Τρένο κενού: αρχή λειτουργίας, δοκιμή. Τρένο του μέλλοντος

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Οι επιστήμονες έχουν καταλήξει εδώ και καιρό στο συμπέρασμα ότι για να αυξηθεί η ταχύτητα οποιουδήποτε οχήματος, είναι απαραίτητο να καταστείλει τη δύναμη τριβής όσο το δυνατόν περισσότερο. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, πετούν διαστημόπλοια, τα οποία, χωρίς περιβαλλοντική αντίσταση, μπορούν να ταξιδεύουν στο διάστημα για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Είναι αυτό το χαρακτηριστικό που βασίζεται στο έργο, γνωστό ως «το τρένο κενού του μέλλοντος».

Τα πιο γρήγορα τρένα

Το υψηλότερο επίτευγμα επιστημόνων στον τομέα της επίγειας κίνησης υψηλής ταχύτητας, από σήμερα, θεωρείται η μαγνητική αιώρηση. Τα τρένα με μαγνητική αιώρηση δοκιμάστηκαν στην Ιαπωνία, την Αγγλία και τη Γερμανία τη δεκαετία του 1970. Επί του παρόντος, αυτός ο τύπος μεταφοράς λειτουργεί με επιτυχία σε πολλές πολιτείες. Σε αυτή την περίπτωση, ελαχιστοποιώντας τις τριβές, παρέχονται ταχύτητες εντός 500 km/h. Επιπλέον, τέτοιο τροχαίο υλικό χαρακτηρίζεται από υψηλή απόδοση, φιλικότητα προς το περιβάλλον και χαμηλό επίπεδο θορύβου. Ταυτόχρονα, πρέπει να σημειωθεί ότι η αύξηση της ταχύτητας κίνησης συνεπάγεται αύξηση τουαεροδυναμική αντίσταση. Οι επιστήμονες προτείνουν τη δημιουργία ενός τρένου κενού χρησιμοποιώντας μια παρόμοια προσέγγιση. Η αρχή της λειτουργίας του είναι ότι η τροχιά πρέπει να περνά μέσα στον σωλήνα με αντλούμενο αέρα, έτσι ώστε να αποκλείονται όλες οι δυνάμεις αντίστασης.

Η εμφάνιση της ιδέας της μεταφοράς κενού

Η ιδέα της κατασκευής ενός διατλαντικού αγωγού φορτίου για την παράδοση αγαθών από την Ευρώπη στην Αμερική και αντίστροφα εμφανίστηκε για πρώτη φορά στις ΗΠΑ στη δεκαετία του εξήντα του περασμένου αιώνα. Όπως είχε προγραμματιστεί, σχεδιάστηκε να κατασκευαστεί ένας σωλήνας στον ωκεανό σε βάθος μισού χιλιομέτρου, η μεταφορά εντός του οποίου θα πραγματοποιούνταν με τρένα που κινούνταν σε μαγνητικό μαξιλάρι. Μόλις το 1999, ο Αμερικανός μηχανικός Dariel Oster κατάφερε να αποκτήσει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τεχνολογίες μεταφοράς αγωγών κενού, που έδωσε νέα ώθηση στην ανάπτυξή τους.

Project Oster

Σύμφωνα με την ιδέα του Oster, η πίστα πρέπει να αποτελείται από δύο ανυψωμένους σωλήνες (για κίνηση σε διαφορετικές κατευθύνσεις), καθένας από τους οποίους έχει διάμετρο 150 cm. Υποτίθεται ότι οι κάψουλες μεταφοράς σε μαγνητική ανάρτηση θα γλιστρήσουν μέσα. Η διάμετρός τους θα είναι 130 εκ. και το μήκος - 490 εκ. Έξι επιβάτες με συνολικό βάρος έως 370 κιλά θα μπορούν να κινούνται ταυτόχρονα στο τρέιλερ.

