Pociąg próżniowy: zasada działania, testowanie. Pociąg przyszłości

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Naukowcy od dawna doszli do wniosku, że aby zwiększyć prędkość dowolnego pojazdu, konieczne jest maksymalne tłumienie siły tarcia. Zgodnie z tą zasadą latają statki kosmiczne, które bez oporu środowiska mogą podróżować w kosmosie przez bardzo długi czas. To właśnie ta cecha leży u podstaw projektu, znana jako „pociąg próżniowy przyszłości”.

Najszybsze pociągi

Najwyższe osiągnięcie naukowców w dziedzinie szybkich ruchów naziemnych, na dzień dzisiejszy, uważane jest za lewitację magnetyczną. Pociągi z lewitacją magnetyczną były testowane w Japonii, Anglii i Niemczech w latach 70. XX wieku. Obecnie ten rodzaj transportu jest z powodzeniem obsługiwany w wielu stanach. W tym przypadku, minimalizując tarcie, zapewniane są prędkości w granicach 500 km/h. Ponadto taki tabor charakteryzuje się wysoką sprawnością, przyjaznością dla środowiska oraz niskim poziomem hałasu. Jednocześnie należy zauważyć, że wzrost prędkości ruchu pociąga za sobą wzrostopór aerodynamiczny. Naukowcy proponują stworzenie pociągu próżniowego przy użyciu podobnego podejścia. Zasada jego działania polega na tym, że tor musi przejść wewnątrz rury z wypompowanym powietrzem, więc wszystkie siły oporu są wykluczone.

Pojawienie się idei transportu próżniowego

Koncepcja budowy transatlantyckiego rurociągu towarowego do dostarczania towarów z Europy do Ameryki i odwrotnie pojawiła się po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Zgodnie z planem zaplanowano wybudowanie w oceanie rury na głębokości pół kilometra, w obrębie której miałyby się odbywać pociągi poruszające się na poduszce magnetycznej. Dopiero w 1999 roku amerykański inżynier Dariel Oster zdołał uzyskać patent na technologie transportu rurociągami próżniowymi, co dało nowy impuls ich rozwojowi.

Projekt Oster

Według pomysłu Ostera tor powinien składać się z dwóch wyniesionych rur (do ruchu w różnych kierunkach), z których każda ma średnicę 150 cm. Zakłada się, że kapsuły transportowe na zawieszeniu magnetycznym będą się do środka wsuwać. Ich średnica wyniesie 130 cm, a długość 490 cm, w przyczepie będzie mogło jednocześnie poruszać się sześciu pasażerów o łącznej wadze do 370 kg.

Silnik pociągu próżniowego Ostera będzie się składał z elementu pierwotnego (rury toru nawojowego) i wtórnego (korpus kapsuły ze stopu ferromagnetycznego). Minimalna szczelina między nimi pozwala na zastosowanie asynchronicznego silnika liniowego. W samej przyczepie będziesz potrzebowaćzainstaluj tylko elektrodynamiczne zawieszenie zapewniające lewitację magnetyczną, system regeneracji powietrza, siedzenia i miniaturowe baterie przeznaczone do wirtualnych okien i telewizorów. Ponieważ ruch kapsuły będzie przebiegał praktycznie bez oporu, znaczna część energii zużytej na przyspieszenie może zostać zwrócona podczas zwalniania. Głównym problemem w realizacji tego projektu jest to, że pociąg w rurze próżniowej musi poruszać się po idealnie prostej trasie. W przeciwnym razie elektromagnesy będą musiały kompensować siłę odśrodkową podczas pokonywania zakrętów.

Projekt szwajcarski

Szwajcarscy inżynierowie zaczęli opracowywać coś podobnego już w 1974 roku. Ich projekt przeszedł do historii pod nazwą Swissmetro. Zgodnie z planem kapsuły z poduszką magnetyczną miały działać z prędkością do 500 km/h. Szwajcarski pociąg próżniowy przyszłości został zaprojektowany, aby połączyć główne miasta państwa (Berno, Zurych, Genewa, Lozanna i Bazylea). W tym przypadku zaplanowano zastosowanie rur o średnicy 180 cm oraz ośmiomiejscowego samochodu do przewozu pasażerów. Do tej pory trudno jest ocenić inne cechy, ponieważ projekt nie został dopracowany do końca. W 2009 roku rząd kraju porzucił ten pomysł.

Angielski pociąg przyszłości

Brytyjscy inżynierowie w 2002 roku powrócili do projektu stworzenia pociągu próżniowego. Ich plany są po prostu okazałe, bo wynalazcy zamierzają stworzyć sieć, która zastąpi kolej i drogowątransport. Aby to zrobić, konieczne jest zbudowanie całej sieci rur w całym kraju. W tym przypadku kapsuły będą przeznaczone dla maksymalnie dwóch pasażerów w pozycji leżącej. W przeciwieństwie do poprzednich projektów, tutaj tabor musi poruszać się po szynach z prędkością do 420 km/h. Silniki elektryczne znajdujące się na wózkach będą napędzane przez szynę jezdną. Główna wada angielskiego pociągu próżniowego, według twórców, wiąże się z wysokimi kosztami energii do transportu jednego pasażera w porównaniu z poprzednimi projektami. Z drugiej strony jego główną zaletą jest stosunkowo niski koszt budowy sieci transportowej.

