Treno a levitazione magnetica

MaglevTransrapid di Shanghai,operante.

Treno Maglev in Germania, non più operante.

Birmingham International Maglev, non più operante.

Untreno a levitazione magneticaoMaglevè un tipo ditrenoche viaggia senza toccare lerotaieper mezzo dellalevitazione magnetica.

Larepulsione e l'attrazione magneticavengono utilizzate anche come mezzo dilocomozione.Dato che il convoglio non tocca le rotaie, l'unica forza che si oppone al suo moto è l'attrito dell'aria, il che consente ai Maglev di viaggiare a velocità elevatissime (fin oltre i 600 km/h) con un consumo dienergialimitato e un livello di rumore accettabile.

Sebbene la velocità dei Maglev consenta loro di fare concorrenza all'aereo anche nei lunghi percorsi, gli alti costi per la realizzazione delleinfrastrutturene hanno limitato finora l'utilizzo a brevi tratte molto frequentate. Attualmenteesistono solo sei tratte Maglev operanti al mondo (tre in Cina, due in Corea del Sud e una in Giappone),tutte brevi e su tratte molto frequentate, la principale delle quali si trova aShanghai(Cina) e collega la città con l'aeroporto(33chilometriin 7 minuti e 20 secondi,velocitàmassima di 501,5 km/h e una velocità media di 250 km/h).

Tecnologia

Le tecnologie che si possono usare per realizzare un MagLev sono due:

• Sospensione elettromagnetica (EMS):utilizza elettromagneti convenzionali montati sull'estremità di una coppia di strutture poste sotto il treno che avvolgono i fianchi e la parte inferiore della guidovia. I magneti, attirati verso i binari laminati inferro,sorreggono il treno. Questo sistema però è instabile, perché bisogna controllare costantemente la distanza tra il treno e il binario, che deve essere sempre di 1 cm.
• Sospensione elettrodinamica (EDS):il treno ottiene la levitazione sfruttando le polarità opposte deimagnetidel veicolo e gli avvolgimenti siti sul binario, o viceversa. La forza repulsiva si sviluppa in conseguenza del movimento del veicolo e non è attiva a veicolo fermo. Un esempio di treno basato su tale tecnologia è ilJR-Maglev,che utilizza materiali superconduttori raffreddati fino a 20 K circa, montando a bordo refrigeratori e criostati; un altro esempio è il sistemainductrackche utilizza magneti permanenti anziché avvolgimenti superconduttori, questa tecnologia rende il veicolo totalmente passivo.

È allo studio, e sperimentalmente già realizzata, la tecnica di refrigerazione a elio liquido, in grado di raggiungere una temperatura pari quasi allo zero assoluto (a soli 0,2 K dallo zero assoluto).

Un'altra tecnica è quella che prevede l'indirizzamento di un flusso fortemente accelerato di protoni verso il magnete permanente (quello ancorato al carrello) tale da accrescerne in maniera esponenziale il campo magnetico. Tale tecnica presenta il vantaggio di poter impiegare magneti più piccoli e leggeri e quindi meno costosi, vi è però un aumento del consumo di energia elettrica.

GiapponeeGermaniasono paesi molto attivi nella ricerca sui Maglev e hanno prodotto degli approcci al problema differenti. In un progetto il treno levita grazie alla forza repulsiva dello stesso polo magnetico e si muove grazie alla forza attrattiva che si sviluppa tra due poli opposti: il treno è mosso da unmotore lineareposto nel tracciato o nel treno (o in entrambi); gli induttori magnetici di grandi dimensioni sono installati nel tracciato e questi generano ilcampo magneticonecessario a sostenere il treno e a farlo muovere. Alcuni commentatori hanno fatto notare che la realizzazione di infrastruttureferroviariebasate su questatecnologiasarebbe estremamente costosa.

Magneti fissi basati su elettromagneti o magneti permanenti sarebbero instabili per ilteorema di Earnshaw.D'altra parte magnetidiamagneticie a superconduttori non possono mantenere stabile un Maglev. Gli attuali sistemi Maglev sono stabilizzati da elettromagneti gestiti elettronicamente, molto pesanti e che richiedono elevate quantità di corrente elettrica. Il peso di un grande elettromagnete è una componente importante di un progetto per un Maglev: un campo magnetico molto intenso è necessario per far levitare un pesante treno e la ricerca convenzionale sui Maglev punta a utilizzare superconduttori per realizzare elettromagneti efficienti. Gli effetti di un intenso campo magnetico sulcorpo umanosono in gran parte sconosciuti. Per la sicurezza dei passeggeri potrebbe essere necessario aggiungere degli schermi contro i campi magnetici. L'idea è semplice, ma la progettazione dal punto di vistaingegneristicoè molto complessa.

