فاكترين

قطار الأنابيب المفرغة (اختصارًا لقطار الأنابيب المفرغة ) هو نوع مقترح من أنظمة النقل عالية السرعة حيث تسير المركبات عبر أنابيب أو أنفاق مفرغة جزئيًا. وبفضل التشغيل في فراغ جزئي، تنخفض مقاومة الهواء بشكل كبير، مما يسمح بسرعات أعلى من وسائل النقل البري التقليدية، تصل نظريًا إلى 4000 كم/ساعة (2500 ميل/ساعة) . ^{[ 1 ]}  

تم اقتراح نماذج Vactrains منذ عام 1906، وتم تطويرها كنماذج مصغرة منذ عام 1917. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ أ ]} .

تستخدم معظم مفاهيم القطارات الفراغية تقنية الرفع المغناطيسي لرفع ودفع المركبة. ^{[ 1 ]}

في عام 1799، ابتكر جورج ميدهرست من لندن فكرة سكة حديدية هوائية وحصل على براءة اختراعها ، وهي سكة حديدية قادرة على نقل الأشخاص أو البضائع عبر أنابيب مضغوطة أو مفرغة من الهواء. واعتمدت السكك الحديدية الهوائية المبكرة وأنظمة النقل بالأنابيب الهوائية (مثل سكة حديد دالكي الهوائية ) على قوة البخار للدفع.

في عام 1888، تخيل ميشيل فيرن ، ابن جول فيرن ، نظام نقل بالأنابيب الهوائية تحت الماء يمكنه دفع كبسولة ركاب بسرعات تصل إلى 1800 كم/ساعة (1100 ميل/ساعة) تحت المحيط الأطلسي ( نفق عبر الأطلسي ) في قصة قصيرة بعنوان "قطار المستقبل السريع". ^{[ 5 ]}  

اخترع روبرت هـ. جودارد قطار الفاكتيرين عندما كان طالبًا في السنة الأولى بمعهد ورسستر للفنون التطبيقية في الولايات المتحدة عام 1904. ^{[ 2 ]} ثم طوّر جودارد الفكرة في قصة قصيرة عام 1906 بعنوان "رهان السرعة العالية"، والتي لُخّصت ونُشرت في مقال افتتاحي بمجلة ساينتفك أمريكان عام 1909 بعنوان "حدود النقل السريع". ^{[ 2 ] [ 6 ]} حصلت زوجته إستر على براءة اختراع أمريكية لقطار الفاكتيرين عام 1950، بعد خمس سنوات من وفاته. ^{[ 7 ]}

في عام 1909، بنى البروفيسور الروسي بوريس واينبرغ أول نموذج في العالم لنسخته المقترحة من القطار الهوائي في جامعة تومسك التقنية . ^{[ 8 ] [ 9 ]} ونشر لاحقًا مفهوم القطار الهوائي في عام 1914 في كتاب الحركة بدون احتكاك (الطريق الكهربائي بدون هواء) .

في عام 1955، كتب الكاتب البولندي ستانيسواف ليم ، المتخصص في أدب الخيال العلمي، في روايته "سديم ماجلان " عن قطار فراغي عابر للقارات يُدعى "أورغانوفيتش"، يتحرك داخل أنبوب شفاف بسرعة تتجاوز 1666 كم/ساعة (1035 ميل/ساعة) . وفي أبريل 1962، ظهر القطار الفراغي في قصة "المرتزق" لماك رينولدز ، ^{[ 10 ]} حيث أشار إلى النقل عبر الأنابيب المفرغة عرضًا.  

خلال سبعينيات القرن العشرين، نشر روبرت إم. سالتر ، أحد أبرز الداعمين لتقنية القطارات المفرغة من الهواء من مؤسسة راند ، سلسلة من المقالات الهندسية المفصلة. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

نُشرت مقابلة مع روبرت سالتر في صحيفة لوس أنجلوس تايمز (11 يونيو 1972). ناقش فيها بالتفصيل سهولة بناء نظام قطارات أنبوبية مكوكية من قِبل الحكومة الأمريكية باستخدام التقنيات المتاحة آنذاك. ونظرًا لضعف تطور تقنية ماجليف في ذلك الوقت، اقترح سالتر استخدام عجلات فولاذية. يتم فتح باب حجرة القطار المؤدي إلى الأنبوب، ويُضخ هواء كافٍ خلفه لتسريع القطار داخله. ثم تعمل الجاذبية على تسريع القطار المغادر حتى يصل إلى مستوى سرعة الطيران. وعند وصوله، يتباطأ القطار القادم عن طريق ضغط الهواء المتخلخل أمامه، والذي يتم تصريفه. وتقوم مضخات في المحطات بتعويض الفاقد الناتج عن الاحتكاك أو تسرب الهواء من حواف القطار، إذ لا يحتاج القطار نفسه إلى محرك. هذا المزيج من قطار الجاذبية المعدل (الضحل) ونظام الدفع بالسكك الحديدية الجوية يستهلك طاقة قليلة ، ولكنه يحد من سرعة النظام إلى سرعات دون سرعة الصوت، ولذلك تم اقتراح مسارات أولية تمتد لعشرات أو مئات الأميال أو الكيلومترات بدلًا من المسافات العابرة للقارات. ^{[ 13 ]}

