Το Hyperloop είναι ένας εννοιολογικός τρόπος μεταφοράς που προτάθηκε από τον Elon Musk, ο οποίος θα έβλεπε σχετικά μικρούς λοβούς να ταξιδεύουν μέσω αεροστεγών σωλήνων που έχουν μερικώς εκκενωθεί από αέρα. Ταξιδεύοντας σε περιβάλλον μειωμένης πίεσης, μπορείτε να επιτύχετε και να διατηρήσετε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του ακούγεται πολύ πιο εύκολα από ό, τι στον ανοιχτό αέρα, επιτρέποντας ενεργειακά αποδοτική και γρήγορη μεταφορά για μεγάλο χρονικό διάστημα αποστάσεις.
Ζητήματα με τις σύγχρονες μεταφορές υψηλής ταχύτητας
Οι σύγχρονες πλατφόρμες μεταφοράς υψηλής ταχύτητας, όπως τα αεροπλάνα και οι σιδηροδρομικές γραμμές υψηλής ταχύτητας, περιορίζονται κυρίως στην ταχύτητα από την αντίσταση του αέρα και την οπισθέλκουσα. Όσο πιο γρήγορα ταξιδεύετε, τόσο περισσότερο αέρα περνάτε σε ένα δεδομένο χρονικό πλαίσιο. Το τρέξιμο σε αυτόν τον επιπλέον αέρα δρα μια αντιστασιακή δύναμη που προσπαθεί να σας επιβραδύνει. Για την καταπολέμηση της πρόσθετης αντίστασης, πρέπει να χρησιμοποιείται όλο και περισσότερη ισχύς για την περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την αυξημένη καύση καυσίμου και τη σχετική αύξηση των εκπομπών.
Ο κύριος τρόπος για να ελαχιστοποιηθεί η αντίσταση του αέρα είναι ο σχεδιασμός εξαιρετικά αεροδυναμικών σχημάτων που επιτρέπουν στον αέρα να ρέει ομαλά πάνω από ένα αντικείμενο. Η ομαλή ροή αέρα υψηλής ταχύτητας επιτρέπει την ελαχιστοποίηση της αντίστασης του αέρα και των επιδράσεων οπισθέλκουσας. Τα αεροπλάνα ελαχιστοποιούν περαιτέρω την αντίσταση του αέρα που αντιμετωπίζουν, πετώντας σε υψόμετρα με μειωμένη ατμοσφαιρική πίεση, με λιγότερο αέρα να σπρώχνει από το δρόμο, απαιτείται λιγότερη δύναμη για να ταξιδέψουν με την ίδια ταχύτητα.
Πώς θα λειτουργήσει το hyperloop
Το Hyperloop έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε ένα σφραγισμένο σωλήνα που έχει αναρροφηθεί το μεγαλύτερο μέρος του αέρα από αυτόν. Η προτεινόμενη πίεση στην οποία θα λειτουργούσε ένας σωλήνας hyperloop είναι ένα millibar. Ένα millibar πίεσης είναι περίπου ισοδύναμο με το ένα χιλιοστό της πίεσης του αέρα στο επίπεδο της θάλασσας ή την πίεση του αέρα σε υψόμετρο 48 χιλιομέτρων.
Σημείωση: Για σύγκριση, το υψηλότερο τυπικό υψόμετρο πλεύσης για ένα 747 είναι 12,5 km, όπου η πίεση αέρα είναι 179 millibar.
Έχοντας μειώσει τον κύριο περιοριστικό παράγοντα ταχύτητας, το επόμενο ζήτημα είναι η τριβή με το έδαφος. Τα περισσότερα οχήματα εδάφους χρησιμοποιούν τροχούς, οι οποίοι παράγουν τριβή και υποφέρουν από φθορά. Η κύρια εναλλακτική λύση είναι η μαγνητική αιώρηση ή το maglev, αυτό λειτουργεί καλά στα συστήματα τρένων στα οποία έχει εφαρμοστεί, αλλά έχει υψηλό κόστος. Η εναλλακτική λύση που προτείνει ο Musk είναι η χρήση ενός σετ air caster ski, που περιλαμβάνει το λοβό να επιπλέει σε ένα μαξιλάρι αέρα. Αυτή η μέθοδος θα πρέπει να είναι σημαντικά φθηνότερη από τη χρήση τεχνολογιών maglev ενώ παράλληλα βοηθά στην ελαχιστοποίηση του προβλήματος της συμπίεσης αέρα στο σωλήνα.
