Метка: Транспорт и инфраструктура

Ускоряя введение инноваций в области искусственного интеллекта, датчики, сенсоры и прочие устройства телекоммуникации привели к новому поколению автоматического вождения автомобилей. Эти машины значительно безопаснее и надежнее, чем предыдущие модели, и сегодня доминируют на массовых рынках, особенно в развитых странах. На сегодняшний день ежегодный объем закупок автономных транспортных средств приближается к 100 млн. шт. во всем мире, что составляет почти 75% продаж всех автомобилей малой грузоподъемности. Это во многом происходит из-за растущего населения и быстрой индустриализации многих стран, в 2012 году, например, было продано всего 60 млн. легковых автомобилей.

Простые версии этой технологии появились в 2010-х годах в виде систем экстренного торможения, систем самостоятельной парковки, адаптивного круиз-контроля и системы подключения к единой сети. В настоящее время, вычислительные мощности и сильный искусственный интеллект, используемый в автономных транспортных средствах, может превзойти даже самых лучших водителей. Комбинация из GPS, бортовых датчиков, сцепления и стабильности управления, системы адаптивного круиз-контроля позволяют автомобилю распознавать приближающиеся объекты со всех направлений, определять возможные столкновения и последствия, предсказывать движения других транспортных средств на дороге, и адаптироваться к изменяющимся дорожным и погодным условиям. Обновления в реальном времени, постоянно поступающие в бортовой компьютер автомобиля, предоставляют актуальную информацию о пробках на дорогах, позволяя транспортным средствам рассчитывать оптимальный маршрут до места назначения.

Чтобы достичь таких результатов, пришлось преодолеть ряд препятствий. Одно из них это нежелание автопроизводителей брать на себя ответственность по строительству и эксплуатацию подобных транспортных средств. Другое – это существенное изменение в области транспортного страхования. Перекладывая ответственность с водителя, производитель добавил целый ряд осложнений в вопросах юридической и материальной ответственности в случаях потенциальных аварий. Действительно, ранний период перехода на автоматическое вождение автомобилей был отмечен рядом громких судебных исков и судебных разбирательств, часто раздутыми средствами массовой информации. Наряду с этим были этические вопросы о последствиях доверия жизни пассажиров и пешеходов в руки автоматики

Несмотря на эти проблемы, быстрое повышение производительности и статистики безопасности удалось существенно повысить спрос этих средств передвижения. Эффективность предлагаемых самодвижущихся автомобилей также помогает сократить заторы и загрязнения окружающей среды, а также повысить безопасность дорожного движения. Большинство этих автомобилей теперь электрические или гибридно-электрические, с очень низкой долей выбросов CO2. Эти и другие факторы означают, что уже в середине этого века, подавляющее большинство автомобилей на дороге будет полностью автономными.

More…

В течение этого десятилетия ряд военных и коммерческих аэрокосмических предприятий переходят на распределенные турбо-электрические двигательные системы в своих самолетах, заменяя ими традиционные двигатели, расположенные на крыльях. Это стало результатом последних достижений в области материаловедения, криогенных систем охлаждения, новых видов топлива, высокоточной вычислительной гидрогазодинамики и экспериментальных инструментов. Наряду с гиперзвуковыми двигателями, эта технология способствует продолжающейся революции в авиастроении.

Основная концепция распределенной двигательной установки заключается в том, что компоненты, создающие тягу, теперь полностью интегрируются в конструкцию планера. Вместо одного или двух больших двигателей, прикрепленных к внешней стороне крыла или фюзеляжа, тяга генерируется небольшими двигателями или пропеллерами, распределенными по всей ширине крыла. Они лучше интегрируются в корпус самолета, что дает значительные преимущества с точки зрения аэродинамики и тяги. Это, как правило, сочетается с плавным сопряжением крыла и фюзеляжа, что создает более обтекаемую, синергетическую комбинацию всех компонентов самолета.

