5-lecie rekordu Świata – czyli jak osiągnięto 574,8 km/h!

Zacznę od tego, że w 2010 roku udało mi się dwa razy pojechać po linii LGV Est z V maks 320 km/h. Wrażenie były mocne, podobnie jak doŚć odczuwalne były wysokiej czestotliwoŚci drgania przy ok. 300-320 km/h (odczuwane w obie strony i praktycznie na różnych odcinkach). Nic w tym niebezpiecznego, ale za to znakomicie odczuwalnego przez pasażerów. PodejrzewaliŚmy więc – bo jechaliŚmy we trójkę – że tego typu „efekty specjalne” są związane z utrzymaniem podsypkowej nawierzchni. Czy potem stan torów się poprawił? Nie wiem. Jedno jest pewne – podczas bicia Światowego rekordu prędkoŚci tor na tej linii musiał być w o wiele lepszym stanie niż był podczas naszej jazdy. Dodam że do ok. 260 km/h efekty drganiowe nie występowały. Przejdźmy do bicia rekordu.

Od czego się zaczęło?

Otwarcie nowej linii dużej prędkoŚci LGV Est Européen, oraz budowa nowych jednostek TGV POS zainspirowała koleje francuskie SNCF do podjęcia wspólnej - razem z koncernem Alsthom i RFF - próby pobicia nowego rekordu prędkoŚci TGV. Pomysł oficjalnie został przedstawiony 18.12.2006 r. w czasie jazdy próbnej na linii LGV Est Européen (Paryż – Strasbourg), przez firmę Alstom Transport, koleje SNCF oraz francuską infrastrukturę kolejową RFF (Reseau Ferre de France). Ogłosiły one swój udział w programie badawczym Excellence Franęaise de la Tres Grande Vitesse (Francuska doskonałoŚć w budowie pociągów bardzo dużej prędkoŚci). Ten wielki program, poparty przez francuskie Ministerstwo Transportu, dotyczy przygotowania przyszłej oferty podróży pociągami dużej prędkoŚci, co ma umożliwić Francji utrzymanie Światowego przodownictwa w tej dziedzinie.

Partnerzy wyrazili też chęć uczestniczenia w próbie poprawy dotychczasowego rekordu prędkoŚci pociągu, która miałaby się odbyć wiosną 2007 r. Byłaby ona przeprowadzona w ramach programu badawczego, który jednoczeŚnie okreŚli wszystkie jej szczegóły. Dla przypomnienia obecny rekord prędkoŚci należał do TGV Atlantique 325, ustanowiony 18 maja 1990 roku i wynosił 515.3 km/h. Zebrani uznali, że obecnie istnieją możliwoŚci ustanowienia nowego rekordu prędkoŚci na poziomie 550 km/h, a próba mogła być podjęta na nowej linii TGV Est Européen, przed jej oddaniem do normalnej eksploatacji. Skład testowy miał być podobny do rekordowego Atlantique, czyli głowice napędowe najnowszych TGV-POS i trzy wagony.

Przedsięwzięcie nazwano Projekt V150, od 150 m/s (540 km/h) - prędkoŚci jaką teoretycznie testowy skład TGV POS mógłby uzyskać. Należy dodać, że optymiŚci celowali na prędkoŚć 600 km/h! Projekt skalkulowano na kwotę 28 mln Euro i został finansowany przez Alstom (10 mln Euro) oraz RFF i SNCF których udział w projekcie wyniósł po 8 mln Euro.

Specjalna jednostka TGV

Celem przedsięwzięcia V150 miał być projekt i budowa specjalnej jednostki TGV mogącej pokonać barierę 540 km/h. Projekt obejmował również przygotowanie elementów trakcji na wczeŚniej wyznaczonym i przygotowanym odcinku LGV Est Européen. Na podstawie wczeŚniej zdobytych doŚwiadczeń, specjalną jednostkę TGV oparto na układzie podobnym do rekordowego Atlantique 325. Nowa jednostka o nazwie V150 została więc zestawiona z dwóch głowic TGV POS 4402, które 19.12.2006 opuŚciły zakłady w La Rochelle oraz trzech Świeżo wyprodukowanych wagonów TGV Duplex, które w przyszłoŚci miały być wykorzystane do budowy jednostki TGV Réseau-Duplex 618. Wagony jakie wykorzystano do jednostki V150, to dwa skrajne R8 (2 kl) i R1 (1 kl) oraz wagon Środkowy R4 Bar.

