Ykkösluokan lento junalla

Tulevaisuuden juna liitää 600 kilometrin tuntivauhtia magneettiradalla. Eurooppa ja Aasia investoivat vähän ilmastoa kuormittaviin maglev-juniin, ja uuden tunnelitekniikan ja muotoilun myötä matkustusmukavuus nousee pilviin.

Tulevaisuuden juna liitää 600 kilometrin tuntivauhtia magneettiradalla. Eurooppa ja Aasia investoivat vähän ilmastoa kuormittaviin maglev-juniin, ja uuden tunnelitekniikan ja muotoilun myötä matkustusmukavuus nousee pilviin.

Miksi käyttää lentokonetta, kun voi lentää ilman siipiä? Tulevaisuuden junan myötä saadaan heittää hyvästit lentohäpeälle ja aikaa vieville lentoasemille. Käydään vain istumaan mukavaan tuoliin, ja liidetään kaupungista toiseen.

Juna on jo nyt ilmaston kannalta selvästi parempi kuin lentokone. Tavoitteena on kuitenkin tehdä junasta lentokonetta parempi myös matka-aikojen osalta.

Suurnopeusjunat ovat jo kauan pyyhältäneet 300 kilometrin tuntinopeudella muun muuassa Ranskassa ja Japanissa, mutta perinteisten nuolijunien edelle menevät pian pikakiitäjät, jotka liitävät magneettiradan päällä kuin matalalla lentävät lentokoneet.

Uusi kiinalainen magneettilevitaatio- eli maglev-juna rullasi ulos Qingdaossa sijaitsevasta kokoonpanohallista 20. heinäkuuta 2021. Junasta, jonka huippunopeus on 600 km/h, tulee maailman nopein maakuljetusväline. Sen vauhti vastaa melkein puolta äänen nopeutta.

Pekingin ja Shanghain väli on noin 1 000 kilometriä, ja junamatka kestää vain 2,5 tuntia. Lentämällä perille pääsee kolmessa tunnissa.

Kiinalainen superjuna kulkee Pekingin ja Shanghain välin vain 2,5 tunnissa, vaikka etäisyys on 1 000 kilometriä.

© Claus Lunau

Myös Euroopassa visioidaan hyvin nopeita junayhteyksiä. Maglev-junien tapaan magnetismiin perustuvien Hyperloop-junien odotetaan mullistavan kansainvälisen liikenteen niin kuin lentokoneet mullistivat aikoinaan.

Magneetit leijuttavat junaa

Juna on ympäristöystävällisimpiä kuljetusvälineitä. Tavallisen rautatieliikenteen hiilidioksidipäästöt ovat vain 45 grammaa/matkustaja/kilometri, kun lentoliikenteen vastaava luku on noin 223 grammaa. Uudet maglev-radat tekevät vielä enemmän kaulaa ilmailuun.

Maglev-junan ilmastokuorma on alle kolmasosa tavallisen junan ja alle seitsemän prosenttia lentokoneen ilmastokuormasta. Eron selittää se, että maglev-rata eliminoi suuren osan liikettä vastustavasta voimasta, kitkasta.

Tekniikka perustuu radan ja junien voimakkaisiin sähkömagneetteihin. Ne hylkivät toisiaan samalla tavalla kuin sauvamagneettien samanmerkkiset navat ja tuottavat magneettikentän, joka nostaa junan irti radasta ja kannattaa sitä jopa kymmenen senttiä ilmassa.

Vaihtelevat magneettikentät kuljettavat junaa eteenpäin tehokkaasti ja äänettömästi, ja vierestä vaikuttavat magneettikentät pitävät sen oikeassa kohdassa ja asennossa radalla.

Maglev-junaa kiidättävät vaunujen ja radan sähkömagneetit. Junan ja radan välinen magneettinen hylkimisvaikutus saa junan leijumaan, ja koska juna liitää ilman vierimisvastusta, se voi ajaa tehokkaasti jopa yli 600 kilometrin tuntinopeudella.

© Claus Lunau

1. Juna leijuu radan päällä

Vaunujen alla ja radassa olevat sähkömagneetit – N ja S – hylkivät toisiaan ja saavat aikaan magneettikentän, joka nostaa junan 1–10 senttiä radan yläpuolelle. Junan kyljissä ja vieressä sijaitsevat magneetit säätelevät sen sivuttaista liikettä.

© Claus Lunau

2. Veto ja työntö kuljettavat

Radan magneettikenttä pitää junan liikkeellä. Kahden pohjois- tai etelänavan välinen hylkimisvaikutus työntää, kun taas kahden erimerkkisen navan puoleensa vetävä vaikutus kiskoo. Leijumisen ansiosta meno on lähes kitkatonta.