Поток воздуха вокруг самолета оптимизируется, что дает возможность более крутого подъема при взлете, большую степень контроля и маневренности, большую степень двухконтурности двигателей и обеспечивает существенный рост эффективности использования топлива. Кроме того, большинство таких систем используют электрические двигательные установки. Достижения в области хранения энергии, а также новое поколение ультра-легких сверхпроводников наконец-то проложили путь для крупномасштабного производства электрических самолетов. Они имеют меньший вес, требуют меньше обслуживания, снижают уровень шума до 70 децибел и обеспечивают более низкий выброс углекислого газа. Строительство этих самолетов также, во многих случаях, оказывается значительно дешевле.

More…

Крупные вложения Китая в его инфраструктуру очень способствовали его быстрому экономическому росту в начале 21 века. Страну быстро заполнили магистрали, мосты, туннели и аэропорты, которые соединяли почти каждый крупный город с местной провинцией. Каждый день на дорогах страны появлялось 15 000 новых машин. Прежде всего, однако, ведущим фактором подъёма Китая была высокоскоростная железная дорога.

Аналогично индустриальной революции, произошедшей за 200 лет до этого, каждая сфера, связанная, так или иначе, с железной дорогой, испытывала рост и усиленно процветала. За период с 2010 по 2020 Китай инвестировал в постройку более 17 600 км дополнительных железнодорожных линий 300 миллиардов долларов. Это сделало высокоскоростной транспорт доступным для 90% населения. С 2020-х и далее система высокоскоростных железных дорог продолжала расширяться, поскольку стремительно взлетевшие цены на топливо сделали путешествия самолетом чрезмерно дорогими для большинства людей. Поэтому в качестве альтернативы многие обратились к железной дороге. Кроме того, рост ВСЖД стимулировала политика сокращения выбросов углерода в атмосферу, поскольку поезда сами по себе производят меньше газов, вызывающих парниковый эффект. Стремительный рост количества пассажиров превратил ВСЖД в прибыльную индустрию.

Помимо того, что поезда – более энергетически экономичный и дешевый вид транспорта, усовершенствование дизайна и технологий повысили их скорость до несколько сотен километров в час, что сделало их в большинстве случаев вполне конкурентоспособными, чтобы потягаться с графиком полетов. Самые быстрые маршруты стали теперь содержать поезда, передвигающиеся со скоростью более 1 000 км/ч. Значительному расширению, особенно вдоль побережий, подверглись магнитные рельсовые пути. Помимо внутреннего сообщения, были предложены планы по соединению ж/д систем Китая с системами Европы, Индии, России и Японии. Имея столь огромную сеть железных дорог, города Китая соединились более плотно, чем когда-либо. В каком-то смысле ВСЖД создала эффект 1,2-миллиардного «единого города», где большая часть населения находится всего в нескольких часах пути друг от друга.

Наряду с коммерческим ростом железная дорога управляет – и, в свою очередь, управляется беспрецедентной урбанизацией. К 2040 году свыше 70% населения живет на территории городов. Громадные города-гиганты, каждый с более чем 100-миллионным населением, формируются из постепенного слияния более мелких городов. Самые крупные экземпляры на сегодня представлены тремя основными экономическими зонами: Дельта реки Янцзы (Шанхай, Нанкин и Ханчжоу), Дельта Жемчужной реки (Гуанчжоу, Шэньчжэнь и Гонконг) и Бохайский Экономический Пояс (Пекин, Тяньцзинь и Таньшань).

Несмотря на всё это, в последние годы экономика Китая начала значительно ослабевать. При том, что количество рабочей силы уменьшается, а рост экономики большей частью подпитывается долгом, страна сейчас ввергнута в политическую, экономическую и социальную борьбу. Временно поддержать ситуацию удалось с помощью реструктуризации и искусственной инфляции, но это лишь временные меры. Дополнительным фактором стало ухудшение климатических изменений. Особенно остро эта проблема стоит в Шанхае, который, как это ни прискорбно, не был готов к подъему уровня моря. Вопреки тому, что страна всё ещё испытывает умеренный локальный рост, в целом она приближается к критической точке. К концу этого десятилетия страна впадёт в большую стагнацию, став одной из последних крупных держав, с кем это случится.

