در گذشته، زمانی که برای اولین بار سیستم راه‌آهن مطرح شد، استقبال از این سیستم بسیار زیاد بود. با ورود هواپیما و وسیع شدن اتوبان‌ها، کم‌کم راه‌آهن جایگاه خود را از دست داد. اما به تدریج با شلوغ شدن کریدورهای هوایی و اتوبان‌ها، کشورها به استفاده از راه‌آهن، برای استفاده از مزایای بسیار زیاد آن روی آوردند. در کنار این شرایط، رشد بسیار سریع فناوری حملونقل ریلی، برتری‌های قطارهای سریع‌السیر را در حملونقل بار و مسافر، نشان داده است.
چشم‌اندازی به جهان، نشان می‌دهد که توسعه هوشمندانه، شکل‌دهنده مطالعات و تحقیقات حملونقل ریلی در کشورهای پیشرفته بوده است. در قرن بیستم تقریباً همگی مطمئن بودند که جایگزینی برای غول هواپیما در صنعت حملونقل مسافری پیدا نخواهد شد. البته این نگرش، امروزه، مغلوب تحولات شگرف حملونقل ریلی است. رشد فناوری در این بخش شتاب ویژه‌ای به خود گرفته است و هر لحظه آشکارتر می‌سازد که محاسبات امکان‌سنجی این نوع از حملونقل، تا چه حدی برای دوست‌داران کره زمین، سودآور است. در حملونقل بین‌شهری، کیفیت هر یک از سیستم‌های حملونقل، با توجه به توان رقابتی هر یک، با سایر سیستم‌ها ارزیابی می‌شود. رشد بسیار سریع فناوری حملونقل ریلی، برتری‌های این سیستم را در حملونقل بار و مسافر، نشان داده است. در حال حاضر میزان توان رقابتی این سیستم به طور کامل وابسته به سطح فناوری سیستم است و در دنیای امروز، داشتن فناوری سیستم حملونقل ریلی به یک بحث راهبردی تبدیل شده است.
حملونقل سریع‌السیر ریلی
در مورد حملونقل ریلی سریع‌السیر، دو مفهوم بسیار مهم وجود دارد که کاملاً زیربنایی هستند؛ قطارهای سریع‌السیر و خطوط سریع‌السیر، گاهی اوقات یک سیستم حملونقل دارای خطوطی است که قابلیت عبور سریع قطارها را دارند، ولی به‌علت نبود قطارهای سریع، این سیستم، سریع‌السیر نیست زیرا سرعت سیر مسافرین در این سیستم پایین است. در عوض در مواقعی، گرچه خطوط موجود، خطوط معمولی هستند، ولی قطارهایی طراحی شده‌اند که از این خطوط با سرعت بالا، عبور می‌کنند؛ مانند قطارهای TGV فرانسه که بر روی خطوط معمولی با سرعت بسیار بالا در رفت و آمد هستند. قطار سریع، قطارهایی را که سرعت آن‌ها بیش از ۱۶۰ کیلومتر در ساعت است را قطارهای سریع می‌نامند، همینطور قطاری که توانایی داشته باشد با سرعتی بیش از ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت کند را قطار سریع می‌نامند.
مزایای قطارهای سریع
- افزایش ایمنی: در حقیقت تمام شبکه‌های ریلی سریع‌السیر دنیا که از حریم خطوط اختصاصی استفاده می‌کنند، مانند شینکانسن در ژاپن، TGV در فرانسه و … از زمان آغاز کار تاکنون، علیرغم سرعت بالا، آمار مرگ و میر برابر با صفر می‌باشد.
- کاهش در مصرف انرژی: سیستم ریلی سریع‌السیر، باصرفه‌ترین شیوه حملونقل از نظر مصرف انرژی می‌باشد. قطار سریع‌السیر TGV از نظر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، تقریباً ۵۰ درصد اتومبیل و کمتر از ۳۰ درصد هواپیما انرژی مصرف می‌کند. طرح سیستم ریلی سریع‌السیر، به جای سوخت فسیلی از برق استفاده می‌کند، که قابل دسترس و کم هزینه‌تر است.
