القطار المغناطيسي المعلق أو ما يعرف بـ Magnetic Levitating Train هو قطار يعمل بقوة الرفع المغناطيسية. إذ لا يحتوي على محركات ميكانيكية ولا يسير على قضبان حديدية، لذا فهو يطفو في الهواء معتمدا على قوة المجالات الكهرومغناطيسية.
الوظائف الأساسية للقطار المغناطيسي المعلق:
هناك ثلاثة وظائف أساسية لتحقيق عمل القطار المغناطيسي المعلق:
1- الإرتفاع (Levitation):
وهو قدرة القطار على البقاء معلقًا فوق المسار. وذلك عن طريق ما يسمى بالتعليق الكهروديناميكي (Electrodynamic Suspension)، والذي يستخدم القوة التنافرية للمغناطيس فائق التوصيل الموجود على المسار الإرشادي وفي القطار لتحقيق الارتفاع.
الشكل 1: التعليق الكهروديناميكي [1]
2- الدفع (Propulsion)
الدفع هو القوة التي تدفع القطار إلى الأمام. يستخدم القطار المغناطيسي المعلق محركًا خطيًا (Linear Motor) لتحقيق الدفع بدلا من المحرك الدوار الاعتيادي (Rotary Motor). في المحرك الخطي، يتم وضع الجزء الثابت بشكل مسطح والذي يحتوي على مجال مغناطيسي يمتد على طوله وهو بمثابه المسار الإرشادي للقطار، ويستقر الجزء الدوار فوقه مباشره وهو المثبت على القطار. ويوضح الشكل 3 عملية دفع القطار عن طريق تجاذب وتنافر الأقطاب المغناطيسية.
الشكل 2: المحرك الخطي (Linear Motor) [1]
الشكل 3: عملية الرفع والدفع للقطار المعلق [2]
3- الإرشاد (Guidance):
الإرشاد أو التوجيه هو ما يبقي القطار متمركزًا فوق المسار الإرشادي. حيث يتم استخدام القوى المغناطيسية التنافرية لتحقيق ذلك كما يظهر الشكل 4. في TransRapid، يوجد سكك كهرومغناطيسية موضوعة على القطار في مواجهة جانبي المسار الإرشادي، وتمنع هذه السكك القطار من التحرك بعيدًا عن مساره. بينما في MLX، يقترن التوجيه بنظام الرفع. بحيث ترتبط قضبان الإرتفاع على جانبي القطار ببعضها البعض. من خلال هذا الاتصال، عندما يقترب القطار من أحد الجانبين، يتم تحفيز قوة الاستعادة التي تدفعه مرة أخرى نحو المركز. وبالتالي يتم رفع MLX وتوجيهه في نفس الوقت.
الشكل 4: TransRapid and MLX Guideway [1]
تحتوي القطارات المعقلة والمسارات الإرشادية على مغناطيسات فائقة التوصيل، وهي نوع من المواد تظهر فيها مقاومة كهربائية صفرية عند درجة حرارة معينة، والتي تعرف باسم درجة الحرارة الحرجة. والتي يتم عندما تبريد الموصل الفائق إلى درجة حرارة تبلغ حوالي 0 كلفن (273 درجة مئوية تحت الصفر) بحسب نوع المادة، وهذا يمُّكنها من استمرار سريان التيار الكهربائي دون انقطاع في الطاقة أو فقدان جزء منها، كما يمكنها أيضا أن تولد مجالات مغناطيسية أقوى بكثير من المغناطيس العادي، وهو ما يكفي لرفع ودفع القطار.
مزايا القطار المغناطيسي المعلق :
- السرعة: يمكن أن تصل سرعته إلى 600 كيلومتر في الساعة، وهو ما يجعله من أسرع وسائل النقل في العالم.
- الكفاءة: يعتبر القطار المغناطيسي المعلق أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من القطارات التقليدية، حيث يمكنه أن يقطع مسافة 100 كيلومتر باستخدام كمية الطاقة التي يستهلكها قطار تقليدي لقطع مسافة 50 كيلومتر.
- الراحة: القطار المغناطيسي المعلق أكثر راحة للركاب، حيث لا يشعرون بأي اهتزازات أو ضوضاء بسبب عدم وجود اجزاء ميكانيكية تحتك بالأرض، والعامل الوحيد للاحتكاك هو الهواء.
- الأمان: القطار المغناطيسي المعلق أكثر أمانًا من القطارات التقليدية، حيث لا يوجد مخاطر من خروجه عن القضبان أو اصطدامه بأجسام أخرى.
تحديات القطار المغناطيسي المعلق:
- التكلفة: تكاليف إنشاء وتشغيل خطوط السكك المغناطيسية عالية نسبيًا.
- القبول الاجتماعي: لا يزال هناك بعض الجدل حول جدوى خطوط السكك المغناطيسية، حيث يعتقد البعض أنها ليست ضرورية ومكلفة للغاية.
ويتوقع أن تشهد تقنية القطار المغناطيسي المعلق تطورًا كبيرًا في السنوات القادمة، حيث تسعى العديد من الدول إلى تطوير هذه التقنية واستخدامها في مشاريع النقل السريع. وهنالك العديد من الأسباب التي تجعل القطار المغناطيسي المعلق يحظى باهتمام متزايد، منها:
- الزيادة في الطلب على النقل السريع: تنمو المدن حول العالم بشكل سريع، مما يؤدي إلى زيادة الطلب على النقل السريع.
- التقدم التكنولوجي: تتطور التكنولوجيا بشكل مستمر، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف إنشاء وتشغيل خطوط السكك المغناطيسية.
- الوعي البيئي: أصبح الناس أكثر وعياً بالتأثير البيئي للنقل، مما يؤدي إلى زيادة الاهتمام بوسائل النقل الصديقة للبيئة.
المراجع:
[1]:
https://sites.tufts.edu/eeseniordesignhandbook/2015/maglev-magnetic-levitating-trains
[2]:
https://www.energy.gov/articles/how-maglev-works
[3]:
https://youtu.be/XjwF-STGtfE?si=kNrZuCMeG20hLJXk
