قطارهای مسافربری آینده چگونه خواهند بود؟

هنگامی که محقق چینی اسکاتلندی جیمز لگ در بهار 1873 شانگهای را به مقصد پکن ترک کرد، این سفر دو هفته طول کشید. ابتدا با قایق به تیانجین و سپس با قاطر به پایتخت چین رسید. امروز، همان سفر 1200 کیلومتری با قطار سریع السیر کمی بیش از چهار ساعت طول می کشد. پرواز بین این دو شهر دو ساعت و 20 دقیقه طول می کشد. در مورد اروپا، قطارهای پرسرعت Frecciarossa از میلان به رم وجود دارد که می توانند در کمتر از سه ساعت به مقصد برسند و از توکیو به اوزاکا - قطارهای پرسرعت Shinkansen - دو ساعت و نیم.

مردم هرگز به سرعت و آسانی امروز سفر نکرده اند. اما این راحتی قیمت دارد: حمل و نقل 20 درصد از انتشار دی اکسید کربن جهانی را تشکیل می دهد و در طول سه دهه گذشته میزان انتشار دی اکسید کربن از حمل و نقل سریعتر از هر منبع دیگری افزایش یافته است. این به ویژه صادق است حمل و نقل هوایی، انتشار گازهای گلخانه ای که سریعتر از حمل و نقل ریلی یا جاده ای رشد کرد. در این رابطه این سوال مطرح می شود که آیا می توان با سرعت بالا بدون کشتن سیاره سفر کرد؟ و اگر چنین است، چگونه؟

راه آهن سریع تر، تمیزتر، سبزتر و مجهز به فناوری های پیشرفته، تنها شکل حمل و نقلی است که در حال حاضر همه شانس ها را دارد تا پایه ای برای برآوردن نیازهای جابجایی آینده ما شود. با نزدیک شدن به دویستمین سالگرد اولین راه‌آهن مسافربری در سال 200، قطارها برای تضمین تحرک پایدار در جهانی که با چالش‌های تغییرات آب و هوایی، افزایش شهرنشینی و رشد جمعیت مواجه است، مهم‌تر از همیشه هستند. جمعیت شهری جهان با سرعت دو نفر در ثانیه در حال افزایش است و هر روز 2025 شهرنشین جدید ایجاد می کند. در حالی که جمعیت در برخی از مناطق جهان مانند اروپا و ژاپن در حال کاهش است، انتظار می‌رود 172800 درصد رشد جمعیت در شهرها و کلان شهرها در کشورهای در حال توسعه رخ دهد.

برای جابجایی این شهرها، مناطق و کلانشهرهای با رشد سریع، حمل و نقل عمومی کارآمد نه تنها مطلوب، بلکه ضروری است.

قطارهای پرسرعت چقدر می توانند سریع باشند؟

«قطارهای سریع‌السیر» جدید و شیک اغلب با ادامه رشد شبکه خطوط در اروپا و آسیا، با خطوط جدید برنامه‌ریزی شده یا در حال ساخت در کشورهایی مانند فرانسه، آلمان، اسپانیا، هند، ژاپن و در حال ساخت، سرفصل اخبار را به خود اختصاص می‌دهند. در مقیاس بسیار بزرگتر، در چین، جایی که شبکه پرسرعت تا سال 2025 به 50000 کیلومتر خواهد رسید.

هنگامی که خط بحث برانگیز High Speed ​​2030 (HS2) در اوایل دهه 2 به دلیل مازاد بودجه و مناظر آسیب پذیر تکمیل شود، انگلیس سریع ترین قطارهای معمولی جهان را خواهد داشت که معمولاً با سرعت 362 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند، اما می توانند سرعت بیشتری داشته باشند. تا 400 کیلومتر در ساعت

ناوگان 2 میلیارد دلاری HS2,5 با ترکیب فناوری قطارهای سریع السیر ژاپنی با طراحی بریتانیایی، تحولی در سفرهای طولانی بین لندن و میدلندز انگلیس و شهرهای شمالی ایجاد خواهد کرد. انتقال خدمات مسافت طولانی به HS2 همچنین ظرفیت بسیار مورد نیاز را در راه‌آهن‌های موجود برای حمل بیشتر مسافران و بار محلی آزاد می‌کند.

با این حال، پس از چندین دهه بهره برداری، کشورهایی مانند فرانسه، ژاپن و چین به این نتیجه رسیده اند که مزایای بهره برداری از قطارهای سریع السیر با سرعت بالای 320 کیلومتر در ساعت، بیشتر از هزینه های نگهداری و انرژی بالاتری است که متحمل می شوند. اکنون رهبران شناخته شده قطارهای سریع السیر در ژاپن و چین به فناوری "فولاد روی فولاد" محدود نمی شوند، بلکه قطارهایی را توسعه می دهند که قادر به توسعه سرعت تا 600 کیلومتر در ساعت هستند.

