A mágneses lebegtetésű vasúti járművek, bár lassan fél évszázados fejlesztést tudhatnak maguk mögött, még napjainkban is csupán gyerekcipőben járnak, az 1960-as évektől a világ különböző pontjain kialakuló kezdeményezésekből műszaki vagy éppen anyagi okok miatt csupán alig fél tucat, efféle technológiával megépült vonal állhatott az utazó tömegek szolgálatába. E vonalak is azonban kizárólag városon belüli közlekedést tesznek lehetővé, a jelenlegi leghosszabb viszonylatú, rendszeres utasforgalmat bonyolító Shanghai Maglev a kvázi belváros és a Pudong repülőtér között is mindössze 30,5km-es távot hidal át.

Japánban magleven jelenleg egyelőre csupán a 2005 márciusában, Nagoya elővárosában bemutatott LINIMO-val utazhat bárki, mely 8,9km-en teremt összeköttetést a Nagoya Subway Fujigaoka és az Aichi Loop Line Yakusa állomásai között. A LINIMO technológiája azonban jellemzően szintén a hagyományos adhéziós kötöttpályás városi járművekhez (pl. nagyvasút, villamos, monorail stb.) képest nyújt előnyt, hiszen hasonlóan agilis mint egy villamos, jól bírja a gyakori megállásokat és gyakorlatilag zajmentesen üzemeltethető.

A LINIMO-t, Japán első, bárki által igénybe vehető maglev vonalát, mint a HSST ambíciók első úttörőjét 2005-ben adták át. Hasonló technológiával azonban azóta sem készült új vonal Japánban, ám Kínában nagy jövő elé nézhet e megoldás.

Úgymond „Intercity”, tehát távolsági forgalmat bonyolító maglevre a Chuo shinkansen Shinagawa és Nagoya szakaszának 2027-re (?) tervezett átadásáig, vagy adott esetben a 2020-as olimpiáig, a Shinagawa és Kofu állomások közötti „demó” szakasz megnyitásáig kell várnunk.

A japán mágnesvasút technológia röviden

 

Pontosabb lenne ugyan a „Japánban alkalmazott maglev technológiák” megnevezés, hiszen egyik megoldás sem eredendően japán találmány, ám annak fényében, hogy a későbbiekben itt részletesebben bemutatásra kerülő technológia a világon is egyedülálló (és várhatóan még egy darabig így is marad), talán nem túlzás egyszerűen „japán maglevként” illetni azt.

A várhatóan sorozatgyártásra kerülő L0-s széria egyik járműve halad Fuefuki városának közelében. (Forrás: Tetsudo Channel)

A maglev előnyeinek és hátrányainak felfedezéséhez érdemes először a felhasznált technológiákat is megismernünk. Napjainkban a maglevek kétféle, egymástól gyökeresen eltérő módszert alkalmaznak a járművek lebegtetésére és meghajtására. Jelenleg az ún. eletromágneses lebegtetéssel (EMS, Electromagnetic suspension) kapcsolatban vannak a legátfogóbb gyakorlati ismereteink, hiszen a német Transrapid technológiával megépült Shanghai Maglev mellett, a helyi elnevezéssel HSST-ként (High Speed Surface Transport) illetett LINIMO, a dél-koreai Incheon Maglev, a szintén dél-koreai Daejeon városában közlekedő Daejeon Expo Maglev és még néhány további, kínai városi közlekedési vonal (Changsha reptéri vasút, Pekingi Metró S1-es vonal stb.) rendelkezik efféle megoldással.

Lényeges különbség azonban, hogy míg a Shanghai Maglev lineáris szinkronmotorral, addig a LINIMO és társai lineáris indukciós motorral hajtják magukat. (A lineáris motor egyébként nem kizárólag a maglevek velejárója, hiszen csak Japánban több mint egy tucat hagyományos metró hajtásáról gondoskodik lineáris indukciós motor, de többek között Kínában, Dél-Koreában és Kanadában is megtalálhatjuk e technológia képviselőit.)

A Yokohama Subway zöld vonalán közlekedő 10000-es sorozatú járművek szintén a lineáris motorral felszerelt vonatok táborát erősítik, a sínszálak között így megfigyelhetjük a lineáris motor állórészét. (Forrás: Train Directory)

Az elektrodinamikus lebegtetés (EDS, electrodynamic suspension) azonban egy relatíve kevésbé feltérképezett módja a járművek meghajtásának, lebegtetésének, hiszen az ezzel kapcsolatos gyakorlati információink legnagyobb (ha nem a teljes) része a tesztüzemben lévő japán SCMaglevből származik.

A továbbiakban az EDS rendszerről lesz szó, így a tudomány előtt érdemes szétválasztanunk a hajtást és a lebegtetést/oldalvezetést. Az EDS rendszer esetén a hajtásról ún. hosszú sztátortekercselésű lineáris szinkronmotoros (LSM, Linear Synchronous Motor) hajtás gondoskodik, mely tulajdonképpen nem más, mint egy hagyományos forgó szinkrongép, csak kiterítve, ahol az állórész (sztátor) a pálya, a forgórész pedig maga a jármű.

A hagyományos forgó szinkronmotor és az LSM összehasonlítása. (Forrás: Yamanashi Prefectural Maglev Exhibition Center)

Az EDS lebegtetésű járművek villamos hajtásában jelentkező eltérést a Transrapid és HSST járművekhez képest elsősorban a szupravezető mágnesek alkalmazása okozza. Az EDS lebegtetésre alkalmazott szupravezető mágnesek lényegesen nagyobb mágneses indukciót hoznak létre, illetve fizikai méretük is messze meghaladja az EMS társaikban található váltazatokét, hiszen pólusosztásuk akár 2 méter is lehet, szemben a Transrapid és HSST járművek max. 20-30cm-ével.

