همه چیز درباره قطارهای برقی یا مغناطیسی

قطار های پر سرعت از رویا تا واقعیت
در خبر های شنیدیم که یک کمپانی ژاپنی توانسته قطاری با سرعت 603 کیلومتر آزمایش کند، این قطار تا به این تاریخ رکورددار سرعت در بین قطارهاست.این قطار پرسرعت که هفت واگن دارد در آزمایشی که در نزدیکی کوههای فوجی انجام شد به سرعت خیره کننده 603 کیلومتر بر ساعت رسید و حدود 11 ثانیه در سرعت بیش از 600 کیلومتر بر ساعت حرکت کرد.

این قطار 10 سانتی متر بالاتر از ریل قطار می گیرد و به وسیله نیروی مغناطیسی به جلو حرکت می‌کند.یوسوکازو اندو رئیس مرکز آزمایش ماگلو در جنوب توکیو به خبرنگاران گفت: هرچه سرعت قطار بیشتر می شود ثبات آن بیشتر می شود. فکر میکنم کیفیت سواری این قطار بهتر شده است.ژاپن قصد دارد در سال2027 فاصله 286 کیلومتری بین دو شهر توکیو و ناگویا یک قطار پرسرعت برقرار کند. سرعت این قطار 500 کیلومتر است که با این قطار در 40 دقیقه پیموده خواهد شد.

انتظار می رود ژاپن تا سال 2045 بین دو شهر توکیو و اوزاکا قطار پرسرعت برقرار کند و فاصله این دو شهر ظرف یک ساعت و هفت دقیقه پیموده خواهد شد.اما هزینه ساخت این خطوط مغناطیسی نجومی است و تنها تا ناگویا حدود 100 میلیارد دلار برآورد می شود و بیش از 80 درصد مسیر باید تونلهای پرهزینه احداث شود.ژاپن قصد دارد فن آوری این قطار پرسرعت را صادر کند و به دنبال احیای اقتصاد خود از طریق صادرات زیرساخت است.

تاریخچه قطارهای پرسرعت
شاید مهندسانی که آبان سال 1281 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 203 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 2012 برای سامانه های فعال در کشورهای ژاپن، تایوان، آلمان، ایتالیا و بریتانیا حدود 300 کیلومتر در ساعت، در اسپانیا 310 کیلومتر در ساعت و در فرانسه 320 کیلومتر در ساعت است. همچنین حداکثر سرعت معمول قطارها در چین برابر 341 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 8/574 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 581 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 می‌شوند؛ 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 بروکسل، کلن 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 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.