Inductrack

Un nuovo sistema forse più economico dei sistemi convenzionali è chiamatoinductrack.Questa tecnologia è stata sviluppata dal fisicoRichard F. PostdelLawrence Livermore National Laboratorye si basa sull'utilizzo di elettromagneti non alimentati (passivi) e di magneti permanenti. La teoria si basa sull'utilizzo dellecorrenti indottedai magneti permanenti negli elettromagneti quando questi attraversano, in movimento, lelinee di campoprodotte dai magneti permanenti. Questa tecnologia necessita di corrente solamente durante il movimento del mezzo e la quantità necessaria è direttamente proporzionale alla velocità del mezzo. Nelprototipoi magneti permanenti erano montati sul carrello orizzontalmente per l'altezza e verticalmente per la stabilità. I magneti e il carrello non sono alimentati se non per dare velocità al carrello. Inductrack venne sviluppato originariamente per creare un motore magnetico che immagazzini energia attraverso il movimento del carrello. Con delle leggere modifiche al progetto la linea originale che era un cerchio chiuso è stata estesa per diventare una retta.

L'inductrack utilizza per stabilizzarsi degliArray Halbach,un insieme di magneti permanenti che stabilizzano il movimento nelle linee di forza magnetiche senza bisogno dielettricità;questi elementi infatti incrementano il campo magnetico da un lato, cancellandone la presenza dal lato opposto. Gli Array Halbach vennero sviluppati originariamente per stabilizzare il fascio degliacceleratori di particelle,inoltre generano un campo magnetico solo dal lato rivolto verso la pista, riducendo i potenziali effetti indesiderati subiti dai passeggeri.

Alcune agenzie spaziali, fra le quali laNASA,stanno effettuando ricerche sui Maglev per sviluppare un metodo economico dilanciatore spaziale.Le agenzie spaziali vorrebbero sviluppare dei Maglev talmente veloci da superare lavelocità di fugaterrestre: utilizzare un Maglev per accelerare un carrello permetterebbe di utilizzare piccolirazziper raggiungere l'orbita.L'attrito dell'aria rende difficile realizzare un Maglev che possa entrare in orbita senza utilizzo di razzi, a meno di costruire la piattaforma di lancio su una montagna molto elevata come le cime della catena dell'Himalaya.

Durante il 2010 un nuovo Maglev, il JR-MAGLEV MXL02 che usa il sistema a sospensione elettrodinamica (EDS), ha ottenuto il record di 581,6 km/h su una corsa di test. Il 21 aprile 2015 un MagLev ha raggiunto i 603 km/h durante alcuni test in Giappone nella prefettura di Yamanashi, stabilendo il nuovo primato mondiale di velocità.

Linee Maglev

Passate e presenti

Europa

ABerlino Ovestla societàM-Bahncostruì neglianni 1980una linea Maglev da 1,6 km che collegava tre stazioniU-Bahn.Il test contraffico passeggeripartì nell'agosto1989e il servizio regolare nel giugno1991.Dato che il traffico dei passeggeri si modificò dopo la caduta delmuro di Berlino,la linea venne dismessa nel febbraio del1992,smantellata e sostituita da una linea dimetropolitanaconvenzionale.

Il primo sistema commerciale automatico basato su Maglev a bassa velocità fu quello sviluppato per collegare l'Aeroporto Internazionale di Birminghamcon la stazione ferroviariaBirmingham International,operativo fra il1984e il1995.Il tracciato era lungo 600 metri e il treno era sospeso a 15 millimetri dalle rotaie. Ha funzionato per undici anni, ma l'obsolescenza dell'elettronicaha reso il sistema non sicuro e quindi è stato sostituito da un sistema convenzionale.

Attualmentenon esistono linee Maglev operanti in Europa.