Hangsúlyozandó azonban, hogy szupravezető mágnesekből csupán 4-6 kap helyet egy-egy kocsin, ebből kifolyólag a vonóerő a forgóvázas vasúti járművekhez hasonlóan helyileg koncentrált, a szupravezető mágnes csoportoknak megfelelő helyen.

A japán maglevek hajtásának elméleti vázlata. (Forrás: Neomag)

Most pedig következzék az érdekesebb rész, a lebegtetés: Az elektrodinamikus lebegtetés a járművön elhelyezett nagy térerejű mágnesek (szupravezetők), és a pályán, egymás mellett elhelyezett rövidrezárt tekercsek (v. hurkok) közötti induktív mágneses kölcsönhatáson alapul.

Az EDS rendszer legfontosabb előnye, hogy a lebegtetés eredendően stabil, visszacsatolt helyzet-szabályozás nem szükséges (mely pl. EMS rendszer esetén kiritikus fontosságú az alacsony, néhány milliméter magasságú lebegtetés miatt).

A japán mágnesvasútban alkalmazott szupravezető mágnesek főbb részei.

A lebegtetési magasság kis eltérése is olyan határozott visszahatást hoz létre a rövidrezárt tekercsekben, mely a járművet (a mágnest) visszatéríti az eredeti lebegtetési pozícióba. Az EDS rendszer hátránya viszont, hogy kb. 150km/h-nál alacsonyabb járműsebesség esetén a rövidrezárt tekercsekben indukálódó áram nem elég nagy olyan erő létrehozásához, ami a jármű tömegét meg tudná tartani.

Emiatt a járművet (gumi)kerekekre kell leereszteni mindaddig, amíg el nem éri azt a sebességet, aminél a lebegtetés már fenntartható. Mivel a járműnek bármely helyen meg kell tudni állnia, emiatt az egész pálya úgy lett tervezve, hogy egyaránt képes legyen kis- és nagysebességű működésre.

A japán maglev jármű keresztmetszete a pálya és a jármű főbb berendezéseivel.

A pályában található tekercselés egymás mellett elhelyezett nyolcas alakban összekapcsolt menetekből áll. Az úgynevezett nulla-fluxusú lebegtetés működése azon alapul, hogy a járművel együtt mozgó mágneses tér a felső, és az alsó hurokban azonos irányítású indukált feszültséget hoz létre, amelyek azonban a nyolcas alakú kötés miatt a felső és alsó menetekben szembekapcsolódnak, részben kioltják egymást.

Az eredő feszültség által keltett áram a felső és alsó menetekben ellentétes irányú mágneses teret hoz létre. A rendszer önszabályozó, azaz minimális maradó áramra („nulla-fluxusra”) törekszik. Ha valakit nagyon érdekel a nulla-fluxus részletesebb leírása, az a Google Szabványok között megtalálja az eredeti, 1969-es változatot, illetve a japán maglev adaptációját.

A japán maglev lebegtetési és oldalvezetési megoldásai rövidrezárt, „nulla-fluxusú” hurkok segítségével. (Forrás: Neomag)

A maradó áramot az szabja meg, hogy mekkora erő kell a jármű tömegének ellentartására, és emiatt mennyire kell lesüllyednie a szupravezető mágnes középvonalának a hurokkereszteződéshez képest. A jármű függőleges lebegtetési magasságát, azaz menet közben a helyzetét, a rövidrezárt hurkok geometriai elhelyezése, oldalmagassága szabja meg.

A japán mágnesvasút járművein található legnagyobb vívmány a szupravezető mágnesek alkalmazása, melyekből egykor ún. LTS (Low Temperature Superconductor) és HTS (High Temperature Superconductor) változatok is készültek. A „low temperature”, azaz alacsony hőmérsékletű szupravezetők ideális működési hőmérséklete 4,2K (-268,95°C) körül van, nevével ellentétben azonban a „high temperature” is maximum 20K-t (-253,15°C) takar.

A japán mágnesvasutakban alkalmazott egykori HTS szupravezető mágnes modellje.

Korábban több kísérlet is folyt a HTS szupravezetők alkalmazásának lehetőségeivel kapcsolatban, így például ún. REBCO ötvözetből is készültek mágnesek. A REBCO a RE-Ba₂Cu₃O_y összegképletből alkotott mozaikszó, ahol a „RE” a ritkaföldfémeket (szkandium, ittrium stb.) hivatott rövidíteni. Bár a REBCO nagy előnyei, hogy hűtéséhez a jóval olcsóbb és könnyebben hozzáférhető folyékony nitrogén is elegendő, illetve szupravezető mivoltát akár több tíz tesla mágneses indukció esetén is megtartja, az előállítása, valamint kedvezőtlen mechanikai tulajdonságai, doménalkotó képességei okán végül háttérbe szorult a kvázi bevált, folyékony héliummal hűtött NbTi (nióbium-titán) és egyéb, II. típusú LTS szupravezetőkkel szemben.

