ظهور و سقوط قطارهای معلق مغناطیسی
مگ لو طرحی که می توانست حمل و نقل را متحول کند
به گزارش آتی جو، قطار Transrapid یک قطار معلق مغناطیسی بود که می توانست دنیای حمل و نقل را متحول کند، سیستمی که مابین دهه های ۱۹۷۰ و ۲۰۱۰ در آلمان توسعه یافت و یک فناوری جاه طلبانه و بسیار امیدوارکننده به نظر می رسید اما در نهایت ناکام ماند.
به گزارش آتی جو به نقل از ایسنا، Transrapid یک سیستم پیشگامانه قطار سریع السیر معلق مغناطیسی است که در آلمان توسعه یافت و پتانسیل متحول کردن صنعت حمل و نقل را از خود نشان داد و با وجود صادرات آن به چین و استرالیا، در نهایت هیچگاه در کشور بومی خود یعنی آلمان و همینطور دیگر کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار نگرفت.
با توجه به این ها اما هنوز Transrapid یک نقطه عطف مهم در تکامل سفرهای پرسرعت برشمرده می شود.
اگر تابحال هیچگاه نام Transrapid را نشنیده اید، در این گزارش می خواهیم تاریخچه، فناوری ها و چالش های پیرامون این قطار مغناطیسی جالب و پرحاشیه را بررسی نماییم.
قطار مغناطیسی
قطار معلق مغناطیسی(Magnetic levitation) یا به اختصار مَگ لِو(Maglev) به معنای شناوری مغناطیسی و گونه ای از سامانه ترابری توسط قطار است که از دو مجموعه آهنربا استفاده می کند؛ یک مجموعه برای بلند کردن و شناور کردن قطار بر روی ریل و مجموعه دیگر برای رانش قطار به سمت جلو.
مزیت این کار، عدم وجود اصطکاک بین قطار و ریل است. قطار مغناطیسی در طول مسیرهای خاص میان برد(معمولاً ۳۲۰ تا ۶۴۰ کیلومتر) می تواند با قطار تندرو و هواپیماها رقابت کند.
در فناوری قطار مغناطیسی، واحدی تحت عنوان لوکوموتیو وجود ندارد و تنها یک بخش متحرک وجود دارد و آن خود قطار است. قطار در امتداد یک مسیر راهنمای آهنربایی حرکت می کند که ثبات و سرعت قطار را کنترل می کند. به حرکت درآوردن و شناورسازی به هیچ قطعه متحرکی نیاز ندارد. این کار با قطارهای خودکششی که دارای چندین قطعه متحرک در هر بوژی(هزارچرخ) هستند، کاملاً در تضاد است. بنابراین قطارهای مغناطیسی ساکت تر و آرام تر از قطارهای معمولی هستند و قابلیت حرکت با سرعت های بسیار بالایی دارند.
قطار مغناطیسی شانگهای که بعنوان Shanghai Transrapid شناخته می شود، حداکثر ۴۳۰ کیلومتر در ساعت سرعت دارد. این خط سریع ترین قطار عملیاتی مغناطیسی پرسرعت جهان است که برای اتصال فرودگاه بین المللی پودانگ شانگهای و حومه پودانگ طراحی شده است. این قطار مسافت ۳۰٫۵ کیلومتری را تنها در کمی بیشتر از ۸ دقیقه طی می کند و اولین رونمایی از آن سبب جلب توجه گسترده مردم و رسانه ها شد و محبوبیت این شیوه از ترابری را افزایش داد.
با وجود بیشتر از یک قرن تحقیق و توسعه، حالا قطار مغناطیسی پرسرعت تنها در چین موجود است و سامانه های ترابری قطار مغناطیسی هم اکنون تنها در سه کشور ژاپن، کره جنوبی و چین فعال می باشند، چون که توجیه هزینه ها و خطرات در ارتباط با قطار معلق مغناطیسی در مقابل مزایای آن نسبتاً دشوار است، بخصوص در مکان هایی که دیگر روش های ترابری پرسرعت مرسوم مانند قطارهای تندرو موجود باشد.