Jednostkę poddano jednak specjalnym modyfikacjom mającym na celu zwiększeniu mocy oraz poprawy warunków aerodynamicznych, które pozwolą na zminimalizowanie oporów powietrza. Zasadnicza modyfikacja V150, która przyczyniła się do znacznego podwyższenia mocy, polegała na zainstalowaniu dodatkowego napędu we wspólnych wózkach międzywagonowych. Ponieważ koncern Alstom pracował wtedy nad nową generacją TGV tj. AGV (jednostka zespołowa dużej prędkoŚci z rozłożonym napędem), a w szczególnoŚci nad unowoczeŚnieniem układu napędowego, w nowej jednostce V150, również w ramach testów postanowiono zainstalować osiągnięcia w dziedzinie najnowszych technologii. To najnowsze rozwiązanie to specjalne silniki trakcyjne w których uzyskano rekordowy stosunek mocy do masy silnika wynoszący 1 kW do 1 kg. Tak mała masa silnika trakcyjnego oznacza, że może on być montowany wewnątrz wózka bez pogarszania jego własnoŚci jezdnych. Jednostce V150, jak i w przyszłych AGV zastosowano takie właŚnie silniki. Są to silniki asynchroniczne z magnesami trwałymi, znacznie lżejsze od podobnych asynchronicznych, o mocy 770 kW i wadze 740 kg.

W jednym wózku międzywagonowym zainstalowane są dwa takie silniki. Biorąc pod uwagę, że jednostka V150 posiada dwa napędne wózki, to dodatkową moc jaką uzyskano instalując ten dodatkowy napęd wynosi 3080 kW. Transformator o mocy 4 MW, przekształtniki trakcyjne tego dodatkowego napędu oraz aparaturę diagnostyczno pomiarową umieszczono w dolnym pokładzie wagonu R4 Bar. Całkowita moc V150, uwzględniając moc głowic napędowych wynoszącą 9280 KW wynosi więc 12.4 MW. Należy jednak dodać, że silniki elektryczne ekstremalnie i w miarę krótkim czasie mogą oddać moc dużo większą od nominalnej. W ramach projektu V150, podobnie jak podczas poprzedniego rekordu TGV jakim miał miejsce 16 lat wczeŚniej, modyfikacji poddana została również sieć trakcyjna. Napięcie w sieci zwiększono z 25 kV do 31 kV AC, a naciąg sieci zwiększony do 4 t.

Ponieważ moc układu elektrycznego roŚnie z kwadratem zwiększanego napięcia, to jednostka V150 podczas bicia rekordu prędkoŚci dysponowała mocą 19.6 MW. Rekordowa jednostka ma masę 234 t, czyli prawię połowę normalnej masy standardowego zespołu TGV i dysponowała mocą ponad dwukrotnie większą od zwykłego zespołu TGV-POS o mocy 9280 kW. Licznym modyfikacją poddane zostały również głowice napędowe. Zwiększono przełożenie oraz Średnice kół z 920 mm do 1092 mm. Pantograf zainstalowany tylko na tylnej głowicy napędowej również jest specjalną konstrukcją. Jest to unieruchomiony pantograf serii CX firmy Faiveley. W celu zmniejszenia oporów powietrza w czołowej głowicy zdemontowano dwa pantografy, a miejsce powstałe po demontażu wypełniono specjalnymi osłonami. Podobne osłony zastosowano również pod spodem przedniej głowicy napędowej oraz między wagonami. Pewnej modyfikacji i obniżeniu poddano też dolną czeŚć nosa przedniej głowicy napędowej, tak aby uniemożliwić ewentualne uniesienie się lokomotywy.

