Pociąg w uniesieniu (3/3)

Starzy inżynierowie mają takie powiedzenie: skonstruować statek kosmiczny albo zderzacz hadronów to każdy głupi potrafi. Znaleźć na to fundusze – to jest dopiero sztuka! Oto ostatni odcinek tryptyku o maglevie.

Budowa pierwszej generacji torowisk i infrastruktury maglevu w systemie japońskim i niemieckim pochłonęła średnio 25-40 mln $ na jeden kilometr. Dziś jest to koszt rzędu 18 mln$/km. Zakładając przewozy dzienne rzędu 30.000 pasażerów dziennie i przychód z jednego biletu po odjęciu bieżących kosztów operacyjnych na 10 centów, koszt takiej budowy zwraca się dopiero po 50 latach. I w tym tkwi największa trudność. Tradycyjne autostrady i linie lotnicze są na ogół bardzo silnie dotowane z publicznej kasy, także w USA, ale dla zupełnie nowego środka transportu, jakim jest maglev, trudno oczekiwać takiej łaskawości, o ile inwestycja nie będzie zwracała się już po kilku latach. Wtedy zresztą bez trudu przyciągnie także prywatnych inwestorów. Dlatego pierwsze linie maglevu powstały w Chinach, w gospodarce centralnie i dalekosiężnie planowanej,  za państwowe pieniądze i przez państwo objęte gwarancjami. Także w Niemczech i Japonii maglev popchnęły rządy, wydając na początek po 2 mld $ każdy. Jednocześnie właśnie z tego samego względu na Zachodzie, a zwłaszcza w USA, gdzie w końcu zrewidowano jednak stosunek do kolei, trwają prace nad maglevem drugiej generacji, o nazwie Maglev-2000, którego pierwsze testy zaczęły się w 2003 roku na Florydzie. Ostatecznie wybrano system oparty na magnesach nadprzewodzących, a uwaga konstruktorów skupia się obecnie na czterech głównych celach, które mają go usprawnić w porównaniu z systemami z Japonii i Niemiec: (1) obniżyć koszt budowy jednej mili torowiska z 50 mln do 12 mln $; (2) obniżyć okres zwrotu inwestycji z 50 do 5 lat, poprzez dodanie możliwości załadunku ciężarówek; (3) umożliwić elektroniczne odłączanie i przyłączanie wagonów w pełnym biegu z głównej trasy na bocznice; (4) umożliwić wykorzystanie istniejących torowisk kolei żelaznych dla pojazdów systemu maglev.

       Naprzeciw tej koncepcji wychodzą prefabrykowane (a więc produkowane tanio i masowo) filary, przęsła (mające do 62 m długości), łącza i zwrotnice torowiska, umożliwiające postulowaną łatwość rozłączeń i dołączeń wagonów w biegu. Byłyby one dowożone na miejsce budowy, gdzie jedyną wznoszoną konstrukcją byłaby betonowa stopa pod każdy filar, solidnie zamocowana w podłożu. Technologia montażu torowiska przewiduje, że kolejne segmenty będą dowożone na czoło budowy odcinkiem trasy już zbudowanej, a więc nie wymagałyby budowy dróg dojazdowych. Obniżony koszt budowy nie obejmuje jednak zakupu gruntów i modyfikacji istniejącej infrastruktury.

       Maglev był dotąd projektowany jako superszybki pasażerski dalekobieżny pociąg intercity, albo jako wolniejszy, ale też pasażerski system tranzytu miejskiego (Szanghaj). Tymczasem jego najważniejszą funkcją może stać się …przewożenie samochodów, co jest marzeniem specjalistów od tzw. transportu kombinowanego. Biznes przewozów międzymiastowych ciężarówkami w USA ocenia się rocznie na 300 mld $, a tamtejsze krajowe lotnicze przewozy pasażerskie tylko na 65 mld $. Po najważniejszej trasie lotniczej, Nowy Jork – Los Angeles lata tylko 10.000 pasażerów dziennie, a po wielu autostradach przejeżdża nawet 25.000 ciężarówek dziennie. Średni rejs ciężarówki w USA wynosi 400 mil. Gdyby na podwozia maglevu wtoczyło się tylko 20% ciężarówek (nazywa się to „piggyback”, czyli przewożeniem na świńskim grzbiecie), zwłaszcza po to, by sobie skrócić czas rejsów dalekobieżnych, rentowność maglevu poprawiłaby się tak, że można by oczekiwać zwrotu inwestycji w ciągu 3-5 lat.

