Tàu chân không: nguyên lý hoạt động, thử nghiệm. Chuyến tàu của tương lai

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Các nhà khoa học từ lâu đã kết luận rằng để tăng tốc độ của bất kỳ phương tiện nào, cần phải triệt tiêu lực ma sát càng nhiều càng tốt. Theo nguyên tắc này, tàu vũ trụ bay, không có lực cản của môi trường, có thể di chuyển trong không gian trong một thời gian rất dài. Chính tính năng này đã làm nền tảng cho dự án, được gọi là "tàu chân không của tương lai".

Những chuyến tàu nhanh nhất

Thành tựu cao nhất của các nhà khoa học trong lĩnh vực chuyển động tốc độ cao trên mặt đất, tính đến ngày nay, được coi là lực bay từ trường. Tàu bay từ tính đã được thử nghiệm ở Nhật Bản, Anh và Đức vào những năm 1970. Hiện nay, loại hình vận tải này được vận hành thành công ở nhiều bang. Trong trường hợp này, bằng cách giảm thiểu ma sát, tốc độ trong vòng 500 km / h được cung cấp. Hơn nữa, đầu máy toa xe này có đặc điểm là hiệu quả cao, thân thiện với môi trường và độ ồn thấp. Đồng thời, cần lưu ý rằng sự gia tăng tốc độ di chuyển kéo theo sự gia tănglực cản khí động học. Các nhà khoa học đề xuất tạo ra một đoàn tàu chân không bằng cách sử dụng một cách tiếp cận tương tự. Nguyên tắc hoạt động của nó là đường ray phải đi qua bên trong đường ống với không khí được bơm ra ngoài, vì vậy tất cả các lực cản đều bị loại trừ.

Sự xuất hiện của ý tưởng vận chuyển chân không

Khái niệm xây dựng đường ống vận chuyển hàng hóa xuyên Đại Tây Dương để vận chuyển hàng hóa từ châu Âu đến châu Mỹ và ngược lại lần đầu tiên xuất hiện ở Mỹ vào những năm 60 của thế kỷ trước. Theo kế hoạch, người ta đã lên kế hoạch xây dựng một đường ống trong đại dương ở độ sâu nửa km, việc vận chuyển trong đó sẽ được thực hiện bởi các đoàn tàu di chuyển trên đệm từ trường. Chỉ vào năm 1999, kỹ sư người Mỹ Dariel Oster đã giành được bằng sáng chế cho công nghệ vận chuyển đường ống chân không, điều này đã tạo động lực mới cho sự phát triển của họ.

Project Oster

Theo ý tưởng của Oster, đường đua nên bao gồm hai ống trên cao (để di chuyển theo các hướng khác nhau), mỗi ống có đường kính 150 cm. Giả định rằng các viên nang vận chuyển trên một hệ thống treo từ tính sẽ trượt vào bên trong. Đường kính của chúng sẽ là 130 cm và chiều dài - 490 cm. Sáu hành khách có tổng trọng lượng lên đến 370 kg sẽ có thể di chuyển trong xe kéo cùng một lúc.

Động cơ cho tàu chân không của Oster sẽ bao gồm phần tử sơ cấp (một đường ống quanh co) và phần tử thứ cấp (phần thân của chính viên nang hợp kim sắt từ). Khoảng cách tối thiểu giữa chúng cho phép sử dụng động cơ tuyến tính không đồng bộ. Trong đoạn giới thiệu chính nó, bạn sẽ cầnchỉ lắp đặt hệ thống treo điện động lực học để tạo ra lực bay từ trường, hệ thống tái tạo không khí, ghế ngồi và pin thu nhỏ được thiết kế cho cửa sổ ảo và TV. Vì chuyển động của viên nang sẽ xảy ra mà hầu như không có lực cản, một phần đáng kể năng lượng dành cho quá trình tăng tốc có thể được trả lại trong quá trình giảm tốc. Khó khăn chính trong việc biến dự án này thành hiện thực là đoàn tàu trong ống chân không phải di chuyển dọc theo một đường ray hoàn toàn thẳng. Nếu không, nam châm điện sẽ phải bù lực ly tâm khi vào cua.