- کاهش آلودگی هوا: با وجود سیستم ریلی قطار سریع‌السیر، به عنوان یک شیوه مؤثر در کاهش آلودگی هوا که از گازهای خروجی خودروها، حاصل می‌شود، می‌توان مسیر عبور و مرور و ترافیک را از جاده‌ها به ریل انتقال داد. یکی از شدیدترین اثرات موتوریزه کردن انبوه، آسیب‌رسانی به سلامت انسانی و محیط‌زیست است. اتومبیل‌ها، نقش برجسته‌ای را در تولید بسیاری از آلاینده‌های هوا خصوصاً در شهرها، بازی می‌کنند که تأثیر معکوس این آلاینده‌ها بر سلامتی و بهداشت، به اثبات رسیده است.
- کاهش آلودگی سر و صدا: انتشار سر و صدای سیستم‌های حملونقل، حاصل از صدای موتور، سر و صدای آلات ناقله و آیرودینامیکی (بار) می‌باشد. سطح میانگین سر و صدا در قطارهای سریع‌السیر، ۱۰ درصد کمتر از اتومبیل با همان تعداد مسافر در یک بزرگراه می‌باشد. آلودگی سر و صدا در نواحی شهری، کاهش خواهد یافت، زیرا خطوط ریلی سریع‌السیر در داخل تونل‌های روباز ساخته می‌شوند و یا اطراف آن‌ها به وسیله دیوارهای ضد صدا محصور می‌شود.
- کاهش اشغال زمین: ترافیک جابجا شده به وسیله یک خط سریع‌السیر، از ترافیک جابجا شده به وسیله فرودگاه‌ها و بزرگراه‌ها، با توجه به فضای مورد نیاز، بیشتر می‌باشد. به طور مثال احداث ۱۳۰۰ کیلومتر خط جدید در سراسر یک کریدور، تنها نیمی از مساحت مورد نیاز احداث یک فرودگاه جدید را در منطقه تورنتو را در بر می‌گیرد.
- افزایش ترافیک حملونقل: یکی از مزایای بزرگ خطوط قطار سریع‌السیر تعداد زیاد رفت و آمد در آن می‌باشد؛ زیرا قطارها برای عبور قطار مقابل، مدت کمتری در انتظار هستند و فاصله میان حرکت قطارها از خطوط مختلط، کمتر است.
- افزایش اشتغال و فرصت‌های صادراتی: ایجاد یک سیستم ریلی سریع‌السیر، باعث سرمایه‌گذاری در خط ریلی جدید، سیستم‌های علامت‌دهی (سیگنال)، آلات ناقله و سایر تجهیزات را باعث می‌شود. همچنین شرکت‌های درگیر در پروژه در وضعیت بسیار خوبی برای صادر کردن مهارت و تکنولوژی سیستم قطارهای سریع‌السیر، به بازارهای دیگر قرار خواهند گرفت. برای مثال در طول دوره ساخت و ساز قسمت مونترال – اتاوا، این سیستم به تنهایی ۶۶۰۰۰ شغل جدید ایجاد می‌کند.
- افزایش توسعه اقتصادی: سیستم ریلی سریع، به دستیابی به الگوی متعادل‌تری از رشد و توافق اقتصادی در سراسر منطقه کمک می‌کند؛ برای مثال از طریق تشویق به انتقال فعالیت اقتصادی و جمعیت از تورنتو به شهرهای کوچک‌تر مانند کینگزتن، لندن و ویندسور، به رشد اقتصادی این مناطق، کمک زیادی شد. همچنین، این نوع توسعه اقتصادی، وقتی که مسیر پاریس – لیون در فرانسه به وجود آمد، به روشنی در لیون مشاهده شد.
- بهبود کارایی: سیستم ریلی قطار سریع‌السیر، کارآمدترین و مؤثرترین شیوه حملونقل مسافری است. قیمت واحد این سیستم، کمتر از یک چهارم هواپیما و کمی بیش از یک سوم اتومبیل است.