Ο κινητήρας για την αμαξοστοιχία κενού του Oster θα αποτελείται από ένα κύριο (ένας σωλήνας περιέλιξης τροχιάς) και ένα δευτερεύον (το σώμα της ίδιας της κάψουλας σιδηρομαγνητικού κράματος). Το ελάχιστο κενό μεταξύ τους επιτρέπει τη χρήση ενός ασύγχρονου γραμμικού κινητήρα. Στο ίδιο το τρέιλερ θα χρειαστείτεεγκαταστήστε μόνο μια ηλεκτροδυναμική ανάρτηση για την παροχή μαγνητικής αιώρησης, ένα σύστημα αναγέννησης αέρα, καθίσματα και μικροσκοπικές μπαταρίες σχεδιασμένες για εικονικά παράθυρα και τηλεοράσεις. Δεδομένου ότι η κίνηση της κάψουλας δεν θα πραγματοποιηθεί ουσιαστικά χωρίς αντίσταση, ένα σημαντικό μέρος της ενέργειας που δαπανάται για την επιτάχυνση μπορεί να επιστραφεί κατά την επιβράδυνση. Το κύριο εμπόδιο για να γίνει πραγματικότητα αυτό το έργο είναι ότι το τρένο στον σωλήνα κενού πρέπει να κινείται σε μια τέλεια ευθεία γραμμή. Διαφορετικά, οι ηλεκτρομαγνήτες θα πρέπει να αντισταθμίσουν τη φυγόκεντρο δύναμη στις στροφές.

Ελβετικό έργο

Ελβετοί μηχανικοί άρχισαν να αναπτύσσουν κάτι παρόμοιο το 1974. Το έργο τους έμεινε στην ιστορία με το όνομα Swissmetro. Όπως είχε προγραμματιστεί, οι κάψουλες μαγνητικού μαξιλαριού έπρεπε να λειτουργούν με ταχύτητα έως και 500 km / h. Το ελβετικό τρένο κενού του μέλλοντος σχεδιάστηκε για να συνδέει τις κύριες πόλεις του κράτους (Βέρνη, Ζυρίχη, Γενεύη, Λωζάνη και Βασιλεία). Σε αυτή την περίπτωση, σχεδιάστηκε να χρησιμοποιηθούν σωλήνες με διάμετρο 180 cm και ένα οκταθέσιο αυτοκίνητο για τη μεταφορά επιβατών. Μέχρι σήμερα είναι δύσκολο να κρίνουμε άλλα χαρακτηριστικά, αφού το έργο δεν έχει εκπονηθεί μέχρι το τέλος. Το 2009, η κυβέρνηση της χώρας εγκατέλειψε αυτή την ιδέα.

Αγγλικό τρένο του μέλλοντος

Βρετανοί μηχανικοί το 2002 επέστρεψαν στο έργο της δημιουργίας ενός τρένου κενού. Τα σχέδιά τους είναι απλά μεγαλεπήβολα, γιατί οι εφευρέτες σκοπεύουν να δημιουργήσουν ένα δίκτυο που θα αντικαταστήσει τον σιδηρόδρομο και τον δρόμομεταφορά. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένας ολόκληρος ιστός σωλήνων σε όλη τη χώρα. Σε αυτή την περίπτωση, οι κάψουλες θα σχεδιαστούν για το πολύ δύο επιβάτες που βρίσκονται σε πρηνή θέση. Σε αντίθεση με προηγούμενα έργα, εδώ το τροχαίο υλικό πρέπει να κινείται κατά μήκος των σιδηροτροχιών με ταχύτητες έως και 420 km/h. Οι ηλεκτροκινητήρες που βρίσκονται στα τρόλεϊ θα τροφοδοτούνται από μια ράγα επαφής. Το κύριο μειονέκτημα που έχει το αγγλικό τρένο κενού, σύμφωνα με τους προγραμματιστές, σχετίζεται με το υψηλό κόστος ενέργειας για τη μεταφορά ενός επιβάτη, σε σύγκριση με προηγούμενα έργα. Από την άλλη, το κύριο πλεονέκτημά του έγκειται στο σχετικά χαμηλό κόστος κατασκευής ενός δικτύου μεταφορών.

