Lendlev rong
Ülo Vaher
01.01.2007

Pärast kümneid kasvu- ja õpinguaastaid asus esimene magnethõljukrong tööle regulaarsel reisijateveol Hiinas Shanghai Long Yangi metroojaama ja Pudongi rahvusvahelise lennujaama vahel spetsiaalselt selleks ehitatud 30 km pikkusel kaherealisel trassil. Seda rongi on 2004. aastast siiani kasutanud juba üle 5 miljoni reisija. Revolutsiooniline läbimurre transpordis on toimunud.

Inimeste koondumisega suurlinnadesse ja üleilmastumisega kaasneb vajadus üha rohkem reisida. See on aga kõige raisatum aeg, sest siis ei töötata ega puhata, pigem väsitakse.
Tehniline progress transpordis on pidevalt püüdnud vähendada liiklemiseks kuluvat aega, seda eeskätt muidugi kiiruste tõstmisega. Esimeseks revolutsiooniliseks sammuks sel tel üldse oli raudtee teke 19. sajandil, 20. sajandil trügisid võimule autod ja lennukid – eriti pärast Teist maailmasõda. Ei läinud palju aega, kui hakkasid ilmnema ka auto- ja lennutranspordi hädad, eeskätt kasvavate liiklusummikute näol. Nii kulub tihti lennujaamadesse jõudmiseks rohkem aega, kui lennuks endaks.
Raudtee muidugi ei loovutanud oma positsioone võitluseta. Paljudes Euroopa riikides, näiteks Prantsusmaal, aga ka Jaapanis pandi käima ülikiirrongid, mis liiguvad kiirusega kuni 200–300 km/h. Kuid kahjuks ei kannata suur osa raudteid selliseid kiirusi välja oma tehnilise seisundi tõttu. Tuli leida mingi muu lahendus.

Revolutsioon transpordis
Selleks on tänapäeval kiiresti arenevad ja levivad magnethõljukrongid e maglev-rongid (tuletatud sõnadest magnetic levitation – hõljumine, lendlemine), mille tööprintsiibiks on magnetväljade kasutamine.
Magnethõljukrongil on mitmeid olulisi eeliseid seniste transpordivahendite ees.
Ta liigub mõne sentimeetri kõrgusel teepinna kohal seda puudutamata, mistõttu tal puuduvad rattad, teljed, ülekanded ja muud liikuvad ning seetõttu hõõrduvad osad. Hõõrdejõu ületamine aga nõuab suure osa rongi liikumiseks kuluvast energiast. Seetõttu on magnethõljuk energeetiliselt efektiivsem ja võimaldab märgatavat energiasäästu, mis muutub tänapäeval üha olulisemaks.
Ta on keskkonnasäästlik, sest tarbib vaid elektrienergiat, mille tootmine on oluliselt keskkonnasäästlikum, võrreldes teiste energialiikidega. Tuumajaamades toodetav elektrienergia on aga täiesti CO2-vaba.
Ta võimaldab tublisti kokku hoida aega, sest võib liikuda kiirusega kuni 600 km/h, s.o umbes turbopropellerlennuki kiirusega.
Ta võimaldab kergesti liikuda ka järsematel tõusudel ja langustel (kuni 10%).
Ta on ohutu, sest on välistatud kokkupõrked teist liiki liiklusvahenditega, samuti hoiab tema juhtimissüsteem ära ka magnethõljukite omavahelised kokkupõrked.
Kuna liiklustrass rajatakse umbes 10 m kõrguste sammaste otsa, siis ei takista see ka senist maakasutust.
Reisimine on hästi mugav. Rataste puudumine teeb liikumise väga sujuvaks ning välistab vibratsiooni ja müra. Vagunis võib töötada peaaegu nagu kabinetis. Ülalt avaneb maastikule pilt, mis pakub uut esteetilist elamust.
Magnethõljukrongi voorused paelusid leiutajaid ja insenere juba ammu. Saksa leidur Hermann Kemper pakkus selle idee välja juba 1922. a ja sai oma leiutisele esimese patendi 1934. a. Idee realiseerimiseks vajalik teaduslik-tehniline tase ja ühiskondlik nõudlus sellise liiklusvahendi järele tekkisid siiski alles 1960ndate lõpus. Sellesuunalisi uurimis- ja arendustöid alustati Saksamaal, Prantsusmaal, Jaapanis, USAs, Kanadas ja Inglismaal. Kuid kuna edu oli loodetust visam tulema, siis finantsistid tõmbusid kõrvale ning projektid USAs ja Inglismaal 1990ndail peatati, ent sakslased ja jaapanlased olid visamad, kuna nende vajadused uute lahenduste järele transpordis olid suuremad. Kuid nad valisid erinevatel põhimõtetel töötavad lahendused, mis välistas suuresti nende koostöö.

