Μαγνητικά Τρένα - Ποιά είναι η μέγιστη ταχύτητα που θα μπορούσαν να πιάσουν;

Τρένο τύπου MagLev στη Σαγκάη

Μπορεί τα τρένα που χρησιμοποιούν μαγνήτες για να αιωρούνται πάνω από τις ράγες να φέρνουν στη μνήμη μας κάτι από το Back to the Future, αλλά η γενική ιδέα της μαγνητικής αιώρησης υπάρχει εδώ και πολλά χρόνια. Τα τρένα τύπου Μaglev, που χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία, αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1960 και πολλές διαφορετικές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί από τότε έτσι ώστε τα τρένα αυτά να είναι ελεύθερα από τροχούς, άξονες και τα ρουλεμάν τους.

Τα τρένα τύπου Μaglev παρακάμπτουν δύο από τους περιορισμούς των συμβατικών σιδηροδρομικών αμαξοστοιχιών. Αρχικά, η μηχανική επαφή που έχουν τα συμβατικά τρένα μεταξύ των τροχών και των σιδηροτροχιών τους τα κάνουν να επιβραδύνουν. Επειδή ο τροχός συνήθως ζυγίζει περίπου ένα τόνο, χρειάζεται τακτική συντήρηση για να κρατηθεί ασφαλές.

Δεύτερον, τα τρένα ξεκινούν και σταματούν μέσω αυτής της μηχανικής επαφής και επομένως, πρέπει να φέρουν εξοπλισμό προώθησης επί της αμαξοστοιχίας. Αυτό είναι καλό για ταχύτητες έως 400 Km/h (η ταχύτητα της προτεινόμενης HS2 γραμμής για την Βρετανία), αλλά η αεροδυναμική δεν το βοηθάει να αναπτύξει μεγαλύτερες ταχύτητες. Η ποσότητα της ενέργειας που απαιτείται αυξάνεται εκθετικά ανάλογα με την ταχύτητα του οχήματος. Για παράδειγμα, για τη λειτουργία στα 400 Km/h αντί των 300 Km/h χρειάζεται σχεδόν δυόμισι φορές περισσότερη δύναμη προώθησης, έτσι σε πολύ υψηλές ταχύτητες, το σύστημα προώθησης που απαιτείται είναι ανεπαρκές.



Η «Μαγεία» του τρένου Maglev

Όλες οι τεχνολογίες που φέρει ο τύπος Maglev χρησιμοποιούν κάποια μορφή μαγνήτη, αυτό θα μπορούσε να είναι ένας μόνιμος μαγνήτης, ένας ηλεκτρομαγνήτης ή ένας μαγνήτης που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμο πηνίο. Το τρένο μένει στην κορυφή αυτού του μαγνητικού πεδίου και δίνεται έτσι η υποστήριξη και η καθοδήγηση από την αλληλεπίδραση που λαμβάνει χώρα μεταξύ του μαγνήτη και ένα άλλου στοιχείου στο έδαφος, όπως ένα κομμάτι ατσάλι, ένα αγώγιμο στοιχείο στην πίστα, ή άλλο μαγνήτη. Με αυτόν τον τρόπο υπάρχει εξάλειψη της άμεσης μηχανικής επαφής και έτσι μπορεί να φτάσει υψηλότερες ταχύτητες.

Παρά την ποικιλία των ιδεών που υπάρχουν για την κατασκευή ενός τρένου Maglev, υπάρχουν δύο κοινά είδη. Η πρώτη είναι γνωστή ως Electro-Magnetic System (EMS), έχει ένα ηλεκτρομαγνήτη που παρέχει την δύναμη της έλξης σε ένα σιδηροδρομικό χάλυβα. Η δεύτερη είναι γνωστή ως Electro Dynamic System (EDS) , η οποία χρησιμοποιεί ένα ισχυρό μαγνήτη. Αυτός αλληλοεπιδρά με ένα πηνίο ή φύλλο αλουμινίου στο σχηματισμό τροχιάς. Όταν ο μαγνήτης κινείται κατά μήκος της τροχιάς παράγεται δύναμη απώθησης, και το όχημα ανεβαίνει λίγα εκατοστά πάνω από την πίστα, αλλά μόνο όταν κινείται με μεγάλη ταχύτητα έτσι ώστε οι τροχοί να εξακολουθούν να χρειάζονται για τις χαμηλές ταχύτητες.

