отношение, но оно стремительно отживало своё.
![«Кому нужна такая спешка?» «Кому нужна такая спешка?»](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/6de/252/4fb/6de2524fb041106f2065d4ce61774981.jpg)
Торопыги всё же находились, и в 1890 г. рекорд скорости паровоза достиг 144 км/ч — не 88, а все 89 миль в час! Появилась и альтернатива паровой машине — мощные, компактные и очень эффективные электродвигатели, которые, казалось, созданы для больших скоростей. По городам вовсю бегали трамваи, на путях промышленных предприятий ползали первые электровозы. Но всё это довольно медленный транспорт, а покорение сотен километров в час для электротяги было ещё более широким шагом в неизведанное, нежели для паровозов. Какой использовать тип двигателей (коллекторные, асинхронные), какой род тока (постоянный, переменный), каковы должны быть его параметры, как будет выглядеть контактная сеть (третий рельс, à la метро, «трамвайный» провод или что-то ещё), и как снимать с неё ток – ответить на эти вопросы взялось основанное в 1899 г. Исследовательское общество высокоскоростных электрических железных дорог (Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen, St.E.S.) Оно объединило ведущие электротехнические фирмы Германии: «Сименс унд Гальске» и AEG, – а также ряд крупных промышленных концернов («Крупп», «Борзиг») и банков. Организацию поддержало военное ведомство, выделившее первопроходцам испытательный полигон. Исследования носили общий характер и не предваряли какой-либо практический проект, но не было ни малейших сомнений в том, что с первыми результатами появится и он. Один из основателей Общества, профессор Алоис Ридлер объявил скоростное движение знаком нового времени:
Использование высоких скоростей – это отличительная черта не просто нашей организации <...>, но и всего технического творчества современности вообще
Пути и поезда
Прусская Королевская военная железная дорога (Königliche Militär-Eisenbahn, К.М.Е.) соединила Берлин с Куммерсдорфом в 1875 г.; впоследствии её продлили до Ютербога. Она предназначалась для армейских перевозок и экспериментов с военным применением железнодорожного транспорта. В дальнейшем вояки разрешили использовать её и в пригородном пассажирском движении. Обществу St.E.S. передали 23-километровый участок от станции Мариенфельде на окраине Берлина до станции Цоссен в пригороде. План и профиль пути благоприятствовал высокоскоростному движению: радиусы кривых составляли не менее километра, уклоны – не более 1:184.
![Скоростной электровоз «Сименс» Скоростной электровоз «Сименс»](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/215/0bf/ba7/2150bfba779a279132374190c61cd2f8.jpg)
Первым подопытным стал сименсовский электровоз-«крокодил», но вся слава досталась не ему. В главных ролях выступили два моторных вагона (электромотрисы), построенных в Кёльне на заводе «Van der Zypen & Charlier». Они были похожи между собой, имея кузов овальной формы в плане с параболическими торцами, обеспечивавшими снижение аэродинамического сопротивления. Развитым фонарём и обширным остеклением они напоминали трамваи тех времён. Различались два вагона тяговым электрооборудованием: на одном оно было от «Сименса», на другом — от AEG.
![Вальтер Райхель на фоне вагона «S» Вальтер Райхель на фоне вагона «S»](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/fd1/527/a86/fd1527a8659d8364a1a3478986e4c380.jpg)
Вагон типа «S» (Siemens und Halske) проектировался под руководством профессора Вальтера Райхеля. Он имел длину 22 метра и массу 94,5 тонн, из которых 20,7 тонн приходилось на кузов, 27,3 т. на тележки, 42,5 т. на электрооборудование. Оставшиеся 4 тонны — это машинисты, техники, экспериментаторы (до 50 человек) и, разумеется, научная аппаратура: скоростемер, акселерометр, приёмники воздушного давления, ориентированные как вдоль, так и поперёк (на боковой ветер) хода, счётчики энергопотребления, вольтметры, амперметры, регистрировавшие их показания самописцы. Пассажиры и экспериментаторы размещались на деревянных лавках в трёх салонах, отделанных по III классу Прусских железных дорог. Освещение было электрическим от аккумулятора, в качестве резервного источника света имелся запас стеариновых свечей. Кузов опирался на две трёхосные тележки. Средние оси выполнили немоторными – место двигателя занимал опорно-поворотный узел (цапфа) и тормоза. Равномерного распределения нагрузки по осям добивались подбором жесткостей амортизационных пружин. Колёса были составными с бандажом диаметром 1250 мм. На каждую моторную ось приходилось по одному трёхфазному асинхронному двигателю, то есть всего на вагоне их стояло четыре. Мощность длительного режима у каждого двигателя составляла 250 л.с. (184 кВт), кратковременно на старте — до 750 л.с. (552 кВт). Управление ими осуществлялось при помощи пуско-тормозных реостатов, размещённых в плоских ящиках на боковых стенках кузова.