مفهوم قطارهای پرسرعت که در مسیرهای ویژه با استفاده از شناور مغناطیسی (maglev) حرکت می کنند، بیش از 50 سال است که به عنوان "آینده سفر" تبلیغ می شود، اما جدا از چند خط آزمایشی و یک مسیر چینی که مرکز شهر شانگهای را به فرودگاه متصل می کند. ، بیشتر به صورت نظری باقی مانده است.

اما نه برای مدت طولانی. ژاپن 72 میلیارد دلار در پروژه چو شینکانسن سرمایه گذاری می کند که اوج بیش از 40 سال توسعه maglev خواهد بود. این خط 286 کیلومتری توکیو و ناگا را تنها در 40 دقیقه به هم متصل می کند و در نهایت تا اوزاکا امتداد می یابد و مسیر 500 کیلومتری از پایتخت را به 67 دقیقه کاهش می دهد. ساخت و ساز در سال 2014 آغاز شد و در ابتدا انتظار می رفت تا سال 2027 (با افتتاح خط ناگویا-اوزاکا ده سال بعد) به پایان برسد، اما مشکلات مربوط به دریافت مجوز برای بخشی از خط به این معنی است که تاریخ افتتاح در حال حاضر مشخص نیست. تأخیرها و هزینه های هنگفت باعث شده است که بسیاری ارزش اقتصادی پروژه را زیر سوال ببرند.

بعید است که چنین مشکلاتی در چین ایجاد شود، چینی که همچنین در حال ساخت خطوط حمل و نقل مغناطیسی به عنوان جایگزینی برای سفرهای هوایی کوتاه مسافت و فراهم کردن سفرهای برق آسا در مناطق شهری پرجمعیت خود است. چین در نظر دارد "دایره های ترافیکی سه ساعته" را در اطراف شهرهای اصلی خود ایجاد کند و مجموعه ای از شهرها را به نیروگاه های اقتصادی تبدیل کند.

بیش از 120 میلیون نفر در حال حاضر در جنوب پرجمعیت ترین کشور جهان، منطقه دلتای رودخانه مروارید، که شامل هنگ کنگ، گوانگژو و شنژن است، زندگی می کنند. برنامه ریزان چینی امیدوارند 26000 شهر در این منطقه را با هم ادغام کنند تا یک مجموعه شهری به مساحت XNUMX کیلومتر مربع ایجاد کنند. مسیرهای بالشتک مغناطیسی برای مسیرهای شانگهای - هانگژو و چنگدو - چونگ کینگ و همچنین بسیاری دیگر در صورت موفقیت در نظر گرفته شده است.

در سایر کشورهای جهان، هزینه‌های هنگفت و عدم ادغام با راه‌آهن‌های موجود ممکن است مانعی برای گسترش بیشتر فناوری maglev شود. چین که از قبل با ازدحام و آلودگی در شهرهای پرجمعیت خود دست و پنجه نرم می کرد، تنها در دسامبر 2021، 29 خط متروی جدید به طول 582 کیلومتر را افتتاح کرد. بسیاری از کشورهای دیگر با شهرهای در حال رشد، اگر نمی خواهند تحت فشار قرار گیرند، به زودی باید از این روند پیروی کنند.

با این حال، برای برآورده کردن این انتظارات، صنعت ریلی باید به سرعت در چندین جهت حرکت کند تا ظرفیت قابل‌توجهی، کارایی، قابلیت اطمینان و مقرون به صرفه‌تر را ارائه دهد.

قطارهای بدون سرنشین

ترافیک خودکار ده‌ها سال است که وجود داشته است – خط ویکتوریا متروی لندن از زمان افتتاح آن در سال 1967 تا حدی به این روش کار می‌کند – اما معمولاً محدود به خطوط مستقل با قطارهای یکسان در فواصل زمانی ثابت است.

در سال‌های اخیر، چین در راه‌آهن‌های بدون راننده پیشتاز بوده است، به ویژه با معرفی تنها قطارهای خودمختار پرسرعت جهان که با سرعت 300 کیلومتر در ساعت بین پکن و بازی‌های المپیک زمستانی 2022 حرکت می‌کنند. ژاپن همچنین در حال آزمایش با "قطارهای گلوله ای" است که می توانند به طور مستقل از پایانه ها به انبارها برای تعمیر و نگهداری سفر کنند و رانندگان را برای استفاده از قطارهای سودآورتر آزاد کنند.

