تطوير قطار TGV

قطار TGV ( بالفرنسية : Train à Grande Vitesse ، أي القطار فائق السرعة) ^{[ 1 ]} هو خدمة السكك الحديدية فائقة السرعة في فرنسا. وُلدت فكرة القطار فائق السرعة في فرنسا قبل حوالي عشرين عامًا من دخول أول قطار TGV الخدمة. في ذلك الوقت، حوالي عام 1960، طُرح مفهوم جديد جذري؛ وهو الجمع بين السرعات العالية جدًا والانحدارات الحادة، مما يسمح للسكك الحديدية بتتبع تضاريس الأرض، مثل قطار الملاهي ذي الانحدار اللطيف . فبدلاً من انحدارات بنسبة واحد أو اثنين بالمائة، والتي تُعتبر حادة في التطبيقات العادية، أصبح من الممكن إنشاء انحدارات تصل إلى أربعة بالمائة، مما يسمح بتخطيط أكثر مرونة (وأقل تكلفة) للخطوط الجديدة. على مدى السنوات القليلة التالية، أدت هذه الفكرة العامة إلى ظهور مجموعة متنوعة من مفاهيم النقل فائق السرعة، والتي اتجهت نحو الابتعاد عن المركبات التقليدية ذات العجلات على القضبان. في الواقع، فضّلت الحكومة الفرنسية في ذلك الوقت القطارات "الحديثة" ذات الوسائد الهوائية أو قطارات الرفع المغناطيسي ، مثل قطار Aérotrain من تصميم بيرتان ؛ واعتُبرت العجلات الفولاذية على القضبان تقنيةً غير قابلة للتطبيق. في الوقت نفسه، كانت شركة السكك الحديدية الوطنية الفرنسية ( SNCF ) تسعى لرفع سرعات القطارات التقليدية إلى ما بين 180 و200 كم/ساعة (110 إلى 125 ميل/ساعة) في المقاطع غير المكهربة ، وذلك باستخدام التوربينات الغازية للدفع. كانت الطاقة رخيصة نسبيًا في تلك السنوات، وكانت التوربينات الغازية (المصممة أصلاً للمروحيات ) وسيلة فعالة ومدمجة لتلبية متطلبات الطاقة الإضافية. بعد النموذج الأولي TGS في عام 1967، أدخلت SNCF نظام الدفع بالتوربينات الغازية مع قطارات ETG (وحدة التوربينات الغازية) في خدمة باريس - شيربورغ، في مارس 1970.  

تلاقت الرغبة في تحقيق سرعات أعلى والنجاح الذي حققه برنامج القطار التوربيني في أواخر الستينيات، مدعومةً بانطلاق قطار شينكانسن الياباني فائق السرعة عام ١٩٦٤. تجسدت هاتان الفكرتان في برنامج مشترك بين شركة السكك الحديدية الوطنية السويسرية (SNCF) وقطاع الصناعة لاستكشاف إمكانية استخدام وحدة توربينية غازية عالية السرعة. عُرف المشروع، الذي بدأ عام ١٩٦٧، باسم "إمكانيات السكك الحديدية على البنى التحتية الجديدة" وحمل الاسم الرمزي C03. وقد خضعت عربة السكك الحديدية التجريبية X4300 TGS، السلف لقطار ETG، لاختبارات بسرعات تصل إلى ٢٥٢ كم/ساعة (١٥٧ ميل/ساعة) في أكتوبر ١٩٧١، وحققت نتائج واعدة. نظراً لأن خطوط السكك الحديدية فائقة السرعة التي تصورتها شركة SNCF تتطلب سرعات تتراوح بين 250 و300 كم/ساعة (155 إلى 186 ميلاً /ساعة)، فقد كلفت الشركة شركة Alsthom-Atlantique ببناء نموذج أولي خاص لقطار توربيني فائق السرعة لاختبار بعض المفاهيم في مجال السكك الحديدية فائقة السرعة. وهكذا وُلد القطار التوربيني TGV 001 ، اختصاراً لـ Train à Grande Vitesse، أو القطار فائق السرعة 001.      

كان قطار TGV 001 التوربيني قطارًا تجريبيًا لبرنامج بحثي واسع النطاق شمل أنظمة الجر، وديناميكيات المركبات ، والكبح ، والديناميكا الهوائية ، والإشارات ، وغيرها من التقنيات التي كان لا بد من تطويرها لتمكين الوصول إلى سرعات أعلى. لم يُبنَ منه سوى قطار واحد، على الرغم من أنه كان من المخطط في الأصل بناء نسخة ثانية مزودة بنظام إمالة نشط . اكتملت الدراسات الخاصة بنسخة الإمالة، لكنها لم تُبنَ أبدًا بسبب صعوبات فنية في تركيب نظام الإمالة.