Felhasznált irodalom:

[1] – Hyung-Suk Han, Dong-Sung Kim: L0. In: Hyung-Suk Han, Dong-Sung Kim: Magnetic Levitation. New York, NY, Springer, 2016. pp. 210-216.
[2] – Watanabe Takeshi: 浮上式鉄道車両 [Lebegtetett vasúti járművek]. Railway Research Review, 2017. (74. évf) 8. sz. pp. 28-31.
[3] – Vincze Gyuláné, Balázs Gergely György: Elektrodinamikus lebegtetés. In: Vincze Gyuláné, Balázs Gergely György: Villamos járművek

A japán mágnesvasút története

 

Az első, mágnesvasúttal kapcsolatos történésekig 1963-ig, a Vasúttechnológiai Intézet (鉄道技術研究所, tetsudō gijutsu kenkyūjo) megalapításáig kell visszamennünk az időben. A Tokyoban található Kokubunji városában létesített mintegy 220 méter hosszú tesztpályán az LSM200-as sorozatú jármű 1972 márciusában kezdte meg a tesztfutásokat, a gyakorlatilag felépítmény nélküli, lineáris szinkronmotorral (innen az LSM elnevezés) ellátott, mindössze 4 méter hosszú, 1,5 méter széles és 0,8 méter magas, értelemszerűen személyzet nélküli „jármű” mindössze a szupravezető mágnesek általi lebegtetés és az LSM motor tesztelésére szolgált, így a berendezés oldalvezetést egy U alakú pályán, továbbra is gumikerekek biztosították.

Nem kellett azonban sokáig várni az első, ténylegesen is járműnek nevezhető maglevre, hiszen 1972 októberében, a 7 méter hosszú, 2,5 méter széles, 2,2 méter magas és 3,5 tonna öntömegű ML100-as jármű is bemutatkozott, mely immár 4 fő befogadására is alkalmas volt, akiket legfeljebb 60km/h-val röpíthetett tova az időközben 480 méter hosszúvá bővített pályán. Az U alakú pálya helyett itt alkalmaztak először ún. „fordított T” alakú vezetősínt, melyen gyakorlatilag egészen 1980-ig kísérleteztek.

A második japán kísérleti EDS jármű, az ML100 a Tetsuei Giken (鉄栄技研) kakudai tesztpályáján 1965 októberében. (Fotó: Tetsuo Usui)

Az előzetes eredmények bíztatóak voltak, így hamarosan felmerült egy új, teljes értékű tesztpálya létesítésének a gondolata. Az új helyszín kiválasztása viszonylag könnyen eldőlt, hiszen Kyotani Yoshihiro (京谷好泰) a JNR maglev kutatásokért felelős munkatársa korábban a hagyományos vasúti kocsik tesztelésére kialakított Karikachi-tesztpályánál (狩勝実験線, karikachi jikkensen) dolgozott, ahol saját bőrén tapasztalhatta, hogy milyen környezeti problémákkal jár egy tesztpálya üzemeltetése. Ebből kifolyólag az új tesztvonal nyomvonala viszonylag távol esett mindenféle lakott környéktől, beleértve a vidéki régiókat is, hiszen a tesztpályáknál használt rádiófrekvenciák zavarták a helybéliek TV-adását, nem is beszélve a zajterhelésről. A Japán déli részén található Miyazaki prefektúra ráadásul szívesen támogatta a beruházást, így a teljes, egy 10000 méter sugarú ívet és (később) egy kitérőt tartalmazó, 7km hosszú tesztvonal 1979-re készült el a Nippo fővonal Mimitsu és Higashi-Tsuno megállói közt, ám a korábban, 1977-re megépült 1,2km-es szakaszon már ez év áprilisában megkezdődtek a kísérletek.

A beruházás hamarosan meghozta gyümölcsét, hiszen az ML100-as modellhez képest csekély mértékben, 13,5 x 3,7 x 3,8 (h x sz x m) méteresre duzaddt, 10 tonnás, 250kA magnetomotoros erővel (a tekercsek menetgerjesztése) lebegtetett és 450kA-ral hajtott (hajtás + oldalvezetés), ML500-asra keresztelt, személyzet nélküli jármű 1979. december 21-én 517km/h-val megdöntötte a leggyorsabb vasúti jármű sebességrekordját, melyet egészen 1997-ig őrzött.

Az ML500-as jármű 2014-ig a mára már bezárt Osakai Közlekedéstudományi Múzeumban volt megtekinthető, azóta pedig az RTRI (Railway Technical Research Institute) Kokubunjiban található tárlatát erősíti. (Forrás: Galaxy Bear)

A sebességrekordok bíztatóak voltak, azonban az üzembiztosság eléréséig még számos további akadályt kellett leküzdeniük a szakembereknek. Egyik ilyen, mielőbbi megoldást igénylő feladat volt a szupravezető mágnesek folyamatos hűtésének biztosítása. Az erre a célra alkalmazott folyékony hélium, hűtő híján ugyanis az üzem során fokozatosan felmelegedett, majd elpárolgott, az utánpótlás pedig drága és körülményes volt, illetve belátható, hogy a jövőbeni, többszáz kilométereket áthidaló vonal esetén a hűtőfolyadék külső utánpótlása nem életszerű.

A módosított, ML500R jelű jármű azonban már áthidalja ezt a problémát a fedélzetre telepített hűtő berendezéssel (innen a megjelölésben található „R” betű is, mely az angol „refrigerator” (hűtő) szót hivatott reprezentálni), mely viszont további 2,7 tonnával növelte a jármű öntömegét, így az ML500R saját, 204km/h-s végsebessége már nem volt képes sem megdönteni, sem beállítani a korábbi sebességrekordot.

Az ML500R tesztjármű alumíniumból készült kocsiszekrényére még festés sem került, az elődjénél jóval ormótlanabb kialakítás pedig az aerodinamikai tulajdonságokat is rontotta. (Forrás: Twitter)

1980-ban a Miyazaki tesztpálya átalakításával újabb fejezet nyílt a japán maglev kutatás történetében, melynek köszönhetően ismét egy lépéssel közelebb került a mindennapos utasforgalom bonyolítását lehetővé tévő jármű. Az új „U-alakú” pályán ugyanis már ugyanazok a tekercsek végezték a jármű lebegtetését és hajtását is, míg a korábban, a járművet „kettészelő” vezető sín eltűnése teret nyitott az energiafelhasználás szempontjából kritikus aerodinamikai fejlesztéseknek is.

