Maglev-”Lähempi tarkastelu”

Kaikki tietävät, että kahden magneetin ”samankaltaiset” navat hylkivät toisiaan.Pienellä kekseliäisyydellä on mahdollista saada yksi magneetti leijumaan toisen magneetin yläpuolella käyttämällä tätä hylkivää voimaa ja (ratkaisevasti) jonkinlaista ulkopuolista tukea. Ranskalainen insinööri Émile Bachelet esitti ensimmäisen kerran vuonna 1912 ajatuksen sähkömagneettisen leijunnan käyttämisestä liikkuvan ajoneuvon tukemiseen, mutta siitä luovuttiin pian tarvittavan valtavan sähköenergiamäärän vuoksi.

Kuva NASA:n lineaarimoottorikokeesta vuonna 2001

Kuva: NASA testaa maglev-junan prototyyppiä, 2001.Kuva NASA Marshall Space Flight Center (NASA-MSFC).

Eric Laithwaiten tutkimukset lineaarimoottoreista johtivat 1960-luvulla uuteen kiinnostukseen ajatusta magneettisesti leijuvasta tai ”maglev”-junasta.Samoihin aikoihin MIT:n tiedemies Henry Kolm ehdotti raiteilla kulkevaa ”magplane”-junaa, joka pystyisi kuljettamaan 20 000 henkeä nopeudella 320 kilometriä tunnissa. Tämä käynnisti yhdysvaltalaisen tutkimusohjelman ja johti toimivaan prototyyppiin, jota testattiin Coloradossa vuonna 1967. Yhdysvaltain ohjelma ajautui kuitenkin poliittisiin vaikeuksiin, ja se keskeytettiin vuonna 1975. 1990-luvun alussa esitettiin kunnianhimoinen ehdotus Las Vegasin, Los Angelesin, San Diegon ja San Franciscon yhdistämisestä magneettiradalla, mutta tämä hanke on sittemmin törmännyt uusiin poliittisiin ongelmiin.Sitä vastoin magneettijunia on kehitetty innokkaasti Saksassa (Transrapid-nimistä järjestelmää käyttäen) ja Japanissa (kilpailevaa teknologiaa nimeltäSCMaglev).

Transrapid

Saksalaiset insinöörit valmistivat ensimmäisen kerran toiminnassa olevan prototyypin vuonna 1971, ja kehittelivät transrapid-järjestelmän vuotta myöhemmin. Tarkkaan ottaen Transrapid käyttää magneettista vetovoimaa pikemminkin kuin magneettista repulsiota, joka yleensä liitetään magneettijunaan: kuparimagneetit on kiinnitetty ”hameeseen”, joka kulkee teräsraiteen alapuolella ja vetää sitä puoleensa. Saksan hallituksen huomattavalla tuella Transrapidista on vähitellen kehitetty käyttökelpoinen juna, joka voi saavuttaa jopa 433 kilometrin tuntinopeuden.Vuosikymmeniä kestäneet investoinnit ja kehitystyö tuottivat lopulta tulosta vuonna 2004, kun Transrapid avasi maailman ensimmäisen (ja toistaiseksi ainoan) suurnopeusjunajärjestelmän, Shanghain magneettijunan (Shanghai Maglev Train, SMT), Kiinassa. Vaikka se toimii tällä hetkellä vain lyhyellä rataosuudella (vain 31 km eli 19 mailia pitkä),sen laajentamisesta on ollut useita suunnitelmia, mutta ne on toistuvasti jätetty hyllylle.

Kuva: Lineaarimoottoritekniikkaa käyttävä maglev-juna. Picture courtesy of US Department of Energy/Argonne National Laboratory