Έργο Hyperloop

Το πιο πολλά υποσχόμενο είναι το έργο του τρένου του μέλλοντος, το οποίο ονομάζεται Hyperloop. Η ιδέα της δημιουργίας του το 2012 προτάθηκε από τον Αμερικανό δισεκατομμυριούχο Έλον Μασκ. Αρχικά, το έργο συζητήθηκε ως ο πέμπτος τρόπος μεταφοράς, αλλά δεν ξεπέρασε τις συζητήσεις στην τηλεόραση. Αφού έγινε γνωστό για τα σχέδια της κυβέρνησης για την κατασκευή μιας σιδηροδρομικής γραμμής υψηλής ταχύτητας μεταξύ του Λος Άντζελες και του Σαν Φρανσίσκο, ο επιχειρηματίας ανέλαβε την υλοποίηση της ιδέας του. Το έργο Hyperloop είναι ένας επίγειος αγωγός στον οποίο ένα τρένο υπό κενό μπορεί να ταξιδέψει με ταχύτητες που κυμαίνονται από 400 έως 1220 km/h. Τον Αύγουστο του 2013, η ιδέα παρουσιάστηκε επίσημα στο ευρύ κοινό σε μια παρουσίαση 58 σελίδων.

Αρχή λειτουργίας

Η κύρια ιδέα του έργου Hyperloop είναι η μέγιστη φθηνότητα της δημιουργίας ενός δικτύου μεταφορών απόσωλήνες και περαιτέρω λειτουργία. Από αυτή την άποψη, βασίστηκε σε ένα τέτοιο μοντέλο όπως ένα τρένο κενού. Στις ΗΠΑ, σύμφωνα με τον εφευρέτη, είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένα δίκτυο κλειστών παράλληλων τροχιών που θα συνδέονται στα τελικά σημεία των διαδρομών. Για να δημιουργήσετε κενό σε αυτά και να το διατηρήσετε, αρκούν χαλύβδινοι σωλήνες πάχους 25 mm και αντλίες χαμηλής ισχύος. Μέσα σε αυτά, ο Έλον Μασκ προτείνει την εκτόξευση καψουλών μήκους έως και 30 μέτρων. Ο πρώτος επιχειρηματίας θέλει να συνδέσει το Σαν Φρανσίσκο και το Λος Άντζελες.

Σύμφωνα με τον προγραμματιστή, δεν θα λειτουργήσει η δημιουργία απόλυτου κενού στους σωλήνες. Από αυτή την άποψη, οι μάζες αέρα θα κατευθύνονται κάτω από τον πυθμένα του τροχαίου υλικού μέσω ειδικών ακροφυσίων στην πλώρη του. Αυτό θα δημιουργήσει ένα μαξιλάρι αέρα και θα εξοικονομήσει σημαντικά κεφάλαια που απαιτούνται για την εφαρμογή του ηλεκτρομαγνήτη. Για την επαναφόρτιση του κινητήρα, λόγω του οποίου θα τεθεί σε κίνηση η κάψουλα, θα τοποθετείται μια ράγα αλουμινίου μήκους 15 μέτρων στο δάπεδο του σωλήνα κάθε 110 km.

Επιλογές για τη λειτουργία του συστήματος

Η παρουσίαση εξετάζει την έκδοση επιβατών και φορτίου επιβατών του συστήματος. Στην πρώτη περίπτωση προτείνεται η κατασκευή ενός σωλήνα διαμέτρου 2,23 μ. Το τρένο κενού που τρέχει μέσα θα μπορεί να μεταφέρει έως και 28 επιβάτες σε ένα ταξίδι. Η δεύτερη επιλογή περιλαμβάνει τη χρήση αγωγού διαμέτρου 3,3 μ. Σε αυτή την περίπτωση, θα είναι δυνατή η μεταφορά τριών επιπλέον αυτοκινήτων σε κάθε κάψουλα. Να σημειωθεί ότι σύμφωνα με το έργο του Elon Musk θα αναχωρήσουν τρένακάθε μισό λεπτό.