A Miyazaki tesztpálya látképe. Az 1980-as évek elején készült bal oldali képen a kombinált, hajtásért és oldalvezetésért felelős mágnesektől még elválnak a lebegtető mágnesek, míg a jobb oldali, 1986-ban készült felvételen már a gyakorlatilag napjainkban is használt megoldást láthatjuk. (Forrás: RTRI)

Az új, MLU001 jelű jármű „U” betűje ezt az újítást hangsúlyozta ki. A háromrészes maglev első kocsija 1980 novemberében készült el, míg a társai 1981-ben és 1982-ben követték, így, amíg csak egyetlen kocsi állt rendelkezésre, annak vezérlőfülkével ellentétes végére egy CFRP-ből (Carbon Fibre Reinforced Polymer; szénszál erősítésű polimer) készült „ál-orrkúpot” helyeztek, hogy a jármű mindkét irányban hasonló légáramlástani tulajdonságokkal rendelkezzen.

Az A2024-es (AlCuMg2) és A5083-as (AlMg4,5Mn) anyagminőségű alumíniumötvözetből készült, 10,1 (vezérlőkocsi), illetve 8,2 méter (közbenső kocsi) hosszú, 3 méter széles és 3,3 méter magas egyenként 10 tonnás kocsik 8 ill. 16 fő befogadására voltak alkalmasak. A járművön elhelyezett, 97kg tömgeű, 1,7 méter hosszú és fél méter magas, 1000 menetből álló NbTi szupravezető mágnesek (tekercsek) egyenként 700kA menetgerjesztést és 4,7 tesla mágneses indukció létrehozására voltak képesek (egy átlagos MRI kb. 3-4T-vel üzemel), mellyel így az MLU001 saját sebességrekordja három kocsival 352km/h, 2 kocsival, személyzet nélkül pedig 405,3km/h lett, melyeket 1986-ban és 1987-ben, az MLU002-es jármű érkezéséig teljesített.

Az MLU001-es jármű egyik, SUS304L (X2CrNi18-9) acélköpennyel védett szupravezető mágnese és annak folyékony hélium hűtője a Yamanashi prefektúrában található Yamanashi Prefectural Maglev Exhibition Center tárlatában.

Az 1987 februárjában bemutatott, 22 méter hosszú, 3 méter széles, 3,7 méter magas és 17 tonna öntömegű, szintén A2024 és A5083 alumíniumötvözetekből készült vázzal és borítással, CFRP orrkúppal ellátott MLU002 a mágnesek elrendezésében hozott áttörést, megteremtve a kvázi „forgóvázas” elrendezést, melynek köszönhetően csupán a jármű elején és végén találhatunk szupravezető mágneseket, melyek a primer- és szekunder rugózás biztosítása mellett egyszerűbb és könnyebb szerkezetet tettek lehetővé.

Az MLU002-es jármű vázlata és főbb méretei. (A képre kattintva az nagyobb méretben is megtekinthető! Forrás: Nakashima Hiroshi, Oda Kazuhiro 1989. Magnetically leviated vehicle and material. Journal of Japan Institute of Light Metals 40: pp. 229)

Az MLU002 forgóvázai így A7N01 (AlZn4,5Mg1) alumíniumötvözetből melegalakítással és hegesztéssel készültek, melyekre 6-6 szupravezető mágnes került. A forgóváz, illetve az alacsony sebességnél (<150km/h) üzemben lévő futómű így elengedhetetlen a biztonságos üzemeltetés szempontjából, utóbbi ennek megfelelően különlegesen szigorú követelmények szerint, többek közt az F-104-es vadászbombázó futóműveinek egyes elemeit átvéve, AlMg ötvözetből, kerámia csapágyazással készült. Az MLU002 esetén ráadásul tovább csökkent a szupravezető mágnesek tömege is, így egy-egy egység már csak 77kg volt, ám 700kA menetgerjesztéssel már 5,1T indukciót voltak képesek kialakítani. Érdekes módon a JNR 1987. április 1-jei felbomlása nem érintette különösebben érzékenyen a maglev kísérleteket, köszönhetően annak, hogy a Vasúttechnológiai Intézet átszervezésével létrehozott RTRI továbbra is képes volt finanszírozni a kutatást, sőt, 1990 márciusára a Miyazaki tesztpályához tartozó, 1,3km hosszú mellékvonal is elkészült, mellyel már kitérő („váltó”) segítségével is tesztelhették a járműveket.

A privatizáció így nem éreztette hatásait, ellenben az MLU002-es jármű 1991. október 3-i balesete hosszú hónapokig hátráltatta a további fejlesztéseket. Az elődjéhez képest némileg módosított MLU002N jelű jármű 1993 elején mutatkozott be, ám ez idő tájt már javában zajlottak a Yamanashi tesztpálya építési munkálatai is, így az MLU002N 1995-ben felállított 411km/h-s saját rekordját követően a japán maglev kísérletek helyszíne 1996-ban a Japán Alpok mélyére költözött.

A Yamanashi mágnesvasút tesztvonal, illetve a leendő Chuo shinkansen részlete Tsuru városában.

