ไฮเปอร์ลูปคืออะไร?

Hyperloop เป็นรูปแบบการขนส่งตามแนวคิดที่เสนอโดย Elon Musk ซึ่งจะเห็นฝักที่ค่อนข้างเล็กเดินทางผ่านท่อสุญญากาศที่ได้รับการอพยพออกจากอากาศบางส่วน ด้วยการเดินทางในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันต่ำ คุณสามารถบรรลุและรักษาความเร็วที่ใกล้กับความเร็วของเสียงได้ง่ายกว่าในที่โล่ง ทำให้สามารถขนส่งได้อย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็วในระยะทางไกล

ปัญหาเกี่ยวกับการขนส่งความเร็วสูงที่ทันสมัย

แพลตฟอร์มการขนส่งความเร็วสูงสมัยใหม่ เช่น เครื่องบินและรถไฟความเร็วสูง ส่วนใหญ่ความเร็วจะถูกจำกัดด้วยแรงต้านและแรงต้านของอากาศ ยิ่งคุณเดินทางเร็วขึ้นเท่าใด คุณก็ยิ่งวิ่งเข้าไปในอากาศมากขึ้นในกรอบเวลาที่กำหนด การวิ่งเข้าไปในอากาศพิเศษนี้จะทำให้เกิดแรงต้านที่พยายามทำให้คุณช้าลง ในการต่อสู้กับแรงต้านทานพิเศษ ต้องใช้กำลังมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเพิ่มความเร็ว ซึ่งส่งผลให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นและการปล่อยมลพิษที่เกี่ยวข้องเพิ่มขึ้น

วิธีหลักในการลดแรงต้านของอากาศคือการออกแบบรูปทรงแอโรไดนามิกสูง ซึ่งช่วยให้อากาศไหลผ่านวัตถุได้อย่างราบรื่น การไหลของอากาศความเร็วสูงที่ราบรื่นช่วยลดแรงต้านของอากาศและผลกระทบจากการลาก เครื่องบินลดแรงต้านของอากาศให้เหลือน้อยที่สุด โดยการบินที่ระดับความสูงด้วยความกดอากาศที่ลดลง โดยที่อากาศจะผลักออกให้น้อยลง จะต้องใช้แรงน้อยลงในการเดินทางด้วยความเร็วเท่ากัน

ไฮเปอร์ลูปจะทำงานอย่างไร

Hyperloop ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานในท่อที่ปิดสนิทซึ่งดูดอากาศออกจากท่อเกือบทั้งหมด แรงดันที่เสนอให้หลอดไฮเปอร์ลูปทำงานคือหนึ่งมิลลิบาร์ ความดันหนึ่งมิลลิบาร์นั้นเทียบเท่ากับหนึ่งในพันของความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล หรือความกดอากาศที่ระดับความสูง 48 กิโลเมตร

หมายเหตุ: สำหรับการเปรียบเทียบ ระดับความสูงในการล่องเรือมาตรฐานสูงสุดสำหรับ 747 คือ 12.5 กม. โดยที่ความกดอากาศคือ 179 มิลลิบาร์

เมื่อลดปัจจัยจำกัดความเร็วหลัก ปัญหาต่อไปคือแรงเสียดทานกับพื้น ยานพาหนะภาคพื้นดินส่วนใหญ่ใช้ล้อซึ่งสร้างแรงเสียดทานและทนต่อการสึกหรอ ทางเลือกหลักของสิ่งนี้คือการลอยด้วยแม่เหล็กหรือ maglev ซึ่งใช้งานได้ดีในระบบรถไฟที่ได้มีการใช้งานแต่มีค่าใช้จ่ายสูง ทางเลือกที่ Musk เสนอคือการใช้ชุดสกีล้ออากาศ ที่เกี่ยวข้องกับฝักที่ลอยอยู่บนเบาะอากาศ วิธีนี้ควรจะถูกกว่าการใช้เทคโนโลยี maglev อย่างมากในขณะเดียวกันก็ช่วยลดปัญหาการอัดอากาศในท่อด้วย