Magnethõljuki liikumise põhimõtted
Kõige üldisemalt on magnethõljuki tööpõhimõte sakslastel ja jaapanlastel muidugi ühine. See on magnetväljade vastastikuse tõmbava ja tõukava toime ning elektromagnetilise induktsiooni kasutamine, mis seisneb lühidalt selles, et magnetvälja suhtes liikuvas juhtmes indutseeritakse elektrivool ning vooluga elektrijuhtme ümber tekib omakorda magnetväli. Et hoida õhus rasket rongi, peavad vastavad magnetväljad olema hästi tugevad. Selleks aga kulub palju elektrivoolu või siis tuleb kasutada ülijuhtivaid aineid, milles elektritakistus praktiliselt puudub, ja seetõttu ei raisata selle ületamiseks ka energiat. Ühesõnaga, ülijuhtidel põhinevad hõljukrongid oleksid energiasäästlikumad. Aga nende juures on teine häda – ülijuhtivus tekib ainetes väga madalatel temperatuuridel, vaid mõned kraadid üle absoluutse nulli – ja selle saavutamiseks tuleb kasutusele võtta võimsad ja kallid jahutusseadmed, mis omakorda suurendavad rongide kaalu ja maksumust. Käivad pingelised otsingud leidmaks nn kõrgtemperatuurilisi (mõnikümmend kraadi üle absoluutse nulli) ülijuhte, mis võimaldaksid kasutada oluliselt odavamaid jahutusseadmeid.
Sellist ülijuhtivatel magnetitel põhinevat, nn elektrodünaamilise süsteemiga (EDS) magnethõljukit, arendavad peamiselt jaapanlased. Selle süsteemi puhul hoitakse vaguneid õhus magnetpooluste tõukejõudude arvel umbes 10 cm kõrgusel teepinnast. Nende kolmest vagunist koosnev eksperimentaalne mudel MLX01 saavutas 2003. a Yamanashi katsetrassil kiiruseks 581 km/h. Riiklik hindamiskomisjon tunnistas süsteemi rakenduskõlblikuks ja finantseerib edasisi arendustöid järgnevaks 5 aastaks, eeskätt odavdamise suunas, enne kui otsustab selle ekspluatatsiooni võtmise.
Magnethõljukrongidel puudub mootor selle traditsioonilises mõistes. Veojõudu tekitab elektromagnetite süsteem, mida tehnilises mõttes võiks pidada ka nn pika staatoriga elektriliseks lineaarmootoriks, mille staatoriosa mähised on paigutatud piki juhtteed (guideway), rootoriosa aga vagunitesse. Erilise kontroll- ja juhtimissüsteemi abil suunatakse vool ennetavalt vaid nendesse piki teed paiknevatesse mähistesse, millest rong parajasti mööda liigub, mistõttu tekib teel rongi vedav liikuv magnetväli. Peale rongi õhus hoidva ja teda edasivedava/tõukava elektromagnetite süsteemi on veel ka kolmas, mille ülesanne on rongi juhtimine külgsuunas. Kõigi nende magnetsüsteemide täpne koostöö saavutatakse arvutitel põhineva kontroll- ja juhtimissüsteemi ja spetsiaalsete andurite abil.