More…

Близится к завершению модернизация Северно-Западного Коридора (NEC). Это самая популярная американская ж/д линия, которая проходит от северного Бостона через Нью-Йорк до южного Вашингтона. Как и многие другие железнодорожные службы США, она десятилетиями испытывала недостаток в инвестициях. Большая часть инфраструктуры обслуживалась некачественно и требовала обновления. Например, туннели имели ограничения по скорости из-за устаревшего дизайна, а электрика, проведенная в 1930-х годах, регулярно выходила из строя. Часто случались поломки двигателей и задержки поездов, что стоило десятки миллионов долларов.

С 2000 по 2010 года количество пассажиров NEC в год выросло с 8,2 до 13 миллионов.  Чтобы удовлетворить надвигающуюся потребность в расширении, обеспечить надежность службы и сократить время путешествий, Amtrak составила план, предполагающий проведение тридцатилетней инвестиционной программы, которая должна была привлечь средства в размере 150 миллиардов долларов. Она подразумевала также постройку специального скоростного маршрута, по которому бы пустили поезда, развивающие скорость до 354 км/ч.

План включает в себя полную модернизацию путей и системы передачи сигналов, новые мосты, новые туннели и расширение станций. Линия прокладывается по существующему NEC и по транспортным сетям там, где это возможно, чтобы минимизировать затраты. Она разделена на 3 секции: часть от Ньюарка до Нью-Йорка завершена к 2025 году, часть от Вашингтона до Ньюарка завершена к 2030 году, и последняя часть, между Нью-Йорком и Бостоном, завершена к 2040.

Время в пути значительно сократилось. Поездка от Бостона до Нью-Йорка, которая занимала раньше 3 часа 34 минуты, теперь длится всего час и 34 минуты. Дорога из Нью-Йорка до Филадельфии сократилась от 1 часа и 10 минут до 37 минут, а путь из Филадельфии в Вашингтон занимает всего 54 минуты вместо 1 часа 33 минут. Для пассажиров, путешествующих на расстояние 705 км от Бостона до Вашингтона, время пути сократилось более чем на 50% – с 6 часов 17 минут до 3 часов 5 минут. После многих лет, этот регион Соединенных Штатов наконец получает в распоряжение железную дорогу мирового класса.

More…

В середине этого десятилетия практически все основные континенты соединены друг с другом дорогами, железными дорогами и туннелями. Эта всемирная магистраль, как ее теперь называют, никогда не представлялась как определенная цель или специальный проект. Вместо этого она создавалась длительными, постепенно увеличивающимися этапами, когда различные страны постепенно раздвигали свои границы и водные пути до ранее далеких соседей. С годами из путаницы магистралей и ж/д путей, опутывающих мир, начал выделяться один определенный маршрут, соединяющий все населенные континенты, за исключением Австралии.

Вероятно, одной из первых ступеней в этом процессе стала Транссибирская магистраль, строительство которой было начато еще в 1890 году. Она представляла собой сеть железных дорог, соединяющих Москву с русским Дальним Востоком и Японским морем. Она стала самой длинной железной дорогой в мире, с протяженностью 9 300 км и продолжала расширяться еще в течение следующего столетия.

В 20 веке появилась еще одна важная транспортная сеть — Панамериканское Шоссе. Она соединяла страны Америк и протянулась от Прадхо-Бэй на Аляске до низовий Южной Америки. Ее длина составляла 48 000 км, поэтому она стала самой длинной в мире автомобильной дорогой. Однако из-за Дарьенского пробела было невозможно проехать из Центральной Америки до Южной Америки на традиционной автомашине.

В 1994 году был официально открыт тоннель под Ла-Маншем (впервые эта идея появилась в 1802 году). Он стал первым прямым каналом между Великобританией и европейским материком со времен Ледникового периода. Этот мегапроект подразумевал длиннейший в мире туннель, проходящий по морскому дну, длина его 37,9 км.