เนื่องจากฝักเคลื่อนที่ไปตามท่อที่กว้างกว่าที่เป็นอยู่เพียงเล็กน้อย อากาศจึงไม่มีที่ว่างให้ออกไปภายนอกมากนัก สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ฝักที่ทำหน้าที่เหมือนเข็มฉีดยา บีบอัดอากาศที่อยู่ด้านหน้าของมันมากขึ้นเรื่อยๆ ด้วยการใส่พัดลมคอมเพรสเซอร์ที่ด้านหน้าของพ็อด อากาศที่เข้ามาสามารถเปลี่ยนเส้นทางไปยังสกีล้อลมได้ตามต้องการ และส่วนที่เหลือจะถูกดันออกจากด้านหลังของพ็อดเพื่อช่วยรักษาความเร็ว

มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นที่คล้ายกับที่พบในรถไฟ maglev หรือใน railgun คือวิธีการเร่งความเร็วและการลดความเร็วที่เสนอ ด้วยแรงต้านที่ลดลง ฝักจึงสามารถเหินได้ตลอดการเดินทางส่วนใหญ่

แนวคิดไฮเปอร์ลูปทั้งหมดได้รับการโอเพนซอร์สโดยมีแนวคิดที่จะสนับสนุนให้ชุมชนวิศวกรรมเสนอการปรับปรุงใด ๆ และทั้งหมดที่พวกเขาสามารถทำได้ สิ่งนี้ควรนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่เหนือกว่า แต่หมายความว่าแนวคิดปัจจุบันอาจมีการเปลี่ยนแปลงก่อนรูปแบบสุดท้าย

ปัญหาเกี่ยวกับแนวคิดไฮเปอร์ลูป

ปัญหาหลักของไฮเปอร์ลูปคือต้องใช้ท่ออัดลมจากต้นทางไปยังปลายทาง ความดัน 1 มิลลิบาร์นั้นถูกมองว่าเป็นพื้นกลางที่สมจริงและมีประสิทธิภาพ ซึ่งสุญญากาศแบบแข็งจะยากเกินไป อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังคงต้องอาศัยหลอดสุญญากาศที่เหลืออยู่ มีคำอธิบายเพียงเล็กน้อยว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากท่อได้รับความเสียหายในสถานการณ์ต่างๆ เช่น การโจมตีของผู้ก่อการร้ายหรือแผ่นดินไหว

แม้ว่าแรงดันอากาศในท่อจะต่ำ แต่พ็อดไฮเปอร์ลูปยังต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงแอโรไดนามิก นี่คือการหลีกเลี่ยงกระแสลมเหนือเสียงที่อาจเกิดขึ้นเมื่อเดินทางด้วยความเร็วที่เข้าใกล้ความเร็วของเสียง แม้จะมีความกดอากาศเพียงหนึ่งมิลลิบาร์ แต่ความเร็วของเสียงก็ยังถูกจำกัดความเร็วไว้ด้วย หากต้องการเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียงอย่างสมจริง จะต้องวางท่อไว้ใต้สุญญากาศ

พ็อดต้องเปลี่ยนไปอยู่ในสภาวะกดดันมาตรฐานสำหรับทั้งการขึ้นและลงจากเรือ สิ่งนี้จะเพิ่มความซับซ้อนของระบบและเวลาที่จำเป็นสำหรับการขนส่ง

รถไฟ SCMaglev ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะในญี่ปุ่นได้แสดงความเร็วสูงสุด 603 กม./ชม. ประมาณครึ่งหนึ่งของข้อเสนอไฮเปอร์ลูป (1220 กม./ชม.) หากปราศจากความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของท่อแรงดันและด้วยความสะดวกในการเพิ่มความจุของรถไฟ นี่อาจเป็นเทคโนโลยีการเดินทางความเร็วสูงที่เป็นไปได้มากกว่าไฮเปอร์ลูป