Hyperloop to koncepcyjny środek transportu zaproponowany przez Elona Muska, w którym stosunkowo małe strąki podróżują przez hermetyczne rurki, które zostały częściowo usunięte z powietrza. Podróżując w środowisku o obniżonym ciśnieniu, możesz osiągnąć i utrzymać prędkość zbliżoną do prędkości brzmią znacznie łatwiej niż w plenerze, co pozwala na energooszczędny i szybki transport na dłuższą metę odległości.
Problemy z nowoczesnym szybkim transportem
Nowoczesne platformy szybkiego transportu, takie jak samoloty i szybka kolej, to przede wszystkim prędkość ograniczona przez opór powietrza i opór powietrza. Im szybciej podróżujesz, tym więcej powietrza napotykasz w danym przedziale czasowym. Wbiegnięcie w to dodatkowe powietrze działa jak siła oporu, która próbuje cię spowolnić. Aby zwalczyć dodatkowy opór, należy zużywać coraz więcej mocy do dalszego zwiększania prędkości, co skutkuje zwiększonym spalaniem paliwa i związanym z tym wzrostem emisji.
Głównym sposobem na zminimalizowanie oporu powietrza jest projektowanie wysoce aerodynamicznych kształtów, które umożliwiają płynny przepływ powietrza nad obiektem. płynny przepływ powietrza o dużej prędkości pozwala zminimalizować opór powietrza i efekty oporu. Samoloty dodatkowo minimalizują opory powietrza, z jakimi się borykają, lecąc na wysokościach o zmniejszonym ciśnieniu powietrza, z mniejszą ilością powietrza do usunięcia z drogi, mniej siły jest potrzebne do podróży z tą samą prędkością.
Jak działa hyperloop
Hyperloop został zaprojektowany do pracy w zamkniętej rurce, z której została odessana większość powietrza. Proponowane ciśnienie, przy którym pracowałaby rura hyperloop, wynosi jeden milibar. Jeden milibar ciśnienia odpowiada mniej więcej jednej tysięcznej ciśnienia powietrza na poziomie morza lub ciśnieniu powietrza na wysokości 48 kilometrów.
Uwaga: dla porównania najwyższa standardowa wysokość przelotowa dla 747 wynosi 12,5 km, gdzie ciśnienie powietrza wynosi 179 milibarów.
Po zmniejszeniu podstawowego czynnika ograniczającego prędkość kolejną kwestią jest tarcie o podłoże. Większość pojazdów naziemnych używa kół, które wytwarzają tarcie i ulegają zużyciu. Główną alternatywą jest lewitacja magnetyczna lub maglev, która działa dobrze w systemach pociągów, w których została zaimplementowana, ale wiąże się z wysokimi kosztami. Alternatywą zaproponowaną przez Muska jest użycie zestawu nart typu air caster, w którym gondola unosi się na poduszce powietrznej. Metoda ta powinna być znacznie tańsza niż korzystanie z technologii maglev, jednocześnie pomagając zminimalizować problem sprężenia powietrza w rurze.
Ponieważ kapsuła porusza się wzdłuż rury, która jest tylko trochę szersza niż jest, powietrze nie ma zbyt wiele miejsca na zewnątrz. Może to prowadzić do tego, że kapsuła zasadniczo zachowuje się jak strzykawka, coraz bardziej sprężając znajdujące się przed nią powietrze. Dzięki wentylatorowi kompresora z przodu kapsuły, wchodzące powietrze może być w razie potrzeby przekierowane do nart z kółkami pneumatycznymi, a reszta jest wypchnięta z tyłu kapsuły, aby pomóc utrzymać prędkość.
Proponowaną metodą przyspieszania i zwalniania są liniowe silniki indukcyjne podobne do tych, które można znaleźć w pociągu maglev lub w działach szynowych. Dzięki zminimalizowanemu oporowi strąki mogą zasadniczo ślizgać się przez większość swoich podróży.
Cała koncepcja hyperloop została oparta na otwartym kodzie źródłowym, a jej celem jest zachęcenie społeczności inżynierów do zaproponowania wszelkich ulepszeń, jakie mogą wymyślić. Powinno to prowadzić do lepszego produktu końcowego, ale oznacza, że obecną koncepcję można zmienić przed jej ostateczną formą.
Problemy z koncepcją hyperloop
Głównym problemem związanym z hyperloopem jest to, że wymaga w pełni hermetycznej rury od miejsca pochodzenia do miejsca przeznaczenia. Ciśnienie 1 milibara jest postrzegane jako realistyczny i skuteczny środek, na którym twarda próżnia byłaby po prostu zbyt trudna, jednak nadal zależy to od szczelności rury. Niewiele wyjaśniono, co by się stało, gdyby rura została uszkodzona w sytuacjach takich jak atak terrorystyczny lub trzęsienie ziemi.
Mimo że ciśnienie powietrza w rurze jest niskie, kapsuły hyperloop nadal muszą być projektowane z uwzględnieniem aerodynamiki. Ma to na celu uniknięcie potencjalnych naddźwiękowych przepływów powietrza podczas podróży z prędkościami zbliżonymi do prędkości dźwięku. Nawet przy ciśnieniu powietrza wynoszącym zaledwie jeden milibar prędkość dźwięku jest kluczowym ograniczeniem prędkości. Aby realistycznie poruszać się z prędkością ponaddźwiękową, rura musiałaby zostać umieszczona w próżni.
Kapsuła musi przejść do standardowego środowiska ciśnieniowego zarówno do wsiadania, jak i wysiadania. Zwiększa to złożoność systemu i czas potrzebny na transport.
Specjalnie zaprojektowany pociąg SCMaglev w Japonii wykazał prędkość maksymalną 603 km/h, czyli mniej więcej połowę niż w propozycji Hyperloop (1220 km/h). Bez dodatkowych złożoności rurek ciśnieniowych i ze względną łatwością, z jaką pojemność pociągów może zostać zwiększona, może to być bardziej realna technologia jazdy z dużą prędkością niż hiperpętla.