قطارهای سریع السیر مغناطیسی

شاید مهندسانی که آبان سال ۱۲۸۱ خورشیدی، شاهد حرکت قطار برقی خود بودند، تصور هم نمی کردند این نوآوری، جرقه تحولاتی شگرف در حمل و نقل ریلی دهه های آینده شود.

 

در این روز، یک قطار کوچک برقی توانست فاصله بین دو شهر «مارین فلد» و «زوسن» آلمان را روی خطوط ریلی با سرعت ۲۰۳ کیلومتر در ساعت بپیماید. این قطار کوچک، اولین قطار سریع السیر جهان بود؛ اما دسترسی شهروندان عادی به این فناوری چند دهه به طول انجامید.

امروزه برخی شهرها در اروپا و آسیای شرقی از قطارهای سریع السیر بهره می برند. حداکثر سرعت معمول ثبت شده قطارهای سریع السیر در سال ۲۰۱۲ برای سامانه های فعال در کشورهای ژاپن، تایوان، آلمان، ایتالیا و بریتانیا حدود ۳۰۰ کیلومتر در ساعت، در اسپانیا ۳۱۰ کیلومتر در ساعت و در فرانسه ۳۲۰ کیلومتر در ساعت است. همچنین حداکثر سرعت معمول قطارها در چین برابر ۳۴۱ کیلومتر بر ساعت است.

 

البته این قطارها در حالت آزمایشی سرعتی فراتر از این را نیز به دست آورده اند. بالاترین رکورد سرعت قطارهای سریع السیر دنیا، در فرانسه به دست آمد. قطار سریع السیر فرانسوی TGV در حالت آزمایشی توانست سرعتی برابر ۸/۵۷۴ کیلومتر در ساعت را به خود اختصاص دهد. قطارهای مغناطیسی نیز که جزو قطارهای سریع السیر هستند و از فناوری بالاتری برخوردارند در کشور ژاپن به رکورد بالاتری دست یافتند و توانستند با سرعتی برابر با ۵۸۱ کیلومتر در ساعت قلب جو زمین را بشکافند.

 

● توجیه اقتصادی

 

قطارهای سریع السیر در مناطقی که تراکم جمعیتی زیاد است و بنزین نیز قیمت بالایی دارد، بهترین توجیه اقتصادی را دارد و از سایر انواع حمل و نقل با صرفه تر خواهد بود. با این که تعداد کمی از این قطارها، گازوئیل یا سایر سوخت های فسیلی مصرف می کنند، اما نیروگاه هایی که برق مورد نیاز این قطارها را فراهم می کنند بیشتر از سوخت فسیلی بهره می برند. به این ترتیب، این قطارها از نظر مصرف انرژی بهینه هستند. حتی در مواردی که نیروگاه های این قطارها از نفت یا زغال سنگ استفاده می کنند نیز صرفه اقتصادی آنها نسبت به حمل و نقل خودرویی مشهود است. قطارهای سریع السیر معمولا برای حمل مسافر طراحی می شوند؛ البته در برخی از کشورها نظیر فرانسه از این سیستم برای جابه جایی بسته های پستی نیز استفاده می شود.

مزیت قطارهای سریع السیر تنها به هزینه پایین تر آنها محدود نمی شود و از جنبه هایی متفاوت، نسبت به حمل و نقل هوایی از مزیت هایی برخوردارند. با این که سرعت این قطارها کمتر از سرعت هواپیماهای مسافربری است، اما ایستگاه های آنها معمولا در مرکز شهر واقع شده اند، حال آن که فرودگاه ها معمولا در فاصله ای بسیار دورتر از مرکز شهر هستند. همچنین برخلاف سفرهای هوایی، در ایستگاه های این گونه قطارها، خبری از بازرسی وسایل و مدارک نیست و به ندرت به خاطر شرایط نامطلوب جوی با تاخیر روبه رو می شوند. همین مزایای گسترده سبب شده تا پرواز بین برخی از شهرهای اروپایی نظیر پاریس ـ بروکسل، کلن ـ فرانکفورت و برخی شهرهای دیگر برچیده شود. دسترسی به اینترنت و خطوط تلفن در این قطارها سبب ایجاد جذابیت برای مسافرت با قطارهای سریع السیر نسبت به سایر روش های حمل و نقل شده است.یکی از انواع قطارهای سریع السیر که از فناوری پیچیده تری بهره می برد و به خاطر مزایای فراوانش، توجه بسیاری از کشورها را به خود جلب کرده، قطار مغناطیسی است.

 

 

● فناوری ساخت

فناوری استفاده شده در سامانه ریلی مغناطیسی (اعم از خود قطار و ریل مورد استفاده)، شباهت چندانی به حمل و نقل معمول و سنتی ریلی ندارد. در حال حاضر دو نوع فناوری متمایز برای ساخت این گونه قطارها مورد استفاده قرار می گیرد:

 

تعلیق الکترومغناطیسی Electromagnetic Suspension یا EMS به نوعی فناوری اطلاق می شود که در آن آهن رباهای الکتریکی موجود در بدنه قطار به شکل مغناطیسی جذب ریل (که معمولا فولادی است) می شود. با استفاده از سامانه های کنترل الکترونیکی که می توانند فاصله بین قطار و ریل را حفظ کنند، از تماس این دو با هم جلوگیری می شود. از آنجا که گاهی ممکن است کنترل میدان مغناطیسی با خطاهای کوچکی روبه رو شود، امکان لرزش در واگن ها وجود دارد. میدان مغناطیسی با توجه به بار قطار و ناهمواری های احتمالی ریل تغییر می کند تا این فاصله همچنان حفظ شود. لازم به ذکر است که در این فناوری دیگر نیازی به چرخ نیست.

