احتمالية تكنولوجيا الطائر نظم السكك الحديدية الخفية في المستقبل

The Potential of Hyperloop Technology in Future Light Rail Systems

وقد أخذت رؤية السفر البري السريع في الماضي على تصور المهندسين والمخططين الحضريين، فتقنية هيبرلوب، التي اقترحتها علناً أول مرة إيلون موسك في عام 2013، تمثل خروجاً جذرياً عن السكك الحديدية التقليدية، وبدفع طيور الركاب عبر الأنابيب المنخفضة الضغط في السواحل القريبة من العمر، فإن الإحباطات التي تبشر بالتقلص في فترات السفر بين المناطق الحضرية، مع توفير هياكل أساسية بديلة للتنقل.

ما هي تكنولوجيا هيبرلوب؟

وفي قلبها، فإن هيبرلوب هو وسيلة نقل مغلقة تستخدم أنبوباً يتم إجلاءه جزئياً للحد من مقاومة الهواء بشكل كبير، وفي داخل الأنبوب، فإن أكبسولات الركاب - التي كثيراً ما تسمى القصب - تُستخدم النسيج المغناطيسي السلبي أو البطاقات الهوائية وتُعجل بتركيب معظم الهواء من الأنبوب (تصبح ضغطاً يتراوح بين 700 و000 1 ميل في الغلاف الجوي).

وهذا المبدأ مماثل للمبدأ الذي يحلق على ارتفاع عال عندما تكون كثافة الهواء منخفضة، ولكن هايبرلوب يزيل الحاجة إلى أجنحة وقود الطائرات وما يرتبط بذلك من تكاليف بيئية، ويصمم النظام ليتم تشغيله بالكامل بواسطة الطاقة الشمسية، مع تركيب ألواح فولتية ضوئية على طول هيكل الأنابيب القادر على توليد الكهرباء أكثر مما يستهلكه النظام يوميا - وهو تصميم صاف للطاقة.

وقد وصفت الورقة البيضاء الأصلية لعام 2013 التي أعدها إليون موكب هيبرلوب بأنها " وسيلة نقل الخامس " ، وهي تُعقد بين سرعة السفر الجوي وكفاءة السكك الحديدية، وبينما تراجع موك نفسه عن التطوير المباشر، فقد اعتُمدت هذه الفكرة بسرعة من قبل عدة مبتدئين، بما في ذلك فيرجن هيبرلوب، وتكنولوجيات النقل الهاي (HyperloopTT)، وشركة TransPod، وهي تقوم بإعادة تصميم النموذج الهندسي، وإجراء اختبارات على نطاق واسع.

وتعتمد التكنولوجيا على ثلاثة ابتكارات رئيسية: )١( بيئات الأنابيب المنخفضة الضغط للحد من الجر، و )٢( القفز بلا اتصال للقضاء على الاحتكاك، و )٣( محركات خطية للدفع الصامت والفعال، وهذه العناصر مجتمعة تتيح سرعة وكفاءة لا يمكن أن يضاهما نظام السكك الحديدية القائم، وبالنسبة لنظم السكك الحديدية الخفيفة التي تعمل تقليديا بسرعة تتراوح بين ٣٠ و ٧٠ ميلا في الساعة، توفر هيبرلوب بنية أساسية مختلفة تماما.

ألف - مزايا تكنولوجيا الطائر في نظم السكك الحديدية الخفيفة

وقت السفر غير المتوقع

إن الميزة الأكثر وضوحاً لـ (هايبرلوب) هي السرعة، ففي حين أن الزواحف التقليدية للسكك الحديدية الخفيفة تنقل أعداداً كبيرة من الركاب على مسافات متوسطة في سُبل متوسطة، فإن (هايبرلوب) يمكن أن يقطع أوقات السفر بين زوجين من المدن مثل (لوس أنجلوس) و(سان فرانسيسكو) من ست ساعات إلى أقل من 35 دقيقة، وفي سياق إقليمي للسك الحديدية الخفيفة، يمكن لخط هيبرلوب أن يربط المناطق الضواحي بمنطقة وسط المدينة على نحو فعال.