Φυσικά το ξεκίνημα και το σταμάτημα των οχημάτων Maglev εξακολουθεί να είναι αναγκαίο - αυτό επιτυγχάνεται επίσης με μαγνητικά φαινόμενα. Για την επίτευξη υψηλών ταχυτήτων, τα πηνία τοποθετούνται στην πίστα και αυτά χρησιμοποιούνται για να δημιουργήσουν ένα περιοδεύον μαγνητικό πεδίο το οποίο σέρνει ουσιαστικά τα οχήματα κατά μήκος από τους μαγνήτες τους. Ως εκ τούτου, δεν είναι πλέον αναγκαία να φέρουν βαρύ εξοπλισμό τα τρένα, καθώς ο εξοπλισμός έχει τοποθετηθεί στην πίστα, καθιστώντας τα τρένα ελαφρύτερα έτσι ώστε να μπορούν να ταξιδεύουν πολύ πιο γρήγορα.

Το Shanghai Maglev Train EMS λειτουργεί κανονικά στα 430 km /h, και το πρωτότυπο στην Ιαπωνία JR Central EDS Maglev μπορεί να τρέξει με πάνω από 500 km /h. Υπάρχουν βέβαια και τεχνολογίες που μπορεί να το ωθήσουν σε ταχύτητες έως 600 km /h.

Είναι ενδιαφέρον ότι, στη δεκαετία του 1960 υπήρξε μια γενική πεποίθηση ότι τα 200-250 χμ/ώ ήταν το όριο για τα συμβατικά τρένα, αλλά τώρα έχουμε τακτικά δρομολόγια σε πάνω από 300 χμ/ώ, και 400 Km/h που είναι απολύτως ασφαλές. Η μηχανική επαφή μεταξύ των τροχών και της τροχιάς παραμένει, αλλά είναι επίσης δυνατό για το σύστημα πρόωσης Maglev να χρησιμοποιούνται για τα κανονικά τρένα, ακόμη κι αν δεν έχουν τους μαγνήτες.

Εσωτερικές λειτουργίες τρένου τύπου MagLev

Η δαπανηρή πραγματικότητα

Η πραγματικότητα για να μπορέσουν τα τρένα να αγγίξουν ταχύτητες πάνω από 1.000 Km/h δεν είναι τόσο απλή όσο η θεωρία. Ακόμα και τα τρένα τύπου Maglev πρέπει να παλέψουν με την αεροδυναμική. Αυτός είναι ο λόγος που οι υψηλότερες ταχύτητες που έχουν προταθεί από τον Αμερικανό επιχειρηματία Elon Musk για το Hyperloop (1500 χμ/ώ) και το κινεζικό "Super Maglev" (2900 χμ/ώ) προτείνουν τα τρένα να τρέχουν σε σωλήνα ώστε να εκκενώνεται μερικώς η μείωση των δυνάμεων εναντίον τους. Για το λόγο αυτό, οι τόσο υψηλές ταχύτητες εξαρτώνται από την ικανότητα να κατασκευαστή και να διατηρηθεί μια πολύ σωστή ευθυγράμμιση, μέσα σε ένα σωλήνα χαμηλής πίεσης πάνω από εκατοντάδες χιλιόμετρα. Αυτό είναι που κάνει τα πράγματα δύσκολα, και πολύ δαπανηρά.

Και όμως κάποιες από αυτές τις υψηλής τεχνολογίας προτάσεις έχουν τολμηρές αξιώσεις παρά το κόστος τους. Στην πραγματικότητα, οι πάροχοι υπηρεσιών μεταφοράς είναι ενθουσιασμένοι από την προοπτική της μείωσης του κόστους του συστήματος κατά 30% ή 50%, αλλά συχνά οι υποστηρικτές των νέων ιδεών θέλουν πολύ μεγαλύτερη εξοικονόμηση. Για παράδειγμα, ο Musk προτείνει μείωση κατά 90% του κόστους σε σχέση με το σιδηροδρομικό σύστημα υψηλής ταχύτητας, παρά την περίπλοκη υποδομή που θα απαιτηθεί. Δυστυχώς, αυτό κάνει την ιδέα από το να είναι συναρπαστική να γίνεται τελικά εξωπραγματική και έτσι να μπορέσει κάλλιστα να θυμίσει την περίπτωση του Back to the Future.