SCMaglev

Japanilaiset ovat olleet vielä rohkeampia, ja he ovat jo pitkään toivoneet kehittävänsä suurnopeusmaglev-junan, joka pystyy kulkemaan Tokion ja Osakin välisen 320 mailin (515 kilometrin) matkan vain yhdessä tunnissa. Toisin kuin saksalainen Transrapid, japanilainen järjestelmä on aito maglev: juna leijuu kiskoissa olevien kupari- tai alumiinikelojen ja vaunuissa olevien heliumilla jäähdytettyjen, niobium-titaanisuprajohtavien magneettien välisen hylkivän voiman avulla (tästä nimi SCMaglev, jossa SC tarkoittaa ”suprajohtavaa”). Japanilaisen ML-500-junan prototyyppi saavutti junan nopeusennätyksen 513 km/h (321 mph) vuonna 1979. Myöhempi prototyyppi, joka tunnettiin nimellä MLU002, tuhoutui tulipalossa vuonna 1991; palomies löysi ilmeisesti kirveen, jonka yksi suprajohtavista magneeteista veti hänen kädestään, kun hän lähestyi palavaa junaa! Tästä takaiskusta huolimatta kehitys jatkui. Vuoteen 2015 mennessä SCMaglev oli viimeistelty niin pitkälle, että se saavutti ennätysnopeuden 603 km/h, mikä teki siitä maailman nopeimman raideliikennevälineen. Vaikka Japanin hallitus on julistanut SCMaglevin valmiiksi kaupalliseen käyttöön, toisin kuin Transrapidia, sitä ei ole vielä otettu käyttöön millään toimivalla rautatiellä missään päin maailmaa. Toivottavasti tämä muuttuu, kun Tokion ja Nagoyan (ja mahdollisesti Osakan) välinen Chuo Shinkansen SCMaglev -rautatielinja avataan, joka on parhaillaan rakenteilla ja jonka odotetaan aloittavan liikennöinnin vuonna 2027.

Tulevaisuuden näkymät

Vaikka maglev-teknologia herättää edelleen suurta kiinnostusta kaikkialla maailmassa, se on edelleen kalliimpi kilometri kilometriltä kuin perinteisen suurnopeusrautatien rakentaminen. Tästä syystä (ja myös siksi, että se on täysin yhteensopimaton nykyisten rautateiden kanssa) sen laajamittainen käyttö on epätodennäköistä vielä muutamaan vuoteen. Tekniikan kirjoittajat ja lasten tiedekirjat ovat pitäneet maglevia lupaavana tulevaisuuden teknologiana ainakin 1970-luvulta lähtien; ainakin menneisyyden perusteella on täysin mahdollista, että maglev on aina vain horisontin takana – juna, joka ei koskaan saavu. Vaikka japanilaiset ovatkin nyt vihdoin rakentamassa merkittävää maglev-rataa, jää nähtäväksi, pystyvätkö he saamaan muut maat kiinnostumaan teknologiasta.

Taide: Lineaarimoottoreilla toimivia junia on kehuttu lupaavana tekniikkana vuosikymmeniä. Tässä on Millard Smithinja Marion Robertsin 1960-luvulla patentoima järjestelmä, jonka he väittivät ”kykenevän kulkemaan yli sadan mailin tuntinopeudella äänettömästi ja minimaalisella tärinällä tavalla, joka on parempi kuin mikään nykyisin käytössä oleva kaupallinen raideliikenneväline”. Vasemmalla: Eräässä versiossa käytetään kahta suhteellisen tavanomaista kiskoa (punainen), joiden väliin on lisätty kolmas, magneettinen virtakisko (vihreä). Oikealla: Miten se toimii: juna (sininen, 10) kulkee kenkien (oranssi, 13) päällä, joita paineilmatyyny (15) pitää muutaman millimetrin (tuuman murto-osan) etäisyydellä radan ulommista kiskoista (punainen, 12). Kolmas kisko on lineaarimoottori, joka käyttää kuparista tai alumiinista valmistetun staattisen kiskon (11) ohi kuljettamiseen junan alapuolelle kiinnitettyjä sähkömagneetteja (21).Vaikka tässä järjestelmässä käytetään lineaarimoottoria, se ei varsinaisesti ole maglev, koska juna ei leiju magneettisen liikkeen vaikutuksesta.US-patentti N:o 3,233,559: Marion L. Robertsin ja Millard F. Smithin kirjoittamat kulkuneuvot (Transportation means by Marion L. Roberts and Millard F. Smith), USA:n patenttivirasto (US PATENT and TRADEMARK Office) tarjoaa ystävällisesti käyttöönsä tiedot.

.