ولا تفيد هذه السرعة الركاب فحسب، إذ يمكن أن يؤدي المرور العابر الذي يمكن الاعتماد عليه من نقطة إلى نقطة إلى تخفيف الضغط على شبكات الطرق والرحلات الجوية القصيرة الأجل، إذ أن وجود وصلة هيبرلوب بين مدينتين على بعد 300 ميل من شأنه أن يقلل من اكتظاظ السيارات على الطرق السريعة المتداخلة، وأن يحرر قدرة المطارات من أجل طرق أطول، وعندما يدمج في نظام السكك الحديدية الخفيفة، يمكن أن تكون محطات القفزات الرئيسية ذات الوجه الأمثل.

كفاءة الطاقة والمنافع البيئية

وتأتي وثائق تفويض هيبرلوب البيئية من دفعها الكهربائي وإمكانياتها في عملية التشغيل الذاتي، ونظرا لأن هذه الخنازير تنتقل عبر خراب من الغزو، فإن الحاجة تدعو إلى طاقة أقل بكثير للتغلب على جر الزبيب الهوائي بالمقارنة مع قطار أو سيارة بنفس السرعة، فقد ادعت شركة فيرجن هيبر أن النظام سيستهلك تقريبا طاقة طائرة تجارية لكل مسافر.

وعلاوة على ذلك، يمكن رفع البنية الأساسية الأنبوبية على أساس الفول، وتقليل اضطراب استخدام الأراضي إلى أدنى حد، ويمكن أن تدعم نفس السيلوونات الألواح الشمسية المتكاملة، وقد اقترح تصميم موك الأصلي أن يكون النظام بأكمله متوفرا للطاقة على مدى يوم كامل من التشغيل، وأن تُعاد الكهرباء إلى الشبكة، وأن يعوض مشغلي السكك الحديدية الذين يواجهون ضغطاً على إزالة الكربون، فإن دورة الهيدرولووب توفر طريقاً للوصلات العالية السرعة المجسدة.

طويلة الأجل

وتكلفة رأس المال في البنية التحتية لهيبرلوب هي موضوع نقاش مكثف، إذ تتراوح التقديرات المتعلقة بمسافة ميل من أنابيب هيبرلوب من 40 مليون دولار إلى 100 مليون دولار حسب الأرض والبيئة التنظيمية، وهذا أكثر تكلفة بكثير من مسار واحد للسكك الحديدية (حوالي 10 إلى 20 مليون دولار لكل ميل في الولايات المتحدة)، ولكن أقل بكثير من تكلفة ارتفاع السكك الحديدية الخفيفة في بيئات حضرية كثيفة، مما يمكن أن يتجاوز 300 مليون دولار للممرات الرئيسية.

ومن المتوقع أن تكون تكاليف التشغيل أقل من خدمات الهواء أو السكك الحديدية العالية السرعة، لأن هايبرلوب لا يحتاج إلى طاقم على متن الطائرة (بشكل آلي) ويستخدم طاقة أقل لكل ميل، ويخضع أجزاء متحركة قليلة للارتداء، كما يحمي الأنبوب المنخفض الضغط المكونات من الطقس والتآكل، ويحتمل أن يمتد عمر الأصول، وبالنسبة لشبكة السكك الحديدية الخفيفة، يمكن أن تؤدي إضافة عمودية هيبرلوب إلى خفض عدد المركبات والسائقات اللازمة.