Asia

Giappone

IlGiapponeha testato nellaprefettura di Yamanashiun treno Maglev, ilJR-Maglev,che ha raggiunto la velocitàrecorddi 603 km/h, la maggior velocità mai raggiunta da un convoglio terrestre. Il treno utilizza magneti superconduttori e sospensioni elettrodinamiche (al contrario, il Transrapid utilizza convenzionali elettromagneti e sospensioni elettromagnetiche di tipo attrattivo). Il "Superconducting Maglev Shinkansen" sviluppato dallaCentral Japan Railway Co.eKawasaki Heavy Industriesè attualmente il treno più veloce del mondo e si pensa di impiegarlo in futuro sulla tratta fraTokyoeOsaka.

Nel marzo2005è stata aperta al pubblico la lineaLinimoaNagoya,lunga 8,9 km e comprendente nove stazioni. La linea era parte delle attrazioni per l'Expo 2005svoltosi a Nagoya, ed è poi rimasta in attività anche dopo la conclusione dell'evento. La linea ha un raggio operativo minimo di 75 metri e un'inclinazione di 6º. Il motore lineare a levitazione magnetica ha una velocità massima di 100 km/h e copre la tratta in 17 minuti, soste incluse.

Cina

Transrapidè una compagnia tedesca che ha sviluppato una linea di test aEmslande ha costruito la prima linea commerciale ad alta velocità di maglev, laShanghai Maglev TrainaShanghaiinCinanel2002.Questa linea collega l'aeroporto internazionale di Shanghai,situato a Pudong, con la città. La linea è lunga 30 km e la massima velocità raggiunta è di 501 km/h.

Il 31 dicembre2000il primo superconduttore ad alte temperature per Maglev è stato testato con successo nellaSouthwest Jiaotong UniversitydiChengdu,inCina.Il sistema si basa su superconduttori ad alta temperatura che vengono fatti levitare su magneti permanenti. Il carico era di 530 chilogrammi e la distanza dai magneti era di 20 millimetri. Il sistema utilizzavaazotoliquido, un refrigerante molto economico per i superconduttori. Il 6 maggio2016è entrato in servizio ilMaglev espresso di Changsha,la prima linea Maglev costruita con tecnologia cinese.

Corea del Sud

La lineaIncheon Maglevconnette sei stazioni nelDistretto di Junga partire dall'Aeroporto Internazionale di Incheon,per una tratta da 6,1 km e una velocità di 110 km/h. I lavori sono iniziati il 30 settembre2014e finiti nel 2016.

America

NegliStati Uniti d'AmericalaFederal Transit Administrationha avviato ilUrban Maglev Technology Demonstration program.Il programma ha lo scopo di progettare maglev a bassa velocità per utilizzo cittadino ed inizialmente è stata valutata la tecnologia della HSST. La FTA ha finanziato laGeneral Atomicse laCalifornia University of Pennsylvaniaper lo sviluppo di una nuova generazione di maglev, ilMagneMotion M3e ilMaglev2000 of Florida,entrambi basati su superconduttori EDS. Un altro progetto per un maglev urbano è il LEVX sviluppato nellostato di Washington,ilMagplanesviluppato nelMassachusetts,e il progetto simile al sistema della HSST sviluppato dallaAmerican Maglev Technology of Floridae dallaOld Dominion UniversityinVirginia.

Il primo brevetto per la levitazione magnetica dei treni con un motore lineare è il US patent 3,470,828, rilasciato nell'ottobre del1969a James R. Powell e Gordon T. Danby. La tecnologia utilizzata è stata inventata daEric Laithwaite,e descritta nel "Proceedings of the Institution of Electrical Engineers", vol. 112, 1965, pp. 2361–2375, con il titolo di "Electromagnetic Levitation" (levitazione magnetica). Laithwaite brevettò il motore lineare nel1948.

Proposte future

Asia

• La Cina sta valutando la possibilità di utilizzare il maglev per collegare le principali città, anche se il costo potrebbe rendere il progetto non realizzabile. Una lineaShanghai-Hangzhouè in fase di studio.
• In Giappone è stato deciso nel maggio2011di realizzare una linea a levitazione magnetica che collegheràTokyoconNagoyanel2027e quindi con Osaka nel2040.Attualmente esiste untracciato sperimentalenellaprefettura di Yamanashi,che verrà integrato con la nuova linea una volta completata. Grazie alla nuova linea, del costo stimato di 9000 miliardi diyen,Tokyo e Nagoya saranno collegate in 40 minuti, e Tokyo e Osaka in 60 minuti.

