Pociąg, który nie dotyka szyn, przez dekady należał do świata science fiction. Dziś jeździ komercyjnie w Chinach, a w Japonii wciąż trzyma rekord prędkości dla załogowych pojazdów szynowych. Sekret tkwi w polu magnetycznym: to ono unosi wagony nad torem, eliminuje kontakt kół z szynami i związane z nim opory ruchu, pozwalając rozpędzić skład do prędkości nieosiągalnych dla klasycznej kolei szynowej.

 

Dlaczego same magnesy nie wystarczą

Można by pomyśleć, że wystarczy podłożyć pod pociąg silne magnesy stałe. Fizyka temu przeczy — zgodnie z twierdzeniem Earnshawa w statycznym układzie zwykłych magnesów stałych nie da się uzyskać stabilnej lewitacji we wszystkich kierunkach bez dodatkowego mechanizmu stabilizującego. Dlatego prawdziwe pociągi Maglev korzystają z jednego z dwóch takich mechanizmów: elektronicznie kontrolowanych elektromagnesów, które błyskawicznie i bez przerwy korygują siłę przyciągania, albo prądów indukowanych samym ruchem pociągu, które stabilizują lewitację bez udziału elektroniki.

 

Dwa systemy: EMS i EDS

W systemie EMS (zawieszenie elektromagnetyczne), zastosowanym w niemieckiej technologii Transrapid, pociąg opasuje szynę od dołu, a elektromagnesy przyciągają go do stalowego toru z siłą stale i błyskawicznie korygowaną elektronicznie — bez tej korekty skład albo oderwałby się od szyny, albo się o nią otarł. Odwrotne podejście, EDS (zawieszenie elektrodynamiczne), wykorzystuje ruch: nadprzewodzące magnesy na pokładzie indukują prąd w cewkach prowadnicy, a powstające siły przyciągania i odpychania unoszą pojazd i centrują go w torze. Na tej zasadzie działa japoński SCMaglev — lewitacja pojawia się jednak dopiero po rozpędzeniu do około 150 km/h, więc do tego momentu skład porusza się na zwykłych gumowych kołach.

Silnik liniowy zamiast kół napędowych

Za ruch do przodu odpowiada silnik liniowy — w uproszczeniu silnik elektryczny „rozwinięty” wzdłuż całej trasy. Zmieniające się pole magnetyczne w torze „goni” magnesy pociągu, ciągnąc skład do przodu. Te same magnesy pokładowe unoszące skład wykorzystywane są więc również do napędu — bez silnika spalinowego i przekładni.

Rekordy prędkości i realne pociągi

Jedynym obecnie działającym komercyjnie pociągiem Maglev dużych prędkości jest Shanghai Maglev, łączący lotnisko Pudong ze stacją Longyang Road w Szanghaju. Zaprojektowany na prędkość ponad 500 km/h, w teście z 2003 roku osiągnął 501 km/h, a przez lata woził pasażerów z prędkością 431 km/h. Od maja 2021 roku, dla oszczędności energii, kursuje na stałe z prędkością 300 km/h. Rekord świata wśród załogowych pojazdów szynowych należy do japońskiego SCMaglev L0, który w 2015 roku osiągnął 603 km/h. Docelowo linia Chūō Shinkansen połączy Tokio z Nagoją z prędkością do 500 km/h; pierwotny termin otwarcia (2027 rok) przepadł przez wieloletni spór o wpływ planowanego tunelu w prefekturze Shizuoka na lokalne wody, a dopiero w lipcu 2026 roku władze prefektury zgodziły się na budowę — najbliższym realnym terminem jest teraz rok 2036.

 

Największą przeszkodą w upowszechnieniu Maglev pozostaje koszt infrastruktury — sama 30-kilometrowa linia w Szanghaju kosztowała około 1,3 mld dolarów. Próbą obejścia tego problemu jest wciąż eksperymentalna technologia Inductrack, opracowana w Lawrence Livermore National Laboratory: lewitację zapewniają w niej nie elektromagnesy, lecz zwykłe, silne magnesy neodymowe ułożone w tzw. szyk Halbacha, unoszące pojazd dzięki prądom indukowanym w torze — bez zasilania układu lewitacji i bez elektroniki nim sterującej.

Bibliografia

Shanghai maglev train – Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Shanghai_maglev_train

Principles of the Superconducting Maglev system – Central Japan Railway Company (JR Central): https://scmaglev.jr-central-global.com/about/

Electromagnetic Suspension (EMS) Technology – International Maglev Board: https://www.maglevboard.net/en/facts/403-electromagnetic-suspension-ems-technology

Shizuoka Governor Approves Chuo Shinkansen Alpine Tunnel – Railway News: https://railwaynews.net/shizuoka-governor-approves-chuo-shinkansen-alpine-tunnel.html

The Inductrack Approach to Magnetic Levitation – OSTI / Lawrence Livermore National Laboratory: https://www.osti.gov/biblio/791522

Earnshaw's theorem – Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw%27s_theorem