A co by było, gdybyś mógł podróżować z Nowego Jorku do Los Angeles w niecałe siedem godzin bez wejścia na pokład samolotu? To mogłoby być możliwe w pociągu Maglev.
Maglev – skrót od lewitacji magnetycznej – pociągi mogą wywodzić swoje korzenie z technologii zapoczątkowanej w Brookhaven National Laboratory. James Powell i Gordon Danby z Brookhaven otrzymali pierwszy patent na projekt pociągu lewitowanego magnetycznie pod koniec lat 60. Pomysł przyszedł do Powella, gdy siedział w korku, myśląc, że musi istnieć lepszy sposób podróżowania po lądzie niż samochody lub tradycyjne pociągi. Wymyślił pomysł wykorzystania nadprzewodzących magnesów do lewitacji wagonu. Magnesy nadprzewodzące to elektromagnesy schładzane podczas użytkowania do ekstremalnych temperatur, co dramatycznie zwiększa moc pola magnetycznego.
Pierwszy komercyjnie działający szybki nadprzewodzący pociąg Maglev został otwarty w Szanghaju w 2004 roku, podczas gdy inne są używane w Japonii i Korei Południowej. W Stanach Zjednoczonych badanych jest wiele tras łączących miasta, takie jak Baltimore i Waszyngton.
W Maglev nadprzewodzące magnesy zawieszają wagon kolejowy nad betonową prowadnicą w kształcie litery U. Podobnie jak zwykłe magnesy, magnesy te odpychają się, gdy dopasowane bieguny są skierowane do siebie.
„Wagon Maglev to tylko pudełko z magnesy na czterech rogach ”- mówi Jesse Powell, syn wynalazcy Maglev, który teraz pracuje ze swoim ojcem. To trochę bardziej skomplikowane, ale koncepcja jest prosta. Zastosowane magnesy są nadprzewodzące, co oznacza, że kiedy są schładzane do temperatury poniżej 450 stopni Fahrenheita poniżej zera, mogą generować pola magnetyczne do 10 razy silniejsze niż zwykłe elektromagnesy, wystarczające do zawieszenia i napędzania pociągu.
Te pola magnetyczne oddziałują z prostymi metalowymi pętlami ustawionymi w betonowe ściany prowadnicy Maglev. Pętle są wykonane z materiałów przewodzących, takich jak aluminium, a gdy przechodzi obok pola magnetycznego, wytwarza prąd elektryczny, który generuje kolejne pole magnetyczne.
Trzy rodzaje pętli są ustawione w prowadnicy w określonych odstępach czasu, aby wykonać trzy ważne zadania: jedna c widzi pole, które sprawia, że pociąg unosi się około 5 cali nad prowadnicą; sekunda utrzymuje pociąg stabilnie w poziomie. Obie pętle wykorzystują odpychanie magnetyczne, aby utrzymać wagon w optymalnym miejscu; im dalej od środka prowadnicy lub bliżej dna, tym większy opór magnetyczny popycha go z powrotem na tor.
Trzeci zestaw pętli to układ napędowy napędzany prądem przemiennym. Tutaj zarówno przyciąganie magnetyczne, jak i odpychanie służą do poruszania wagonu po prowadnicy. Wyobraź sobie pudełko z czterema magnesami – po jednym na każdym rogu. Przednie rogi mają magnesy z biegunami północnymi skierowanymi na zewnątrz, a rogi tylne mają magnesy z biegunami południowymi na zewnątrz. Elektryzowanie pętli napędowych generuje pola magnetyczne, które zarówno ciągną pociąg do przodu od przodu, jak i pchają go do przodu od tyłu.
Ten pływający magnes zapewnia płynną podróż. Mimo że pociąg może podróżować z prędkością do 375 mil na godzinę, kierowca doświadcza mniej turbulencji niż w przypadku tradycyjnych pociągów z kołami stalowymi, ponieważ jedynym źródłem tarcia jest powietrze.
Kolejną dużą zaletą jest bezpieczeństwo. Pociągi Maglev są „napędzane” przez zasilaną prowadnicę. Dwa pociągi jadące tą samą trasą nie mogą dogonić i zderzyć się ze sobą, ponieważ wszystkie są napędzane, aby poruszać się z tą samą prędkością. Podobnie, tradycyjne wykolejenia pociągów, które występują z powodu pokonywania zakrętów zbyt szybko nie może się zdarzyć z Maglevem. Im dalej pociąg Maglev odjeżdża ze swojej normalnej pozycji między ścianami prowadnic, tym silniejsza staje się siła magnetyczna, która spycha go z powrotem na miejsce.
Ta podstawowa cecha jest najbardziej ekscytująca Jesse Powell. „W Maglev nie ma kierowcy. Pojazdy muszą poruszać się tam, gdzie wysyła je sieć. To podstawowa fizyka. Więc teraz, gdy mamy algorytmy komputerowe do bardzo wydajnego routingu, moglibyśmy zmieniać harmonogram całej sieci w locie. W przyszłości prowadzi to do znacznie bardziej elastycznego systemu transportu ”- powiedział.
Chociaż ta ekscytująca technologia nie jest obecnie wdrażana w Stanach Zjednoczonych, jeśli Powell i jego zespół osiągną swój cel, pewnego dnia możesz polecieć do następnego miejsca docelowego.
Redaktor Uwaga: ten post został napisany przez pisarza naukowego z Brookhaven National Laboratory, jednego z 17 National Labs Departamentu Energii.