Europa

• In Germania, aMonaco di Baviera,è in progetto un sistema a levitazione magnetica fra la stazione principale (sede di interconnessione con diverse linee metropolitane e linee di trasporto ferroviario locale) e l'aeroporto. È prevista la riduzione del tempo medio di collegamento dagli attuali 40 minuti a 10 minuti circa. Nell'atrio dell'aeroporto è presente un modello visitabile in scala reale del treno. Tale progetto potrebbe subire ritardi nella sua realizzazione a causa di un incidente avvenuto il 22 settembre2006durante un collaudo; il treno, che viaggiava a una velocità di circa 200 km/h ha investito un carrello per la manutenzione; il primo vagone, che trasportava una trentina di passeggeri, è andato completamente distrutto e 23 persone fra occupanti e personale della manutenzione sono rimaste uccise.
• Una linea Maglev nelRegno Unitoè stata proposta nel2005per collegareLondraeGlasgow.
• InSvizzeraè stato proposto loSwissmetro,una linea ferroviaria sotterranea a levitazione magnetica. Secondo questo progetto il treno correrebbe in un tunnel nel vuoto, in modo da migliorare gli effetti aerodinamici, fino a una velocità massima di 500 km/h. È previsto un asse est-ovest daGinevraaSan Galloe un asse nord-sud daBasileaaBellinzona.Malgrado le sovvenzioni della Confederazione, le possibilità di vedere realizzato il progetto nel sottosuolo elvetico sono molto basse.
• InItaliaci sono state varie idee per aprire linee a levitazione magnetica.
  I prototipi dei treni ad alta velocità furono costruiti e collaudati nell'ex aeroporto militare di Trapani-Milo, oggi sede di un Centro ricerche e della base “Luigi Broglio” dell'Agenzia spaziale italiana. Nella Biblioteca centrale della Regione Siciliana a Palermo, sono conservati i progettiHyperloop,il mega tubo-galleria depressurizzato all’interno del quale corrono treni a levitazione magnetica con un modello embrionale chiamato IAP3. L’attività di ricerca era volta allo studio dell’’influenza delle dimensioni principali di un veicolo intubato di trasporto terrestre ultraveloce’. Ebbene, dagli studi del professore Lanzara e del suo team, nacquero un primo prototipo di convoglio che viaggiava su binari in calcestruzzo e che poteva trasportare solamente 3 persone grazie a dei cuscinetti ad aria e successivamente, con l’evolversi della ricerca, un secondo prototipo di treno a levitazione magnetica per il trasporto ad alta velocità, sperimentato nel 1973 all’interno dell’ex aeroporto militare di Trapani-Milo, che poteva trasportare fino a 20 persone e che poteva raggiungere i 400km/h”.[1]

Nell'aprile2008a Brescia il giornalista Andrew Spannaus, della Executive Intelligence Review, propose di cogliere l'occasione della futuraExpo 2015aMilanoper iniziare una rivoluzione infrastrutturale in Lombardia, con la previsione di estenderla poi al resto d'Italia,a partire da una linea di trasporto a levitazione magnetica che collegasse l'aeroporto di Malpensa con le città di Milano, Bergamo e Brescia;la proposta non ha avuto sviluppi.
Nel marzo2011fu presentato da parte di Nicola Oliva, membro del Consiglio Comunale diPrato,aEnrico Rossi,presidente dellaRegione Toscana,la proposta di una linea a levitazione magnetica che collegherebbe in pochi minutiFirenzeallo scalo aeroportuale diPisa;l'obiettivo era di realizzare una linea che partisse da Prato, passasse per lastazione di Santa Maria Novellae l'aeroporto di Firenze,e giungesse fino all'aeroporto civile di Pisa.Il Maglev consentirebbe di collegare Firenze e Pisa in tempi assai più rapidi dagli attuali, passando dall'ora e quindici minuti di oggi ai venti minuti circa con il treno a levitazione magnetica,permettendo allo scalo aeroportuale pisano di espandere significativamente il proprio bacino di utenza e diventare il principale aeroporto civile della regione.In una seconda fase, la tratta verrebbe prolungata verso la costa tirrenica con in testaLivorno,ottenendo una piattaforma logistica integrata mare-ferro-aerea di importanza strategica per l'economia regionale toscana.