انخفاض الاكتظاظ وتخفيف الزحف الحضري

وقد تؤدي قدرة هايبرلوب على ضرب الركاب عبر المناطق في دقائق إلى تغيير أنماط الاستبدال بصورة أساسية، إذ يمكن للعمال أن يعيشوا في مناطق ضفافية أقل تكلفة بينما يعملون في مدينة مركزية، مما يقلل الضغط على أسواق الإسكان الحضرية الباهظة التكلفة، غير أن هذه الدينامية نفسها يمكن أن تشجع أيضا على التمدد غير المستدام إذا لم يقترن بسياسات ذكية لاستخدام الأراضي، ويحذر العديد من المخططين الحضريين من أن مجرد إضافة روابط عالية السرعة دون السيطرة على التنمية يمكن أن تؤدي إلى القفز.

ومن الناحية الإيجابية، يمكن أن تصبح محطات هايبرلوب مصممة للتنمية الموجهة نحو المرور العابر، وتركيز المجتمعات المحلية ذات الاستخدام المختلط حول نقاط الدخول، وهذا يتسق مع أهداف نظم السكك الحديدية الخفيفة الحديثة التي كثيرا ما ترسي مشاريع التجديد، وبخفض الاحتكاك بالمسافات، يمكن أن تساعد هايبرلوب على نشر الفرص الاقتصادية خارجا عن النواحي الحضرية، مما قد يقلل من اكتظاظ حركة المرور على الطرق الرئيسية المشعّة وعلى الطرق الحلبة.

التحديات والنظر في المسألة

الجدوى التقنية والهندسة

ورغم التجارب الواعدة - حققت شركة فيرجن هيبرلوب سجلا عالميا بالسرعة يبلغ 387 ميلا في الساعة في أنبوب يبلغ 500 متر في عام 2020 - لا يزال رفع مستوى التكنولوجيا إلى طول العمليات غير متوفر، إذ أن الاحتفاظ بأكثر من عشرات أو مئات الأميال من الأنبوب معقد: بل إن التسرب الصغير يمكن أن يتدهور الأداء، ويجب تصميم النظام على البقاء على قيد الحياة على الزلازل والتوسع الحراري والتخريب المحتمل.

ويجب أن تكون هذه القاطرات ذات وزن خفيف حتى الآن بحيث تصمد أمام فقدان الضغط المفاجئ، وفي حالة الإكتئاب، يحتاج الركاب إلى الأكسجين في حالات الطوارئ، ويجب أن يسمح النظام بالإجلاء الآمن - لا توجد مهمة ثلاثية عندما يغلق الأنبوب ويرتفع، وعلاوة على ذلك، فإن آلية التبديل التي تسمح للقطورات بالانحراف عن الخط الرئيسي تمثل تحديا هنديا رئيسيا؛ ولا يمكن أن تؤدي عمليات التناوب التقليدية في مجال الإضافة إلى حد منخفض.

وثمة مسألة تقنية أخرى هي التوسع الحراري في الأنبوب، إذ سيتوسع طوله 300 ميل من الصلب أو الأنبوب الخرساني ويتقلص مع تغيرات في درجات الحرارة، أما المشاكل التي تسمح بالتحرك الطفيف دون المساس بفقمة الضغط فهي قيد التطوير، ولكن التحقق الميداني يظل محدودا.

شهادات السلامة والتنظيم

ولم يتم التصديق على أي طريقة للنقل في أي وقت من الأوقات لتشغيل الركاب داخل أنبوب منخفض الضغط يزيد بسرعة عن ٦٠٠ متر ف. وقد صممت الأطر التنظيمية القائمة - مثل الإدارة الاتحادية للسكك الحديدية في الولايات المتحدة، والوكالة الأوروبية للسكك الحديدية، ووزارة الأراضي والهياكل الأساسية والنقل والسياحة في اليابان - من أجل شبكات السكك الحديدية أو السيارات التقليدية، ولا يتسع الهايبرلوب بصورة مباشرة إلى أي فئة قائمة.

وتعمل شركات الرعي مع الجهات التنظيمية لوضع معايير جديدة للسلامة، وفي عام 2020، أنشأت إدارة النقل في الولايات المتحدة مجلساً لتكنولوجيا النقل غير الإشعاعي والزاخر بالبيئة لتنسيق تنظيم هيبرلوب، وقد مول برنامج شيفت-2 رايل التابع للمفوضية الأوروبية دراسات عن سلامة هيبرلوب، ومع ذلك، فإن تحقيق التصديق سيستغرق سنوات عديدة ومليارات من الدولارات في الاختبار.

