Maglev-„Bliższe spojrzenie”

Każdy wie, że „podobne” bieguny dwóch magnesów odpychają się wzajemnie. Przy odrobinie pomysłowości można sprawić, że jeden magnes będzie lewitował (unosił się) nad drugim, wykorzystując tę siłę odpychania i (co istotne) pewne dodatkowe wsparcie zewnętrzne. Pomysł użycia lewitacji elektromagnetycznej do wsparcia poruszającego się pojazdu został po raz pierwszy zaproponowany w 1912 roku przez francuskiego inżyniera Émile Bacheleta, ale szybko porzucony z powodu ogromnej ilości wymaganej energii elektrycznej.

Zdjęcie: NASA testuje prototyp kolei Maglev, 2001.Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA Marshall Space Flight Center (NASA-MSFC).

W latach sześćdziesiątych badania Erica Laithwaite’a nad silnikami liniowymi doprowadziły do ponownego zainteresowania ideą pociągu lewitującego magnetycznie lub „maglev”.Mniej więcej w tym czasie naukowiec z MIT Henry Kolm zaproponował „magplane” działający na szynach, który mógłby przewozić 20 000 osób z prędkością 320 km/h (200 mph). Spowodowało to uruchomienie amerykańskiego programu badawczego i doprowadziło do powstania działającego prototypu, który został przetestowany w Kolorado w 1967 roku. Jednak amerykański program napotkał na trudności polityczne i został odłożony na półkę w 1975 roku. Wczesne lata 90. przyniosły ambitną propozycję połączenia Las Vegas, Los Angeles, San Diego i San Fransisco za pomocą maglevrailroad, ale od tego czasu projekt ten napotkał kolejne problemy polityczne.Dla kontrastu, maglev został entuzjastycznie rozwinięty przez Niemcy (z wykorzystaniem systemu o nazwie Transrapid) i Japonię (z konkurencyjną technologią znaną jakoSCMaglev).

Transrapid

Niemieccy inżynierowie po raz pierwszy wyprodukowali działający prototyp w 1971 roku, a rok później opracowali system Transrapid. Ściśle mówiąc, Transrapid wykorzystuje przyciąganie magnetyczne, a nie odpychanie magnetyczne zwykle kojarzone z maglevem: magnesy miedziane są przymocowane do „spódnicy”, która biegnie pod stalowymi torami i jest przyciągana w ich kierunku. Przy znacznym wsparciu rządu niemieckiego, system Transrapid był stopniowo udoskonalany w celu stworzenia realnego pociągu, który może osiągać prędkość do 433 km/h (271 mph). Dekady inwestycji i rozwoju w końcu opłaciły się w 2004 roku, kiedy Transrapid otworzył pierwszy na świecie (i jak dotąd jedyny) system dużych prędkości, Shanghai Maglev Train (SMT), w Chinach. Chociaż obecnie działa on tylko na krótkim odcinku torów (zaledwie 31 km lub 19 mil długości), istniało kilka planów jego rozbudowy, choć wielokrotnie były one odkładane na półkę.

Zdjęcie: Pociąg Maglev wykorzystujący technologię silników liniowych. Zdjęcie dzięki uprzejmości US Department ofEnergy/Argonne National Laboratory

SCMaglev

Japończycy byli jeszcze odważniejsi i od dawna mieli nadzieję na opracowanie superszybkiego pociągu maglev, który mógłby przejechać 320 mil (515 km) z Tokio do Osakain w ciągu zaledwie jednej godziny. W przeciwieństwie do niemieckiego Transrapid, japoński system jest prawdziwym maglevem: pociąg unosi się dzięki sile odpychania pomiędzy miedzianymi lub aluminiowymi cewkami w torze a serią chłodzonych helem, niobowo-tytanowych magnesów nadprzewodzących w wagonach (stąd nazwa SCMaglev, gdzie SC oznacza „nadprzewodzący”). Japoński prototyp pociągu ML-500 osiągnął w 1979 r. rekord prędkości 513 km/h (321 mph). Późniejszy prototyp, znany jako MLU002, został zniszczony przez pożar w 1991 roku; strażak, zbliżając się do płonącego pociągu, zauważył, że jeden z magnesów nadprzewodnikowych wyrwał mu z ręki siekierę! Pomimo tego niepowodzenia, rozwój był kontynuowany. Do 2015 roku SCMaglev został udoskonalony do tego stopnia, że osiągnął rekordową prędkość 603 km/h (375 mph), co uczyniło go najszybszym pojazdem szynowym na świecie. Mimo że japoński rząd ogłosił, że SCMaglev jest gotowy do komercyjnej eksploatacji, w przeciwieństwie do Transrapid, nie został on jeszcze uruchomiony na żadnej działającej linii kolejowej na świecie. Miejmy nadzieję, że to się zmieni wraz z otwarciem linii kolejowej Chuo Shinkansen SCMaglev między Tokio i Nagoją (a docelowo Osaką), będącej obecnie w budowie i mającej rozpocząć działanie w 2027 r.

Perspektywy na przyszłość

Pomimo że technologia maglev nadal wzbudza ogromne zainteresowanie na całym świecie, jest ona wciąż droższa o milę od budowy tradycyjnej kolei dużych prędkości. Z tego powodu (a także dlatego, że jest ona całkowicie niekompatybilna z istniejącymi liniami kolejowymi), jest mało prawdopodobne, aby była ona powszechnie stosowana przez kilka lat. Pisarze techniczni i książki naukowe dla dzieci zostały flagowanie się maglev jako obiecującej technologii przyszłości od co najmniej 1970 roku; na przeszłości formy przynajmniej, to jest całkowicie możliwe, że maglev zawsze będzie tuż za horyzontem – pociąg, który nigdy nie faktycznie przybywa. Nawet jeśli Japończycy w końcu budują główną linię maglev, nie wiadomo, czy uda im się przekonać inne kraje do tej technologii.

Opracowanie: Pociągi napędzane silnikami liniowymi były reklamowane jako obiecująca technologia od dziesięcioleci. Oto system opatentowany w latach 60-tych przez Millarda Smitha i Mariona Robertsa, który według nich „jest w stanie poruszać się z prędkościami przekraczającymi 100 mil na godzinę bezszelestnie i przy minimalnych wibracjach w sposób lepszy niż jakikolwiek komercyjny pojazd szynowy działający obecnie”. Po lewej: Jedna z wersji ich projektu wykorzystuje dwie stosunkowo konwencjonalne szyny (czerwone) z trzecią, magnetyczną szyną zasilającą (zieloną) dodaną pomiędzy nimi. Po prawej: Jak to działa: pociąg (niebieski, 10) porusza się na butach (pomarańczowy, 13), utrzymywanych kilka milimetrów (ułamek cala) nad zewnętrznymi szynami toru (czerwony, 12) przez poduszkę sprężonego powietrza (15). Trzecia szyna to silnik liniowy wykorzystujący elektromagnesy nawijane na drut (21) zamontowane na spodzie pociągu, aby napędzać go obok statycznej szyny (11), która jest wykonana z miedzi lub aluminium.Chociaż system ten wykorzystuje silnik liniowy, nie jest to właściwie maglev, ponieważ pociąg nie jest lewitowany przez magnetyzm.Z US Patent#3,233,559: Środki transportu autorstwa Marion L. Roberts i Millard F. Smith, dzięki uprzejmości US Patent and Trademark Office.