![Схема вагона «S» Схема вагона «S»](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f71/218/bdd/f71218bddd2d66eac22b993038715d11.jpg)
Вагон «А» (AEG) был похож на сименсовский, но обладал более красивыми очертаниями с гладкими бортами, поскольку реостаты, выполненные у него жидкостными, убрали внутрь. Они размещались в машинном отделении, делившем пространство кузова пополам. Два салона связывал оставленный сбоку проход. Длина вагона по торцам — 21 м, по буферам — 22,1 м.
![Электровагон AEG Электровагон AEG](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/4b4/030/197/4b4030197854a8ffc37a4b9cc2036239.jpg)
Применение трёхфазных двигателей потребовало трёхпроводной воздушной контактной сети. Медные провода сечением 100 мм2 висели сбоку, в полутора метрах от оси пути друг над другом на высоте 5,5...7,5 метров с метровым интервалом. Держали их деревянные мачты, установленные с шагом 35 метров. Натяжение проводов регулировалось отдельно в секциях примерно километровой длины. Контактная сеть запитывалась переменным током с напряжением 10 кВ с частотой 50 Гц, получаемым на электростанции в Обершёневайде (сейчас это юго-запад Берлина), от которой в Мариенфельде протянули тринадцатикилометровую ЛЭП.
![Испытательная трасса. То, что слева — это и есть контактная сеть Испытательная трасса. То, что слева — это и есть контактная сеть](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/bf8/331/925/bf8331925f12dadc3755bb9f6ce1665d.jpg)
Под стать необычной контактной сети оказались и системы токосъёма – они были самой броской деталью внешнего вида вагонов и самым заметным их отличием между собой. С каждого провода ток шёл на два дуговых токоприёмника (бугеля), то есть всего их было шесть, сгруппированных по три по оконечностям кузовов. У мотрисы «Сименс унд Гальске» они устанавливались друг над другом на общей вертикальной стойке, у вагона AEG – продольным рядом на отдельных наклонных рамах. Такие конструкции уже использовались на промышленных локомотивах, а вот с самым массовым электротранспортом того времени – работавшими на постоянном токе трамваями – общего имели мало.
![Схема вагона «А» Схема вагона «А»](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/839/ee5/80b/839ee580ba64aa78fa8a3a613aab4a4d.jpg)
С высот нашего времени токоприёмники немецких машин выглядят странно и архаично, даже если абстрагироваться от того, что их на крыше стоял целый лес. Райхель (тогда совсем ещё не профессор) изобрёл «дугу» в конце 1880-х гг., она быстро распространилась по Европе, найдя широкое применение на трамваях и электровозах. Появившийся позднее более совершенный токоприёмник – пантограф – быстро вытеснил бугели с железных дорог, и сейчас они используется лишь на шахтных и промышленных узкоколейках, а также в отсталых трамвайных хозяйствах. Главный недостаток бугеля – низкое качество токосъёма на больших скоростях. Встречным потоком воздуха его отрывает от провода, он искрит, напряжение скачет. Большие скорости, в данном случае, по меркам трамвая – километров сорок в час. Немцам же предстояло покорить двести, но ничего лучше у них не было.
![Трамвай с дуговым токоприёмником. Нижний Новгород, наши дни Трамвай с дуговым токоприёмником. Нижний Новгород, наши дни](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/328/5ab/070/3285ab070f3bdf5ec3ac4b33f7c11df9.jpg)
Поехали!
Весной 1901 года линию подготовили к испытаниям. Скорость наращивали постепенно: сначала 60 км/ч, затем 100, 120, 130... Когда вагон «S» достиг 160 км/ч, оказалось, что верхнее строение пути не выдерживает. Несущая способность стандартного рельса определяется толщиной его сечения, выраженной в массе погонного метра. Между Цоссеном и Мариенфельде лежали рельсы в 34,4 кг/м, тогда как метр стандартного рельса нынешних РЖД весит 65 кг. Катастрофы не случилось, но деформации пути на скоростях более 130 км/ч сочли опасными. Военные железнодорожники провели реконструкцию, уложив новые рельсы весом 41 кг/м 12-метровыми звеньями, каждое из которых покоилось на 18 сосновых шпалах. Старые рельсы превратили в контррельсы, уложив боком на чугунные кронштейны. В балластном слое вместо гравия использовали базальтовый щебень.