Na specjalną uwagę zasługuje wagon R4 Bar (TGVP 150 R4), który poza urządzeniami dodatkowymi niezbędnymi do zasilania dodatkowego napędu, był prawdziwym specjalistycznym laboratorium, w którym były zbierane i na bieżąco analizowane dane z 350 czujników zainstalowanych we wszystkich ważnych punkach całego pociągu.
Tak specjalnie zaprojektowana jednostka była gotowa w styczniu 2007. Należy dodać, że jednostka V150 mimo, że nie jest seryjnie produkowaną jednostką TGV, to jednak składa się z seryjnie produkowanych komponentów.

Ważniejsze dane techniczne V150

Jako najdogodniejsze miejsce, sprzyjające próbie ustanowienia nowego rekordu prędkoŚci wybrano 140 km odcinek LGV Est Européen między 270 a 130 km. Jako idealne miejsce do ustanowienia rekordu prędkoŚci wybrano odcinek o długim 10 ‰ spadku między 191 a 194 km na wysokoŚci Passavant-en-Argonne, 210 km od Paryża.

Próby i testy

Aby ocenić możliwoŚci, a także poziom bezpieczeństwa nowej rekordowej jednostki, oficjalny rekordowy przejazd musiał być poprzedzony serią testowych przejazdów.

Jazdy próbne odbywały się na torze nr 1. Jako punkt startowy wyznaczono okolice PK264, czyli praktycznie prawie koniec LGV Est Européen, tak aby po 70 km jazdy, w okolicach 194-191 km jednostka V150 mogła uzyskać swoją maksymalną prędkoŚć. Jazdy testowe i bicie rekordu prędkoŚci odbywały się wiec po torze niewłaŚciwym (we Francji prawym). Jednostka V150 stacjonowała w lokomotywowni Technicentre Est Européen, więc za każdym razem w dniu kiedy odbywały się jazdy testowe, na punkt startowy wyjeżdżała z razem z jednostką TGV-POS 4404. Jednostka TGV-POS 4404 zawsze przed ostateczną próbą prędkoŚci, odcinek testowy pokonywała jako pierwsza. Taka wstępna jazda normalnego składu miała na celu przetestowanie i ewentualne oczyszczenie strefy rekordu prędkoŚci LGV. Maksymalną prędkoŚć jaką osiągała ta zwykła jednostka TGV-POS w końcowym etapie prób wahała się w granicach 380 km/h. Na uwagę zasługuje fakt, iż to jest najwyższa prędkoŚć ustanowiona przez TGV-POS.

Początek prób rozpoczęto 15 stycznia 2007 roku. 7 lutego spadł Śnieg i testy przyszło przeprowadzić w trudnych warunkach klimatycznych. Na 150 km linii V150 odbył tak zwaną jazdę zakresową z prędkoŚcią 320 km/h. Po osiągnięciu PK250 odbyła się standardowa 30-minutowa odprawa, po której wykonano pomiary najważniejszych parametrów. Osiągnięta prędkoŚć była identyczna z osiągniętą na wczeŚniejszym odcinku. 0 godzinie 13:00 tego dnia odbyła się druga jazda. Po półtoragodzinnej odprawie pociąg rozpoczął ostateczną jazdę powrotną, osiągając na drodze z punktu startowego prędkoŚć 459 km/h. 8 lutego 2007 r. prognozowano wiatr o Średniej sile 30 km/h, z podmuchami dochodzącymi do 60 km/h. Pomimo tego pociąg wyruszył i wykonał pierwszą jazdę tego dnia. Program, zdefiniowany po tym kursie, za zgodą ekipy badawczej ustalił docelową prędkoŚć na 470 km/h. Cel został osiągnięty na PK188, gdzie zespół zainstalowanych czujników potwierdził utrzymanie prędkoŚci 450 km/h.

Na koniec dnia wiatr się wzmógł. SzeŚciu pracowników obsługi pociągu, znajdujących się w jednym z wagonów, oraz 34 inżynierów - znajdujących się na 2 poziomach wagonu laboratoryjnego - przedłożyło raporty do kierownika odpowiedzialnego za testy. Wszyscy obecni chcieli zbadać zachowanie pociągu przy jeszcze większych prędkoŚciach. Przy 490 km/h wszystkie ekrany kontrolne pokazywały zadowalające wyniki. Została wobec tego podjęta decyzja o zwiększeniu prędkoŚci, w wyniku czego osiągnięto maksimum wynoszące 502 km/h. Bariera została przekroczona. Od teraz, nawet w trudnych warunkach, pociąg V150 jest zdolny do ruchu z bardzo dużymi prędkoŚciami z zachowaniem bezpieczeństwa.

