فناوری قطارهای سریع‌السیر: مگلو در برابر چرخ و ریل سنتی

نقطه تماس فیزیکی بین یک چرخ فولادی و یک ریل فولادی، دقیقاً همان مرحله‌ای است که آینده سفرهای پرسرعت در آن تعیین می‌شود. برای یک برنامه‌ریز شهری یا مسافری که هر روز از قطار استفاده می‌کند، این سطح تماس میکروسکوپی و اصطکاک ناشی از آن، مشخص می‌کند که یک سفر تا چه حد می‌تواند ایمن و سریع باشد، چقدر انرژی مصرف می‌کند و زیرساخت‌ها هر چند وقت یک‌بار به تعمیر و نگهداری نیاز دارند.[6]

در قطارهای سریع‌السیر سنتی (HSR)، این تماس فیزیکی هم مکانیزم پیشرانه است و هم محدودیت نهایی سرعت. زمانی که قطارها از مرز ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت عبور می‌کنند، واقعیت‌های فیزیکی اصطکاک غلتشی و تماس الکتریکی پانتوگراف با سیم‌های بالاسری، شروع به مقاومت در برابر شتاب بیشتر می‌کنند.[1]

شرکت ملی راه‌آهن فرانسه (SNCF) و شرکت آلستوم، در آوریل ۲۰۰۷ طی پروژه‌ای به نام «عملیات V150»، حد نهایی این فناوری را به نمایش گذاشتند. یک قطار TGV که به‌شدت اصلاح شده بود، با استفاده از چرخ‌های بزرگ‌تر ۱۰۹۲ میلی‌متری و افزایش ولتاژ شبکه از ۲۵ کیلوولت به ۳۱ کیلوولت، توانست به سرعت خیره‌کننده ۵۷۴.۸ کیلومتر بر ساعت دست یابد.[5]

ایوان ریورا، مهندس نوآوری در پروژه‌های راه‌آهن، درباره این رکورد می‌گوید: «فناوری امروزی نشان می‌دهد که مرز ۶۰۰ کیلومتر بر ساعت، حداکثر سرعت نهایی برای راه‌آهن است. با این حال، شرایط عملیاتی معمول که در آن قطارها میلیون‌ها کیلومتر را طی می‌کنند، لزوماً باید محافظه‌کارانه‌تر از پروژه‌ای مانند عملیات V150 باشد.»[1]

در واقعیت تجاری، سرعت قطارهای سریع‌السیر چرخ‌دار در حدود ۳۵۰ کیلومتر بر ساعت متوقف شده است. تلاش برای حرکت سریع‌تر یک قطار فولادی، باعث افزایش تصاعدی مصرف انرژی و سایش فاجعه‌بار چرخ‌ها و سیم‌های شبکه برق می‌شود که از نظر اقتصادی برای هیچ شبکه حمل‌ونقلی توجیه‌پذیر نیست.[1]

برای شکستن این سد فیزیکی، مهندسان باید چرخ را به طور کامل حذف می‌کردند. اینجاست که فناوری شناوری مغناطیسی یا «مگلو» (Maglev) وارد میدان می‌شود و عامل تعیین‌کننده سرعت را از اصطکاک فیزیکی به نیروی الکترومغناطیسی تغییر می‌دهد.[6]

سیستم‌های مگلو از آهنرباهای قدرتمندی برای بلند کردن قطار از روی مسیر و هدایت آن به جلو استفاده می‌کنند. بدون تماس فیزیکی، هیچ مقاومت غلتشی وجود ندارد؛ به این معنی که قطار می‌تواند سریع‌تر شتاب بگیرد، از شیب‌های تندتر بالا برود و با سروصدای بسیار کمتری نسبت به قطارهای سنتی عمل کند.[6]

دو رویکرد غالب برای این فناوری وجود دارد. سیستم تعلیق الکترومغناطیسی (EMS) که در مگلوی شانگهای استفاده می‌شود، بر نیروهای جاذبه مغناطیسی تکیه دارد. این خط که توسط یک سرمایه‌گذاری مشترک آلمانی-چینی (زیمنس و تیسن‌کروپ) ساخته شد، در سال ۲۰۰۴ به بهره‌برداری تجاری رسید.[2]