Netes forrásokkal ellentétben a JR Central nem azonnal a privatizációt követően, hanem csak 1990-ben szállt be ténylegesen a japán mágnesvasutas buliba, így a vasúttársaság, oldalán a (2003-ban megszűnt) Japan Railway Construction Public Co.-val és természetesen az RTRI-vel csak az 1990-es évek közepétől nyitotta meg a kutatások új korszakát. A kezdetben mindössze 18,4km hosszú (ebből 16km alagút), 8000 méteres minimális ívsugárral és legfeljebb 40‰-es emelkedőkkel megépült új tesztvonal a jövőre készülve már két „vágánnyal” (déli és északi) épült meg, melyek közül az északi ág 22kV-os, a déli pedig 11kV-os villamosítást kapott.

A vonalon az első futóműtesztek (tehát még lebegtetés nélkül) 1997 áprilisában kezdődtek meg legfeljebb 200km/h-val, míg az első, ténylegesen elektrodinamikus úton lebegtetett és hajtott próbafutásra 1997. május 30-án került sor. A teljesen új, Mitsubishi Heavy Industries és Nippon Sharyo gyártmányú, 3 kocsiból álló MLX01-es tesztjárművek első szerelvénye már valamivel korábban, 1995-ben elkészült, melyet 1997 októberében követett a második, ám már 4 kocsiból álló jármű. E járművek tesztelése során minden eddiginél nagyobb szerepet kaptak az aerodinamikai fejlesztések, így a vezérlőkocsik eltérő kialakítású orrokat kaptak.

Az MLX01-1-es „double cusp” kivitelű vezérlőkocsi a nagoyai SCMaglev & Railway Park kiállításában.

Az elkészült összesen 7 darab kocsit 3, illetve 4 kocsiból álló szerelvényekként az egymás mellett elhaladó járművek viselkedésének szimulálására is használták, ám a kocsik átrendezésével egy darab, 5 kocsiból álló szerelvényt is létre tudtak hozni, melyet rendszerint utasokkal való próbafutások során vetettek be. Az MLX01-es járművek vezérlőkocsijai mindkét esetben 28 méter hosszúak voltak, míg közbenső kocsiból szabvány hosszúságú, 21,6 méteres, illetve ennél hosszabb, 24,3 méteres változatok is készültek.

Az eredmények sem várattak magukra túl sokáig, hiszen 1997. december 12-én az MLX01 531km/h-val (személyzettel) megdöntötte az ML500 1979-es rekordját, míg pár nappal később, személyzet nélkül ugyan, de a jármű tervezett, 550km/h-s végsebességét is elérték. A sikertől felbuzdulva, alig egy évvel a Yamanashi tesztpálya megnyitása után, már a nagyközönség vállalkozó szellemű tagjai is kipróbálhatták a vasúti közlekedés ezen új módját, hiszen a JR Central 1998. május 17-től havi pár alkalommal lehetőséget biztosított néhány szerencsésnek, hogy testközelből is megtapasztalhassa az addig sosem látott sebességet.

Az MLX01-2-es, „aero wedge” jellegű vezérlőkocsi a Yamanashi Prefectural Maglev Exhibition Center gyűjteményéből.

A MLX01 (illetve minden további jármű) esetén a szupravezető mágnesek a kocsik elejénél és végén kaptak helyet, így kb. Jacobs-forgóvázhoz hasonló módon kapcsolják össze azokat. A műszaki szempontok mellett azonban természetesen nem lehetett figyelmen kívül hagyni az utasokat terhelő nem-ionizáló sugárzást sem, így, az egyébként árnyékolt mágnesek relatíve távol találhatóak az utastértől. Az ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) előírásai szerint a jármű padlójától mért 1 méteres magasságban 0,44mT a megengedett legnagyobb (elektro)mágneses indukció, a tesztek során azonban, kb. 500km/h mellett ennek csupán a negyedét, 0,11mT-t mértek.

Időben lassan el is érkeztünk a várhatóan „kereskedelmi forgalomba” kerülő L0 széria közvetlen elődjeihez, a 2002-ben bemutatott MLX01-901 és MLX01-22 járművekhez, melyek közül előbbi az L0-hoz hasonló, ám annál jóval hosszabb orral készült. Ekkor már összesen 9 tesztkocsi állt a rendelkezésre, ám a végleges kialakítás felé közeledvén az 1995-ben és 1997-ben gyártott kocsik közül a legtöbbet selejtezték, így 2005-re csupán a 4 kocsiból álló, MLX01-901 + MLX01-22 + MLX01-12 + MLX01-2 konfiguráció maradt meg.

2009-ben az MLX01-901-es és MLX01-22-es járműveket, átalakítást követően MLX01-901A és MLX01-22A néven helyezték ismét forgalomba, melyhez a két régebbi, MLX01-12-es és MLX01-2-es kocsi társult. A bal oldali képen az eredeti, 1995-ben készült „aero wedge” MLX01-2-t, míg a jobb oldalin a kvázi végleges formatervvel bíró „ultra long nose” MLX01-901A-t láthatjuk. (Forrás: Tetsudo Journal)

Meglepő lehet, de a fedélzeti villamos berendezések, így a héliumhűtő, a szupravezető mágnesek, a légkondicionálók vagy az utastér világításának energiaellátása is csak a 2010-es évekre vált véglegessé. Korábban erre a célra két megoldás is mutatkozott, melyek közül az egyik a járműre telepített gázturbinák (!), míg a másik a valamivel elegánsabb lineáris generátor voltak.

Bár a gázturbina a lineáris generátorhoz képest kőbaltának tűnik, alkalmazásuk, a kiépítési költségek tükrében, nem volt alapvetően halott gondolat. Hosszas kísérletezés után azonban biztonsági és helytakarékossági megfontolásból kifolyólag elvetették a gázturbina ötletét, melyekből szerelvényenként kettőt kellett volna a járművekre telepíteni (+ tüzelőanyag), növelve a tűzveszélyességet és a mozgó alkatrészek számát, ráadásul az utaskapcitás is csökkenne, néminemű károsanyag-kibocsátással karöltve.