Altro

Unimodal ha proposto un sistema di trasporto personale basato su sospensioni Inductrack, il sistema proposto sarebbe in grado di raggiungere i 160 km/h in città.

Una proposta particolare di Maglev punta a realizzare dei tunnel interrati senza aria in modo da poter far viaggiare il treno senza doversi preoccupare dell'attrito dell'aria. Queste linee sarebbero in grado di utilizzare treni che viaggiano a velocità massime di 6000–8000 km/h e se costruite abbastanza in profondità potrebbero attraversare glioceani.Senza un radicale miglioramento delle tecniche di perforazione, queste idee sono teoricamente fattibili, ma praticamente irrealizzabili.

Record di velocità dei treni magnetici

• 1971 - Germania Est-90km/h
• 1971 - Giappone-TR04-60km/h
• 1972 - Giappone-
• 1973 - Giappone - TR04 - 250 km/h - (con equipaggio)
• 1974 - Giappone - EET-01 - 230 km/h - (senza equipaggio)
• 1975 - Germania Ovest - Komet - 401,3 km/h (propulso da un razzo a vapore) - (senza equipaggio)
• 1978 - Giappone - HSST01 - 307,8 km/h (propulso da razzi di supporto costruiti dalla Nissan)- (senza equipaggio)
• 1978 - Giappone - HSST02 - 110 km/h - (con equipaggio)
• 1979 - Giappone - ML500 - 517 km/h - (senza equipaggio) Primo treno a superare i 500 km/h
• 1987 - Germania Ovest - TR06 - 406 km/h - (con equipaggio)
• 1987 - Giappone - MLU001 - 400,8 km/h - (con equipaggio)
• 1988 - Giappone- TR-06 - 412,6 km/h - (con equipaggio)
• 1989 - Giappone - TR-07 - 436 km/h - (con equipaggio)
• 1993 - Germania - TR-07 - 450 km/h - (con equipaggio)
• 1994 - Giappone - MLU002N - 431 km/h - (senza equipaggio)
• 1997 - Giappone -MLX01- 531 km/h - (con equipaggio)
• 1997 - Giappone - MLX01 - 550 km/h - (senza equipaggio)
• 1999 - Giappone - MLX01 - 548 km/h - (senza equipaggio)
• 1999 - Giappone - MLX01 - 552 km/h - (con equipaggio/Composizione di 5 vetture). Guinness authorization.
• 2003 - Germania - TR-08 - 501 km/h - (con equipaggio)
• 2003 - Giappone - MLX01 - 581 km/h - (con equipaggio/Composizione di 3 vetture)
• 2007 - Giappone - TR-08 - 592 km/h - (con equipaggio)
• 2008 - Giappone - MLX01 - 604 km/h - (con equipaggio)
• 2011 - Giappone - MLX01 - 620 km/h - (con equipaggio)
• 2012 - Giappone - MLX01 - 623 km/h - (con equipaggio)

Voci correlate

• Vactrain
• Ferrovia a levitazione

Altri progetti

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commonscontiene immagini o altri file sutreno a levitazione magnetica

Collegamenti esterni

• (EN)Urban Maglev Interest Group,suurbanmaglev.org.
• (EN,JA)HSST,suhsst.jp.
• (EN)Rotem,surotem.co.kr.URL consultato il 22 agosto 2005(archiviato dall'url originaleil 6 dicembre 2006).
• (EN)Lawrence Livermore's InducTrack Site,sullnl.gov.
• (DE)Slideshow on the Transrapid,sutransrapid.de.URL consultato il 22 agosto 2005(archiviato dall'url originaleil 9 marzo 2005).
• (EN)Maglev in Asia (China, Shanghai), Japan (Yamanashi) and Germany (Monaco; TVE),sumaglev.in.
• (EN)Internat. Maglev Board,sumaglevboard.net.
• (EN)Shanghai Pudong Airport Maglev in depth.
• (EN)UniModal PRT system,suunimodal.com.
• (EN)UK Ultraspeed Project,suexpall.com.URL consultato il 22 agosto 2005(archiviato dall'url originalel'8 ottobre 2006).
• Science & Technology Review giugno 1998 A New Approach for Magnetically Levitating Trains--and Rockets,sullnl.gov.

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