dự án Thụy Sĩ

Các kỹ sư Thụy Sĩ bắt đầu phát triển một thứ tương tự vào năm 1974. Dự án của họ đã đi vào lịch sử với cái tên Swissmetro. Theo kế hoạch, các viên nang đệm từ trường được cho là có thể chạy với tốc độ lên tới 500 km / h. Chuyến tàu chân không của tương lai của Thụy Sĩ được thiết kế để kết nối các thành phố chính của bang (Bern, Zurich, Geneva, Lausanne và Basel). Trong trường hợp này, người ta đã lên kế hoạch sử dụng các đường ống có đường kính 180 cm và một ô tô 8 chỗ để vận chuyển hành khách. Cho đến nay, rất khó để đánh giá các đặc điểm khác, vì dự án vẫn chưa được thực hiện đến cùng. Năm 2009, chính phủ nước này đã từ bỏ ý tưởng này.

chuyến tàu của tương lai

Các kỹ sư người Anh vào năm 2002 đã quay trở lại với dự án tạo ra một đoàn tàu chân không. Kế hoạch của họ đơn giản là rất hoành tráng, bởi vì các nhà phát minh dự định tạo ra một mạng lưới thay thế đường sắt và đường bộvận chuyển. Để làm được điều này, cần phải xây dựng tổng thể mạng lưới đường ống trong cả nước. Trong trường hợp này, các khoang sẽ được thiết kế cho tối đa hai hành khách nằm trong tư thế nằm sấp. Khác với các dự án trước, tại đây đầu máy toa xe phải di chuyển dọc đường ray với tốc độ lên tới 420 km / h. Các động cơ điện đặt trên xe đẩy sẽ được cung cấp năng lượng bởi một đường ray tiếp xúc. Hạn chế chính mà tàu chân không của Anh mắc phải, theo các nhà phát triển, liên quan đến chi phí năng lượng cao cho việc vận chuyển một hành khách, so với các dự án trước đây. Mặt khác, lợi thế chính của nó nằm ở chi phí xây dựng mạng lưới giao thông tương đối thấp.

Dự án Hyperloop

Hứa hẹn nhất là dự án tàu của tương lai, có tên là Hyperloop. Ý tưởng thành lập nó vào năm 2012 do tỷ phú người Mỹ Elon Musk gợi ý. Ban đầu, dự án được nói đến như là phương thức vận tải thứ năm, nhưng nó không nằm ngoài các cuộc thảo luận trên truyền hình. Sau khi được biết về kế hoạch xây dựng tuyến đường sắt cao tốc giữa Los Angeles và San Francisco của chính phủ, doanh nhân này đã bắt đầu thực hiện ý tưởng của mình. Dự án Hyperloop là một đường ống trên bộ, trong đó tàu chân không có thể di chuyển với tốc độ từ 400 đến 1220 km / h. Vào tháng 8 năm 2013, ý tưởng chính thức được trình bày trước công chúng trong một bài thuyết trình dài 58 trang.

Nguyên tắc làm việc

Ý tưởng chính của dự án Hyperloop là giá rẻ tối đa của việc tạo ra một mạng lưới giao thông từđường ống và hoạt động xa hơn. Về vấn đề này, nó dựa trên một mô hình như một đoàn tàu chân không. Ở Mỹ, theo nhà phát minh, cần phải xây dựng một mạng lưới các tuyến đường song song khép kín sẽ kết nối tại các điểm cuối của các tuyến đường. Để tạo chân không trong chúng và duy trì nó, các ống thép dày 25 mm và máy bơm có công suất thấp là đủ. Bên trong chúng, Elon Musk gợi ý nên phóng các viên nang dài tới 30 mét. Doanh nhân đầu tiên muốn kết nối San Francisco và Los Angeles.