مگلوی شانگهای مسیر ۳۰.۵ کیلومتری از ایستگاه جاده لونگ‌یانگ تا فرودگاه بین‌المللی پودونگ را تنها در حدود هفت دقیقه طی می‌کند. این قطار با دستیابی به سرعت عملیاتی ۴۳۰ کیلومتر بر ساعت، مفهوم رفت‌وآمد را برای میلیون‌ها مسافر به طور بنیادین تغییر داد، هرچند که سرعت آن در سال‌های اخیر به دلایل بهره‌وری کاهش یافته است.[2]

رویکرد دوم، سیستم تعلیق الکترودینامیکی (EDS) است که توسط شرکت راه‌آهن مرکزی ژاپن (JR Central) برای پروژه عظیم چوئو شینکانسن توسعه یافته است. این سیستم از آهنرباهای ابررسانا استفاده می‌کند که قطار را با نیروی دافعه از مسیر دور کرده و آن را حدود ۱۰ سانتی‌متر در هوا معلق نگه می‌دارد.[4]

در آوریل ۲۰۱۵، قطار مگلوی سری L0 ژاپن رکورد جهانی جدیدی را برای قطارهای سرنشین‌دار ثبت کرد و در مسیر آزمایشی یاماناشی به سرعت ۶۰۳ کیلومتر بر ساعت رسید. این آزمایش ثابت کرد که سیستم EDS می‌تواند سقف سرعت قطارهای فولادی را به طور کامل در هم بشکند.[4]

پروژه چوئو شینکانسن قصد دارد توکیو و ناگویا را در یک مسیر ۲۸۶ کیلومتری تنها در ۴۰ دقیقه و با سرعت تجاری ۵۰۵ کیلومتر بر ساعت به یکدیگر متصل کند. با این حال، هزینه واقعی این سرعت بی‌نظیر، در زیرساخت‌های آن نهفته است.[4]

برخلاف قطارهای سریع‌السیر سنتی که می‌توانند برای رسیدن به ایستگاه‌های مرکزی شهرها به راحتی وارد خطوط ریلی قدیمی و کم‌سرعت شوند، مگلو به یک مسیر اختصاصی و کاملاً جدید از ابتدا تا انتها نیاز دارد. این موضوع برای برنامه‌ریزان شهری به معنای تملک زمین‌های جدید و ساخت‌وسازهای عظیم است.[6]

بار مالی این زیرساخت‌ها خیره‌کننده است. خط کوتاه شانگهای با هزینه ۱.۲ میلیارد دلار ساخته شد که معادل حدود ۴۰ میلیون دلار برای هر کیلومتر است. در مقیاسی بزرگ‌تر، بودجه پروژه چوئو شینکانسن به دلیل نیاز به حفر تونل در ۸۶ درصد از مسیر کوهستانی، به حدود ۱۱ تریلیون ین (تقریباً ۶۹ میلیارد دلار) افزایش یافته است.[2][3]

برای یک مسافر یا تصمیم‌گیرنده شهری، انتخاب بین مگلو و قطار سریع‌السیر سنتی، در واقع انتخاب بین سرعت خام نقطه‌به‌نقطه و یکپارچگی شبکه است. قطارهای سنتی شبکه‌ای گسترده و متصل را ارائه می‌دهند که مسافران را مستقیماً به قلب ایستگاه‌های تاریخی شهرها می‌رساند.[6]

از سوی دیگر، مگلو بیشتر شبیه به یک هواپیمای در ارتفاع پایین عمل می‌کند و کارایی و سرعتی بی‌نظیر را برای ابرکریدورهای پرتردد و اختصاصی ارائه می‌دهد. با متراکم‌تر شدن شهرها، هر دو فناوری قرن آینده حمل‌ونقل زمینی را شکل خواهند داد و هر کدام در محیطی که برای آن طراحی شده‌اند، تسلط خواهند یافت.[6]