قطار های مگلو، رکورددار سرعت و فناوری در ایران

ماهنامه دانشمند - احسان حاجیان: سال ۱۳۳۹/۱۹۶۰ «جیمز پاول» که به مدت نوآورانه و آینده نگرانه به ذهنش رسید قطار بدون چرخ و بدون موتوری که با آهنرباهای الکتریکی قوی در هوا معلق شود و حرکت کند. او ایده اش را برای دوستش «گوردن دنبای» تعریف کرد و بعد هر دو تصمیم گرفتند آن را عملی کنند. ایده استفاده از نیروی مغناطیسی برای معلق کردن وسایل نقلیه به اوایل قرن بیستم باز می گردد اما ابتکار پاول استفاده از آهنرباهای ابررسانا برای شناور کردن واگن های قطار بود.

استفاده از نیروی مغناطیسی برای معلق نگه داشتن اجسام «معلق شدن مغناطیسی» یا «مگلو» (Maglev) نامیده می شود در این گزارش به این سوال پاسخ می دهیم: پس از گذشت ۶۵ سال از آن زمان ایده آن ها چه سرنوشتی پیدا کرده است؟

فناوری استفاده شده در سامانه مگلو شباهت چندانی به سامانه های حمل و نقل رایج ریلی ندارد. به زبان خیلی ساده، واگن های قطار با استفاده از نیروی مغناطیسی تولید شده با آهنرباهای دائمی یا الکتریکی در هوا معلق می شوند و بالای مسیر بدون هیچ تماسی با ریل حرکت می کنند. به دلیل حذف شدن اصطکاک بین قطار و ریل این قطار ها می توانند به راحتی با سرعت بسیار بالا حرکت کنند و صرفا مقاومت هوا به عنوان اصلی ترین مانع تا حدودی از سرعت آن ها می کاهد در حال حاضر، از دو نوع فناوری برای ساخت این قطارها استفاده می شود.

در فناوری تعلیق الکترومغناطیسی (Electro Magnetic Suspension) یا EMS آهنرباهای الکتریکی موجود در بدنه قطار به شکل مغناطیسی جذب ریل (که معمولا فولادی است) می شوند. با استفاده از سامانه های کنترل الکترونیکی که می توانند فاصله بین قطار و ریل را حفظ کند، از تماس این دو با هم جلوگیری می شود. از آنجایی 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 احتمالی مسیر ریل تغییر می کند تا این فاصله همچنان حفظ شود. در این فناوری دیگر نیازی به چرخ نیست.

در فناوری تعلیق الکترودینامیکی (Electrodynamic Suspension) یا EDS، از آهنرباهای دائمی بسیار قوی استفاده می شود. میدان مغناطیسی تولید شده به وسیله این آهنرباها در سیم یا سایر رساناهای موجود در ریل، جریان الکتریکی آلفا می کنند و به این ترتیب، نیروی دافعه ایجاد می شود. یکی از مزایای این روش این است که در آن میدان مغناطیسی ثابت است و بر خلاف روش تعلیق الکترومغناطیسی، نیازی به کنترل مداوم و تغییر میدان مغناطیسی نیست. قطارهایی که از این فناوری استفاده می کنند در سرعت هایی پایین، نیاز به حرکت روی چرخ دارند.

روش سومی نیز به نام تعلیق مغناطیسی دینامیکی (Magnetodynamic) یا MDS ابداع شده است. در این روش ردیفی از آهنربای دائمی که زیر قطار قرار دارند باعث معلق شدن و فاصله گرفتن آن از ریل می شوند.

استفاده تجاری از قطارهای مگلو

هر چند تاکنون به طور آزمایشی در کشورهای آلمان، ژاپن، کره جنوبی، کانادا، انگلستان و چین مسیرهای مگلو ساخته شده اند اما محدودیت های اقتصادی و فناوری ها مانع استفاده و توسعه گسترده از آن شده است. آلمان که نخستین سازنده قطارهای مگلو در جهان به شمار می رود، خود اشتیاق چندانی به استفاده از آن نشان نمی دهد و بیشتر به صدور این فناوری علاقه مند است. در حال حاضر، فقط یک خط تجاری مگلو در دنیا به طول 30 کیلومتر در حال بهره برداری است.

نخستین خط تجاری مگلو در دی 1383 (دسامبر 2002) از سوی شرکتی آلمانی در چین بین مرکز شهر شانگ های و فرودگاه بین المللی پودنگ ایجاد شد قرار بود قطارهای مگلو در این مسیر با متوسط سرعت 430 کیلومتر در ساعت مسافران را جابه جا کنند اما اکنون مسافت 30 کیلومتری این خط را در مدت حدود 8 دقیقه می پیماید. در حقیقت، متوسط سرعت بهره برداری عملی از قطار مگلوی شانگ های 260 کیلومتر در ساعت است. به گفته کارشناسان این قطار فقط حدود 40 ثانیه از مسافت 8 دقیقه را با سرعت 400 کیلومتر در ساعت طی می کند.

این کاهش سرعت دلیل دارد؛ قطار مگلو در سرعت های بالا سرو صدای گوش خراشی تولید می کند. همچنین تشعشع ناشی از میدان مغناطیسی قوی اطراف مسیر قطار باعث شده مسئولان ناچار به خرید و تملک اراضی اطراف ریل شوند تا بتوانند ناحیه ای خالی از سکنه میان مسیر قطار و نواحی مسکونی به وجود بیاورند. هر قدر سرعت قطار بیشتر شود مساحت خرید زمین نیز باید افزایش یابد که همین موضوع از جمله دلایل هزینه سنگین این طرح است.

قطار مگلو در ایران

سال ۱۳۸۴، در نخستین سفر استانی دولت نهم به خراسان رضوی، ساخت قطار مغناطیسی در مسیر تهران مشهد مطرح و در سال ۱۳۸۸ اعلام شد قرار داد ساخت این پروژه با طرف آلمانی امضا شده است. پس از مدتی کارشناسان وزارت راه اعلام کردند این طرح هزینه بسیار بالایی دارد و از لحاظ کارشناسی مقرون به صرفه نیست؛ در نتیجه اجرای این طرح لغو شد.

شهریور سال ۱۳۹۳ بعضی رسانه های داخلی، خبری مبنی بر ساخت قطار مغناطیسی به وسیله محققان ایرانی منتشر کردند. بر اساس این اخبار، این قطار مغناطیسی سرعتی بیش از ۵۰۰ کیلومتر بر ساعت داشت و از موتور خطی یک طرفه بهره می برد و در آن زمان کار ساختش در مرحله آزمایشی قرار داشت و هنوز به مرحله صنعتی و تولید انبوه نرسیده بود. اما بعد اطلاعات بیشتری در مورد این پروژه منتشر نشد.

ژاپن به دنبال صدور فناوری به آمریکا

با وجود اینکه ایده ساخت قطار های مگلو با استفاده از آهنرباهای ابررسانا نخستین بار در آمریکا مطرح شد اما این کشور تاکنون اقدام مهمی برای استفاده عملی از این فناوری در بخش حمل و نقل خود انجام نداده است و فقط کشور های آلمان و ژاپن فناوری قطارهای مگلو را توسعه دادند.

دولت ژاپن معتقد است فناوری مگلو صادراتی سودآور است و در چند سال گذشته به دنبال صدور این فناوری به آمریکا و ساخت مسیر مگلو بین شهر های این کشور بوده است. مسیری که ژاپنی ها روی آن متمرکز شده اند مسیر بین شهرهای بالتیمور، در ایالت مریلند، به واشنگتن دی سی است.

در حال حاضر، رفت و آمد با خودرو در این مسیر حدود یک ساعت و نیم طول می کشد اما قطار های مگلو فقط در ۱۵ دقیقه این کار را انجام می دهند. پیش بینی می شود ساخت مسیر مگلو به طول ۳۵ کیلومتر بین این دو شهر با قطارهایی با سرعت ۵۰۰ کیلومتر در ساعت، بیش از ۱۰ میلیارد دلار هزینه داشته باشد و دولت ژاپن اعلام کرده حاضر است ۵ میلیارد دلار از آن را بپردازد.

سال گذشته وزارت حمل و نقل آمریکا اعلام کرد برای انجام مطالعات امکان سنجی ساخت این مسیر از جمله تحلیل های مهندسی، بودجه ای 30 میلیون دلاری در اختیار ایالت مریلند قرار می دهد. شهریور امسال نیز دولت ژاپن وثیقه ای 2 میلیون دلاری برای حمایت از این مطالعات در نظر گرفت. مسیر بالتیمور واشنگتن دی سی، مسیر مهمی در آمریکا است و اجرای موفقیت آمیزش باعث جلب توجه مردم و سیاستمداران آمریکایی خواهد شد و علت انتخاب این مسیر از سوی ژاپنی ها نیز همین مسئله است.

مگلو 100 میلیارد دلاری

دولت ژاپن اعلام کرده قصد دارد بین شهر های توکیو و ناگویا مسیر مگلو احداث کند. طول این مسیر 286 کیلومتر است و بیش از 90 درصد آن از زیر زمین یا تونل عبور می کند. قطارهای مگلو در این تونل ها و مسیر های زیر زمینی با حداکثر سرعت 505 کیلومتر حرکت خواهند کرد و می توانند 40 دقیقه ای به مقصد برسند. هزینه ساخت این مسیر، 100 میلیارد دلار پیش بینی شده و قرار است ساخت آن از سال 1396/2017 آغاز و در سال 1406/2027 تمام شود.

از این سر به آن سر قاره در کمتر از یک روز

سال گذشته یک قطار مگلوی ژاپنی، شامل 7 واگن، توانست به مدت 11 ثانیه با سرعت 603 کیلومتر در ساعت حرکت کند و رکورد تندرو ترین قطار جهان را بشکند. با استفاده از قطارهایی که با سرعت 603 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند، می توان زمان برترین مسافرت های ریلی را با سرعتی نزدیک به سرعت هواپیما در کمتر از یک روز انجام داد.

اگر مگلو بود...

1- مسکو به ولادیوستک 15 ساعت

راه آهن سراسری سیبری طولانی ترین مسیر ریلی جهان است که ساخت آن اواخر قرن نوزدهم آغاز شد و در سال 1295/1916 به بهره برداری رسید. این خط آهن شرق و غرب کشور پهناور روسیه را به هم متصل می کند. سفر کردن در این مسیر 9هزار و 289 کیلومتری هفت روز و نیم یا حدود 175 ساعت، طول می کشد. اگر همین سفر را با قطار مگلو انجام دهید، می توانید ساعت 7 صبح در اروپا صبحانه بخورید و ساعت 10 شب در شرق دور شام میل کنید

2- نیویورک به لس آنجلس 7 ساعت و 45 دقیقه

برای رفتن از نیویورک در ساحل اقیانوس اطلس به لس آنجلس در ساحل اقیانوس آرام با خودروی شخصی باید در سفری 41 ساعته از کنار دریاچه میشیگان، دره مرگ، لاس وگاس و زمین های زراعی زیادی عبور کنید. اما با استفاده از قطار مگلو، فقط به یک بعد از ظهر نیاز دارید.

3- کیپ تاون به قاهره 17 ساعت و 30 دقیقه

تصور کنید قصد دارید در سفری رویایی با عبور از آفریقای جنوبی، زیمبابوه، زامبیا، تانزانیا، کنیا، اتیوپی، سودان و مصر از جنوب قاره آفریقا به شمال آن بروید. متاسفانه چنین خط آهنی هنوز ساخته نشده است. با خودروی شخصی، چنین سفر ماجرا جویانه ای 156 ساعت طول خواهد کشید اما اگر دو سوی قاره آفریقا با مسیر مگلو به طول 10 هزار و 441 کیلومتر به هم متصل شوند در کمتر از یک روز این کار انجام می شود.

4- چابهار به اصلاندوز 4 ساعت و 45 دقیقه

سفر 2 هزار و 850 کیلومتری از چابهار در ساحل دریای عمان واقع در جنوب شرق ایران به اصلاندوز نزدیک تپه نادری، در کناره رود ارس در شمال غربی ایران با خودروی شخصی حدودا به یک روز و نیم زمان نیاز دارد. اگر روزی روزگاری بین این دو شهر قطارهای مگلو رفت و آمد کنند این سفر کمتر از 5 ساعت طول خواهد کشید.

5- تهران به مشهد یک ساعت و نیم

قطارهای مگلو فاصله حدودا 900 کیلومتری تهران تا مشهد را که با قطارهای فعلی به حداقل 8 ساعت زمان نیاز دارد در مدت زمان یک ساعت و نیم طی می کنند.