Hyperloop هو وسيلة نقل مفاهيمية اقترحها Elon Musk ، والتي من شأنها أن ترى قرونًا صغيرة نسبيًا تنتقل عبر أنابيب محكمة الإغلاق تم إخلاءها جزئيًا من الهواء. بالسفر في بيئة ذات ضغط منخفض ، يمكنك تحقيق سرعات قريبة من السرعة والمحافظة عليها يبدو أسهل بكثير مما هو عليه في الهواء الطلق ، مما يسمح بنقل سريع موفر للطاقة ولفترة طويلة المسافات.
مشاكل في النقل الحديث عالي السرعة
منصات النقل الحديثة عالية السرعة ، مثل الطائرات والسكك الحديدية عالية السرعة ، محدودة السرعة أساسًا بمقاومة الهواء والسحب. كلما سافرت بشكل أسرع ، زادت كمية الهواء التي تشقها في إطار زمني معين. يؤدي الجري في هذا الهواء الإضافي إلى قوة مقاومة تحاول إبطائك. لمكافحة المقاومة الإضافية ، يجب استخدام المزيد والمزيد من القوة لزيادة السرعة ، مما يؤدي إلى زيادة احتراق الوقود وزيادة الانبعاثات المصاحبة.
تتمثل الطريقة الرئيسية لتقليل مقاومة الهواء في تصميم أشكال ديناميكية هوائية عالية تسمح للهواء بالتدفق بسلاسة فوق أي جسم. يسمح التدفق السلس للهواء عالي السرعة بتقليل مقاومة الهواء وتأثيرات السحب. تقلل الطائرات أيضًا من مقاومة الهواء التي تواجهها ، من خلال الطيران على ارتفاعات مع انخفاض ضغط الهواء ، مع تقليل الهواء للابتعاد عن الطريق ، والقوة المطلوبة للسفر بنفس السرعة.
كيف سيعمل الهايبرلوب
تم تصميم Hyperloop ليعمل في أنبوب مغلق امتص منه معظم الهواء. الضغط المقترح الذي سيعمل به أنبوب هايبرلوب هو ملي بار واحد. يُعادل الملي بار من الضغط تقريبًا واحدًا من الألف من ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر ، أو ضغط الهواء على ارتفاع 48 كيلومترًا.
ملاحظة: للمقارنة ، أعلى ارتفاع إبحار قياسي لطائرة 747 هو 12.5 كم ، حيث يبلغ ضغط الهواء 179 ملي بار.
بعد تقليل عامل تحديد السرعة الأساسي ، فإن المشكلة التالية هي الاحتكاك بالأرض. تستخدم معظم المركبات الأرضية عجلات تسبب الاحتكاك وتعاني من البلى. البديل الرئيسي لذلك هو الرفع المغناطيسي أو maglev ، وهذا يعمل بشكل جيد في أنظمة القطارات التي تم تنفيذه عليها ولكنه يأتي بتكلفة عالية. البديل الذي اقترحه Musk هو استخدام مجموعة من الزلاجات الهوائية ، والتي تتضمن الكبسولة العائمة على وسادة من الهواء. يجب أن تكون هذه الطريقة أرخص بكثير من استخدام تقنيات maglev بينما تساعد أيضًا في تقليل مشكلة ضغط الهواء في الأنبوب.
نظرًا لأن الكبسولة تنتقل على طول الأنبوب الذي يكون عرضه أكبر بقليل مما هو عليه ، فلا يوجد متسع كبير للهواء للتجول في الخارج. يمكن أن يؤدي هذا إلى عمل الكبسولة بشكل أساسي مثل المحقنة ، مما يؤدي إلى ضغط الهواء أمامها أكثر فأكثر. من خلال تضمين مروحة ضاغط في مقدمة الكبسولة ، يمكن إعادة توجيه الهواء الوارد إلى زلاجات العجلات الهوائية حسب الحاجة ويتم دفع الباقي خارج الجزء الخلفي من الكبسولة للمساعدة في الحفاظ على السرعة.
المحركات الحثية الخطية المشابهة لما يمكن العثور عليه في قطار مغناطيسي مغناطيسي أو مدفع كهرومغناطيسي هي طريقة التسارع والتباطؤ المقترحة. مع الحد الأدنى من المقاومة ، يمكن أن تنزلق القرون بشكل أساسي في غالبية رحلاتها.
كان مفهوم هايبرلوب بأكمله مفتوح المصدر مع فكرة تشجيع المجتمع الهندسي على اقتراح أي وجميع التحسينات التي يمكنهم التوصل إليها. يجب أن يؤدي هذا إلى منتج نهائي متفوق ولكنه يعني أنه يمكن تغيير المفهوم الحالي قبل شكله النهائي.
مشاكل متعلقة بمفهوم هايبرلوب
المشكلة الرئيسية في هايبرلوب هي أنها تتطلب أنبوبًا محكمًا تمامًا من الأصل إلى الوجهة. يُنظر إلى ضغط 1 ملي بار على أنه أرض وسط واقعية وفعالة حيث يكون الفراغ الصلب صعبًا للغاية ، ومع ذلك ، لا يزال هذا يعتمد على الأنبوب المتبقي محكم الإغلاق. هناك القليل من التفسير لما قد يحدث إذا تضرر الأنبوب في مواقف مثل هجوم إرهابي أو زلزال.
على الرغم من أن ضغط الهواء في الأنبوب منخفض ، إلا أنه لا يزال من الضروري تصميم القرون فائقة السرعة مع مراعاة الديناميكا الهوائية. وذلك لتجنب أي تدفقات جوية أسرع من الصوت عند السفر بسرعات تقترب من سرعة الصوت. حتى مع وجود ضغط هواء يبلغ ملي بار واحد فقط ، فإن سرعة الصوت هي الحد الأساسي للسرعة. للسفر الواقعي بسرعات تفوق سرعة الصوت ، يجب وضع الأنبوب تحت فراغ.
يحتاج الكبسولة إلى الانتقال إلى بيئة ضغط قياسية لكل من الصعود والنزول. هذا يضيف إلى تعقيد النظام والوقت اللازم للنقل.
أظهر قطار SCMaglev المصمم خصيصًا في اليابان سرعة قصوى تبلغ 603 كم / ساعة ، أي ما يقرب من نصف سرعة اقتراح هايبرلوب (1220 كم / ساعة). بدون التعقيدات المضافة للأنابيب المضغوطة وبالسهولة النسبية التي يتم بها يمكن زيادة سعة القطارات ، وقد تكون هذه تقنية سفر عالية السرعة أكثر جدوى من هايبرلوب.