Κόστους αποδοτικότητας και δοκιμή

Το έργο Hyperloop μπορεί να ονομαστεί πολύ αποτελεσματικό. Οι προγραμματιστές σκοπεύουν να καλύψουν πλήρως τις ανάγκες του μέσω ηλιακής και αιολικής ενέργειας. Σκοπεύουν να πουλήσουν όλο το πλεόνασμα του, κερδίζοντας περίπου 25 εκατομμύρια δολάρια ετησίως από αυτό. Σύμφωνα με τον Elon Musk, ο ναύλος απλής μετάβασης θα πρέπει να είναι περίπου $20. Σε αυτή την περίπτωση, το έργο θα αποδώσει σε είκοσι χρόνια.

Οι πρώτες δοκιμές του τρένου κενού πραγματοποιήθηκαν τον Μάιο του 2016. Για το σκοπό αυτό, κατασκευάστηκε ένας ειδικός χώρος δοκιμών στην έρημο κοντά στο Λας Βέγκας. Το τρόλεϊ, χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνήτες, αρχικά επιτάχυνε στα 180 km/h και μετά σταδιακά σταμάτησε.

Ασφάλεια

Οι προγραμματιστές ήταν ιδιαίτερα προσεκτικοί όσον αφορά την ασφάλεια. Η κίνηση της κάψουλας δεν θα επηρεάσει με κανέναν τρόπο την άνεση των επιβατών. Αισθάνεται ότι η επιτάχυνσή του δεν θα διαφέρει από το τρέξιμο του αεροπλάνου πριν από την απογείωση, και στη συνέχεια - μια ήσυχη ολίσθηση και χωρίς αναταράξεις. Ο Έλον Μασκ ισχυρίζεται ότι ένα τρένο υπό κενό δεν μπορεί να εκτροχιαστεί ή να πέσει από ύψος, επομένως θα πρέπει να θεωρείται ένας από τους ασφαλέστερους τρόπους μεταφοράς. Σε περίπτωση διακοπής ρεύματος, η κάψουλα είναι εξοπλισμένη με μπαταρίες, η ισχύς των οποίων είναι αρκετή για να συντηρήσει τους επιβάτες για 45 λεπτά, με άλλα λόγια, για ολόκληρη τη διαδρομή. Εξάλλου, οι περισσότεροι άνθρωποι αισθάνονται πολύ άνετα με τα αεροπορικά ταξίδια, παρά το γεγονός ότι τα μέσα διαφυγής σε περίπτωσηοι καταστροφές σε αυτές είναι πολύ αμφίβολες.

Ολοκλήρωση

Η δημιουργία ενός τρένου κενού, αναμφίβολα, απαιτεί τεράστιο οικονομικό κόστος. Επιπλέον, πριν από την υλοποίηση του έργου, είναι απαραίτητο να λυθούν πολλά ακόμη τεχνικά προβλήματα. Ωστόσο, στην εποχή μας, δεδομένης της συνεχούς ανάπτυξης της τεχνολογίας, η δυνατότητα υλοποίησης αυτού του εγχειρήματος δεν φαίνεται τόσο ασαφής όσο πριν από αρκετές δεκαετίες. Από αυτή την άποψη, δεν πρέπει να εκπλαγεί κανείς όταν τα τρένα, τα οποία είναι ταχύτερα από τα σύγχρονα υπερηχητικά αεροσκάφη, θα χρησιμοποιηθούν σύντομα για τη μεταφορά επιβατών και εμπορευμάτων.