Podczas dalszych przejazdów okazało się, że projektowana jednostka wypełniła założenia aż w nadmiarze.

Barierę założonych 150 m/s V150 uzyskał w jednym z następnym przejeżdzie, które przeprowadzono w następnych dniach. Zauważa się tu znaczny kontrast między rekordem przed 16 laty, kiedy to modyfikacje TGV Atlantique 325 przypominały walkę o każdy km/h, a każda modyfikacja w praktyce pociągała za sobą pewne problemy, bądź to z pantografem, albo transformatorem, który pod koniec pierwszej serii przejazdów uległ uszkodzeniu. W projekcie V150 żadnych niespodzianek nie było. V150 zaprojektowano i zbudowano na miarę obecnych możliwoŚci technologicznych, a sam przejazd był zupełnie kontrolowanym i bezpiecznym przejazdem. Dowodzi tego fakt, że organizatorzy ogłosili internetowy konkurs, w którym zwycięzca mógł uczestniczyć w oficjalnym rekordowych przejeździe.

Pierwszą informację o nowym, nieoficjalnym rekordzie stająca się medialnym faktem podano 13 lutego 2007 roku. Padł nowy rekord prędkoŚci wynoszący 553 km/h. Kolejne informacje o nowych rekordach pojawiały się już lawinowo, nieoficjalnie na forach internetowych i w mediach praktycznie z tygodnia na tydzień...

Pod koniec jazd próbnych, 26 marca 2007 opublikowano datę oficjalnej próby prędkoŚci, a jednostka V150 otrzymała też specjalne i asymetryczne malowanie, symbolizujące dynamizm, oraz płynący w przestrzeni metal. Zafalowanie metalu (chromu) przechodzące przez cały pociąg, ma symbolizować wszystkie ludzkie energie w celu realizacji technologicznych wyzwań. Jednostka V150, już w nowej szacie, 29 marca ustanowiła jeszcze kolejny rekord prędkoŚci tym razem wynoszący 568 km/h. Jednostka V150 podczas wszystkich jazd próbnych odbyła w sumie około 40 przejazdów osiągając prędkoŚć ponad 400 km/h i przebywszy odcinek wynoszący łącznie 3000 km.

Rekord Świata

Dzień na który zaplanowano oficjalną próbę ustanowienia Światowego rekordu prędkoŚci, był niesamowitym wydarzeniem medialnym. Nie przypadkowo organizatorzy odpowiednio wczeŚniej podawali do mediów kolejne osiągnięcia V150 by podczas finału zgromadzić jak największą widownie i jak najwięcej stacji telewizyjnych gotowych relacjonować to wydarzenie. Znamienną rzeczą jest fakt, że oby relacjonować to wydarzenie z góry, należało w to przedsięwzięcie zaangażować samoloty odrzutowe, bo ... zwykły helikopter w stosunku do V150 jest raczej słabym rywalem.

3 kwietnia 2007 r. o godzinie 7:00, jednostka V150 wraz z TGV POS 4404 wyjechała z lokomotywowni Technicentre Est Européen i przybyła na Paryski dworzec Gare de l’Est by zabrać goŚci honorowych, dziennikarzy, notariuszy (by oficjalnie potwierdzić osiągnięty rekord) oraz potencjalnych nabywców przyszłego TGV. Rekord prędkoŚci ma bowiem podbudować wizerunek Francji jako producenta szybkich kolei. Technologią tego typu zainteresowane są Chiny, a także stan Kalifornia. O kontrakty Francja rywalizuje z Niemcami i Japonią. TGV V150 wraz w jednostką TGV POS 4404 dworzec Paris Est opuŚcił około godziny 11-tej i na punkcie startowym PK263.9, gotowy do odjazdu był o godzinie 12:50. Za nastawnikiem V150 siedział maszynista Eric Pieczak. Ruszył o 13:01... po 100 sek, pokonując 2 km odcinek uzyskał prędkoŚć 160 km/h. Przyspieszenie V150 momentami wahało się w granicach 2.5 - 2.7 m/s². PrędkoŚć 160 km/h utrzymał przy jeździe bezprądowej (przy opuszczonym pantografie) przez jakiŚ czas, by od PK252, o godzinie 13:05 podać maksymalną moc do silników trakcyjnych. PrędkoŚć w funkcji przebytej drogi przebiegała następująco :