Az MLX01 segéd- és főüzemi mágnesei a védőborukolat nélkül. (Forrás: Ministry of Land, Infrastructure and Transportation)

Az évtizedes kísérletek gyümölcseként végül 2011 szemptemberében bukkant fel a Mitsubishi Heavy Industries – Nippon Sharyo kooperációban készült L0-s széria első tagja, mely az MLX01-re alapozva, az MLX01-901A orrkialakításával került bevetésre, így a sorozatgyártásra kerülő további járművek is hasonló látványvilágot fognak elénk tárni.

A 16 kocsisra tervezett szerelvények vezérlőkocsijai 28 méter, míg a közbenső kocsik 24,3 méter hosszúak, a jármű magassága 3,1 méter, szélessége 2,9 méter, mely így valamivel keskenyebb járműszekrényt jelent a hagyományos shinkansenhez képest. A keskenyebb jármű okán a megszokott 2+3 elrendezésű üléssorok helyett várhatóan mindkét osztályon 2+2 elrendezést találunk majd, így a vezérlőkocsi 24, a közbenső kocsik pedig 68 fő befogadására alkalmasak, a teljes szerelvény utaskapacitása pedig 1000 fő. Bár az L0 2015-ben 603km/h-val új sebességrekordot állított fel, az üzemi végsebesség egyelőre „csak” 505km/h lesz.

A leendő Chuo shinkansen

 

Függetlenül attól, hogy a világ jellemzően csak a két végletre, a sikerekre és a bukásokra figyel fel csupán, a sebességrekordok és a jövő új tömegközlekedési módjának cukormáza alatt a kivitelezéssel is akadnak nehézségek bőségesen, melyet érthetetlen módon gyakran a japánok gyártanak önmaguknak. Az egy dolog, hogy a teljes (tehát nemcsak a Tokyo – Nagoya, hanem a Tokyo – Osaka szakasz) vonal jelenlegi költségeit 86 milliárd USA dollár körülre kóstálják (viszonyításképpen a 2016-os magyar nominális bruttó hazai termék 124,3 milliárd USA dollár volt), a projektnek az Obayashi cégcsoport körül kialakult botrány, illetve a Mitsubishi, járműgyártásból való kiszállása sem tett jót.

A Chuo shinkansen látképe a Fuefuki városának közelében található kilátóról.

Tekintve, hogy a végleges vonalvezetés még csak a Tokyo – Nagoya szakaszra készült el, így egyelőre én is csak erről tudok többet írni. Ahogy láthattuk, a Chuo shinkansen első szakaszát valójában a 18,4km hosszú Yamanashi tesztpálya jelentette, melyet 2013 augusztusáig bővítettek a napjainkban is látható 42,8km-re, megépítve ezzel viszonylag nagy hányadát a 2027-re tervezett 285,6km-nek.

Nem volt egyébként végig teljesen egyértelmű, hogy a mágnesvasút kísérletei majd egyszer mindennapos, bárki számára elérhető közlekedési alternatívaként manifesztálódnak, hiszen 2009-ig még egy „hagyományos (adhéziós) Chuo shinkansen” építése is felmerült, mely a Tokaido, Sanyo és más nagysebességű vonalak példájára húzódna a Chuo fővonal (中央本線, Chūō honsen) mellett. Az efféle vonalnak több előnye is lett volna, hiszen könnyedén hozzáépíthető a már meglévő nagysebességű vasúti infrastruktúrához, melyen a korábbi tesztfutásokon 443km/h-t is elért 300X jelű járművek kereskedelmi változatai nyújthattak volna alternatívát a zsúfolt és napjainkra már erősen öregedő Tokaido shinkansen mellett.

Egy ideig úgy tűnt, hogy maglev helyett a képen látható 955-ös sorozatú tesztjárművek sorozatgyártott változatai lesznek a Chuo shinkansen járművei.

A JR Central azonban végül elvetette a hagyományos nagysebességű pálya építésének gondolatát, így 2009-ig biztossá vált, hogy a japán maglev kísérletek nem kerülnek a levesbe, annak ellenére, hogy jelenleg maglevvel egy utas egy kilométerrel való elmozdításának energiaigénye durván háromszoros a hagyományos shinkansenhez képest.

Az előzetes topográfiai és geológiai mérések alapján a JR Central három lehetséges nyomvonalat jelölt ki a Chuo shinkansen számára, melyek közül az „A” vonal a jelenlegi Chuo fővonalat követve egészen Shiojiri környékéig húzódott volna, majd nyugat felé fordulva, a Kiso-völgy (木曽谷, kiso dani) érintésével, két naganoi állomással, összesen 334km-en kötötte volna össze Nagoyát és Tokyot. A 346km-re tervezett „B” vonal hasonló elrendezésben, szintén két naganoi állomással, az Ina-völgyön (伊那谷) keresztül, míg a mindössze 286km-re becsült „C” vonal a „Japán Alpokon” átvágva, egyetlen naganoi megállóval kötötte volna össze a két nagyvárost. Bár Nagano prefektúra sokáig keményen lobbizott a leghosszabb „B” útvonalért, a költségek és a műszaki lehetőségek figyelembevételével a JR Central végül a „C” nyomvonalat fogadta el, melyre Ohata Akihiro (大畠章宏) akkori közlekedési miniszter 2011. május 26-án adta áldását.

A jelenlegi Tokaido shinkansen és a három tervezett maglev nyomvonalai. (A képre kattintva nagyobb méret is elérhető!)