![Путь после реконструкции Путь после реконструкции](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/e4c/e2e/838/e4ce2e83838620321a38ccdbfe5dd542.jpg)
Осенью 1903 г. испытания возобновились. 28 октября, за два месяца до робкого полёта «Флайера» братьев Райт, вагон AEG разогнался до 210,2 км/ч, показав самую высокую в серии экспериментов скорость и установив абсолютный мировой рекорд. «Сименс» был чуть медленнее: он достиг 206 км/ч. Эта небольшая разница, возможно, обусловлена даже не особенностями мотрис, а тем, что при пробеге вагона «А» частота тока в контактной сети была немного выше.
![Почтенная публика и вагон-рекордсмен Почтенная публика и вагон-рекордсмен](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a3f/eb1/d02/a3feb1d029e88e675be511a5aac99b58.jpg)
На торцевые части кузовов в порядке эксперимента устанавливали клиновидные обтекатели. Эта мера оказалась весьма действенной: на скоростях порядка 200 км/ч сопротивление воздуха снижалось на 8%. Важность отработки аэродинамики для достижения высоких скоростей и экономии энергоресурсов на любых видах транспорта тогда только-только начинали понимать, и немцы одними из первых наглядно её показали.
![Рендер электромотрисы «S» с торцевой накладкой Рендер электромотрисы «S» с торцевой накладкой](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/5df/415/9be/5df4159be48982d699b0e4ebe0142036.jpg)
Гоняли «трамваи» и в составе небольших поездов с прицепными багажными вагонами. Испытатели заявляли, что могут без особой опасности достигнуть 230 км/ч, но новых рекордов не последовало. Сторонникам электрической тяги пришлось даже потесниться: в 1904 году на полигон прибыла более привычная консервативным железнодорожникам техника. Впрочем, и на ней трудно было не заметить отблески зари века скоростей.
!["Сименс» на скорости 185 км/ч "Сименс» на скорости 185 км/ч](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/053/e20/225/053e20225a5847de2b4255834713a5e1.jpg)
Стимпанк не сдаётся
Скоростные паровозы Altona 561 и Altona 562 (тип S9 Прусских железных дорог) были построены заводом «Хеншель и сын» под руководством Густава Виттфельда. Они имели довольно необычную колёсную формулу 2-2-2: за двумя бегунковыми колёсными парами шли две ведущих оси с огромными, 2,2 метра в диаметре, колёсами, а за теми — ещё две пары поддерживающих колёс. В движение они приводились компаунд-машинами: пар сначала попадал в цилиндр высокого давления, вращавший переднюю ось, а затем дорабатывал своё в двух цилиндрах низкого давления, приводивших заднюю ось. Мощность этой связки доходила до 1400 л.с. У паровозов было по две будки: кочегар, как обычно, располагался за котлом, а машинист — перед ним, получая, таким образом, великолепный обзор. Рабочее место машиниста имело клиновидную форму — эдакое рассекающее воздух топорище. У Altona 561 котёл ещё и прикрыли фальшбортами, придав ему сходство с будущими локомотивами вагонной компоновки. Четырёхосный тендер плотно прилегал к будке кочегара, образуя «закрытый» переход. Полный вес локомотивов составлял почти 90 тонн, сцепной — 36,6 тонн, размерами они немного превосходили электровагоны, достигая в длину почти 25 метров.
![Паровоз Altona 561 Паровоз Altona 561](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f48/8d6/3d8/f488d63d87dd37fe551b3ec30151fba8.jpg)
Увы, паровозы возлагавшихся на них надежд не оправдали. Паровые машины оказались недостаточно сбалансированными, сами локомотивы — громоздкими и перетяжелёнными. Дорогой и футуристический Altona 561 развил между Цоссеном и Мариенфельде скорость 137 км/ч, таща за собой не ахти какой груз — три вагона общим весом 109 тонн. Для сравнения взяли классический паровоз типа S4 и прогнали его с тем же составом — он уступил «скоростному» собрату 1 (один) километр в час. Это был провал. Впрочем, прожили «неудачники» куда дольше, нежели электровагоны — до 1918 года они водили экспрессы из Ганновера. Заканчивали свою карьеру они уже в более-менее традиционном виде, с демонтированными передними кабинами. Рубеж в 200 км/ч всё же покорится силе пара, но до того пройдёт ещё тридцать с лишним лет, да и то, английской «Дикой утке» (А4 Mallard) с её 202 километрами в час догнать немецкие «трамваи» так и не удастся.
Время – назад?