- صرفه‌جویی در هزینه‌های تصادفات: یکی از اثرات تقلیل حجم ترافیک جاده‌ای در اثر اجرای خطوط سریع‌السیر، تقلیل تعداد تصادفات و خسارات آن است. هزینه تصادفات بستگی به شدت تصادفات دارد. در کانادا، این صرفه‌جویی، معادل ۵۰۰ میلیون دلار تخمین زده شده است.
قطارهای Maglev
یکی از عواملی که سبب شد در مورد یک سیستم جدید، تحقیقاتی انجام گیرد، این باور بود که پایین بودن چسبندگی در سرعت‌های بالا، باعث می‌گردد که در عمل، سرعت قطارها محدود گردیده و حداکثر سرعت به حدود ۳۰۰ کیلومتر در ساعت برسد. دانشمندان همواره می‌دانستند که اصطکاك بین چرخ و ریل یکی از عوامل محدودکننده سرعت و کندکننده روند رسیدن به سرعت‌های بالاست. از این رو مدام، در تکاپوی حذف چرخ از سیستم ریلی بودند. با پیشرفت‌هایی که در دانش الکتریسیته و به خصوص، مغناطیس صورت گرفت، دانشمندان در نهایت به این آرزوی دیرینه خود دست یافتند. بالشتک‌های هوا و تکنیک‌های پرواز مغناطیسی به منظور تماس آزاد و بدون کمک، توسعه یافت.
طرح‌های Transrapid آلمانی‌ها و MLU ژاپنی‌ها، از پیشرفته‌ترین نوع قطارهای Maglev (Magnetic Levitation) می‌باشد و متجاوز از ۱۰۰۰ میلیون دلار برای توسعه هر یک از این طرح‌ها، مصرف گردیده است. برای اولین بار، یک قطار بر این اساس ساخته شده بود و آزمایشات کاملی بر روی این خط آهن، انجام گرفت. استفاده از تکنولوژی Maglev، نیاز به ساخت یک خط آهن جدید دارد که هزینه آن بسیار زیاد است. به همین دلیل، معمولاً از این نوع قطارها عمدتاً در طرح‌هایی به‌کار برده می‌شود که خط آهن وجود ندارد یا سیستم ریلی سریع‌السیر نیست. زیرا خارج کردن یک خط آهن از گردونه بهره‌برداری و ساخت یک خط جدید به جای آن، هزینه گزافی دارد و معمولاً دولت‌ها زیر بار این هزینه سنگین اولیه نمی‌روند. اولین اصل در مغناطیس، بیان می‌کند که دو قطب مغناطیسی همنام، یکدیگر را دفع می‌کنند و دو قطب مغناطیسی غیرهمنام (مخالف)، همدیگر را جذب می‌کنند. از این اصل در قطارهای بالشلتک مغناطیسلی، برای نگه داشتن قطار برروی خط در فاصله ۱۰ میلی متر از خط، هدایت جانبی قطار حول ریل راهنما و همچنین حرکت قطار استفاده می‌شود.
معایب سیستم تعلیق مغناطیسی
- هزینه‌ی بالا توسعه یا نوسازی خطوط: یکی از اولین معایب سیستم بالشتک مغناطیسی، هزینه بسیار سنگین آن در ابتدا است که بر روی توسعه یا نوسازی بسیاری از خطوط، تاثیرگذار است؛ مثلاً خط سریع‌السیر برلین – هامبورگ، که یکی از دلایل عمده لغو خط Maglev، هزینه بسیار زیاد آن بود. هزینه ساخت و تجهیز خطوط تعلیق مغناطیسی از ۲ تا ۴ برابر سایر خطوط قطار سریع‌السیر می‌باشد.
- مقاومت آیرودینامیکی: در ابتدای امر، ادعا شد که حذف تماس فیزیکی بین خودرویMaglev و خط باعث تقلیل انرژی مورد لزوم برای حرکت و پیشروی خودرو می‌گردد. ولی با توجه به آزمایشات، تست‌ها و شواهد مشخص شد، چون در سرعت‌های بالا، مقاومت آیرودینامیکی بیشتر است (متناسب با مجذور سرعت) بنابراین از این طریق میزان موفقیت بسیار نیست. البته با پیشرفت‌هایی که در زمینه آیرودینامیک دستگاه‌ها به عمل آمده، تفاوت تکنولوژی‌ها در احتیاج به مصرف انرژی می‌باشد.