Hiina ime
Esimene Hiinas töötav magnethõljukrong põhineb sakslaste poolt aastakümnete jooksul välja töötatud elektromagnetilisel süsteemil (EMS) ja tehnoloogial nimega Transrapid, mida on põhjalikult katsetatud sakslaste uuel kuulsal 31,5 km pikkusel katsetrassil Emslandis. 1999. a jõuti selle süsteemi kaheksanda mudelini TR08, mida taheti kasutada ka tollal planeerimisel olnud Berliini-Hamburgi trassil, kuid erimeelsuste tõttu poliitikute ja finantsistide vahel jäi see plaan katki. Praegu on kooskõlastusringidel projekt rajada 37 km hõljukrongiliin ühendamaks Müncheni keskvaksalit lennujaamaga. Saksa bürokraatiast annab pildi see, et selle projekti kooskõlastusdokumentatsioon koosneb enam kui 5400 toimikust kogukaaluga 14 tonni (!).
Hiina kiire rahvaarvu kasvuga ja majandusarenguga kaasnevad üha teravamalt ka transpordiprobleemid. Kahe suurlinna, Shanghai ja Pekingi vahele vaagiti nii ülikiire raudtee kui ka magnethõljukitrassi rajamist. Vaidluste järel otsustati 2000. a esialgu rajada 30 km magnethõljukitrass vaid Shanghai Long Yangi jaama ja Pudongi rahvusvahelise lennujaama vahel, et ekspluatatsioonis veenduda selle variandi töökindluses ja ökonoomsuses. Selle uue tehnoloogia tuline pooldaja oli ka tolleaegne elektriinseneri haridusega Hiina peaminister Zhu Rongji, kes korraldas grupile Hiina inseneridele tutvumisreisi Saksamaale Emslandi katsetrassile. Asi hiinlastele meeldis ja peatselt jõuti ka vastavate koostöö- ja ehituslepingute sõlmimiseni firmadega Siemens, ThyssenKrupp ja Max Bögl. Tõsiseks väljakutseks nendele firmadele sai sellise suure projekti erakordselt lühike tähtaeg – 2003. a, mis oli tingitud sellest, et Zhu Rongji ametiaeg pidi lõppema 2003. a alguses, kuid ta tahtis enne seda osaleda trassi sisseõnnistamisel.
ThyssenKrupp valmistas Kasselis 15 vagunisektsiooni kolme rongi koosseisu jaoks ja kaheksa terasest pöörangut juhttee ümberlülituste tarbeks. Siemens valmistas kaks elektrialajaama rongi vedavate elektromagnetite toiteks ning nende juhtimiseks vajaliku digitaalse elektroonikasüsteemi, spetsiaalsed jõukaablid, kontrollkeskuse ja 62 raadiomasti mikrolainetel töötava andmeside tarbeks. Vähemalt üks nendest tornidest on kogu rongi liikumise vältel ühenduses rongi otsasektsioonidesse paigutatud antennidega. Pidev andmeside rongi ja selle juhtimiskeskuse vahel on aluseks rongi usaldusväärsele automaatsele juhtimisele, mis ei vaja inimoperaatori osavõttu. Selle süsteemi kaudu edastatakse Long Yangi jaamas asuvasse juhtimiskeskusesse vastavate andurite abil kogutud andmed rongi koordinaatide, kiiruse ning juhtimis- ja vedamismagnetite omavaheliste kauguste kohta. Sellise info alusel arvutatakse välja kõigi magnetite vajaliku toitevoolu täpsed parameetrid (tugevus, suund, sagedus) ja edastatakse need alajaamadesse, mis väljastavad magnetitesse vajaliku voolu. Nii tagatakse rongi liikumine teel millimeetrise täpsusega, samuti vajalik kiirendus, kiirus ja aeglustus lõppjaama jõudmisel.
Rongis asuvate ja selle hõljumist tagavatele magnetitele annavad toitevoolu vagunis olevad akupatareid ning selle voolu parameetrid arvutavad välja pardaarvutid. Kui ettenägematutel põhjustel peaks alajaamadest saabuv toitevool katkema, siis vajalikku voolu võivad anda ka rongis olevad tagavarapatareid. Automatiseerituse kõrge taseme tõttu koosneb personal vaid 20-st rongi ja 10-st juhttee hooldustöötajast, mis on vastavaid kulusid vähendanud kuni 50%, võrreldes tavaliste ülikiirrongide kuluga.
Tee, mille kohal hõljukrong liigub ja mis peab kandma ka rongi kogu raskust, kuigi ta seda teed vahetult ei puuduta, ehitas Max Bögl koos kohalike ehitusfirmadega. See oli vastutusrikas ja keeruline ülesanne, sest trass tuli rajada ebastabiilsele lammipinnasele. Firma valmistatavatest peakandetala tüüpidest – betoonist, terasest ja hübriidid – valiti välja viimased, milles olid ühendatud betoonile omane jäikus, helisummutusvõime ja odavus ning terastootele omased täpsed mõõtmed. Need valmistati laserjuhitavate seadmetega täpsusega 0,1 mm, et mitte ületada kogu trassi jaoks lubatud 1 mm tolerantsi! Nähti ette ka süsteem vajumiste detekteerimiseks ja korrigeerimiseks. Muudeti ka varem kasutuses olnud kandetalade mõõtmeid ja kuju. Uute I-kujuliste peakandetalade enamiku pikkuseks sai 25 m, laiuseks 2,8 ja paksuseks 2,2 m ning kaaluks 190 tonni. Kaherealise trassi ehitamiseks kasutati 2777 kandetala. Liitekohtades toetuvad nad 1,8 x 1,8 m ristlõikega ja 8 m kõrgustele tugisammastele, mille all on 10 x 12 m ristlõikega ja 2 m paksused tugiplaadid, mis omakorda toetuvad kuni 20 vaiale, mille diameeter on 60 cm ja pikkus 70 m. Trass on praktiliselt vajumiskindel ning peab vastu kuni 7,5magnituudilisele maavärinale. Kogu projekti maksumus oli 1,2 miljardit dollarit.