© Claus Lunau

3. Käänteinen kenttä jarruttaa

Kun junan pitää pysähtyä tai vaihtaa kulkusuuntaa, radan magneettikenttä käännetään. Sähköä johdetaan jatkuvasti siihen radan osaan, jossa juna on. Kun juna kiihdyttää, rataan siirretään enemmän energiaa.

Kun Kiina koekäyttövaiheen jälkeen alkaa liikennöidä tuliterällä maglev-vauhtihirmullaan, liikenteessä alkaa uusi aikakausi – muuallakin.

Muun muassa Japani investoi tätä nykyä magneettikäyttöisiin juniin, jotka voivat nopeutensa ansiosta tarjota houkuttelevan vaihtoehdon lentokoneille ja henkilöautoille.

Maglev-junat tarvitsevat kuitenkin oman rataverkkonsa, sillä tavallisille raiteille niillä ei ole mitään asiaa. Maglev-ratojen rakentaminen tulee kalliiksi, mutta niiden ylläpitokustannukset jäävät pieniksi. Koska junat eivät kosketa liikkuessaan rataa, ne eivät myöskään kuluta sitä.

Maglev-rata on myös vähemmän säiden armoilla. Se ei väänny helteellä mutkalle, eikä sitä tarvitse sulkea liikenteeltä jään tai lumen takia.

Lisäksi kyyti on miellyttävää, koska maglev-juna kulkee heilahtelematta ja tärisemättä.

223 grammaa hiilidioksidia matkustajakilometriä kohti tuottaa lentokone. Maglev-junan päästöt ovat alle 7 prosenttia siitä.

Pitkä hyvien ominaisuuksien luettelo on tärkein syy siihen, että maglev-tekniikkaa kehitetään kiivaasti etenkin Aasiassa, jossa on noin kolme neljäsosaa maailman nykyisistä suurnopeusradoista.

Magleviin panostetaan kuitenkin myös Euroopassa. Esimerkiksi puolalais-sveitsiläinen teknologiayhtiö Nevomo on ideoinut mullistavan yhdistelmäkonseptin, joka mahdollistaa liikennöimisen jopa 550 kilometriä tunnissa kulkevilla junilla.

Nevomon ratkaisussa tavallinen rautatie varustetaan magneettiradalla. Tavoitteena on helpottaa asteittaista siirtymistä uuteen tekniikkaan, sillä samaa verkkoa voivat käyttää sekä nykyiset että niin sanotut magrail-junat. Käytännössä raiteisiin lisätään sähkömagneetit, jotka leijuttavat uudenlaisia junia.

Nevomon kehittämässä konseptissa tavallinen rautatie ja magneettirata yhdistyvät. Kaksoisrakenteen ansiosta samoilla raiteilla voidaan ajaa nykykalustolla ja uusilla magneettijunilla.

© Nevomo.tech

Kesällä 2021 Nevomo alkoi rakentaa 750 metriä pitkää koerataa Puolaan, jotta lupaavalta vaikuttavaa tekniikkaa päästään testaamaan.

Matkustajat liitävät lentoasemalle

Magneettilevitaatioon perustuva juna on vanha keksintö. Esimerkiksi jo 1980-luvulla saksalaisyhtiöt Siemens AG ja ThyssenKrupp AG kehittivät yhdessä Transrapid-nimistä maglev-järjestelmää. Se saavutti menestystä Kiinassa. Shanghaissa avattiin tähän mennessä pisin maglev-rata vuonna 2002.

Tällä hetkellä maailman nopein juna liikennöi Shanghain keskustan ja Pudongin kansainvälisen lentoaseman välillä. Saksalainen tekniikka kiidättää junaa 30 kilometriä pitkällä radalla jopa 431 kilometrin tuntivauhtia, ja matka kestää alle kahdeksan minuuttia.

Shanghain Transrapid on yksi kuudesta nykyään kaupallisessa käytössä olevasta maglev-junayhteydestä. Vaikka ne kaikki sijaitsevat Aasiassa, vain yksi niistä on suurnopeusjunien edelläkävijämaana tunnetussa Japanissa.

67 minuuttia kestää 500 kilometriä pitkä matka Tokiosta Osakaan maglev-junalla.

Japani on Kiinan tapaan päättänyt sijoittaa miljardeja euroja maglev-tekniikkaan. Tavoitteena on, että maglev-rataverkko nopeuttaa matkustamista Japanin suurkaupunkien välillä 20 prosenttia.

Uutta L0 Series maglev-junaa testataan jo Japanissa. Se on jo lunastanut paikkansa historiankirjoissa.