كان قطار TGV 001 يتألف من عربتي قيادة وثلاث عربات مقطورة بينهما، وكانت المجموعة بأكملها متصلة ببعضها بشكل دائم. جميع المحاور كانت تعمل بمحركات كهربائية ، مما يوفر ميزة انخفاض أحمال المحاور ونسبة عالية بين القدرة والوزن . كما أتاح الجر الكهربائي إمكانية الكبح الديناميكي، وهو فعال بشكل خاص عند السرعات العالية. احتوت كل عربة قيادة على زوج من التوربينات (TURMO IIIG ثم TURMO X، المستخدمة في مروحية سوبر فريلون التابعة لشركة سود أفياسيون ) والتي كانت تعمل بسرعة ثابتة. كانت هذه التوربينات متصلة بمرحلة تخفيض السرعة، والتي كان عمودها يدير مولدًا كهربائيًا . إلى جانب محرك التوربينات، احتوت عربات القيادة على أجهزة تحكم لمحركات الجر، وشبكات كبح ديناميكية، ومعدات إشارات وكبح، وغيرها.

كان قطار TGV001 مفصليًا، حيث تسير العربات المتجاورة على محور مشترك. وقد وفر هذا التصميم ثباتًا أكبر (من خلال ربط ديناميكيات هياكل العربات) وأتاح مساحة لنظام تعليق هوائي ثانوي موضوع بمستوى مركز الثقل ، مما قلل من ميلان القطار عند المنعطفات. في 5227 رحلة تجريبية غطت ما يقارب نصف مليون كيلومتر، تجاوز قطار TGV 001 التوربيني سرعة 300  كم/ساعة (186  ميل/ساعة) في 175 رحلة، ووصل إلى سرعة قصوى بلغت 318  كم/ساعة (198  ميل/ساعة) في 8 ديسمبر 1972. وكان هذا (ولا يزال) الرقم القياسي العالمي للسرعة لقطار غير كهربائي. شكلت حملة اختبار TGV 001 جزءًا لا يُقدر بثمن من مشروع C03، حيث أثبتت مفاهيم جديدة في بيئة واقعية وقدمت بيانات هندسية شاملة حول التشغيل بسرعات عالية.

مع أزمة النفط عام 1973 ، لم يعد من المجدي اقتصاديًا تشغيل قطار فائق السرعة المستقبلي بالوقود الأحفوري . فتم تغيير المتطلبات إلى التشغيل الكهربائي بالكامل، مما أدى إلى إعادة تصميم شاملة وبرنامج اختبار مكثف. في أبريل 1974، بدأت تجارب عربة السكك الحديدية الكهربائية التجريبية Z7001، الملقبة بـ"زيبولون". أُعيد بناء زيبولون من العربة Z7115 التي تعرضت لحادث. وباستخدام هذه العربة، طُوّرت واختُبرت عربة الطاقة الجديدة Y226 ذات قاعدة العجلات الطويلة (سلف Y230 لقطار TGV الإنتاجي)، بمحركات جر مثبتة على الهيكل وناقل حركة كاردان ثلاثي الأرجل . كان تثبيت محركات الجر على الهيكل ابتكارًا رئيسيًا؛ إذ سمح بتقليل كتلة عربة الطاقة بشكل كبير (3300  كجم)، مما منحها سرعة حرجة عالية جدًا وثباتًا استثنائيًا في التتبع. ساهم زيبولون أيضًا في تطوير نظام تجميع التيار عالي السرعة ثنائي المراحل ، والذي أصبح فيما بعد نظام تجميع التيار AM-PSE لقطار TGV Sud-Est ، بالإضافة إلى نوع جديد من مكابح السكك الحديدية التي تعمل بالتيارات الدوامية . تُمارس هذه المكابح قوة تثبيت مغناطيسية دون ملامسة السكة. إلا أن مزايا الكفاءة العالية وانخفاض التآكل لم تُعوّض مشاكل ارتفاع درجة حرارة السكة، فتمّ التخلي عن التصميم. كان نظام التعليق الذي ابتكره زيبولون، وهو نظام غير هوائي، مُرضيًا تمامًا، لذا تمّ اعتماده في القطار فائق السرعة الجديد، بدلًا من نظام التعليق الهوائي المستخدم في قطار TGV 001.

على مدى عشرين  شهرًا، قطع قطار زيبولون ما يقارب مليون كيلومتر، منها 25000 كيلومتر بسرعة تجاوزت 300  كيلومتر في الساعة (186  ميلًا في الساعة). وبلغت أعلى سرعة وصل إليها زيبولون 309  كيلومترات في الساعة (192  ميلًا في الساعة). كانت الآفاق واعدة لمشروع C03، الذي مولته الحكومة الفرنسية بالكامل عام 1976. وبدأ إنشاء خط سكة حديد كهربائي فائق السرعة يربط باريس بليون بعد ذلك بوقت قصير .