كما أن الشواغل المتعلقة بالسلامة تمتد لتشمل أمن الفضاء الحاسوبي، لأن وجود نظام آلي كامل ومتواصل هو عرضة للاختراق، إذ يمكن للمهاجم الذي يمكنه التحكم في مستويات الضبط أو الضغط أن يتسبب في إخفاقات كارثية، وتتطلب معالجة هذه المخاطر إخفاقات قوية، وازدهار، وتشفير، وتشفير - وكلها زيادة في التكاليف والتعقيد.

الاستثمار الرأسمالي المرتفع

ويُقدر أن بناء خط الهيبرلوب التجاري الأول يتطلب ما لا يقل عن ١٠-٢٠ بليون دولار حسب طول الطريق والجغرافيا، ويكاد تمويل هذا المشروع بدون دعم حكومي مستحيلا، وفي حين أن المستثمرين من القطاع الخاص قد صموا الأموال إلى تطوير النموذج الأولي، فإن تشييد ممرات كاملة من شأنه أن يحتاج إلى شراكات بين القطاعين العام والخاص، على غرار ما تموله مشاريع السكك الحديدية العالية السرعة في أوروبا وآسيا.

فالحالة الاقتصادية أشدها على الطرق التي تتسم بكثافة سكانية عالية والطلب الحالي على السفر، مثل ممر كاليفورنيا )سان فرانسيسكو - لوس أنجلوس( أو الممر الشمالي الشرقي في الولايات المتحدة )واشنطن - بوستون(، أو ممباي - بون في الهند، غير أنه في مناطق كثيرة تعمل فيها السكك الحديدية الخفيفة، تكون الكثافة السكانية أقل مما يجعل من الصعب تبرير التكلفة المرتفعة.

وهناك أيضا خطر الطاعون التكنولوجي، إذ يتطور قطاع النقل بسرعة؛ كما أن التقدم في تكنولوجيا البطاريات، والمركبات الكهربائية المستقلة، بل وحتى الأساليب المتنافسة مثل القطارات ذات الطاقة الكهرمائية يمكن أن توفر بدائل دون الحاجة إلى أنبوب باهظة التكلفة.

قضايا حيازة الأراضي والحق في الحياة

ويُقترح عادة تشغيل الأنابيب الطائرية فوق الأرض على السيلوونات أو تحت الأرض في الأنفاق (تستكشف شركة البور هذا النهج) وتخفض الآبار المرتفعة تكاليف حيازة الأراضي ولكنها لا تزال تتطلب حقا مستمرا في الطرق، ويمكن أن تؤدي تأمين التصاريح عبر ولايات قضائية متعددة - المدن والمقاطعات والولايات والوكالات الاتحادية - إلى تأخير المشاريع بعقد أو أكثر.

ويتفادى الهيبرلوب تحت الأرض العديد من هذه الصراعات البصرية وظاهريا، ولكن يزيد من تكاليف البناء بشكل مكثف، فالتطوير من خلال جيولوجيا متنوعة مكلف وبطيء، كما يتبين من التقدم المحدود لمشاريع الأنفاق في المدن الكبرى، وبالتالي فإن القدرة الاقتصادية على البقاء في حيبرلوب تحت الأرض غير مؤكدة إلى حد كبير.