Projekt hiperpętli

Najbardziej obiecujący jest projekt pociągu przyszłości, który nazywa się Hyperloop. Pomysł jej powstania w 2012 roku podsunął amerykański miliarder Elon Musk. Początkowo mówiono o projekcie jako o piątym środku transportu, ale nie wyszedł on poza dyskusje w telewizji. Gdy dowiedział się o planach rządu dotyczących budowy linii szybkiej kolei między Los Angeles a San Francisco, biznesmen zajął się realizacją swojej koncepcji. Projekt Hyperloop to rurociąg naziemny, w którym pociąg próżniowy może poruszać się z prędkością od 400 do 1220 km/h. W sierpniu 2013 r. pomysł został oficjalnie zaprezentowany szerokiej publiczności w 58-stronicowej prezentacji.

Zasada działania

Główną ideą projektu Hyperloop jest maksymalna taniość stworzenia sieci transportowej zrury i dalsza eksploatacja. Pod tym względem opierał się na takim modelu, jak pociąg próżniowy. W USA, zdaniem wynalazcy, konieczne jest zbudowanie sieci zamkniętych równoległych torów, które połączą się w końcowych punktach tras. Aby wytworzyć w nich próżnię i ją utrzymać, wystarczą stalowe rury o grubości 25 mm i pompy o małej mocy. Wewnątrz nich Elon Musk sugeruje wystrzelenie kapsuł o długości do 30 metrów. Pierwszy biznesmen chce połączyć San Francisco i Los Angeles.

Według dewelopera, wytworzenie absolutnej próżni w rurach nie zadziała. W związku z tym masy powietrza będą kierowane pod dno taboru przez specjalne dysze w jego dziobie. Stworzy to poduszkę powietrzną i zaoszczędzi znaczne środki potrzebne na wdrożenie elektromagnesu. Aby doładować silnik, dzięki któremu kapsuła zostanie wprawiona w ruch, na podłodze rury co 110 km zostanie zamontowana aluminiowa szyna o długości 15 metrów.

Opcje funkcjonowania systemu

Prezentacja dotyczy wersji pasażerskiej i pasażersko-towarowej systemu. W pierwszym przypadku proponuje się zbudowanie rury o średnicy 2,23 m. Biegnący wewnątrz pociąg próżniowy będzie w stanie przewieźć do 28 pasażerów podczas jednej podróży. Druga opcja zakłada zastosowanie rurociągu o średnicy 3,3 m. W takim przypadku w każdej kapsule będzie można przewieźć trzy dodatkowe samochody. Należy zauważyć, że zgodnie z projektem Elona Muska pociągi będą odjeżdżaćco pół minuty.

Opłacalność i testowanie

Projekt Hyperloop można nazwać bardzo skutecznym. Deweloperzy zamierzają w pełni zaspokoić jego potrzeby poprzez energię słoneczną i wiatrową. Planują sprzedać całą jego nadwyżkę, zarabiając na tym około 25 milionów dolarów rocznie. Według Elona Muska bilet w jedną stronę musiałby kosztować około 20 dolarów. W takim przypadku projekt zwróci się za dwadzieścia lat.

Pierwsze testy pociągu próżniowego odbyły się w maju 2016 r. W tym celu na pustyni w pobliżu Las Vegas zbudowano specjalne stanowisko testowe. Wózek, wykorzystując elektromagnesy, najpierw przyspieszył do znaku 180 km/h, po czym stopniowo się zatrzymywał.

Bezpieczeństwo

Deweloperzy byli szczególnie ostrożni w kwestii bezpieczeństwa. Ruch kapsuły w żaden sposób nie wpłynie na komfort pasażerów. Wydaje się, że jego przyspieszenie nie będzie się różnić od biegu samolotu przed startem, a potem - cichy ślizg i brak turbulencji. Elon Musk twierdzi, że pociąg próżniowy nie może wykoleić się ani spaść z wysokości, dlatego należy go uznać za jeden z najbezpieczniejszych środków transportu. W przypadku przerwy w dostawie prądu kapsuła wyposażona jest w akumulatory, których moc wystarcza na 45 minut na utrzymanie pasażerów, czyli na całą trasę. W końcu większość ludzi czuje się bardzo komfortowo podróżując samolotem, pomimo faktu, że jest to sposób na ucieczkę w przypadkukatastrofy w nich są wysoce wątpliwe.

Wykończenie

Stworzenie pociągu próżniowego bez wątpienia wymaga ogromnych nakładów finansowych. Ponadto przed realizacją projektu konieczne jest rozwiązanie wielu innych problemów technicznych. Jednak w naszych czasach, biorąc pod uwagę ciągły rozwój technologii, możliwość realizacji tego przedsięwzięcia nie wygląda tak mgliście jak kilkadziesiąt lat temu. W związku z tym nie powinno dziwić, że pociągi, które są szybsze niż współczesne samoloty naddźwiękowe, będą wkrótce wykorzystywane do przewozu pasażerów i towarów.