يعود تصميم قطار TGV الأصلي، من الداخل والخارج، إلى المصمم الصناعي جاك كوبر. وُلد كوبر في بريطانيا عام 1931، قبل أن ينتقل إلى فرنسا. في منتصف خمسينيات القرن الماضي، أمضى عدة سنوات يعمل تحت إشراف المصمم الأمريكي ريموند لوي ، الذي اشتهر بتصميماته، ومنها قاطرة GG1 الكهربائية التابعة لسكك حديد بنسلفانيا . في عام 1968، عندما بدأ العمل لدى شركة ألستوم، طُلب من جاك كوبر تصميم "قطار لا يشبه القطارات التقليدية". فصمّم كوبر الشكل الخارجي والداخلي لقطار TGV 001 التوربيني، وبعد ذلك بوقت قصير، ظهر تصميم TGV. في عام 1975، كان كوبر يرسم قطارات تُشبه قطار TGV Duplex الذي ظهر بعد عشرين عامًا. ورغم قبول تصميم كوبر الخارجي للقطار فورًا، إلا أنه أُعيد تصميمه مرارًا وتكرارًا أثناء محاولته ابتكار التصميم الداخلي ، الذي شمل كل شيء من المقاعد إلى مقابض الأبواب.

كانت متطلبات التصميم المتعددة تتعارض أحيانًا، وكان على كوبر إيجاد الحل الأمثل. كان لا بد أن تكون المساحات الداخلية جذابة ومريحة، تبعث على الهدوء والسكينة، سهلة التنظيف والصيانة، ومتكاملة بسلاسة لخلق جو موحد. وكان الهدف هو توفير الراحة لجميع الركاب مع الحفاظ على مكانة مميزة وأناقة خاصة. وكان الهدف الأسمى هو تصميم مساحة داخلية تجمع بين الاسترخاء والمتعة.

بحلول أواخر السبعينيات، اكتمل تصميم أول قطار فائق السرعة (TGV). تم طلب الدفعة الأولى من قطارات الإنتاج في 4 نوفمبر 1976. وعلى مدى العشرين عامًا التالية، تم بناء أكثر من 600 نسخة من مقدمة قطار TGV الشهيرة عالميًا من تصميم كوبر.

في 28 يوليو 1978، غادرت مجموعتان من قطارات TGV التجريبية مصنع ألستوم في بلفور . أصبحت هاتان المجموعتان لاحقًا قطارات TGV Sud-Est رقم 01 و02، ولكن لأغراض الاختبار، أُطلق عليهما اسما "باتريك" و"صوفي" نسبةً إلى رمزيهما اللاسلكيين. خلال أشهر الاختبار اللاحقة، أُجري أكثر من 15000 تعديل على هاتين المجموعتين، اللتين لم تخلُ من المشاكل. كانت مشكلة الاهتزاز عند السرعات العالية من أصعب المشاكل التي واجهت حلًا، حيث لم تكن القطارات الجديدة مريحة على الإطلاق عند سرعة السير العادية. استغرق الحل وقتًا طويلًا، مما أدى إلى تأخير الجدول الزمني قليلًا. في النهاية، وُجد أن وضع قطع مطاطية أسفل نوابض التعليق الرئيسية يحل المشكلة. تم التغلب على صعوبات أخرى تتعلق بثبات العربات عند السرعات العالية بحلول عام 1980، وهو الموعد الذي كان من المفترض أن يُفتتح فيه الجزء الأول من الخط الجديد من باريس إلى ليون. تم تسليم أول قطار إنتاجي، رقم 03، في 25 أبريل 1980.

كان تسليم طلبية 87 قطارًا فائق السرعة (TGV) يسير على قدم وساق عام 1981، حين استُخدم القطار رقم 16 في محاولة لتحطيم الرقم القياسي العالمي ، والتي حظيت بتغطية إعلامية واسعة، وأُطلق عليها اسم "TGV 100" (بهدف الوصول إلى سرعة 100  متر في الثانية، أو 360  كم/ساعة). وقد تم تجاوز هذا الهدف في 26 فبراير 1981، عندما وصل القطار رقم 16 إلى سرعة 380 كيلومترًا في الساعة (236 ميلًا في الساعة) بأمان تام. ويُعدّ هذا إنجازًا مُغايرًا تمامًا للرقم القياسي السابق البالغ 331 كيلومترًا في الساعة (206 ميلًا في الساعة) ، والذي سُجّل في 28 مارس 1955 بواسطة قاطرتين كهربائيتين فرنسيتين، هما CC 7107 و BB 9004. في تلك المحاولات لتحطيم الرقم القياسي، والتي وصفها البعض بالانتحارية، تضررت السكة الحديدية بشدة وكادت القطارات أن تخرج عن مسارها.  

في 27 سبتمبر 1981، وسط احتفال كبير، انطلق أول قطار فائق السرعة (TGV) يحمل ركاباً مدفوعي الأجر من باريس، بعد افتتاحه من قبل الرئيس الفرنسي آنذاك فرانسوا ميتران قبل خمسة أيام. وهكذا بدأت التقاليد العريقة للنقل البري فائق السرعة في فرنسا.