اولین طرح قطار مغناطیسی را «رابرت گدار» در نوامبر سال ۱۹۰۹ پیشنهاد کرد. او پیشنهاد کرد بین شهر بوستون و نیویورک تونلی ساخته شود که در آن قطارهای معلق در یک خلاء جزئی با نیروی مغناطیسی به حرکت درآیند. چند سال بعد در سال ۱۹۱۲ یک مهندس فرانسوی به نام «امیل باشه» طرحی را پیشنهاد کرد که شباهت بسیاری به وسیله مغناطیسی فعلی داشت. وسیله آزمایشی ۱۵ کیلوگرمی او با آهنرباهای برقی تغذیه شده با جریان متناوب از زمین بلند می شد و به حرکت درمی آمد، ولی در اثر برخورد با دیوار لابراتوار از بین رفت.
اولین خط تولید قطار مغناطیسی در شانگهای چین به راستای ۳۰ کیلومتر به وسیله یک شرکت آلمانی ساخته شد. این خط آهن، فرودگاه شانگهای را به مرکز این شهر پیوند داده است.
در ۲۲ سپتامبر ۲۰۰۶ یک قطار مغناطیسی در یک مسیر آزمایشی در آلمان با یک واگن خدماتی برخورد کرد که بر اثر آن بیشتر از بیست نفر در این حادثه کشته شدند. البته به قول مقامات محلی، علت این حادثه خطای انسانی بوده و ناشی از فناوری Maglev نبوده است.
Transrapid چه بود و چرا نام آن این است؟
Transrapid یک سامانه قطار سریع السیر مونوریل آلمانی بود که از فناوری معلق مغناطیسی(maglev) برای رانش استفاده می کرد. نام Transrapid از ترکیب کلمات «حمل و نقل» و «سریع» گرفته شده است که نشان دهنده حمل و نقل سریع و کارآمدی است که این سیستم قصد عرضه آنرا داشت.
پروژه Transrapid International یک سرمایه گذاری مشترک بین شرکتهای زیمنس و ThyssenKrupp بود که مسئول توسعه و بازاریابی این سیستم است.
فناوری Maglev Transrapid با استفاده از آهنرباهای الکترومغناطیس قوی به این قطار اجازه می دهد تا روی ریل معلق شود و اصطکاک را کم کند و قطار را قادر می سازد تا با سرعت های بسیار بالا حرکت نماید. قابل ذکر است که سرعت این قطارها در بعضی موارد به بیشتر از ۵۰۰ کیلومتر در ساعت می رسد.
توسعه نخستین نمونه های اولیه برای سیستم Transrapid در سال ۱۹۶۹ شروع شد و تا سال ۱۹۸۷، یک مرکز آزمایش در امسند(Emsland) آلمان تاسیس شد. در سال ۱۹۸۸ برنامه هایی برای ساخت مسیرهای سراسری Maglev در آلمان وجود داشت که از مسیر هامبورگ-هانوفر شروع می شد. در سال ۱۹۹۱ هم شرکت Deutsche Bundesbahn با همکاری دانشگاه های برجسته آلمان این سیستم را از نظر فنی آماده عملیات اعلام نمود.
در سال ۲۰۰۲، نخستین استفاده تجاری از این سیستم با قطار Maglev شانگهای محقق شد که شبکه حمل و نقل سریع شانگهای را در فاصله حدود ۳۰.۵ کیلومتری به فرودگاه بین المللی شانگهای پودونگ متصل کرد. با این وجود، در آن زمان هیچ خط بین شهری دوربردی سیستم Transrapid را قبول نکرده بود.
با این وجود در آلمان در سال ۲۰۱۱ زمانی که مجوز عملیاتی مسیر آزمایشی Emsland منقضی شد، تعطیل شد و تخریب و تغییر کاربری کل این محل همچون کارخانه ساخت آن در اوایل سال ۲۰۱۲ مجاز شناخته شد و در سپتامبر ۲۰۱۷ پیشنهادهایی جهت استفاده از آخرین نمونه Transrapid برای نمایش در موزه عرضه شد.
Transrapid چقدر با قطارهای مغناطیسی دیگر متفاوت بود؟
درست است که Transrapid چشم گیر است، اما این تنها فناوری قطار معلق مغناطیسی نیست که در سرتاسر جهان توسعه یافته است. نمونه های برجسته دیگر قطار معلق مغناطیسی ابررسانای ژاپن(SCMaglev یا Chuo Shinkansen) و قطار معلق مغناطیسی Aérotrain فرانسه است.
Transrapid و SCMaglev هر دو از فناوری شناوری مغناطیسی استفاده می نمایند، اما از روش های تعلیق و رانش متفاوتی استفاده می نمایند.