- عدم شفافیت تعمیرات و نگهداری: با توجه به این واقعیت که برای این تکنولوژی، هیچگونه اطلاعات چرخه عمر یا اطلاعات تعمیر و نگهداری تاریخی، به جز دادههای خط آهن آزمایشی وجود ندارد. راهبر، بایستی در دستیابی خود به اصول تعمیر و نگهداری، محافظه کار باشد؛ به عنوان مثال، چرخه‌های بازرسی برای مسیرها و ساختمان‌های سیستم تعلیق مغناطیسی بایستی زیاد باشد تا اطلاعات یکپارچه در رابطه با نقص و خرابی قطعات سیستم‌های مختلف، جمع‌آوری شود.
- استفاده از خطوط مخصوص: از دیگر معایب سیستم تعلیق مغناطیسی می‌توان به لزوم استفاده از خط مخصوص به خود دانست که ساخت آن پرهزینه می‌باشد. در مقابل قطار TGV توانایی حرکت بر روی خطوط قدیمی را نیز دارد به طوری که در فرانسه ۵۰۰۰ کیلومتر خط آهن TGV وجود دارد که از این مقدار حدود ۴۰۰۰ کیلومتر خطوط قدیمی می‌باشند.
مزایای سیستم تعلیق مغناطیسی
- سرعت بالا: یکی از اهداف اصلی دانشمندان، در استفاده از این نوع تکنولوژی، نیل به سرعت سیر بالا بود. در ابتدا به علت ناشناخته بودن این شاخه، پیشرفت چشم‌گیری در زمینه سرعت وجود نداشت، اما اکنون با توجه به حل مسائل، این تکنولوژی به سرعت ۵۵۲ کیلومتر در ساعت دست پیدا کرده است.
- ایمنی: یکی از بزرگترین و مهم‌ترین مزایای این روش، ایمنی بسیار زیاد این وسایل می‌باشد. در طول چندین سال بهره‌برداری از خطوط Maglev هیچ حادثه مهمی برای این نوع قطارها به وجود نیامده و تلفات این تکنولوژی صفر است خصوصاً در مورد نوع Monorail که به واسطه پیچیدگی قطار به دور خط محور راهنما، امکان فرار از خط را صفر می‌کند.
- دوست محیط زیست: این قطارها به خاطر ویژگی استفاده از نیروی مغناطیسی، کمترین اختلال را در محیط زیست ایجاد می‌کنند. حتی از لحاظ اشغال زمین، این روش به علت داشتن محور عبور باریک و بعضاً هوایی، مزاحمت کمتری برای منطقه عبور خود ایجاد می‌کند. همچنین دارای گازهای خروجی اگزوز و سایر اجسام مضر هم نیست.
- سر و صدای کم: برقی بودن سیستم این قطارها، باعث می‌شود صدای موتور آن‌ها بسیار کم باشد. به علاوه، طراحی آیرودینامیک این قطارها به میزان زیادی سبب کاهش صداهای آیرودینامیک، خصوصاً در سرعت‌های بالا شده است.
مروری بر قطارهای Maglev موجود
قطارهای مغناطیسی در ژاپن
ژاپن، یکی از سردمداران قطارهای Maglev است که از سال ۱۹۶۰، تحقیقات وسیعی را برای ساخت موتور خطی مغناطیسی شناور کننده آغاز کرد. چند سال بعد یعنی در سال ۱۹۷۲، اولین وسیله نقلیه آزمایشی توانست آزمایش شناور شدن را با موفقیت انجام دهد. در سال ۱۹۷۵ کار ساخت خط آزمایشی میازاکی به طول ۷ کیلومتر آغاز شد که در دو سال بعد خط آزمایشی راه‌اندازی شد و طی آزمایشی قطار مورد بررسی به سرعت ۵۱۷ کیلومتر در ساعت رسید.