Испытания электровагонов дали богатую пищу для размышлений в виде экспериментальных данных о связи параметров энергоснабжения, формы кузовов, конструкции экипажной части со скоростью и экономичностью. Устройство контактной сети и методы управления двигателями оказались сложными, так что в дальнейшем на железных дорогах использовался либо постоянный ток, либо однофазный переменный. Мощные динамические нагрузки при поездках даже лёгких одиночных вагонов вынудили модернизировать путь уже на стадии испытаний – для коммерческой эксплуатации настоящих длинных поездов его строение должно быть ещё «мощнее», то есть дороже. Но самое главное — стало очевидным, что такие скорости безопасны, даже несмотря на выявленную недостаточную эффективность тормозов. Конструктивная схожесть опытных мотрис с серийными пассажирскими вагонами того времени только добавляла заездам показательности.
![Мотрисы выстроились в порядке показанных ими результатов: AEG первый, «Сименс» второй Мотрисы выстроились в порядке показанных ими результатов: AEG первый, «Сименс» второй](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f1d/e43/7a6/f1de437a6cab4617ce20051f3ae58c9f.jpg)
В мае 1904 года на маршруте Фрайбург — Оффенбург обычный паровоз на обычных путях достиг 140 км/ч. Мысль о коммерческом использовании полученного опыта буквально витала в воздухе. Генеральный директор АЕG Эмиль Ратенау рисовал радужные перспективы успешного человека в быстром новом мире: «на скорости 200 километров [в час] бизнесмен преодолеет маршрут Берлин – Гамбург, не теряя времени. С утра он может просмотреть корреспонденцию, позавтракать в дороге; если он уехал в 10 часов утра, провести несколько часов за границей, возможно договориться с большим количеством биржевых игроков, вернуться в 4 часа дня, оставив весь вечер для переписки и другой деятельности». Не правда ли, напоминает концепцию сверхзвукового авиалайнера «Конкорд»? Хотя судьба разработки в итоге оказалась скорее как у Ту-144. Достижения немецких вагоностроителей красочно расписывались на Всемирной выставке в Сент-Луисе, завоевав там золотую медаль, но до воплощения мечты в реальность дело не дошло. «Супервагоны» явно опередили своё время, а первую ВСМ проложили лишь 60 лет спустя. В декабре 1905 года, выполнив стоявшие перед ним задачи, общество St.E.S. прекратило своё существование.
![Мемориальная доска на вокзале станции Цоссен Мемориальная доска на вокзале станции Цоссен](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/281/6fb/919/2816fb919b5883e7ea54cb3e3d7bc243.jpg)
После окончания Первой Мировой войны железная дорога К.М.Е. перешла в гражданское ведение. Участок от Берлина до Цоссена в 1920 году разобрали, впоследствии по его трассе проложили городскую электричку (S-bahn). Оставшаяся часть магистрали была заброшена в середине 90-х. На одной из станций разместилась выставка старых поездов, где можно даже прокатиться на туристической дрезине.
![TGV V150 в погоне за рекордом TGV V150 в погоне за рекордом](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/591/303/eed/591303eed6ae12589f14ebdfaf443338.jpg)
Высокоскоростные магистрали оплели своей паутиной весь мир. На регулярных рейсах поезда могут ездить намного быстрее автотранспорта, правда, реализуют этот потенциал не всегда. А по громким достижениям «классическая» железная дорога давно не у дел. Рекорд вагона «А» лишь четверть века спустя чуть-чуть перекрыл «Рельсовый Цеппелин» — уникальная аэромотриса другого германского «сумрачного гения» Франца Крукенберга. Для электротяги же он продержался без малого пятьдесят лет. В 2007 году французский поезд системы TGV разогнался до 574 км/ч — вроде бы неплохо, только вот даже у мотоциклов и катеров достижения близки, а самый скоростной автомобиль вдвое расторопнее, самый быстрый самолёт — вшестеро. Железная дорога берёт своё отнюдь не спортивными результатами.
![Памятник на станции Берлин-Мариенфельде Памятник на станции Берлин-Мариенфельде](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/aab/120/97b/aab12097b8062e9f1b9f44f72e8b2250.jpg)
Автомобили преодолели 200 км/ч в 1911 г., а самолёты только в 1913 г. До того инженеры и машинисты, испытывавшие технику на полигоне Цоссен – Мариенфельде оставались самыми быстрыми людьми в мире, наряду с их именитыми спонсорами. «Самый быстрый банкир» – как звучит! Их слава оказалась недолгой: автогонщики и авиаторы, ещё даже не догнав железнодорожников, умели устраивать громкие шоу, не то что скромные полувоенные экспериментаторы. А мировая бойня, сделавшая Германию изгоем, окончательно предала забвению их имена. О былых достижениях напоминает лишь скромный памятничек у станции Берлин-Мариенфельде и установленная к столетию рекорда скорости мемориальная доска на вокзале Цоссена.
Автор: Иван Конюхов