با این حال، راه اندازی قطارهای بدون راننده در خطوط مستقل یک چیز است. اطمینان از عملکرد ایمن آنها در راه‌آهن‌های با کاربری ترکیبی سنتی، که در آن قطارهای مسافری و باری با ویژگی‌ها، سرعت‌ها و وزن‌های بسیار متفاوت با هم ترکیب می‌شوند، بسیار دشوارتر است.

کلان داده و به اصطلاح اینترنت اشیا به شیوه های حمل و نقل اجازه می دهد تا با یکدیگر و با محیط تعامل داشته باشند و راه را برای سفرهای یکپارچه تر و بین وجهی هموار کنند. ربات‌های هوشمند نقش بیشتری در بازرسی زیرساخت‌ها مانند تونل‌ها و پل‌ها و همچنین در نگهداری مؤثر سازه‌های قدیمی خواهند داشت.

تاثیر بر محیط زیست

علیرغم سازگاری با محیط زیست ثابت شده در مقایسه با هوانوردی، راه آهن هنوز راه درازی برای کاهش انتشار کربن و آلودگی موتورهای دیزلی خود در پیش دارد. در راستای اهداف تغییر اقلیم سازمان ملل متحد، بسیاری از کشورها متعهد شده اند که قطارهای دیزلی را تا سال 2050 یا حتی زودتر از آن متوقف کنند.

در اروپا و بسیاری از بخش‌های آسیا، بسیاری از شلوغ‌ترین خطوط در حال حاضر برق دارند، اما وضعیت از تقریباً 100 درصد برق‌رسانی در سوئیس تا کمتر از 50 درصد در بریتانیا و تقریباً صفر در برخی از کشورهای در حال توسعه متفاوت است. آمریکای شمالی تحت سلطه گازوئیل است - به ویژه در راه آهن های باری غالب - و اشتهای مشابهی برای برق رسانی در اروپا و آسیا وجود ندارد.

به نظر می‌رسد فناوری باتری نقش مهمی در دور شدن از «دیزل‌های کثیف» هم برای حمل‌ونقل سنگین و هم برای مسیرهای مسافربری آرام که در آن‌ها برق‌رسانی کامل قابل توجیه نیست، ایفا می‌کند. در حال حاضر تعداد زیادی نمونه اولیه با باتری در حال آزمایش یا در حال توسعه هستند و با پیشرفت فناوری، وابستگی ریل به دیزل باید قبل از پایان این دهه کاهش یابد.

برای دیگران، هیدروژن امید بزرگی برای کربن زدایی حمل و نقل ریلی است. هیدروژن سبز ایجاد شده در نیروگاه های ویژه با استفاده از منابع تجدید پذیر برق می تواند برای تامین انرژی پیل های سوختی که موتورهای الکتریکی را به حرکت در می آورند، استفاده شود.

سازنده قطار فرانسوی Alstom با قطار هیدروژنی Coradia iLint که اولین مسافران خود را در سال 2018 حمل کرد، پیشتاز است و راه را برای نسخه‌های تولیدی در حال ساخت برای چندین کشور اروپایی هموار می‌کند.

راه آهن در سراسر جهان نیز با چالش های مرتبط با بلایای طبیعی مواجه است. راه‌آهن‌های جدید و بازسازی‌شده به طور فزاینده‌ای با توجه به تغییر آب و هوا طراحی می‌شوند: بهبود زهکشی، حفاظت از محیط زیست و احیای مناظر طبیعی در افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان راه‌آهن نقش دارد.

در همین حال، آگاهی از آسیب های زیست محیطی ناشی از سفرهای هوایی قبلاً منجر به احیای سفرهای ریلی شبانه در اروپا شده است.

هایپرلوپ: قطار آینده یا نه؟

در مورد قطارهای آینده، البته باید در مورد فناوری هایپرلوپ صحبت کنیم. استفاده از خلاء برای سفر با سرعت بیش از 1000 کیلومتر در ساعت - این همان چیزی است که ما در مورد آن صحبت می کنیم. به عقیده بسیاری، این روش حرکت ما را متحول خواهد کرد. اما تردیدهای منطقی وجود دارد. به بیان ساده، این یک قطار در یک لوله است. با حذف دو عامل کاهش سرعت خودروها کار می کند: هوا و اصطکاک. سیستم هایپرلوپ از دو عنصر اصلی تشکیل شده است: لوله و کپسول. لوله ها تقریبا خلاء هستند. کپسول ها وسایل نقلیه تحت فشاری هستند که در داخل لوله ها حرکت می کنند. ایده استفاده از آهنرباهای دائمی در خودرو است.