A véglegesített nyomvonalon így a végállomásokkal együtt összesen 6 állomás kap helyet, elosztva az érintett hat prefektúra (Tokyo, Kanagawa, Yamanashi, Nagano, Gifu és Aichi) között, melyekhez fekete bárányként csatlakozik a kevésbé érintett, ám annál kellemetlenebb Shizuoka is. A tervezet szerint az L0-s shinkansen kereskedelmi változatai közel 40 perc alatt futják le a teljes, Tokyo – Nagoya távot.

Az igazi kihívások pedig csak ezután kezdődtek igazán: Elsőként, már az JNR felbomlását követően is, mind a JR East, mind a JR West rosszallását fejezte ki a JR Central felé, hiszen a Tokaido shinkansenhez hasonlóan kizárólagos igényt mutattak a Chuo shinkansen fenntartására és üzemeltetésére, jóllehet, a kapcsolódó költségeket szintén teljes egészében saját forrásokból állták volna. A zavarnak végül egy 1989-es, a három érintett JR cég vezetőinek találkozója vetett véget, ahol végül ellenvetés nélkül fogadták el a JR Central „monopóliumát”.

Igen ám, de a JR Central által egyedül felállított finanszírozási ütem (illetve így a kivitelezés üteme) a későbbi Abe kormánynak nem volt ínyére, akik mielőbb szeretnék látni az új maglev GDP-re gyakorolt jótékony hatásait. Ugyan a JR Central saját teljhatalmának megőrzése végett mindenképpen szerette volna elkerülni az állami beavatkozást, a japán kormány 2016 nyarán egy olyan, 3 billió yen (kb. 28,2 milliárd USD) értékű hitelcsomagot fogadott el, mely akár 8 évvel is lerövidítheti a teljes, Tokyo – Osaka közötti építési munkálatok idejét, lehetővé téve, hogy a vonal már 2037-re elkészülhessen a tervezett 2045 helyett.

A Chuo shinkansen legújabb műtárgya, a 2018. november végén bemutatott egyik tokyoi szellőző- és menekülőakna.

Mindez jól hangzik, azonban az állami finanszírozás mikéntje, a japán belső államadósság tükrében, leverte a biztosítékot a japán adófizetőknél, hiszen a kormány további államkötvények kibocsájtásával teremtené elő a pénzt, melyek így újabb hitelterhet jelentenek az államnak. A FILP (Fiscal Investment and Loan Program) nevű kötvénykibocsátási program keretében támogatott projektek egyébként nem számítanak újdonságnak, azonban a 2016-os számokra pillantva belátható, hogy a maglev építésére szánt összeg egyedülállóan nagynak számít.

Bár a JR Central kiváló hitelképessége jelenleg nem igazán vitatható, szakértők rámutattak, hogy a jövőben várhatóan tovább csökkenő japán lakosság a cég bevételeinek több mint 80%-áért felelős Tokaido shinkansent is érzékenyen érintheti, mely a jövőben esetleg nehézségek elé állíthatja a céget.

Pályaépítési munkálatok a Tokaido shinkansen Shinagawa állomásánál. A Chuo shinkansen itteni végállomása közvetlenül a jelenlegi állomás alatt kap helyet, így statikai okokból az állomásépület több részén is cserélni kellett a meglévő pálya- és épületrészeket. (Forrás: Kiji.is)

Az anyagi források viszonylagos rendeződése mellett 2015-2016-tól az alagutak és egyéb műtárgyak, valamint az állomások építése is megkezdődött, a pálya föld alatti mivoltából kifolyólag viszont az egyszerű halandó mindebből nem sokat láthat.

S hogy ne legyen olyan egyszerű az élet, az évek során több civil szervezet is támadta, támadja a projektet vélt vagy valós félelmek alapján, melyek elsősorban a földrengések, balesetek során bekövetkező vészhelyzeti protokollokat vonják kétségbe a természet pusztítása mellett. Tény, hogy a múltban előfordultak „nem feltétlenül a mágnesvasút építésével kapcsolatba hozható természeti katasztrófák”, pl. földcsuszamlások, (meg persze biztosan a maglevhez kapcsolódó balesetek is, pl. egy kisebb omlás), illetve az is tény, hogy a Chuo shinkansen valóban nagymértékben átszabná a tájképet, továbbá többen az Oi-folyó vízgyűjtő területeinek károsodását is felvetették, maguk az építési munkálatok nem járnak nagyobb környezeti terheléssel, mint egy hagyományos shinkansen (amit e civil szervezetek jelenleg támogatnának a Chuo shinkansennel szemben, noha korábban, pl. a Hokuriku shinkansen bővítését ugyancsak ellenezték) vagy egy autópálya.

Ezen ellenhangok közül 2020 nyarára az Oi-folyó vízgyűjtőjével kapcsolatos aggályok értek el olyan szintre, melyek ténylegesen is veszélyeztetik a vonal 2027-es átadását. Shizuoka prefektúra kormányzója, Kawakatsu Heita ugyanis a JR Central vezérigazgatójával, Kaneko Shinnel folytatott tárgyalások után sem látja biztosítottnak, hogy az építés nem veszélyezteti a környékbeli természeti értékeket. Shizuokát mindössze 11km hosszan, állomás és egyéb infrastruktúra nélkül érinti a vonal, így kellemetlen, hogy éppen a legkevésbé releváns önkormányzat gördít akadályokat a projekt elé. Érdekes, hogy míg a nyugati szomszédban a kettős földtörvényekkel egész falvakat passzoltak el máshova a kirakatvasutak útjából, addig Japánban csupán a természetvédelemre hivatkozva meg lehet fogni egy presztízsberuházást.