Virtaviivainen suprajohtavien magneettien kuljettama juna rikkoi huhtikuussa 2015 kaikkien aikojen nopeusennätyksen Yamanashin koeradalla, kun se saavutti 603 kilometrin tuntinopeuden. Jos esimerkiksi Helsingin ja Kuopion välillä liikennöisi näin nopea juna, matka-aika olisi vain vähän yli puoli tuntia.

Aikaisemman ennätyksen – 574,8 km/h – oli tehnyt vuonna 2007 ranskalainen suurnopeusjuna TGV (Train à Grande Vitesse).

Maglev-junan saavat leijumaan ja liitämään radan päällä magneettikentät. Japanilainen L0 Series Maglev halkoo ilmaa litteällä nokallaan.

© Claus Lunau

Japanilainen maglev-juna halkoo ilmaa litteällä, noin 15 metriä pitkällä nokallaan. Virtaviivaisen muodon merkitys korostuu suurissa nopeuksissa.

L0 Series -juna Chuo Shinkansen Maglev on tarkoitus ottaa säännölliseen liikenteeseen vuonna 2027 Tokion–Nagoyan reitillä. Liikenteenharjoittaja, JR Tōkai -rautatieyhtiö, lupaa jo nyt matkustusmukavuuden vastaavan lentokoneiden ykkösluokkaa sekä vaunujen että palvelun osalta.

Junat voivat koostua kymmenestä 100-paikkaisesta vaunusta. Matkustajille on tarjolla nopea 5G-datayhteys ja oma näyttö, jota voi käyttää ohjauspaneelin kautta. Kaikkia yksityiskohtia ei ole vielä paljastettu, mutta ilmeisesti matkustusmukavuutta lisäävät maisemavaunujen lisäksi ravintola ja oleskelutila.

Myös eurooppalaiset rautatieyhtiöt suunnittelevat nostavansa laatutasoa huomattavasti. Kehityskohteita löytyy itse junien lisäksi asiakaspalvelusta.

Matkustusmukavuuteen vaikuttaa myös matka-aika. Sitä voidaan lyhentää nopeampien junien lisäksi oikaisemalla ratoja. Suorat reitit ovat lyhyimpiä ja nopeimpia.

Shinkansen Maglev -junaa varten on rakennettu vuodesta 2014 lähtien 286 kilometriä pitkää Tokion–Nagoyan rataa. Tehtävästä tekee vaikean se, että rata kulkee melkein 90-prosenttisesti tunnelissa. Eräästä 1,4 kilometrin syvyyteen Japanin Alpeilla puhkaistavasta tunnelista tulee 25 kilometriä pitkä.

Tunneli ensin, käytävä sitten. Brittiläinen yhtiö hyperTunnel on kääntänyt tunnelin rakentamisen päälaelleen. Reitti linjataan pienillä porausrei'illä ja 3D-mallilla, ennen kuin robotit louhivat tunnelin.

© hyperTunnel

1. Ääriviivat vaakasuorilla porauksilla

Kolmella porauksella otetaan ensin geologisia näytteitä koko tulevan tunnelin matkalta. Porausten ansiosta on mahdollista mallintaa tarkasti tunneli ja sen ympäristö. Sen jälkeen tunnelin ääriviivat tehdään 20–40 porausreiällä.

© hyperTunnel

2. Robotit tulostavat 3D-mallin

Porausrobottiparvi lähetetään tunnelin ääriviivat muodostaviin reikiin. Robotit poraavat tunnelin ulkoreunan ja verhoavat pinnan 3D-tulosteella. Sitten kuoren sisältä louhitaan kallio tarkkojen räjäytysten avulla.

© hyperTunnel

3. Koneet poistavat kiven

Kaapelivetoinen kone raivaa koko reitin puhtaaksi murskasta ja varmistaa, että aukko on oikean kokoinen. Robotit ruiskuttavat käytävän kattoon ja seiniin betonia, ja automaattivaunut kuljettavat jätteet pois.

Rataa aiotaan jatkaa, ja kun se valmistuu vuonna 2037, Tokion ja Osakan 500 kilometriä pitkä väli taittuu 67 minuutissa. Juna käyttää silloin matkaan yhtä paljon aikaa kuin lentokone nykyään. Junayhteys voi olla kuitenkin nopeampi, kun otetaan huomioon esimerkiksi se, kuinka paljon ennen lennon aikataulun mukaista lähtöaikaa portilla pitää olla.

Shinkansen Maglev tarjoaa kolminkertaista vauhtia verrattuna alkuperäiseen Shinkansen-suurnopeusjunaan, joka alkoi liikennöidä samalla reitillä vuonna 1964.