PrędkoŚć 490 km/h okazała się być prędkoŚcią ustaloną i od tego momentu prędkoŚć była już zależna od profilu linii (konkretnie: wielkoŚci i długoŚci spadku).
kolejne dane :

* - dworzec Meuse TGV

i o godzinie 13:13 na PK 191.2 jednostka V150 osiąga prędkoŚć 574.8 km/h, ustanawiając nowy rekord prędkoŚci pojazdów szynowych. Prąd pobierany przez V150, przy napięciu 30 kV, wynosił 800 A.

Co dał nowy rekord?

Rezultat uzyskany przez TGV niewiele ustępuje absolutnemu rekordowi ustanowionemu przez japoński pociąg na poduszce magnetycznej, który w 2003 roku rozpędził się do 581 km na godzinę. OczywiŚcie oby tych rekordów nie można porównać, bo pociąg na poduszce magnetycznej jest zupełnie inna konstrukcją. Ponadto, jak przyznają francuscy inżynierowie, założeniem projektu V150 nie było tylko i wyłącznie bicie nowego rekordu prędkoŚci, który i tak należał do TGV (ustanowiony 18 maja 1990 roku). Chodziło też o sprawdzenie wytrzymałoŚci nowych urządzeń, w szczególnoŚci nowych napędnych wózków wykorzystanych wkrótce w nowych jednostkach AGV i torowiska w warunkach nieosiągalnych w laboratorium. Ustanowienie nowego rekordu prędkoŚci miało też na celu promocje TGV i nowej linii dużej prędkoŚci z Paryża do Strasbourga, która – jako pierwszy 300 kilometrowy odcinek - została otwarta w ruchu planowym 10 czerwca 2007 r., a której druga górska częŚć weszła w fazę budowy w roku 2011.

Czy ten niesamowity rekord jest w ogóle do pobicia, biorąc pod uwagę klasyczny układ z kołem i szyną? Czy kolej klasyczna ma szansę przebić „kosmiczną” barierę 600 km/h? Trudno powiedzieć, choć przynajmniej teoretycznie jest to możliwe. Trzeba zauważyć, że jazda powyżej 400 km/h, a tym bardziej powyżej 500 km/h – nawet z testowym „naginaniem” (przekraczaniem) wszelkich norm jak „a” dop. na łukach czy czasem wjazdu na krzywą przejŚciową i podnoszenia na rampie przechyłkowej - wymusza geometrię toru o profilu łuków R min = 15000 metrów. Na rekordowym odcinku zabudowano właŚnie takie łuki, podobnie również łuki o promieniach większych - jak R = 20000 i 25000 metrów. Bez takich parametrów nie byłoby jakiejkolwiek możliwoŚci bezpiecznej jazdy powyżej 500 km/h. A więc już przy projektowaniu trasy zapewne uwzględniono tego typu plany (reszta trasy LGV Est ma łuki o R min 5,5-7 tys metrów), a niezaludnione tereny pozwoliły na poprowadzenie ok. 100 kilometrowego fragmentu trasy w bardzo łagodny sposób. Ciekawostką jest, że na ok. 40 km odcinku podobne łuki są projektowane na linii „Y” między Warszawa a Łodzią, gdzie na pewnym odcinku możnaby testowo pojechać może nie ponad 500 km/h, ale na pewno co najmniej 400-450 km/h. O ile trasa zostanie zbudowana.

W linkach bicie rekordu widziane kamerą z kabiny TGV/V150 (bez dźwięku, ale i tak robi wielkie wrażenie!):

(tekst na podstawie „Strony o TGV” Rafała Tomasika)