Transrapid از سیستم تعلیق الکترومغناطیسی(EMS) استفاده می نماید که در آن الکترومغناطیس های متصل به کناره های قطار به ریل های فرومغناطیسی جذب می شوند. فاصله بین قطار و ریل در حدود ۱۰ میلی متر حفظ می شود و یک موتور خطی نیروی محرکه را فراهم می آورد.
از طرفی، SCMaglev ژاپن از سیستم معلق الکترودینامیکی(EDS) استفاده می نماید. در این سیستم، آهنرباهای ابررسانا روی قطار، جریان هایی را در سیم پیچ های رسانای ریل ایجاد می کنند و نیروی مغناطیسی دافعه ای ایجاد می کنند که قطار را حدود ۱۰۰ میلی متر بالاتر از ریل معلق می کند. SCMaglev از یک سیستم موتور سنکرون خطی(LSM) برای تولید نیروی محرکه استفاده می نماید.
در حالیکه Transrapid و SCMaglev هر دو می توانند به سرعت بالایی دست یابند، SCMaglev حداکثر سرعت بالاتری را نشان داده است. حداکثر سرعت Transrapid حدود ۵۰۰ کیلومتر در ساعت است، در حالیکه SCMaglev در طول آزمایشات به سرعت ۶۰۳ کیلومتر در ساعت هم رسیده است.
قطار مغناطیسی Aérotrain هم یک سیستم آزمایشی فرانسوی بود که در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ توسعه یافت. قطار مغناطیسی Aérotrain برخلاف Transrapid و SCMaglev که بر شناوری مغناطیسی تکیه دارند، از فناوری بالشتک هوا برای تعلیق استفاده می نماید. این قطار، هوا را به زیر خود می کشد و یک توربین یا یک موتور القایی خطی آنرا به حرکت در می آورد.
باآنکه Aérotrain در مرحله آزمایشی خود به سرعت های قابل توجهی دست یافت، اما این پروژه در نهایت به نفع قطار پرسرعت معمولی TGV و به طور عمده به علل اقتصادی و فنی رها گردید.
Transrapid چگونه کار می کند؟
Transrapid مانند سایر قطارهای Maglev از فناوری منحصر به فردی استفاده می نماید که به قطار اجازه می دهد بالای ریل معلق شود و در نتیجه اصطکاک را از بین ببرد و به سرعت های بالا برسد.
قطارهای Maglev با فناوری های توسعه یافته در لابراتوار ملی بروکهاون(Brookhaven) پیدایش یافتند. نخستین اختراع طراحی قطار معلق مغناطیسی در اواخر دهه ۱۹۶۰ به جیمز پاول و گوردون دانبی از بروکهاون اعطا شد، باآنکه پتنت های آن در آلمان در اواخر دهه ۱۹۳۰ ثبت شده است.
گفته می شود روزی جیمز پاول در ترافیک گیر کرده بود و با خود فکر کرد که باید راه کارآمدتری برای حرکت در خشکی نسبت به استفاده از ماشین یا قطار معمولی وجود داشته باشد. او به فکر معلق کردن واگن قطار با استفاده از آهنرباهای ابررسانا بود. آهنرباهای ابررسانا، آهنرباهایی هستند که در حین کار تا دمای بسیار پایین خنک می شوند و قدرت میدان مغناطیسی را بشدت می افزایند.
تعلیق در سیستم Transrapid با استفاده از آهنرباهای الکتریکی قدرتمند در قطار و ریل به دست می آید. هنگامی که جریان الکتریکی از آهنرباها عبور می کند، آنها یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند که سبب می شود قطار از جای خود بلند شود و در بالای ریل معلق شود و فاصله ای در حدود ۱۰ میلی متری را با ریل حفظ کند.
همانطور که اشاره شد، Transrapid برای تولید نیروی محرکه از یک موتور خطی استفاده می نماید که نوعی موتور الکتریکی است که به جای حرکت چرخشی ساخته شده توسط موتورهای الکتریکی سنتی، حرکت خطی بوجود می آورد. مولد این موتور خطی یا قسمت ثابت آن در امتداد ریل نصب می شود، در حالیکه روتور یا قسمت متحرک به قطار متصل است. هنگامی که جریان الکتریکی اعمال می شود، میدان مغناطیسی درحال حرکتی بوجود می آورد که با آهنرباهای قطار تعامل می کند و آنرا در امتداد ریل هل می دهد یا می کشد. این امر به قطار اجازه می دهد تا با شتاب و کاهش اصطکاک به سرعت های بالا برسد.