در ادامه در سال ۱۹۸۰ آزمایش قطار MLUOOL آغاز شد. در سال ۱۹۸۷ قطار مسافری دو واگنی MLU002 شروع به فعالیت کرد که تا سرعت ۴۰۰ کیلومتر در ساعت توانایی حرکت داشت. در نهایت با آزمایشات مختلف، در سال ۲۰۰۰ قطار MLX01 توانست به سرعت ۵۵۲ کیلومتر در ساعت دست یابد.
قطارهای مغناطیسی در چین
بهره‌گیری از قدرت ابررساناها و طراحی ترن‌های شناور مغناطیسی، معجزه می‌کنند، کویل‌های مغناطیسی، جایگزین استفاده از چرخ‌های فولادی می‌شوند و ترن‌ها بر روی یک مسیر راهنما، با استفاده از اصول اولیه راه‌آهن‌ها، شناور خواهند بود. ترن رپید یکی از این نوآوری‌ها است که توسط آلمان ساخته شده است و در چین نیز استفاده می‌شود. توسعه این فناوری، نه تنها مزیت‌های فوق تصور اقتصادی و عملیاتی به ارمغان آورده است، بلکه توانسته به عنوان یک عامل دوست‌دار محیط‌زیست و در جهت توسعه پایدار، چشم‌ها را به خود خیره کند.
گرهارد شرودر، صدراعظم آلمان و نخست‌وزیر چین، در ۳۱ دسامبر ۲۰۰۲ سفر کوتاهی با این ترن سریع‌السیر داشتند و تمام خبرنگاران از سراسر جهان، این اتفاق را، پرواز بر روی زمین توصیف کردند. ترن رپید توانسته بود مسیر ۳۰ کیلومتری بین فرودگاه پودونگ تا ایستگاه لانگ یانگ در شانگهای را تنها در ۷ دقیقه بپیماید. در بیشترین سرعت، این ترن می‌تواند سرعتی معادل ۴۳۰کیلومتر در ساعت، داشته باشد.
قطارهای مغناطیسی در آمریکا
کنسرسیومی که از آن به عنوان (( گروه خطوط مغناطیسی آمریکا)) یاد می‌شود، شامل شرکت‌های GA (General Atomic)، ترانس رپید بین‌المللی (که خود شامل Adtrans، Siemens و Thyssen است)، بوز آلن، همیلتن و شرکت فولاد هرشفیلد می‌باشد که به عنوان مجریان تکنولوژی ترن رپید در ایالات متحده، مطرح هستند. GA متصدی امور سیستم‌های شناوری، تولیدات الکتریکی، وضعیت توان و موتورهای خطی می‌باشد.
در ایالات متحده، مطالعات بسیاری برای احداث خط سریع‌السیر مغناطیسلی Maglev میان لاس‌وگاس و کالیفرنیای جنوبی صورت گرفته است. این خط، ۲۷۵ مایل طول دارد و احداث آن سبب کاهش حجم ترافیک بزرگراه‌ها، افزایش کیفیت هوا، ایمنی سفر، صرفه‌جویی در انرژی، افزایش توریست، رشد اقتصادی و ایجاد اشتغال خواهد شد.
قطارهای مغناطیسی در ایران
اکنون کشور ایران به لحاظ تئوری مشکلی ندارد زیرا دانش فنی این تکنولوژی در کشور موجود می‌باشد. قطعاً پیاده‌سازی این نوع تکنولوژی در کشورمان زمان‌بر است بنابراین پیش‌بینی می‌شود اگر دولت در این زمینه از طرح حمایت کند طی ۱۰ تا ۱۵ سال آینده قادر به دستیابی تکنولوژی ساخت قطارهای مغناطیسی در کشور خواهیم بود. اکنون بحث استفاده از انرژی‌های پاک در دنیا مطرح است. دیگر سوخت‌های فسیلی جایگاهی ندارند. طبق اعلام سازمان ملل همه دولت‌ها باید یارانه سوخت‌های فسیلی را بردارند و به سمت استفاده از انرژی‌های پاک، تولید برق از خورشید و باد بروند. کشور اگر در این زمینه غفلت کند و به این سمت و سو حرکت نکند، باعث می‌شود نسبت به دنیا دچار عقب افتادگی شود.