Tájkép Iida városának közelében, melyet a jövőben a Chuo shinkansen viaduktja is tarkíthat.

A többségre azonban az olyan tények, mint a 392km/h-s átlagsebesség (szemben a Tokaido shinkansen 218km/h-jával), a 40 perces menetidő (szemben a repülő 60-70 percével (+ reptéri transzfer) vagy a Tokaido shinkansen 90-100 percével) egyelőre meggyőzöen hatnak és a nehézségek ellenére inkább pozitív hangulatban figyelhetjük a fejleményeket.

A biztonságos üzemeltetés, illetve a megfelelő óvintézkedések, menekülési útvonalak kialakítása egyébként természetesen a civil lakosság noszogatása nélkül is kiemelt fontosságú a JR Central számára, így a szakemberek a télen rendkívüli szélsőségeket mutató időjárásra, földrengésekre, üzemi balesetekre, meghibásodásokra is gondoltak. Mindezek közül talán a földrengés a legelrettentőbb, melynek esetleges hatásait az 1995-ös Nagy Hanshin, vagy a 2011-es Tohoku földrengések is mélyen belevésték a japán köztudatba, természetes hát, hogy van, aki nem szeretné mindezt egy 500km/h-val száguldó járművön, egy alagút belsejében átélni.

A Chuo shinkansen 246,6km-nyi alagutat, 23,6km-nyi magasvezetésű pályát, 11,3km-nyi hidat és mindössze 4,1km-nyi földfelszínen vezetett pályát tartalmazó Shinagawa-Nagoya szakasza, bár a Tokaido shinkansennél távolabb húzódik a Nankai törésvonaltól, lényegesen több biztonsági berendezést, így 5-10 kilométerenként szellőző- és vészkijáratot, valamint a mára már mindennaposnak számító földrengés és időjárás előrejelzőket is tartalmaz.

Meteorológiai állomás néhány műszere. (Előtérben egy Campbell-Stokes-féle napfénytartam mérő, melyet egy, a napsütéses órák számát mérő műszer, egy piranométer és egy UV szenzor követ. Volt itt még más, „relevánsabb” kütyü is, de csak ezekről van képem.)

További megoldások kedvezőtlen természeti v. műszaki események idejére:

• Villámcsapás: Valamennyi vasútvonal, így természetesen a leendő Chuo shinkansen elsődleges védelmi vonala a mennykő ellen a villámhárító, mely a pálya felett 7 méterrel húzódik. Nem egy abszolút csúcstechnológiás megoldás, de jelen pillanatban közel 100%-os hatásfokkal óvta meg a járműveket és egyéb berendezéseket.
• Szél, széllökések: A alagutak arányainak tükrében szintén nem a legjelentősebb veszélyforrás, ám a nyitott szakaszokon a legtöbb helyen szélfogók óvják az arra járó járműveket. Ettől függetlenül különösen erős szélben (125km/h<) vagy abban az esetben, ha repkedő tárgyak jelentette veszély is fennáll, úgy elrendelhetik a forgalom ideiglenes leállítását.
• Havazás, jegesedés: A legtöbb shinkansen vonalon már jól bevált „öntözőrendszer” a Chuo shinkansenről sem maradhat el, mely egyszerűen és hatékonyan akadályozza meg a hó és/vagy jég kialakulását a pályán.
• Földrengés: Valamennyi JR társaság számára rendelkezésre áll a saját földrengés előrejelző rendszere, mely a JR Central esetén a TERRA-S (東海道新幹線地震警報システム, tōkaidō shinkansen jishin keihō shisutemu) nevet viseli. E rendszer jelenleg 50 mérőállomással rendelkezik a Tokaido shinkansen mentén, illetve 1000 további mérő-/előrejelző ponttal szerte a Chubu-régió és a Nankai törésvonal környékén. A földrengés előrejelzés pontosságára főleg a Toki 325-ös járat 2004. októberi balesetét követően feküdtek rá, melynek köszönhetően a rendszer azóta minden esetben képes volt időben biztonságosan megállítani vagy elegendően alacsony sebességre lassítani a járműveket, még mielőtt a rengéshullámok elérték volna a vasútvonalat.

A Chuo shinkansen alagútjainak keresztmetszete hegyi (bal oldal) illetve városi (jobb oldal) terepen.

Míg a városban a már meglévő infrastruktúra, addig „vidéken” a vegyes, változékony talajkörnyezet okozta a legtöbb fejtörést, hiszen kohéziós talajon ill. szemcsés, töredezett köveken is át kell vágni. E célra ismét a Komatsu szolgáltatta a fúrópajzsokat, melyek ezúttal ún. talajpépmegtámasztásos változatok voltak. A helyi elnevezéssel „mud-pressurizing shield construction method”-ként (泥土圧式, deidoatsu-shiki) illetett alagútfúrási eljáráshoz használt berendezés vázlatát az alábbi ábra mutatja:

A Chuo shinkansen hegyi alagútjainak fúrásánál használt talajpépmegtámasztásos fúrópajzs vázlata. (A képre kattintva az nagyobb méretben is megtekinthető!)

Ha minden jól megy, akkor akár 2020-ra a már említett „demó” vonalon is közlekedhetünk Shinagawa és a Japán Alpok között, ám a tényleges városközi forgalomig még biztosan aludnunk kell párat. Hogy a beruházás ellenzőkre is talált, az azt hiszem lassan természetesnek mondható (max. Kínában nem), ám nem szabad elfelejteni, hogy a várhatóan pozitív gazdasági hatások mellett egy új, exportálható technológia is megjelenhet, mely adott esetben már átfogó üzemeltetési tapasztalatokkal várhatja külföldi vásárlóit.