سیستم Transrapid همینطور از یک سیستم کنترل پیچیده برای اطمینان از ایمنی و کارایی استفاده می نماید. حسگرها موقعیت قطار، سرعت و سایر متغیرها را در لحظه نظارت می کنند و در صورت نیاز، توان عرضه شده به آهنرباهای الکتریکی و موتور خطی را تنظیم می کنند. این کار به قطار اجازه می دهد تا فاصله ثابتی بین خود و ریل داشته باشد و از سواری نرم و پایدار اطمینان حاصل کند و شتاب، کاهش اصطکاک و سرعت حرکت قطار را کنترل کند.
چرا Transrapid شکست خورد؟
با توجه به این که Transrapid در آلمان و اروپا هیچگاه واقعاً به موفقیت دست نیافت، اما به یک معنا هم شکست خورده محسوب نمی گردد، چونکه با موفقیت به چین و استرالیا صادر شد و هنوز درحال فعالیت است.
Transrapid با وجود مزایای آشکار، با چالش های گوناگونی روبرو شد که به موفقیت محدود و در نهایت استفاده محدود آن منجر گردید.
یکی از آنها هزینه های بالای ساخت آن بود که نقش بسزایی در عدم موفقیت آن داشت. توسعه و ساخت زیرساخت Transrapid به طور عمده به سبب الزامات منحصر به فرد فناوری Maglev، مانند احتیاج به ریل های اختصاصی و سیستم های کنترل پیچیده گران بود. این هزینه های بالا، تأمین بودجه برای پروژه های جدید را چه در داخل و چه در سطح بین المللی دشوار می کرد.
همینطور موانع سیاسی و بوروکراتیک عامل دیگری بود که مانع موفقیت Transrapid شد. این پروژه در آلمان با مخالفت گروههای مختلف، نگرانی های زیست محیطی و مسائل در ارتباط با تملک زمین مواجه گردید. تأخیر و مشکلات در فرآیندهای تصمیم گیری هم اجرای این سیستم را بیشتر با مشکل مواجه کرد.
رقابت سیستم های ریلی پرسرعت معمولی مانند ICE آلمان و TGV فرانسوی هم بر پذیرش Transrapid تاثیر گذاشتند. این جایگزین ها سرعت و کارایی قابل مقایسه ای را عرضه می کردند و اغلب هزینه های ساخت و نگهداری پایین تری داشتند که آنها را به انتخابهای جذاب تری برای دولت ها و سرمایه گذاران تبدیل می کرد.
نگرانی های در ارتباط با صدای نویز و ارتعاشات ناشی از آن برای ساکنان نزدیک به مسیرهای پیشنهادی هم به چالش های پیش روی Transrapid افزود. باآنکه فناوری Maglev صدای نویز بوجود آمده توسط تماس چرخ روی ریل را می کاهد، اما همچنان در سرعت های بالا صداهایی ناشی از اثرات آیرودینامیکی بوجود می آورد که این مساله هم به مخالفت عمومی با این پروژه دامن زد.
یکی دیگر از میخ ها بر تابوت Transrapid یک حادثه غم انگیز در سال ۲۰۰۶ بود. به صورت معمول امکان برخورد دو قطار مغناطیسی وجود ندارد، چون که دو قطار در یک مسیر و ریل مجبور هستند در یک جهت با سرعت یکسان حرکت کنند. با این وجود، در ۲۲ سپتامبر ۲۰۰۶، یک قطار Transrapid در راه آزمایشی در لاتِن آلمان با یک واگن تعمیر و نگهداری برخورد کرد. ترمز اضطراری قطار، سرعت آنرا از ۴۵۰ کیلومتر در ساعت به ۱۶۲ کیلومتر در ساعت کم کرد، اما ۳۴ نفر سوار بر آن بودند و این سرعت برای عدم صدمه به آنها به اندازه کافی پایین نبود.
این برخورد، قسمت جلویی قطار را تخریب کرد و سبب شد واگن تعمیر و نگهداری از ریل بیرون برود دو بار چرخش کامل انجام دهد.
