قطار مغناطیسی: سفر در آغوش نامرئی
دو کلید اصلی برای شناور شدن و حرکت
برای درک قطار مغناطیسی، باید دو مفهوم اصلی را مانند دو پایه یک میز در نظر بگیریم: شناوری (بلند کردن قطار) و پیشرانش (به حرکت درآوردن آن). هر دوی این کارها با استفاده از آهنرباها و جریان الکتریکی انجام میشود.
| نوع شناوری | اصول کار (سادهشده) | مزایا | معایب |
|---|---|---|---|
| شناوری الکترومغناطیسی3 (EMS) | آهنربای الکتریکی4 در بدنه قطار، به یک ریل فلزی در پایین جذب میشود و قطار را بلند میکند. یک سیستم کنترلی دائم فاصله را تنظیم میکند. | نیاز به فاصله کم از ریل (حدود 10 میلیمتر)، ساختار نسبتاً سادهتر. | مصرف انرژی برای نگهداری فاصله ثابت، نیاز به سیستم کنترل پیچیده. |
| شناوری الکترودینامیکی5 (EDS) | آهنربای ابررسانا6 در قطار، از روی حلقههای هادی در ریل رد میشود و در آنها جریان القا میکند. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط این جریان، با آهنربای قطار دافع است و قطار را بلند میکند. | فاصله شناوری بیشتر (حدود 100 میلیمتر)، پایدارتر، مصرف انرژی کمتر برای شناوری. | نیاز به خنکسازی ابررساناها با نیتروژن مایع، فقط در سرعتهای بالا شناور میشود. |
حالا که قطار شناور شد، چگونه آن را به جلو میرانند؟ پاسخ در موتور خطی7 نهفته است. تصور کنید یک موتور الکتریکی معمولی را باز کنید و صفحه کنید. بخش ثابت آن (استاتور8) در امتداد مسیر قرار میگیرد و بخش متحرک آن (روتور9) زیر قطار نصب میشود. با تغییر سریع قطبهای آهنرباها در استاتور، یک میدان مغناطیسی متحرک ایجاد میشود که بخش متحرک (و در نتیجه کل قطار) را به دنبال خود میکشد. این اصل دقیقاً شبیه به آهنربایی است که یک گیره کاغذ را روی میز به دنبال خود میکشد، با این تفاوت که به صورت الکتریکی و کنترلشده انجام میشود.
از آزمایشگاه تا خطوط پرسرعت واقعی
فناوری قطار مغناطیسی فقط یک نظریه نیست. نمونههای عملی و کاربردی از آن در جهان فعال هستند که معروفترین آنها قطار مگلو شانگهای در چین است. این قطار مسافت 30.5 کیلومتر از مرکز شهر تا فرودگاه بینالمللی شانگهای را در تنها 7 دقیقه و 20 ثانیه طی میکند و به سرعت 430 کیلومتر بر ساعت میرسد. برای درک این سرعت، تصور کنید فاصله تهران تا کرج (حدود 30 کیلومتر) را در زمانی کمتر از زمانی که معمولاً صرف آماده شدن برای مدرسه میکنید، بپیمایید!
اما کاربردهای این فناوری فراتر از حملونقل بین شهری است. اصول مشابه در وسایل کوچکتر و ملموستری نیز دیده میشود. مثلاً برخی ماشینهای لباسشویی پیشرفته از یک موتور خطی استفاده میکنند که درام10 را مستقیماً و بدون تسمه میچرخاند. این کار باعث کاهش لرزش و سروصدا میشود. یا در آیندهای نزدیک، ممکن است شاهد وسایل نقلیه شهری مانند اتوبوسهای شناور مغناطیسی در مسیرهای مشخص باشیم که آلودگی صوتی و هوایی را در شهرها کاهش میدهند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: بله، در حالت اصلی حرکت و شناوری، بدنه اصلی قطار هیچ تماس فیزیکی با ریل ندارد. این همان چیزی است که اصطکاک چرخشی را حذف میکند. البته، چرخهایی برای مواقع توقف یا حرکت با سرعت بسیار پایین (مثلاً در ایستگاه) وجود دارند.
پاسخ: مهمترین مانع، هزینه بسیار بالای ساخت زیربنا (خطوط ویژه و سیستم برقرسانی) است. همچنین فناوری مورد نیاز، به ویژه برای نوع ابررسانایی، پیچیده و پرهزینه است. در بسیاری از موارد، راهحلهای دیگر مانند قطارهای ریلی پرسرعت معمولی، از نظر اقتصادی به صرفهتر هستند.
پاسخ: خیر. شدت میدان مغناطیسی داخل کابین مسافران، به دقت کنترل و در سطحی کاملاً ایمن و اغلب حتی کمتر از میدان برخی دستگاههای خانگی مانند سشوار نگه داشته میشود. محفظه قطار به گونهای طراحی میشود که میدان را محصور کند.
قطار مغناطیسی با حذف اصطکاک چرخ و استفاده از نیروی نامرئی الکترومغناطیس، انقلابی در مفهوم حملونقل زمینی به وجود آورده است. این فناوری مبتنی بر دو اصل شناوری (به روش الکترومغناطیسی یا الکترودینامیکی) و پیشرانش خطی است که امکان دستیابی به سرعتهای بسیار بالا، سکوت و آرامش در سفر و نگهداری کمتر را فراهم میکند. اگرچه چالش هزینه، گسترش آن را محدود کرده، اما نمونههای موفق مانند خط شانگهای و کاربردهای کوچکمقیاس آن، آیندهای را نشان میدهند که در آن سفر سریع و آرام بر روی بالشتکی از میدان مغناطیسی، به بخشی عادی از زندگی تبدیل شود.
پاورقی
1 قطار مغناطیسی (Magnetic Levitation Train)
2 مگلو (Maglev) مخفف Magnetic Levitation به معنای شناوری مغناطیسی.
3 شناوری الکترومغناطیسی (Electromagnetic Suspension - EMS)
4 آهنربای الکتریکی (Electromagnet): آهنربایی که با گذر جریان الکتریکی از یک سیم پیچ حول هسته آهنی ایجاد میشود و با قطع جریان، خاصیت مغناطیسی خود را از دست میدهد.
5 شناوری الکترودینامیکی (Electrodynamic Suspension - EDS)
6 آهنربای ابررسانا (Superconducting Magnet): آهنربای الکتریکی بسیار قوی که سیم پیچ آن از مواد ابررسانا ساخته شده و در دمای بسیار پایین (نزدیک به -196 درجه سانتیگراد) بدون مقاومت الکتریکی کار میکند.
7 موتور خطی (Linear Motor)
8 استاتور (Stator): بخش ثابت و غیر متحرک یک موتور الکتریکی.
9 روتور (Rotor): بخش دوار و متحرک یک موتور الکتریکی. در موتور خطی، این بخش معمولاً طولی است و به صورت خطی حرکت میکند.
10 درام (Drum): استوانه داخلی لباسشویی که لباسها در آن قرار میگیرد.