В 2000 году был достроен Эресуннский мост. Он стал самой длинной в Европе комбинацией автомобильной дороги и железнодорожного моста и соединял главные транспортные сети Скандинавии и центральной и западной Европы. Появившийся позднее Фемарнбельтский мост стал самой прямой дорогой из Германии в Швецию и Норвегию.

К 2020-м годам в мире было завершено строительство нескольких значительных новых связующих дорог. Одной из них стал мост через Зондский пролив, соединяющий Индонезийские острова Суматру и Яву. Он использовал острова в проливе в качестве подставок. По этому мосту проходила шестиполосная магистраль и двухпутная железная дорога. Его строительство обошлось в сумму более 12 миллиардов долларов. Центральный пролет самой широкой части — висячего моста — составлял 3 000 метров (9 800 футов), что делало этот мост вторым по размерам висячим мостом в мире на то время.

К 2025 году довели до конца строительство еще одной важной линии, на этот раз в Средиземноморье. Туннель под Гибралтарским проливом находился на стадии планирования десятилетиями, но в середине 2010-х он, наконец, сдвинулся с мертвой точки. Переговоры между Испанией и Марокко тянулись довольно долго, но, в итоге, соглашение по поводу расходов было достигнуто. При постройке этого туннеля инженерам было брошено много серьезных вызовов, в основном, связанных с глубиной морского дна: около 300 метров в самых мелких местах. От сооружения автомобильного туннеля пришлось отказаться, поскольку отведение выхлопных газов на такой глубине было невозможным. Кроме того, чтобы сделать склон приемлемым, инженерам понадобилось установить оба въезда в туннель почти в 3 километрах от побережья. Несмотря на то, что расходы росли, проект продвигался; развитие строительных технологий позволило справиться со структурными проблемами и к середине 2020-х годов первые поезда начали совершать путешествия с одного континента на другой.

More…

За последние десятилетия произошел бурный рост уровня компьютерного контроля во всех видах транспортных средств, значительно понизив необходимость вмешательства человека, включая и авиационную технику, которая теперь использует высокую степень автоматизации. Хотя экипажи все ещё присутствуют, их роли сведены к минимуму и носят скорее наблюдательный характер и не требуют вмешательства во время полета. На земле, инфраструктура аэропортов, системы связи и навигации полностью обновились. Значительно улучшен процесс управления движением в воздухе и обеспечения безопасности.

Новые революционные материалы (например, графен), в сочетании с функциями самовосстановления, нано-датчиками и другими системами, внедренных по всему крылу и фюзеляжу, в значительной степени устраняют структурные проблемы, связанные с ошибками от которых страдали предыдущие поколения авиации. Большинство воздушных судов работают только на электрических системах, без необходимости использования опасного горючего жидкого топлива.

Угон и насильственные инциденты, между тем, сейчас практически невозможны, из-за невероятного уровня надзора и обеспечения безопасности. Квантовое шифрование сделало взлом системы навигации трудным, если не невозможным.

Следовательно, теперь невозможно услышать в новостях об авиакатастрофах с участием пассажиров в крупных коммерческих самолетах. Извечная боязнь летать скоро останется в прошлом. В дополнение к безопасности, использование современных компьютерных технологий и искусственного интеллекта при разработке и конструировании новых моделей самолетов ведут к значительному улучшению комфорта перелётов.

More…

Рост стоимости жизни и проблемы окружающей среды привели к изобретению маленьких, более дешевых, более энергоэффективных автомобилей. Все больше людей предпочитает жить и работать в одиночку, да и число детей из расчета на одну семейную пару значительно снизилось, – эти два дополнительных фактора, которые привели к этим изменениям по производству более компактных автомобилей, большая часть которых предназначена исключительно для одного-двух пассажиров.

Подавляющее большинство автомобилей в развитых странах мира в настоящее время управляется компьютером, а потоки транспортных средств и другие вопросы управления обрабатываются современными сетями ИИ, работающих совместно. Подобная система работы позволила некоторым странам сохранить десятки миллиардов долларов.