       Aby o takim modelu móc mówić, maglev musi jednak zapewnić łatwy dostęp w biegu i zintegrowanie z istniejącymi środkami transportu. Ważnym wynalazkiem stają się tu nadprzewodzące magnesy czterobiegunowe, tj. mające po dwie pary biegunów NS pod kątem prostym wobec siebie, które pozwolą na szybkie przeskakiwanie wagonów z wąskiej szyny pionowej na płaski tor. Biegnąc okrakiem po wąskiej szynie głównej wagon trzyma się jej boków, czyli paneli z pierścieniami aluminiowymi i porusza dzięki działaniu magnesów o biegunach ustawionych w pionie. Wchodząc na zwrotnicę, magnes uczynnia parę biegunów w poziomie i wtedy wagon może poruszać się po torach dwuszynowych. Zależnie od tego, która szyna zwrotnicy zostanie wyłączona elektrycznie wagon albo zjedzie na bocznicę, albo popędzi dalej prosto, za chwilę znów siadając okrakiem na tańszej, wąskiej szynie i mknąc po głównej magistrali. Wagon, który zjeżdża na bocznicę, wytraca szybkość i dociera do małych stacji docelowych, gdzie wypuszcza pasażerów lub dokonuje rozładunku, np. zjazdu ciężarówek z kontenerami, po czym zabiera następnych i znów nabierając szybkości może na kolejnej zwrotnicy dołączyć w pełnym biegu do pociągu na magistrali. W ten sposób maglev nie traci zasadniczej szybkości, a zyskuje możliwość obsługi wielu stacji w regionie. Podłączenie maglevu do istniejącej sieci kolei żelaznych jest też możliwe poprzez system MERRI (Maglev Emplacement on Rail Road Infrastructure), który polega na zamontowaniu płaskich paneli zawierających pierścienie aluminiowe na drewnianych lub betonowych podkładach obecnych torowisk kolejowych. Co ważne, po torze takim nadal mogłyby jeździć zwyczajne pociągi.

       Ma to zasadnicze znaczenie przy konkurowaniu z samolotami. Maglev ma być nie tylko dużo tańszy, ale też dużo bardziej bezpieczny i wygodny. Pasażerów nie trzeba tłoczyć jak w puszce, możliwe jest nawet kilkadziesiąt połączeń na tej samej trasie na dobę, w wagonach można swobodnie chodzić i podziwiać widoki, pociąg bezszelestnie sunie, bez turbulencji i drgań. Aby przekonać Amerykanów do maglevu, na Florydzie zbudowano eksperymentalną linię 20-milową, która łączy port Canaveral z lotniskiem w Titusville poprzez Kennedy Space Center. Najbardziej śmiałe plany międzynarodowe mówią o budowie linii transsyberyjskiej, a właściwie euroazjatyckiej (Paryż-Seul, i to przez Warszawę!), gdzie szczególne zastosowanie mógłby znaleźć system MERRI, lepiej nadający się do rozstawu osi w kolejach rosyjskich, szerszego od naszych w stosunku 1524:1435 mm, a także o linii panamerykańskiej. W Australii dyskutuje się także o linii Melbourne-Perth nazwanej Ring Rail.

       Ponieważ maglev nie mając mechanicznego styku z podłożem nie powoduje tarcia, jego szybkość wydaje się nieograniczona. W praktyce jednak na otwartej przestrzeni występuje opór powietrza rosnący wraz z sześcianem prędkości co także powoduje nieznośny świst, narastający wraz z prędkością do potęgi siedemnastej. Tworzy to barierę komfortu i ogranicza prędkość do ok. 550 km/h. Co innego jednak, gdy pojazd mknie w tunelu niskociśnieniowym, czyli prawie opróżnionym z powietrza i innych gazów. Wtedy jedynym ograniczeniem staje się zakrzywienie torowiska, czyli w praktyce efekt odśrodkowy, który jednak zaczyna być ważny dopiero przy prędkości zbliżonej do orbitalnej tzn. przy 8 km/sek (180.000 mph). Na hipotetycznej trasie z Nowego Jorku do Los Angeles maglev przeleciałby takim tunelem w niecałą godzinę, a wydatek energetyczny na pasażera byłby równoważny najwyżej litrowi benzyny. (Samolot na tej trasie spala 100 galonów paliwa lotniczego na pasażera). W takim tunelu można by wtedy zastosować wspomniany system  LSM, który u końca drogi, gdy pojazd wytracałby prędkość, odzyskiwałby z niego energię wydaną na początku na rozpędzenie.

     Projekty maglevu w tunelach okołopróżniowych są przedmiotem badań już od 40 lat. Szwajcarzy przymierzają się w swych planach do ogólnokrajowego systemu metra maglevowego niemal w całości w tunelach przewierconych pod Alpami, i z góry zaplanowanych jako niskociśnieniowe. Trasa Tokio-Osaka też obejmuje długie odcinki takich tuneli. Koszt budowy tuneli w litej skale wciąż wynosi średnio 20-30 mln $ na milę, ale ciągły postęp techniczny w tym zakresie i coraz większa liczba drążonych tuneli na świecie stale go obniża i to znacząco. Dla wielu odcinków mówi się jednak o tunelu powierzchniowym, czyli o wielkiej rurze położonej na ziemi lub na wodzie, z odessanym w środku powietrzem, a to już jest tylko ułamek kosztów drążenia skały. Nie można wtedy oglądać trasy przez okno, ale rozwiązanie to ma dużo więcej zalet. Puszczenie maglevu takim tunelem prostuje, a więc skraca trasę, likwiduje problem wiatru, opadów i przypadkowych przeszkód na trasie, a może nawet i znosi samą potrzebę stosowania systemu LSM, bowiem przy rakietowej szybkości nawet tzw. opór magnetyczny, powodowany przez śladowe drobiny z pierścieni aluminiowych jest właściwie niezauważalny. To właściwie tak, jakby pocisk przemknął przez lufę. Techniczną przyszłością maglevu kolejnych generacji będą więc z pewnością tunele.

        Zakończeniem trzech odcinków rozważań o maglevie niech będzie znakomity polski film na ten temat, złożony z pięciu części, który tu załączam. Można nie czytać artykułu, ale koniecznie trzeba obejrzeć film.

                                                             Bogusław Jeznach