Sõidab – ja hästi sõidab
Liini pidulik avamine Gerhard Schröderi ja Zhu Rongji osavõtul toimus 2002. a vana-aasta õhtul. Teised huvilised said esialgu sõita vaid nädalavahetustel, kuna tööpäevadel jätkusid veel häälestus- ja kontrolltööd. Täielikult anti liin reisijateveoks ekspluatatsiooni 2004. a aprillis. Nüüd sõidab 464 istekohaga hõljukrong iga päeva 10minutiliste intervallidega alates kella 7 kuni 21. Pilet maksab 6 dollarit. Reismugavuse huvides on rongi kiirendus peaaegu märkamatu, vaid 1 m/s2 . See kestab pea 4 minutit, mille järel rong saavutab kiiruse 430 km/h, liigub sellel kiirusel 52 s ja hakkab seejärel 3 minuti vältel aeglustama. Reis kestab 7 min 20 s. Trassi kõrval kulgeval kuuerealisel automagistraalil kulub taksol sama maa läbimiseks 45 min.
Edaspidi on kavas pikendada hõljuki trassi 7 km võrra kesklinna keskvaksalini ning seejärel ka 163 km kaugusel asuva Hangzhou linnani. Samuti on hiinlastel kange tahtmine viia hõljukitrass ka 2010. a toimuvale maailmanäitusele EXPO Shanghais.
Peale Inglismaa, Saksamaa, Jaapani ja Hiina on magnethõljukite trasside rajamise projekte töös veel mitmes riigis. Eriti arvukalt on neid USAs, kus Kongress võttis vastu isegi sellekohase rahvusliku programmi, aga ka Hollandis ja laiemalt Euroopa Liidus Välja on käidud näiteks ideed Berliini–Varssavi (–Moskva), Praha–Viini–Budapesti (–Thessaloniki) jt liinide rajamiseks. Soove on avaldatud isegi Araabia Ühendemiraatides. On välja pakutud ka päris fantastika piirimaile ulatuvaid ideid, nagu näiteks Euroopa pealinnade vahel maa-alustes õhutühjades (õhutakistuse vältimiseks) tunnelites liikuvatest hõljukitest (vt TM 1/2004, lk 60). Või ka nn vactraini idee, mille kohaselt võiks Londoni ja New Yorgi vahele rajada vaakumtunneli, milles hõljuk liiguks kiirusega 6000–8000 km/h ja kataks selle vahemaa 54 minutiga. Projekti elluviimist füüsikaseadused ei takistaks, küll aga triljonitesse ulatuva finantseeringu vajadus. Tehnika senine progress on siiski näidanud, et see, mis täna on ainult unistus, võib kunagi saada ka reaalsuseks.

Sarnased artiklid