Благодаря автоматической системе безопасности, стало возможным увеличить скорость движения до 160 км/час и более во многих странах мира. Даже в случае возникновения аварии, которые чрезвычайно редки, встроенные функции обеспечения безопасности и защитный материал (включая углеродные нанотрубки) гарантируют, что жертв не будет.

Между тем, ряд крупнейших автопроизводителей проводит долгосрочные исследования парящих/летающих аппаратов, работа которых основана на существующей военной технике.

К середине XXI века людям не понадобятся Суэцкий и Панамский каналы: выгоднее перевозить грузы по Арктике через Северный полюс, который растает из-за потепления. Полярные пути приносят не только экономическую выгоду, но и политические трения.

Идея Северного морского пути кажется привлекательной людям не первый год. Первые экспедиции вдоль арктического побережья Сибири к берегам Северной Америки и Японии относятся к середине XVIII века. Впервые полностью маршрут был пройден с одной зимовкой в 1878—1879 годах экспедицией шведа Нильса Норденшельда на барке «Вега», за одну навигацию он впервые был пройден экспедицией Отто Шмидта в 1932 году на ледокольном пароходе «Александр Сибиряков», а уже в 1935 году была проведена первая транспортная операция — сквозное грузовое плавание лесовозов «Ванцетти» и «Искра» из Ленинграда во Владивосток (им удалось уложиться в промежуток с 8 июля по 9 октября 1935 года). Альтернативные «теплые» транспортные артерии, проходящие через Суэцкий или Панамский каналы, гораздо длиннее: например, расстояние, проходимое судами из Мурманска в Иокогаму через Суэцкий канал, составляет 12 840 морских миль, а Северным морским путём — только 5770 морских миль. Однако необходимость колоть лед и суровые условия приполярных областей делают короткий путь менее востребованным. Но эту проблему, возможно, решит изменение климата.

Хотя Суэцкий и Панамский канал все еще будут пользоваться популярностью в ближайшие десятилетия, беспрецедентное таяние льдов (оно наблюдалось прошлым летом) значительное повышает доступность Северного морского пути и даже Cеверного полюса. К середине века любой корабль может пройти по ранее недоступным частям Северного Ледовитого океана без помощи ледоколов. Более того, ледовый щит Арктики становится настолько тонким, что ледоколы могут пройти между Атлантикой и Тихим океаном кратчайшим путем — прямо через Северный полюс. Прямой путь через Северный полюс на 20% короче Северного морского пути. Соответственно, например, для кораблей, движущихся из Роттердама (Нидерланды) в Иокогаму путь через полюс аж на 40% короче современного маршрута через Суэцкий канал.

Даже легендарный и предательски опасный Северо-западный проход — морской путь вдоль северного побережья Канады и Аляски — становится проходимым для судов типа Polar Class 6 vessels — стандартного типа судов повышенной прочности для движения во льдах и в некоторые отрезки времени даже для обычных торговых морских судов. Для сравнения: в начале века Северо-западный проход теоретически проходим только раз в семь лет, что, конечно, слишком рискованно для коммерческого использования. Однако к середине века он будет доступен каждый второй год.

Эти проблемы весьма актуальны для больших компаний и государств. Например, Канада утверждает, что Северо-западный проход лежит в её территориальных водах, а США полагают, что это международный путь.

Рост доступности других арктических путей может вылиться в давление США на ООН для признания по крайней мере части из их нейтральными. В первую очередь это касается России. Россия устанавливает на Северном морском пути правила, согласно которым каждая компания должна платить за судно сопровождения для своих кораблей. Если более далекая Арктика станет доступной, компании постараются проходить нейтральными водами, чтоб избежать этих платежей. С другой стороны, для этого понадобятся более мощные ледоколы. Так или иначе, полноценное судоходство в Арктике потребует выработки полноценного свода правил, которые должны будут обеспечить безопасность как самих кораблей, так и хрупкой северной экосистемы.

More…