Hyperloop là gì?

Hyperloop là một phương thức vận chuyển khái niệm do Elon Musk đề xuất, cho phép các vỏ tàu tương đối nhỏ di chuyển qua các ống kín khí đã được hút sạch một phần không khí. Bằng cách di chuyển trong môi trường áp suất giảm, bạn có thể đạt được và duy trì tốc độ gần tốc độ âm thanh dễ dàng hơn nhiều so với ở ngoài trời, cho phép vận chuyển nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng trên một quãng đường dài.

Các vấn đề với giao thông tốc độ cao hiện đại

Các nền tảng vận tải tốc độ cao hiện đại, chẳng hạn như máy bay và đường sắt cao tốc, chủ yếu bị giới hạn tốc độ bởi lực cản và lực cản của không khí. Bạn di chuyển càng nhanh, bạn càng chạy vào nhiều không khí trong một khung thời gian nhất định. Việc chạy vào vùng không khí bổ sung này sẽ tác động một lực kháng cự cố gắng làm bạn giảm tốc độ. Để chống lại lực cản bổ sung, ngày càng phải sử dụng nhiều năng lượng hơn để tăng tốc độ hơn nữa, dẫn đến việc đốt cháy nhiên liệu ngày càng nhiều và lượng khí thải tăng lên.

Cách chính để giảm thiểu lực cản của không khí là thiết kế các hình dạng khí động học cao cho phép không khí lưu thông nhẹ nhàng trên vật thể. luồng không khí tốc độ cao mượt mà cho phép giảm thiểu lực cản và hiệu ứng cản của không khí. Máy bay giảm thiểu hơn nữa lực cản của không khí mà chúng phải đối mặt, bằng cách bay ở độ cao với áp suất không khí giảm, ít không khí đẩy ra khỏi đường bay hơn, cần ít lực hơn để bay với cùng tốc độ.

Hyperloop sẽ hoạt động như thế nào

Hyperloop được thiết kế để hoạt động trong một ống kín có phần lớn không khí được hút ra khỏi nó. Áp suất đề xuất mà một ống hyperloop sẽ hoạt động là một milibar. Một milibar áp suất gần tương đương với một phần nghìn áp suất không khí ở mực nước biển, hoặc áp suất không khí ở độ cao 48 km.

Lưu ý: Để so sánh, độ cao bay tiêu chuẩn cao nhất của 747 là 12,5 km, trong đó áp suất không khí là 179 milibar.

Sau khi giảm hệ số giới hạn tốc độ sơ cấp, vấn đề tiếp theo là ma sát với mặt đất. Hầu hết các phương tiện giao thông mặt đất đều sử dụng bánh xe, tạo ra ma sát và bị mài mòn. Sự thay thế chính cho điều này là bay từ trường hoặc maglev, điều này hoạt động tốt trong các hệ thống xe lửa mà nó đã được triển khai nhưng đi kèm với chi phí cao. Giải pháp thay thế do Musk đề xuất là sử dụng một bộ ván trượt không khí, liên quan đến chiếc vỏ nổi trên một lớp đệm không khí. Phương pháp này sẽ rẻ hơn đáng kể so với sử dụng công nghệ maglev đồng thời giúp giảm thiểu vấn đề nén khí trong ống.

Khi một cái vỏ di chuyển dọc theo ống chỉ rộng hơn một chút so với nó, không có nhiều chỗ cho không khí đi xung quanh bên ngoài. Điều này có thể dẫn đến việc vỏ quả về cơ bản hoạt động giống như một ống tiêm, nén không khí phía trước nó ngày càng nhiều hơn. Bằng cách bao gồm một quạt máy nén ở mặt trước của vỏ, không khí đi vào có thể được chuyển hướng đến ván trượt không khí khi cần thiết và phần còn lại được đẩy ra khỏi mặt sau của vỏ để giúp duy trì tốc độ.

Động cơ cảm ứng tuyến tính tương tự như những gì sẽ được tìm thấy trên tàu hỏa hoặc trong súng ống là phương pháp tăng tốc và giảm tốc được đề xuất. Với sức đề kháng giảm thiểu, các vỏ về cơ bản có thể lướt trong phần lớn các chuyến đi của họ.

Toàn bộ khái niệm hyperloop đều có nguồn mở với ý tưởng là khuyến khích cộng đồng kỹ thuật đề xuất bất kỳ và tất cả các cải tiến mà họ có thể đưa ra. Điều này sẽ dẫn đến một sản phẩm cuối cùng tốt hơn nhưng có nghĩa là khái niệm hiện tại có thể bị thay đổi trước khi có dạng cuối cùng.

Vấn đề với khái niệm hyperloop

Vấn đề chính của hyperloop là nó yêu cầu một ống kín khí hoàn toàn từ điểm xuất phát đến điểm đến. Áp suất 1 milibar được coi là trung gian thực tế và hiệu quả, nơi chân không cứng sẽ quá khó, tuy nhiên, điều này vẫn phụ thuộc vào ống vẫn được giữ kín. Có rất ít lời giải thích cho điều gì sẽ xảy ra nếu một ống bị hư hỏng trong các tình huống như một cuộc tấn công khủng bố hoặc một trận động đất.

Ngay cả khi áp suất không khí trong ống thấp, các vỏ hyperloop vẫn phải được thiết kế có tính đến khí động học. Điều này là để tránh bất kỳ luồng không khí siêu âm tiềm ẩn nào khi di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ âm thanh. Ngay cả với áp suất không khí chỉ là một milibar, tốc độ âm thanh là một giới hạn tốc độ quan trọng. Để thực tế di chuyển với tốc độ siêu âm, ống sẽ cần được đặt trong chân không.

Vỏ cần chuyển sang môi trường áp suất tiêu chuẩn cho cả quá trình lên và xuống tàu. Điều này làm tăng thêm độ phức tạp của hệ thống và thời gian vận chuyển cần thiết.

Tàu SCMaglev được thiết kế đặc biệt ở Nhật Bản đã chứng minh tốc độ tối đa 603 km / h, gần bằng một nửa so với đề xuất hyperloop (1220 km / h). Nếu không có thêm sự phức tạp của các ống điều áp và với sự dễ dàng tương đối để tăng sức tải của các đoàn tàu, đây có thể là một công nghệ di chuyển tốc độ cao khả thi hơn so với hyperloop.