Hyperloop is een conceptueel transportmiddel voorgesteld door Elon Musk, waarbij relatief kleine pods door luchtdichte buizen zouden reizen die gedeeltelijk van lucht zijn ontdaan. Door te reizen in een omgeving met verminderde druk, kunt u snelheden bereiken en behouden rond de snelheid van klinken veel gemakkelijker dan in open lucht, waardoor energie-efficiënt en snel transport over lange afstanden.
Problemen met modern hogesnelheidsvervoer
Moderne hogesnelheidstransportplatforms, zoals vliegtuigen en hogesnelheidstreinen, worden voornamelijk snelheidsbeperkingen door luchtweerstand en weerstand. Hoe sneller je reist, hoe meer lucht je tegenkomt in een bepaald tijdsbestek. Als je deze extra lucht tegenkomt, werkt een weerstandskracht die je probeert te vertragen. Om de extra weerstand tegen te gaan, moet er steeds meer vermogen worden ingezet om de snelheid verder op te voeren, wat resulteert in een verhoogde verbranding van brandstof en de daarmee gepaard gaande stijging van de uitstoot.
De belangrijkste manier om de luchtweerstand te minimaliseren, is door zeer aerodynamische vormen te ontwerpen die ervoor zorgen dat lucht soepel over een object kan stromen. een soepele luchtstroom met hoge snelheid zorgt voor minimale luchtweerstand en luchtweerstandseffecten. Vliegtuigen minimaliseren de luchtweerstand waarmee ze worden geconfronteerd verder, door te vliegen op hoogten met verminderde luchtdruk, met minder lucht om uit de weg te duwen, is er minder kracht nodig om met dezelfde snelheid te reizen.
Hoe hyperloop werkt
Hyperloop is ontworpen om te werken in een afgesloten buis waar de meeste lucht uit is gezogen. De voorgestelde druk waarop een hyperloopbuis zou werken, is één millibar. Een millibar druk komt ongeveer overeen met een duizendste van de luchtdruk op zeeniveau, of de luchtdruk op een hoogte van 48 kilometer.
Let op: Ter vergelijking: de hoogste standaard kruishoogte voor een 747 is 12,5 km, waarbij de luchtdruk 179 millibar is.
Nadat de primaire snelheidsbeperkende factor is verminderd, is het volgende probleem wrijving met de grond. De meeste grondvoertuigen gebruiken wielen, die wrijving veroorzaken en aan slijtage onderhevig zijn. Het belangrijkste alternatief hiervoor is magnetische levitatie of maglev, dit werkt goed in de treinsystemen waarop het is geïmplementeerd, maar brengt hoge kosten met zich mee. Het door Musk voorgestelde alternatief is om een set luchtkussenski's te gebruiken, waarbij de pod op een luchtkussen drijft. Deze methode zou aanzienlijk goedkoper moeten zijn dan het gebruik van maglev-technologieën en tegelijkertijd helpen om het probleem van luchtcompressie in de buis te minimaliseren.
Terwijl een pod langs de buis reist die maar een beetje breder is dan hij is, is er niet veel ruimte voor de lucht om naar buiten te gaan. Dit kan ertoe leiden dat de pod zich in wezen als een spuit gedraagt, waardoor de lucht ervoor steeds meer wordt samengeperst. Door een compressorventilator aan de voorkant van de pod te plaatsen, kan de binnenkomende lucht naar behoefte worden omgeleid naar de aircaster-ski's en kan de rest uit de achterkant van de pod worden geduwd om de snelheid te behouden.
Lineaire inductiemotoren, vergelijkbaar met wat zou worden gevonden op een magneetzweeftrein of in een railgun, zijn de voorgestelde versnellings- en vertragingsmethode. Met de minimale weerstand kunnen de pods in wezen glijden voor het grootste deel van hun reizen.
Het hele hyperloop-concept is open source met het idee om de technische gemeenschap aan te moedigen om alle verbeteringen die ze kunnen bedenken voor te stellen. Dit moet leiden tot een superieur eindproduct, maar houdt in dat het huidige concept kan worden gewijzigd voordat het zijn definitieve vorm krijgt.
Problemen met het hyperloop-concept
Het belangrijkste probleem met hyperloop is dat het een volledig luchtdichte buis vereist van oorsprong tot bestemming. De druk van 1 millibar wordt gezien als een realistische en effectieve middenweg waar een hard vacuüm gewoon te moeilijk zou zijn, maar dit hangt er nog steeds van af dat de buis luchtdicht blijft. Er is weinig verklaring voor wat er zou gebeuren als een buis beschadigd zou raken in situaties zoals een terroristische aanslag of een aardbeving.
Hoewel de luchtdruk in de buis laag is, moeten hyperloop-pods nog steeds worden ontworpen met het oog op aerodynamica. Dit is bedoeld om mogelijke supersonische luchtstromen te voorkomen bij reizen met snelheden die de snelheid van het geluid benaderen. Zelfs bij een luchtdruk van slechts één millibar is de geluidssnelheid een belangrijke snelheidslimiet. Om realistisch met supersonische snelheden te reizen, zou de buis onder een vacuüm moeten worden geplaatst.
De pod moet overgaan naar een standaarddrukomgeving voor zowel inscheping als ontscheping. Dit draagt bij aan de systeemcomplexiteit en de tijd die nodig is voor transport.
De speciaal ontworpen SCMaglev-trein in Japan heeft een topsnelheid van 603 km/u laten zien, ongeveer de helft van het voorstel voor een hyperloop (1220 km/u). Zonder de extra complexiteit van de onder druk staande buizen en met het relatieve gemak waarmee de capaciteit van de treinen kan worden vergroot, kan dit een meer haalbare hogesnelheidsreistechnologie zijn dan hyperloop.