التوقعات المستقبلية: المشاريع الجارية والبحوث

وعلى الرغم من التحديات التي واجهتها، فقد أحرز تقدم كبير، فقد قامت شركة فيرجن هيبرلوب (التي تملكها الآن إدارة شؤون الإعلام في العالم) ببناء مسار اختباري قدره 500 متر في نيفادا، ونجحت في نقل الركاب من البشر في عام 2020، وعلى الرغم من أن الشركة أعلنت تحولا في التركيز نحو عمليات الشحن في أوائل عام 2022، فقد أبلغت بيانات الاختبار الصناعة الأوسع نطاقا، وتقوم شركة هيبرلوب، وهي لاعب رئيسي آخر، ببناء مسار اختباري كامل في حكومات تولوس، بأوكرانيا، وفرنسا، ودراساتها في الولايات المتحدة.

وفي الهند، ارتبطت شركة هيبرلوب مع حكومة ماهاراشترا لدراسة طريق بين مومباي وبون، وهو ممر مشغول يمكن فيه تخفيض وقت السفر من ٣,٥ ساعة إلى ٢٥ دقيقة، وفي هولندا، يقوم مركز هيبرلوب الأوروبي في غرونينغن ببناء مرفق اختبار لتطوير تكنولوجيا التصديق الأوروبي، كما دخلت الصين الميدان: طورت شركة CRRC )شركة الصين للسوق المشتركة للقارات السريعة( ٢٠ كيلومترا.

وبالنسبة لنظم السكك الحديدية الخفيفة على وجه التحديد، يتصور العديد من المفاهيم أن هيبرلوب ليس كشبكة مستقلة بل كخدمة معبرة ضمن نظام أوسع متعدد الوسائط، فعلى سبيل المثال، يمكن لهيئة عبور إقليمية أن تبني خطاً من طراز هيبرلوب على طول وسط الطريق السريع، مع إدماج المحطات في محطات النقل البري السريع الحالية للسككك الحديدية والحافلات، وسيشتري المسافرون تذكرة واحدة تغطي الجزء المتعلق بتصميم طائرات الهليكوبتر وخدمة البريدية المحلية.

[FLT:]Hyperloop Transportation Technologies[FLT:] [FLT:]

الاستنتاج: إضافة غير مترجم إلى السكك الحديدية الخفيفة

وتملك تكنولوجيا الهيبرلوب إمكانية ثورة نظم السكك الحديدية الخفيفة عن طريق توفير طائرات منافسة سريعة، وعدم وجود انبعاثات مباشرة، وكفاءة تشغيلية يمكن أن تجعل السفر الإقليمي أسرع وأخضرا، وقد يؤدي دمجه في شبكات النقل العابر القائمة إلى إنشاء منطقة خلفية لا تحصى، وتوسيع المناطق الاقتصادية بشكل كبير، وعرض خيارات جديدة للتنقل.

ومع ذلك، فإن التكنولوجيا لا تزال غير متاحة على النطاق التجاري، فالحواجز التقنية والتنظيمية والمالية هائلة، ولا يزال الجدول الزمني لخدمة الركاب الصالحة على بعد عقد أو أكثر، إذا وصلت إلى ذلك على الإطلاق، وينبغي لسلطات السكك الحديدية الخفيفة أن ترصد عن كثب التطورات المتعلقة بطائرات الهليكوبتر، وأن تتعهد بالمشاريع التجريبية، وأن تعد ممرات للهياكل الأساسية لاعتمادها في المستقبل، ولكن ينبغي لها أيضا أن تكون حذرة من الالتزام بكميات كبيرة من الأموال العامة قبل أن تثبت التكنولوجيا في بيئة حقيقية،

وفي نهاية المطاف، فإن هايبرلوب ليس بديلا للسكك الحديدية الخفيفة؛ بل هو تكملة محتملة، ويعمل المنهجان على نطاقات مختلفة ويخدمان فترات مختلفة من الرحلات، وإذا أمكن التغلب على التحديات الهندسية والاقتصادية، فإن المدن المقبلة يمكن أن ترى السكك الحديدية الخفيفة التي توفر الاتصال بين الميجورين في آخر ميل بينما يتولى هيبرلوب إدارة العمليات المشتركة بين المدن والمناطق الحضرية، وهي رؤية مُلحة - ولكنها ستتطلب جهودا مشتركة