 

از معایب این فناوری می توان به مشکلاتی که میدان مغناطیسی قوی آن برای مسافران ایجاد می کند، اشاره کرد. این میدان مغناطیسی قوی سبب آسیب رسانی به کارت های اعتباری مغناطیسی و همچنین ابزارهای ذخیره اطلاعات (نظیر هارددیسک) می شود، لذا برای محافظت از آنها باید از پوشش ضد مغناطیسی بهره گرفت. همچنین این میدان مغناطیسی اختلالاتی در دستگاه های مصنوعی ضربان ساز (قلب مصنوعی) ایجاد می کند.

 

 

در تعلیق الکترودینامیک Electrodynamic suspension یا EDS، از آهن رباهای اَبَررسانای الکتریکی یا آهن رباهای دائمی بسیار قوی استفاده می شود. میدان مغناطیسی تولید شده توسط این آهن رباها در سیم یا سایر رساناهای موجود در ریل، جریان الکتریکی القا می کنند و به این ترتیب نیروی دافعه ایجاد می شود. یکی از مزایای این روش این است که در آن میدان مغناطیسی ثابت بوده و برخلاف روش تعلیق الکترومغناطیسی، نیازی به کنترل مداوم و تغییر میدان مغناطیسی نیست. قطارهایی که از این فناوری استفاده می کنند در سرعت های پایین، نیاز به حرکت روی چرخ دارند که این خود از معایب این روش محسوب می شود؛ اما در هر صورت این روش، از تعلیق الکترومغناطیسی به صرفه تر است.

البته روش سومی نیز بتازگی طراحی شده که شاید در آینده ای نه چندان دور به کار گرفته شود. این روش تعلیق مغناطیسی ـ دینامیکی (magnetodynamic) یا MDS نام دارد. در این روش یک ردیف آهن ربای دائمی موجود در زیر قطار سبب تعلیق و فاصله گرفتن آن از ریل می شود.

 

انرژی مورد استفاده در قطارهای مغناطیسی، صرف شتاب بخشیدن به قطار می شود.

قطار مغناطیسی انرژی دریافتی را صرف بلند شدن از روی ریل و ثابت کردن حرکت می کند. بیشتر انرژی مصرفی این گونه قطارها، صرف غلبه بر مقاومت هوا می شود. البته می توان مقداری از انرژی مصرفی را با استفاده از فناوری نوینی که برای تولید انرژی از ترمز کردن وجود دارد، بازیابی کرد.قطارهای مغناطیسی جذابیت های فراوانی برای بسیاری از کشورها داشته است و بسیاری از آنها در حال بررسی امکان ایجاد سامانه ریلی مغناطیسی در کشور خود هستند. در این میان می توان به کشورهایی نظیر سوئیس، اندونزی، آلمان، ایالات متحده و پروتوریکو اشاره کرد.

 

با توجه به مزیت های فراوان این سیستم حمل و نقل شاید بهتر باشد کشور عزیزمان نیز قدم هایی در این راه بردارد.

 

● پرواز قطار بر فراز ریل های مغناطیسی

 

قطارهای مغناطیسی به نوعی از سامانه حمل و نقل ریلی اطلاق می شود که از ویژگی شناوری مغناطیسی (maglev یا magnetic Levitation) استفاده می کند. در این شیوه، قطار با استفاده از میدان مغناطیسی از ریل ویژه خود بلند شده و به جلو رانده می شود و به این صورت نیازی به تجهیزات قطارهای معمولی نظیر چرخ و محور نیست. قطارهای مغناطیسی سریع تر و هموارتر از قطارهای معمولی حرکت می کنند. یکی از باورهای نادرستی که در مورد قطارهای مغناطیسی وجود دارد این است که این قطارها روی تک ریل (منوریل) حرکت می کنند. در حالی که این گونه نیست و فقط برخی از قطارهای مغناطیسی روی تک ریل جابه جا می شوند.

اولین قطار مغناطیسی دنیا در سال ۱۹۸۴ در شهر بیرمنگام انگلستان راه اندازی شد. این قطار می توانست با سرعت ۴۲ کیلومتر در ساعت فاصله بین فرودگاه بیرمنگام تا ایستگاه قطار این شهر را طی کند. اما این سامانه در سال ۱۹۹۵ به خاطر پاره ای از مشکلات بسته شد. در گذشته در شهر ونکوور کانادا و نیز شهرهای برلین و هامبورگ آلمان نیز برای مدتی از این شکل حمل و نقل استفاده می شد، اما هر دو آنها بنا به دلایلی تعطیل شد.

 

در حال حاضر تنها دو سامانه حمل و نقل ریلی مغناطیسی برای استفاده عموم در دنیا در حال فعالیت است.

سال ۲۰۰۴، قطار مغناطیسی شانگهای آغاز به کار کرد و سال ۲۰۰۵ نیز سامانه قطار مغناطیسی در ژاپن تاسیس شد. جالب اینجاست که در سه ماه اول تاسیس سامانه قطار مغناطیسی در ژاپن، دو میلیون نفر از آن استفاده کردند. همچنین قرار است دو سامانه حمل و نقل مغناطیسی دیگر در چین و کره جنوبی راه اندازی شود.

 

 

 

   صالح سپهری فر