Kapselissa putkea pitkin

Vaikka 500–600 kilometrin tuntinopeudella kulkevilla maglev-junilla ajetaan aika haipakkaa, vielä kovempaa kyytiä on luvassa, jos kohuttu Hyperloop-kuljetusjärjestelmä toteutuu.

Maglev-radan tapaan Hyperloop perustuu magnetismiin, sillä siinä leijutetaan kapseleita alipaineisessa putkessa.

Huippunopeus voi olla peräti 1 200 km/h eli suurempi kuin matkustajakoneilla, jotka lentävät yleensä noin 900 kilometriä tunnissa.

Hyperloop-järjestelmässä eliminoidaan ilmanvastus ja kitka, jotka vastustavat voimakkaasti tavallisen junan liikettä. Se tapahtuu magneettien ja tyhjiöpumppujen avulla.

Hyperloop-konseptin esitti vuonna 2012 äveriäs yrittäjä Elon Musk, joka tunnetaan muun muassa sähköautoja valmistavan Teslan ja avaruusalalla toimivan SpaceX:n toimitusjohtajana. Kymmenessä vuodessa kehityshankkeessa on päästy kirjaimellisesti tuumasta toimeen.

Ensimmäisen kerran Hyperloop-järjestelmä kuljetti ihmisiä marraskuussa 2020. Silloin kaksi Virgin Hyperloopin työntekijää saavutti Yhdysvalloissa Las Vegasin lähellä sijaitsevalla 500 metriä pitkällä koeradalla 172 kilometrin tuntinopeuden.

Vaikka kapseli viipyi matkalla vain 15 sekuntia, kyse oli käänteentekevästä tapauksesta, jolla oli signaaliarvoa.

Koe osoitti, että Hyperloopin idea on niin hyvä, että sen kehittämiseen kannattaa uhrata paukkuja. Edistyksestä kertoo jotain sekin, että ensimmäisissä kapselikokeissa vuonna 2017 huippunopeus oli 94 km/h, mutta jo heinäkuussa 2019 saksalaisessa TUM Hyperloop -hankkeessa tehtiin uusi nopeusennätys, 482 km/h.

Hyperloop-järjestelmässä käytetään rautatievaunujen sijasta kapseleita, jotka leijuvat alipaineisessa putkessa. Kuvan koerata sijaitsee Las Vegasin liepeillä.

© Virgin Hyperloop

Useat eri tutkimuslaitokset ja yritykset suunnittelevat Hyperloop-yhteyksiä.

Hyperloopia kohtaan on osoittanut kiinnostusta 16 Euroopan unionin jäsenmaata. Ehkä jo 15 vuoden kuluessa tulee mahdolliseksi matkustaa ympäristöystävällisesti vaikkapa Berliinistä Amsterdamiin 45 minuutissa ja Helsingistä Tukholmaan puolessa tunnissa.

On visioitu laajoja Hyperloop-verkkoja, jotka kuljettavat matkustajia pitkin ja poikin Eurooppaa lähes äänen nopeudella – melkein maata pitkin.

Mutta ennen kuin Hyperloop-radat liittävät Euroopan eri osat yhteen, Pohjolasta pääsee nykyistä selvästi nopeammin Saksaan.

Kun maailman pisin vedenalainen tunneli, Fehmarninsalmen uppotunneli, valmistuu Tanskan ja Saksan välille vuonna 2029, se yhdistää Skandinavian rautatie- ja maantieverkon suoremmin Euroopan mantereeseen. Esimerkiksi junalla pääsee silloin Kööpenhaminasta Hampuriin kaksi tuntia nykyistä nopeammin eli 2,5 tunnissa.

Myös suomalaisten uskotaan hyötyvän uudesta reitistä. Pohjois-Saksasta on helppo jatkaa matkaa maitse.

Kiinan Kunmingin ja Laosin Vientianen välisen uuden suurnopeusradan ansiosta nykyään on mahdollista matkustaa junalla Portugalin Lissabonista Singaporeen. Reitillä on pituutta 18 755 kilometriä, eli se on maailman pisin junamatka.

Aikaa on kuitenkin varattava kolme viikkoa, sillä junaa joutuu vaihtamaan monta kertaa matkatessaan kaikkiaan 13 maassa. Matkanteon hitaus ei kasvata ilmastokuormaa: hiilidioksidipäästöt ovat vain 0,08 tonnia eli kahdeskymmenesosa lentomatkan hiilidioksidipäästöistä.

Lissabon on läntisin ja Singapore itäisin kaupunki, joiden välillä on katkeamaton rautatieyhteys. Matka 13 maan läpi kestää kolme viikkoa.

© Claus Lunau