مانند واگن‌های ریلی، غلاف‌ها نیز در کاروان‌ها حرکت می‌کنند. در حالی که واگن های قطار به یکدیگر متصل می شوند، کپسول های هایپرلوپ می توانند به مقاصد مختلف سفر کنند. همانطور که هنگام رانندگی در بزرگراه، هر یک از آنها می توانند جاده را ترک کنند و جهت حرکت را تغییر دهند. آنها می توانند بسته به جهتی که در آن قرار دارند به ستون ها بپیوندند یا آنها را ترک کنند. سیستم های حمل و نقل هایپرلوپ کاملا الکتریکی هستند. علاوه بر موتورها، مجموعه ای از آهنرباها برای فشار دادن کپسول ها در هر کیلومتر استفاده می شود. عدم وجود تقریباً کامل مقاومت هوا و اصطکاک به این معنی است که نیازی به پیشرانه دائمی نیست. بنابراین انرژی کمتری مورد نیاز است.

در سال 2013، ایلان ماسک یک سند فنی منتشر کرد که در آن عملکرد یک سیستم انتقال لوله خلاء را شرح داد. از آن زمان، چندین تیم در سراسر جهان کار بر روی این مفهوم تحرک را آغاز کرده اند.

هایپرلوپ هنوز یک چالش مهندسی بزرگ است. اگرچه بر روی کاغذ عملی بودن آن ثابت شده است، اما در عمل چالش های بسیار بیشتری وجود دارد. علاوه بر هزینه های قابل توجه راه اندازی، آب بندی لوله ها به هزینه های قابل توجهی برای نگهداری نیاز دارد. مسیرهای هایپرلوپ از فولاد ساخته شده است که بسته به دمای بیرون منبسط و منقبض می شود. این باعث شل شدن مفاصل می شود. این می تواند منجر به هزینه های قابل توجه تعمیر و نگهداری شود. نکته دیگر تملک زمین است. علاوه بر این، بسیاری از جنبه های ایمنی هنوز باید مشخص شوند - در صورت بروز نقص، سفر می تواند بسیار خطرناک تر باشد. چنین سرعت بالایی می تواند باعث سرگیجه مسافرانی شود که در طول سفر نیز فضای محدودی برای حرکت خواهند داشت.

چندین گروه در اروپا و جهان روی برنامه های Hyperloop کار می کنند. با این حال، چالش‌هایی که باید بر آن‌ها غلبه کرد - بودجه، امنیت و زمین - هنوز موانع اصلی در راه استقرار هایپرلوپ هستند. تا زمانی که آنها حل نشوند، ایده سفر در لوله یک رویا باقی خواهد ماند.

ویزوفکی

تخمین زده می‌شود که تا سال 2050، راه‌آهن‌های مسافری و باری ستون فقرات شبکه‌های حمل‌ونقل ما را تشکیل خواهند داد و مسیرهای طولانی بین هاب‌های چندوجهی بخشی از شبکه‌های محلی خواهند بود. با حمایت های سیاسی و فنی لازم، راه آهن نیز نقش فزاینده ای در حمل و نقل بین المللی ایفا می کند و جایگزینی با کیفیت برای حمل و نقل جاده ای و سفرهای هوایی کوتاه مسافت فراهم می کند.

برای آینده قابل پیش‌بینی، سرمایه‌گذاری در سراسر جهان همچنان عمدتاً بر اساس راه‌آهن‌های سنتی فولاد روی فولاد خواهد بود. هیچ دلیلی برای شک وجود ندارد که این امر آینده حمل‌ونقل ریلی را برای دهه‌های آینده تعریف می‌کند - درست همانطور که برای تقریبا 200 سال گذشته است.

خب، اینها همه راه هایی است که ما می توانیم روزی بدون آسیب رساندن به محیط زیست از آن عبور کنیم. اما در حال حاضر، آینده در حال حاضر اینجاست: راه آهن پرسرعت راهی سریع و کم کربن برای سفر بین شهرها ارائه می دهد. اگر قرار بود جیمز لگ امروز به پکن سفر کند، به کشتی نیازی نداشت و مطمئناً نیازی به قاطر نداشت. او فقط سوار قطار می شد.

همچنین بخوانید:

• هواپیماهای مسافربری آینده چگونه خواهند بود
• 6 موشک بالستیک قاره پیما (ICBM) که می توانند به جهان پایان دهند