Καθώς ένας λοβός ταξιδεύει κατά μήκος του σωλήνα που είναι λίγο πιο φαρδύς από ό, τι είναι, δεν υπάρχει πολύς χώρος για τον αέρα να πάει γύρω από το εξωτερικό. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στο να λειτουργεί ουσιαστικά ο λοβός σαν σύριγγα, συμπιέζοντας τον αέρα μπροστά του όλο και περισσότερο. Με τη συμπερίληψη ενός ανεμιστήρα συμπιεστή στο μπροστινό μέρος του λοβού, ο εισερχόμενος αέρας μπορεί να ανακατευθύνεται στα σκι αερόστρωσης όπως απαιτείται και ο υπόλοιπος να σπρώχνεται έξω από το πίσω μέρος του λοβού για να βοηθήσει στη διατήρηση της ταχύτητας.
Η προτεινόμενη μέθοδος επιτάχυνσης και επιβράδυνσης είναι οι γραμμικοί επαγωγικοί κινητήρες παρόμοιοι με αυτούς που θα βρίσκονταν σε ένα τρένο maglev ή σε ένα όπλο. Με την ελαχιστοποιημένη αντίσταση, οι λοβοί μπορούν ουσιαστικά να γλιστρούν για το μεγαλύτερο μέρος των ταξιδιών τους.
Ολόκληρη η ιδέα του hyperloop είναι ανοιχτού κώδικα με την ιδέα να ενθαρρύνει την κοινότητα των μηχανικών να προτείνει όποιες και όλες τις βελτιώσεις μπορούν να καταλήξουν. Αυτό θα πρέπει να οδηγήσει σε ένα ανώτερο τελικό προϊόν, αλλά σημαίνει ότι η τρέχουσα ιδέα μπορεί να αλλάξει πριν από την τελική της μορφή.
Ζητήματα με την έννοια του hyperloop
Το κύριο πρόβλημα με το hyperloop είναι ότι απαιτεί έναν πλήρως αεροστεγές σωλήνα από την αρχή στον προορισμό. Η πίεση του 1 millibar θεωρείται ως μια ρεαλιστική και αποτελεσματική μέση λύση όπου ένα σκληρό κενό θα ήταν απλώς πολύ δύσκολο, ωστόσο, αυτό εξακολουθεί να βασίζεται στο ότι ο σωλήνας παραμένει αεροστεγός. Δεν υπάρχει εξήγηση για το τι θα συνέβαινε εάν ένας σωλήνας καταστραφεί σε καταστάσεις όπως τρομοκρατική επίθεση ή σεισμός.
Παρόλο που η πίεση του αέρα στο σωλήνα είναι χαμηλή, οι λοβοί hyperloop πρέπει να σχεδιάζονται με γνώμονα την αεροδυναμική. Αυτό γίνεται για να αποφευχθούν τυχόν υπερηχητικές ροές αέρα όταν ταξιδεύετε με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του ήχου. Ακόμη και με πίεση αέρα μόλις ενός millibar, η ταχύτητα του ήχου είναι βασικό όριο ταχύτητας. Για να ταξιδέψει ρεαλιστικά με υπερηχητικές ταχύτητες, ο σωλήνας θα πρέπει να τεθεί υπό κενό.
Το λοβό πρέπει να μεταβεί σε ένα τυπικό περιβάλλον πίεσης τόσο για επιβίβαση όσο και για αποβίβαση. Αυτό προσθέτει στην πολυπλοκότητα του συστήματος και τον χρόνο που απαιτείται για τη μεταφορά.
Το ειδικά σχεδιασμένο τρένο SCMaglev στην Ιαπωνία έχει επιδείξει τελική ταχύτητα 603 km/h, περίπου τη μισή από εκείνη της πρότασης hyperloop (1220 km/h). Χωρίς την πρόσθετη πολυπλοκότητα των σωλήνων υπό πίεση και με τη σχετική ευκολία με την οποία το η χωρητικότητα των τρένων μπορεί να αυξηθεί, αυτό μπορεί να είναι μια πιο εφικτή τεχνολογία ταξιδιών υψηλής ταχύτητας από ό hyperloop.