كان من المقرر ألا تحتاج القطارات إلى وصلات ، حيث يتم لحام كل عربة أو تثبيتها بمسامير أو ربطها بإحكام بالعربة التالية، بحيث لا يتطلب المسار انحناءً أكثر مما يتحمله الفولاذ بسهولة. في نهاية الخط، يُنقل القطار جانبيًا إلى الحجرة النهائية لأنبوب العودة. يتكون خط السكة الحديدية من أنبوب داخلي مفرغ من الهواء ونفق خارجي. عند عمق الإبحار، تحتوي المساحة بينهما على كمية كافية من الماء لتعويم الأنبوب المفرغ، مما يُخفف من اهتزازات الرحلة.

تم تخطيط مسار عبر منطقة شمال شرق الولايات المتحدة الكبرى ، يضم تسع محطات، واحدة في كل من واشنطن العاصمة ، وماريلاند ، وديلاوير ، وبنسلفانيا ، ونيويورك ، ورود آيلاند ، وماساتشوستس ، ومحطتين في كونيتيكت . وتم رسم خرائط لأنظمة السكك الحديدية للركاب في منطقتي سان فرانسيسكو ونيويورك، حيث تتميز قطارات الركاب بأنها أطول وأثقل، وتعتمد على الجاذبية بشكل أكبر من قطارات المسافات الطويلة. وكان من المقرر أن يضم نظام نيويورك ثلاثة خطوط تنتهي في بابل ، وباترسون ، وهانتينغتون ، وإليزابيث ، ووايت بلينز ، وسانت جورج .

أشار سالتر إلى كيف يمكن لنظام كهذا أن يساهم في الحد من الأضرار البيئية التي تُلحقها الطيران والنقل البري بالغلاف الجوي. ووصف النقل فائق السرعة تحت الأرض (قطارات الأنفاق) بأنه "الخطوة المنطقية التالية" لبلاده. إلا أن هذه الخطط لم تُستكمل.

في ذلك الوقت، كانت المكانة الوطنية مسألةً حساسة، إذ كانت اليابان تُشغّل قطارها فائق السرعة "شينكانسن" لسنوات عديدة، وكانت أبحاث قطارات "ماجليف" تُعتبر تقنيةً رائدة. كان من المُفترض أن يُنشئ مشروع "بلانتران " الأمريكي خدمة مترو أنفاق عابرة للقارات في الولايات المتحدة، مُوفراً رحلةً يومية من لوس أنجلوس إلى مدينة نيويورك في ساعة واحدة. وكان من المُقرر أن يُدفن النفق على عمق مئات الأقدام في تكوينات صخرية صلبة. وكان من المُفترض أن تستخدم عملية البناء أشعة الليزر لضمان المحاذاة، ومجسات من التنجستن لصهر التكوينات الصخرية النارية . وكان من المُفترض أن يُحافظ النفق على فراغ جزئي لتقليل مقاومة الهواء . وكان من المُفترض أن تبلغ سرعة الرحلة 4800 كم/ساعة (3000 ميل/ساعة) ، وأن يتعرض الركاب لتسارع يصل إلى 1.4 ضعف تسارع الجاذبية الأرضية، مما يستلزم استخدام مقصورات مُثبتة على محاور . وكانت تكاليف البناء الباهظة (التي قُدّرت بنحو تريليون دولار أمريكي) السبب الرئيسي وراء عدم تنفيذ اقتراح سالتر.  

ابتداءً من أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات، تم اقتراح مشروع Swissmetro للاستفادة من اختراع قطار Transrapid التجريبي الألماني بتقنية الرفع المغناطيسي، والعمل في أنفاق كبيرة تم تخفيض ضغطها إلى ارتفاع 21000 متر (68000 قدم) وهو الارتفاع الذي تم اعتماد طائرة Concorde SST للطيران عنده .  