این حادثه نخستین تصادف مهم قطار Transrapid را رقم زد. خبرگزاری ها ۲۳ کشته و چندین جراحت شدید را گزارش کردند که نخستین مورد مرگ و میر در قطارهای مغناطیسی بود. این حادثه ناشی از خطای انسانی بود، چونکه قطار اجازه داشت پیش از این که واگن تعمیر و نگهداری، مسیر را پاک کند، ایستگاه را ترک کند. حالا یک سیستم خودکار پیشگیری از برخورد می تواند از بروز چنین شرایط و حوادثی جلوگیری نماید.
در حادثه دیگری در ۱۱ اوت ۲۰۰۶، قطار Transrapid که در خط شانگهای فعالیت می کرد، گرفتار آتشسوزی شد. آتش نشانان شانگهای به سرعت آتش را خاموش کردند. گزارش ها از آن حکایت می کند که باتری های قطار امکان دارد علت آتشسوزی بوده باشد.
سرانجام بحران مالی جهانی ۲۰۰۷ و ۲۰۰۸ و رکود اقتصادی متعاقب آن، تأمین بودجه را برای پروژه های جدید Transrapid چالش برانگیزتر کرد. دولت ها و سرمایه گذاران در این دوره نسبت به سرمایه گذاری در پروژه های زیرساختی پرهزینه محتاط تر شدند و چشم انداز توسعه Transrapid محدود شد.
در نهایت، شکست Transrapid در اروپا را میتوان به تلفیقی از هزینه های ساخت و ساز بالا، چالش های سیاسی و بوروکراتیک، رقابت سیستم های راه آهن پرسرعت معمولی، نگرانی های نویز و ارتعاش و تاثیر بحران مالی جهانی نسبت داد. این عوامل در نهایت پذیرش و گسترش سیستم Transrapid را محدود کردند و منجر به زوال آن شدند.
هزینه Transrapid چقدر بود؟
هزینه اجرای سیستم مغناطیسی Transrapid بسته به پروژه مورد نظر متفاوت بود، چونکه عواملی مانند طول مسیر، زمین و الزامات زیرساختی بر هزینه های ساخت و ساز آن تاثیر داشتند. با این وجود، هزینه هر کیلومتر برای ساخت یک سیستم Transrapid معمولا بیشتر از سیستم های ریلی پرسرعت معمولی بود. حالا چند نمونه از پیاده سازی این سیستم قابل مشاهده می باشد تا یک تخمین تقریبی به ما عرضه نماید.
بعنوان مثال، قطار مغناطیسی شانگهای تنها اجرای تجاری سیستم Transrapid است که مجموع هزینه ساخت آن حدود ۱.۳۳ میلیارد دلار شد. این خط ۳۰.۵ کیلومتری هزینه ای در حدود ۴۳.۶ میلیون دلار به ازای هر کیلومتر دارد.
توجه به این نکته مهم می باشد که این ارقام مختص پروژه شانگهای است و امکان دارد نماینده سایر پروژه های بالقوه Transrapid نباشد، چونکه هزینه ها می تواند به صورت قابل توجهی بر مبنای عوامل محلی متفاوت باشد.
Transrapid استرالیا در سال ۲۰۰۸ هزینه ای معادل ۳۴ میلیون دلار استرالیا به ازای هر کیلومتر روی دست دولت ایالت ویکتوریا برای یک ریل دوگانه گذاشت.
به صورت کلی، هزینه بالای ساخت و نگهداری سیستم های Transrapid یکی از عوامل اصلی در پذیرش محدود این فناوری و در نهایت زوال آن بود.
در مجموع، Transrapid یک فصل جاه طلبانه و نوآورانه در تاریخ حمل و نقل پرسرعت را نشان داده است که بعنوان یک سیستم قطار مغناطیسی پیشگام، پتانسیل تعلیق مغناطیسی و فناوری های موتور خطی را برای عرضه سفرهای سریع، روان و کارآمد به نمایش گذاشت.
باآنکه پذیرش گسترده آن به سبب هزینه های بالا، چالش های سیاسی و بوروکراتیک و رقابت با سیستم های راه آهن پرسرعت معمولی محدود بوده است، اما Transrapid همچنان گواهی بر نبوغ انسان و کوشش برای راهکارهای ترابری بهتر و سریع تر است و مانند برخی دیگر از ایده های خوب، قطارهای مغناطیسی هم امکان دارد کمی زمان ببرد تا به صورت گشترده مورد استفاده قرار بگیرند.
منبع: atijoo.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب