قطار الرفع المغناطيسي Maglev train

قطار الرفع المغناطيسي أو قطار ماجليف مركبة عائمة للنقل البري مدعومة بقوى التجاذب أو التنافر الكهرومغناطيسية. تم وضع تصور لقطارات الرفع المغناطيسي خلال أوائل القرن العشرين من قبل الأستاذ والمخترع الأمريكي روبرت جودارد والمهندس الأمريكي المولود في فرنسا إميل باشيليت وقد تم استخدامه تِجَارِيًّا منذ 1984، أما في الوقت الحاضر يوجد العديد من الشبكات التي تعمل والشبكات الواسعة المقترحة للمستقبل.

يندرج ضمن قطار الرفع المغناطيسي حقائق أساسية حول القوى المغناطيسية، مثل حقيقة أن الأقطاب المغناطيسية المتشابهة تتنافر، والأقطاب المغناطيسية المختلفة تتجاذب، لرفع ودفع وتوجيه مركبة فوق مسار (أو مسار توجيهي). قد يتضمن دفع ورفع قطار الرفع المغناطيسي استخدام مواد فائقة التوصيل ومغناطيسات كهربائية ومغناطيسات متعاكسة ومغناطيسات أرضية نادرة.

التعليق الكهرومغناطيسي (EMS) والتعليق الكهروديناميكي (EDS)

يوجد نوعين من قطارات الرفع المغناطيسي في حيز العمل. أحدهما نظام التعليق الكهرومغناطيسي (EMS) حيث إن القوة الجاذبة بين المغناطيسات الموجودة على جانبي القطار والجانب السفلي، والموجودة على مسار التوجيه لرفع القطار. شكل من أشكال نظام التعليق الكهرومغناطيسي (EMS)، يسمى (Transrapid)، يستخدم مغناطيسًا كَهْرَبَائِيًّا لرفع القطار عن مسار التوجيه. قوة الجذب من المغناطيسات الموجودة على الجانب السفلي من العربة والذي يلتف حول قضبان حديدية لمسار التوجيه يبقي القطار على ارتفاع 1.3 سم (0.5 بوصة) فوق مسار التوجيه.

تتشابه أنظمة التعليق الكهروديناميكي (EDS) وأنظمة التعليق الكهرومغناطيسي (EMS) من عدة نواحٍ، ولكن المغناطيسات تستخدم لإبعاد القطار عن مسار التوجيه بدلاً من جذبه. هذه المغناطيسات عالية التبريد وفائقة التوصيل وتملك القدرة على توصيل الكهرباء لفترة قصيرة بعد الانقطاع. (في أنظمة التعليق الكهرومغناطيسي (EMS)، يؤدي فقدان الطاقة إلى إيقاف تشغيل المغناطيسات الكهربائية مباشرة).

إضافة إلى ذلك، وعلى عكس تقنية التعليق الكهرومغناطيسي، فإن شحنات الملفات الممغنطة على مسار التوجيه في أنظمة التعليق الكهروديناميكي (EDS) تتنافر مع شحنات المغناطيس الموجود على الهيكل القطار من الأسفل بحيث يرتفع إلى الأعلى (عادةً في مسافة من 1-10 سم أو 0.4–3.9 بوصة) فوق مسار التوجيه.

القطارات بتقنية التعليق الكهروديناميكي بطيئة في حالة الإقلاع، لذلك تم تزويدها بعجلات يجب إنزالها حتى يتم الوصول إلى سرعة أقل من 100 كيلومتر (62 ميلًا) تقريبًا في الساعة. ومع ذلك، فبمجرد رفعه، فإن القطار يتحرك للأمام عن طريق الدفع الذي توفره الملفات الموجودة على مسار التوجيه، والتي تتغير قطبيتها باستمرار تبعاً لتغير التيار الكهربائي المتناوب الذي يمد النظام بالطاقة.

يزيل قطار الرفع المغناطيسي عاملاً رئيسياً من عوامل إعاقة الحركة وهو الاحتكاك (والذي يكون مصدره من الاحتكاك لعجلات القطار على القضبان) على الرغم من أنه لا يزال يتعين علينا التغلب على عامل مقاومة الهواء لحركة القطار. إن هذا الفقدان في الاحتكاك يعني أنه يمكن الوصول إلى سرعات أعلى من القطارات التقليدية. في الوقت الحالي، تم إنتاج قطارات تعمل بتقنية الرفع المغناطيسي يمكنها قطع مسافات بسرعة تزيد عن 500 كيلومتر (310 ميل) في الساعة.

اقرأ: الهايبرلوب مستقبل النقل من أيلون ماسك

سرعة 500 كيلومتر بالساعة هي ضعف سرعة قطارات الركاب التقليدي الحالية، وللمقارنة قطار (TGV) المستخدم في فرنسا، والذي ينطلق بسرعة بين حوالي 300 و320 كم في الساعة. ومع ذلك، فلولا عامل مقاومة الهواء، لكانت قطارات الرفع المغناطيسي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بفارق كبير من القطارات التقليدية.

الفوائـد والتكـاليف

تتمتع قطارات الرفع المغناطيسي بمزايا عديدة أخرى (عدا سرعتها وعامل تقليل الاحتكاك) مقارنة بالقطارات التقليدية. منها أن تكلفة تشغيلها وصيانتها أقل، لأن عدم وجود الاحتكاك الناتج من الدحرجة يعني أن الأجزاء لا تبلى بسرعة (كما هو الحال، على سبيل المثال، في عجلات عربة سكة حديد تقليدية). هذا يعني أن عملية تشغيل قطار الرفع المغناطيسي تستهلك مواد أقل، لأنه لا يلزم استبدال الأجزاء باستمرار.

إن تصميم عربات قطار الرفع المغناطيسي والسكة الخاصة بها يجعل من احتمالية انحرافها بعيدة للغاية، ويمكن بناء عربات قطار الرفع المغناطيسي بشكل أعرض من عربات السكك الحديدية التقليدية، مما يوفر المزيد من الخيارات لاستخدام المساحة الداخلية لتكون مريحة أكثر للركوب فيها.

ينتج من قطارات الرفع المغناطيسي أثناء التشغيل مقداراً قليلاً من تلوث الهواء ويكاد أن يكون معدوماً، لأنه لا يحتوي على وقود يتم حرقه، وغياب الاحتكاك يجعل القطارات هادئة للغاية (داخل وخارج العربات على حد سواء) ويوفر للركاب رحلة سلسة للغاية.

أخيرًا، يمكن أن تعمل أنظمة قطار الرفع المغناطيسي على درجات ميلان تصاعدية أعلى (تصل إلى 10 بالمائة) من خطوط السكك الحديدية التقليدية (والتي لا تتجاوز حوالي 4 بالمائة أو أقل)، مما يقلل من الحاجة إلى حفر الأنفاق أو تسوية المناطق الأفقية لاستيعاب المسارات.

تتمثل أكبر العقبات أمام تطوير أنظمة قطارات الرفع المغناطيسي في أنها تتطلب بنية تحتية جديدة تمامًا، إذ لا يمكن تشغيلها على خطوط السكك الحديدية الموجودة حاليًا والتي يمكن أن تتقاطع أيضًا مع الطرق السريعة والسكك الحديدية والطرق الجوية الحالية.

اقرأ: لماذا تتفوق السيارات الكهربائية على التقليدية

إن أحد العوامل التي يجب مراعاتها، إلى جانب تكاليف البناء، عند تطوير أنظمة قطارات الرفع المغناطيسي هو أنها تتطلب استخدام عناصر أرضية نادرة (سكانديوم، إيتريوم، ونظير لانثانيدات15)، والتي قد تكون عملية استخراجها وصقلها مكلفة للغاية. ومع ذلك، فإن المغناطيسات المصنوعة من عناصر أرضية نادرة تنتج مجالًا مِغْنَاطِيسِيًّا أقوى من مغناطيس الفرية (ferrite) (مركبات الحديد) أو النيكو (سبائك من الحديد والألمنيوم والنيكل والكوبالت والنحاس) لرفع وتوجيه عربات القطار عبر مسار توجيهي.

أنظمة قطارات الرفع المغناطيسي الحالية والمستقبلية

تم تطوير العديد من أنظمة القطارات التي تستخدم الرفع المغناطيسي على مر السنين، ويعمل معظمها على مسافات قصيرة نسبيًا. بين عامي 1984 و1995، تم تطوير أول نظام قطار الرفع المغناطيسي تجاري في بريطانيا كحافلة مكوكية بين مطار برمنغهام ومحطة السكك الحديدية القريبة، التي تبعد حوالي 600 متر (حوالي 1970 قدمًا).

قامت ألمانيا ببناء قطار الرفع المغناطيسي في برلين المسمى (M-Bahn) والذي بدأ تشغيله في عام 1991 للتغلب على فجوة في نظام النقل العام بالمدينة بسبب جدار برلين؛ ومع ذلك، تم تفكيك (M-Bahn) في عام 1992، بعد وقت قصير من هدم الجدار. تضمن المعرض العالمي لعام 1986 (إكسبو 86) في فانكوفر مقطعًا صغيراً من نظام رفع مغناطيسي داخل أرض المعرض.

ستة أنظمة قطارات رفع مغناطيسية تعمل حاليًا في جميع أنحاء العالم. قطار واحد يعمل في اليابان، واثنان منها في كوريا الجنوبية، وثلاثة قطارات في الصين. في أيتشي، اليابان، بالقرب من ناغويا، لا يزال النظام الذي تم بناؤه للمعرض العالمي لينيمو (Linimo) لعام 2005 قيد التشغيل، والذي يبلغ طوله حوالي 9 كيلومتر (5.6 ميل)، إضافة إلى وجود تسع محطات توقف على تلك المسافة، أما سرعته فتصل إلى حوالي 100 كيلومتر (62 ميلاً) في الساعة.

يعمل القطار الكوري (Rotem Maglev) في مدينة (Taejeŏn) بين منتزه (Taejeŏn Expo) والمتحف الوطني للعلوم، على مسافة كيلومتر واحد. أما القطار الثاني (Inch’on Airport Maglev) يحتوي على ست محطات ويربط بين مطار ((Inch’on الدولي ومحطة (Yongyu)، على مسافة 6.1 كم.

إن أطول نظام قطار رفع مغناطيسي تجاري يقع في شنغهاي؛ ويغطي حوالي 30 كيلومترا (18.6 ميلا) ويمتد من وسط مدينة شنغهاي إلى مطار بودونغ الدولي. ويعتبر هذا الخط هو أول قطار الرفع المغناطيسي تجاري عالي السرعة، يعمل بسرعة قصوى تبلغ 430 كم (267 ميلاً) في الساعة. يوجد في الصين أيضًا نظامان لقطار الرفع المغناطيسي منخفض السرعة يعملان بسرعة 100 كيلومتر (62 ميلاً) في الساعة. يربط (Changsha Maglev) مطار تلك المدينة بمحطة تبعد 18.5 كم (11.5 ميل)، وخط (S1) من خطوط نظام مترو الأنفاق الخاص بمدينة بكين لديه سبع محطات توقف على مسافة 9 كم.

في 20 يوليو/ تموز 2021 أعلنت الصين عن قطار بتقنية النقل المغناطيسي بسرعة تصل إلى 600كم، وتم تجربته على مسار تجريبي في مدينة تشينغداو الساحلية شرقي الصين.

اليابان تخطط لإنشاء نظام قطارات (Chuo Shinkansen) بتقنية الرفع مغناطيسي عالي السرعة ولمسافات طويلة بحلول عام 2027 يربط بين مدينة ناغويا وطوكيو، على مسافة 286كم، ومن المخطط أن يمتد إلى مدينة أوساكا في عام 2037 ليصبح على مسافة 514 كم. من المقرر أن تصل سرعته إلى 500 كيلومتر في الساعة والقيام برحلة طوكيو-أوساكا في 67 دقيقة.

المصدر.