Theo nhà phát triển, nó sẽ không có tác dụng tạo chân không tuyệt đối trong đường ống. Về vấn đề này, các khối khí sẽ được dẫn vào dưới đáy của toa xe thông qua các vòi phun đặc biệt trong cung của nó. Điều này sẽ tạo ra một lớp đệm không khí và tiết kiệm đáng kể kinh phí cần thiết cho việc thực hiện nam châm điện. Để nạp năng lượng cho động cơ, do đó viên nang sẽ chuyển động, một thanh ray nhôm dài 15 mét sẽ được lắp đặt trên sàn của đường ống cứ sau 110 km.

Tùy chọn cho hoạt động của hệ thống

Phần trình bày xem xét phiên bản hành khách và hành khách-hàng hóa của hệ thống. Trường hợp thứ nhất, người ta đề xuất xây một đường ống có đường kính 2,23 m, tàu chân không chạy bên trong có thể chở tối đa 28 hành khách trong một chuyến. Phương án thứ hai sử dụng đường ống có đường kính 3,3m, trong trường hợp này, có thể vận chuyển thêm ba toa trong mỗi viên. Cần lưu ý rằng theo dự án của Elon Musk, các chuyến tàu sẽ khởi hànhcứ nửa phút một lần.

Tiết kiệm chi phí và thử nghiệm

Dự án Hyperloop có thể gọi là rất hiệu quả. Các nhà phát triển dự định sẽ đáp ứng đầy đủ nhu cầu của nó thông qua năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Họ có kế hoạch bán toàn bộ phần thặng dư của nó, thu về khoảng 25 triệu đô la mỗi năm từ việc này. Theo Elon Musk, giá vé một chiều sẽ phải vào khoảng 20 đô la. Trong trường hợp này, dự án sẽ hoàn vốn sau 20 năm.

Các cuộc thử nghiệm đầu tiên của tàu chân không đã diễn ra vào tháng 5 năm 2016. Để đạt được mục tiêu này, một địa điểm thử nghiệm đặc biệt đã được xây dựng trên sa mạc gần Las Vegas. Xe đẩy, sử dụng nam châm điện, lần đầu tiên tăng tốc đến mốc 180 km / h, sau đó nó dần dần dừng lại.

An toàn

Các nhà phát triển đã đặc biệt cẩn thận về bảo mật. Sự chuyển động của khoang sẽ không ảnh hưởng đến sự thoải mái của hành khách theo bất kỳ cách nào. Có cảm giác như khả năng tăng tốc của nó sẽ không khác với tốc độ chạy của máy bay trước khi cất cánh, và sau đó - một chiếc máy bay lướt nhẹ và không có nhiễu động. Elon Musk tuyên bố rằng tàu chân không không thể trật bánh hoặc rơi từ độ cao, vì vậy nó nên được coi là một trong những phương tiện giao thông an toàn nhất. Trong trường hợp mất điện, khoang này được trang bị pin, năng lượng của nó đủ để duy trì hành khách trong 45 phút, hay nói cách khác, cho toàn bộ tuyến đường. Rốt cuộc, hầu hết mọi người đều rất thoải mái với việc di chuyển bằng máy bay, mặc dù thực tế là các phương tiện thoát hiểm trong trường hợpthiên tai trong đó rất đáng nghi ngờ.

Hoàn thiện

Việc tạo ra một đoàn tàu chân không, không còn nghi ngờ gì nữa, đòi hỏi chi phí tài chính rất lớn. Ngoài ra, trước khi triển khai dự án còn phải giải quyết thêm nhiều vấn đề kỹ thuật. Tuy nhiên, trong thời đại của chúng ta, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, khả năng thực hiện liên doanh này không còn mơ hồ như vài thập kỷ trước. Về vấn đề này, người ta không nên ngạc nhiên khi tàu hỏa, nhanh hơn cả máy bay siêu thanh hiện đại, sẽ sớm được sử dụng để vận chuyển hành khách và hàng hóa.