في ثمانينيات القرن الماضي، عالج فرانك ب. ديفيدسون ، أحد مؤسسي ورئيس مشروع نفق المانش ، والمهندس الياباني يوشيهيرو كيوتاني، مشكلة عبور المحيطات باقتراح إنشاء أنبوب عائم فوق قاع المحيط، مثبت بكابلات ( نفق عائم مغمور ). وكان من المقرر أن يبقى أنبوب العبور على عمق لا يقل عن 300 متر (1000 قدم) تحت سطح المحيط لتجنب اضطراب المياه.  

في 18 نوفمبر 1991، قدّم جيرارد ك. أونيل طلب براءة اختراع لنظام قطار يعمل بتقنية التفريغ الهوائي. أطلق على الشركة التي أراد تأسيسها اسم VSE International ، اختصارًا لـ "السرعة" و"الهدوء" و"الكفاءة". ^{[ 14 ]} أما المفهوم نفسه، فقد أطلق عليه اسم "الطيران المغناطيسي" . كانت المركبات، بدلًا من السير على مسارين، تُرفع باستخدام القوة الكهرومغناطيسية عبر مسار واحد داخل أنبوب (مغناطيسات دائمة في المسار، ومغناطيسات متغيرة على المركبة)، وتُدفع بواسطة القوى الكهرومغناطيسية عبر الأنفاق. وقدّر أن القطارات يمكن أن تصل سرعتها إلى 4000 كم/ساعة (2500 ميل/ساعة) - أي أسرع بخمس مرات تقريبًا من طائرة ركاب نفاثة - إذا تم تفريغ الهواء من الأنفاق. ^{[ 15 ]} وللوصول إلى هذه السرعات، كانت المركبة تتسارع في النصف الأول من الرحلة، ثم تتباطأ في النصف الثاني. وكان من المخطط أن يكون التسارع بحد أقصى نصف قوة الجاذبية الأرضية تقريبًا. خطط أونيل لبناء شبكة من المحطات المتصلة بهذه الأنفاق، لكنه توفي قبل عامين من حصوله على أول براءة اختراع لها. ^{[ 14 ]}  

في عام 2001، بدأ جيمس ر. باول ، أحد مخترعي قطار ماجليف فائق التوصيل في ستينيات القرن الماضي ، قيادة دراسة حول إمكانية استخدام قطار ماجليف مفرغ لإطلاق المركبات الفضائية ، أُطلق عليه اسم "ستار ترام" . نظريًا، سيقلل هذا من تكلفة الصواريخ الحالية بمقدار مئتي ضعف. ويقترح مشروع "ستار ترام" أن تصل سرعة المركبات إلى ما بين 14300 و31500 كيلومتر في الساعة (8900 إلى 19600 ميل في الساعة) داخل نفق تسارع طويل. ^{[ 16 ]}    

تزعم شركة ET3 أنها أنجزت بعض الأعمال التي أسفرت عن براءة اختراع لتقنية "نقل الأنابيب المفرغة" والتي مُنحت في عام 2009. ^{[ 17 ]} وقد عرضوا فكرتهم في عام 2013 على منصة عامة. ^{[ 18 ]}

في أغسطس 2013، نشر إيلون ماسك ، الرئيس التنفيذي لشركتي تسلا وسبيس إكس، ورقة بحثية بعنوان "هايبرلوب ألفا"، اقترح فيها مسارًا يربط منطقة لوس أنجلوس بمنطقة خليج سان فرانسيسكو ، ويدرسه، على طول الطريق السريع بين الولايات رقم 5 تقريبًا . ^{[ 19 ]} وقد أتاح ماسك وسبيس إكس مفهوم "هايبرلوب" للجميع، وشُجع آخرون على تبني الأفكار وتطويرها.

ولتحقيق هذه الغاية، تم تأسيس عدد من الشركات، وتعمل عدة فرق متعددة التخصصات بقيادة الطلاب على تطوير هذه التقنية. ^{[ 20 ]} قامت شركة سبيس إكس ببناء مسار مصغر بطول ميل واحد تقريبًا (1.6 كم) لمسابقة تصميم الكبسولات في مقرها الرئيسي في هاوثورن، كاليفورنيا . ^{[ 21 ]} 

• النقل الهوائي للشاطئ

• صفحة معهد ورسستر للفنون التطبيقية التي تناقش إنجازات غودارد. مؤرشفة بتاريخ 27 فبراير 2016 على موقع Wayback Machine.
• قطارات الفراغ في ذراع أوريون
• مجلة السكك الحديدية
• العلوم الشعبية
• مركبة أنابيب الهيدروجين
• الصين تخطط لقطار فائق السرعة تبلغ سرعته 1000 كم/ساعة
• غطاء الحمولة