Vad händer om du kan resa från New York till Los Angeles på knappt sju timmar utan att gå ombord på ett plan? Det kan vara möjligt på ett Maglev-tåg.
Maglev – förkortning för magnetisk levitation – tåg kan spåra sina rötter till teknik som pionjärer vid Brookhaven National Laboratory. James Powell och Gordon Danby från Brookhaven fick det första patentet för en magnetiskt upphissad tågkonstruktion i slutet av 1960-talet. Idén kom till Powell när han satt i en trafikstockning och tänkte att det måste finnas ett bättre sätt att resa på land än bilar eller traditionella tåg. Han drömde upp tanken på att använda supraledande magneter för att sväva en tågbil. Superledande magneter är elektromagneter som kyls till extrema temperaturer under användning, vilket dramatiskt ökar kraften i magnetfältet.
Det första kommersiellt drivna höghastighets superledande Maglev-tåget öppnade i Shanghai 2004, medan andra är i drift i Japan och Sydkorea. I USA undersöks ett antal rutter för att ansluta städer som Baltimore och Washington, DC.
I Maglev hänger supraledande magneter upp en tågbil ovanför en U-formad betongstyrning. Liksom vanliga magneter stöter dessa magneter från varandra när matchande stolpar vetter mot varandra.
”En Maglev-tågbil är bara en låda med magneter i de fyra hörnen, säger Jesse Powell, son till Maglev-uppfinnaren, som nu arbetar med sin far. Det är lite mer komplicerat än så, men konceptet är enkelt. De använda magneterna är superledande, vilket innebär att när de kyls till mindre än 450 grader Fahrenheit under noll, de kan generera magnetfält upp till tio gånger starkare än vanliga elektromagneter, tillräckligt för att upphänga och driva ett tåg.
Dessa magnetfält samverkar med enkla metallöglor som betongväggarna i Maglev-ledningen. Slingorna är gjorda av ledande material, som aluminium, och när ett magnetfält rör sig förbi skapar det en elektrisk ström som genererar ett annat magnetfält.
Tre typer av slingor sätts in i styrvägen med specifika intervall för att utföra tre viktiga uppgifter: en c ritar ett fält som får tåget att sväva cirka 5 tum ovanför styrvägen; en sekund håller tåget stabilt horisontellt. Båda slingorna använder magnetisk avstötning för att hålla tågvagnen på den optimala platsen. ju längre det kommer från mitten av styrbanan eller ju närmare botten desto mer magnetiskt motstånd skjuter den tillbaka på spåret.
Den tredje uppsättningen slingor är ett framdrivningssystem som drivs av växelström. Här används både magnetisk attraktion och avstötning för att flytta tågvagnen längs styrbanan. Föreställ dig lådan med fyra magneter – en i varje hörn. De främre hörnen har magneter med nordpoler vända ut, och de bakre hörnen har magneter med sydpoler utåt. Elektrifiering av framdrivningsslingorna genererar magnetfält som både drar tåget framifrån och skjuter det bakifrån.
Denna flytande magnetdesign skapar en smidig tripp. Trots att tåget kan resa upp till 375 mil i timmen upplever en åkare mindre turbulens än på traditionella stålhjulståg eftersom den enda friktionskällan är luft.
En annan stor fördel är säkerhet. Maglev-tåg ”körs” av den drivna styrbanan. Alla två tåg som kör samma rutt kan inte komma ikapp och krascha in i varandra eftersom de alla drivs för att röra sig i samma hastighet. Likaså traditionella tågspårningar som uppstår på grund av kurvtagning för snabbt kan det inte hända med Maglev. Ju längre ett Maglev-tåg kommer från sitt normala läge mellan styrväggarna, desto starkare blir magnetkraften som skjuter tillbaka den på plats.
Denna kärnfunktion är det som är mest spännande till Jesse Powell. ”Med Maglev finns det ingen förare. Fordonen måste flytta dit nätverket skickar dem. Det är grundläggande fysik. Så nu när vi har datoralgoritmer för att dirigera saker mycket effektivt kan vi ändra schemaläggningen för hela nätverket i farten. Det leder till ett mycket mer flexibelt transportsystem i framtiden, sade han.
Även om den här spännande tekniken inte används i USA idag, om Powell och hans team får sitt sätt, kan du någon gång flyta dig till din nästa destination.
Redaktörens Obs: Det här inlägget skrevs av en vetenskapsförfattare vid Brookhaven National Laboratory, en av Department of Energys 17 National Labs.