Гиперпетля: транспорт будущего
В настоящее время скорость движения поездов значительно ниже скорости самолетов. Так, крейсерская скорость Boeing-737 составляет 810-850 км/ч. Максимальная же скорость для железнодорожного транспорта на магнитной подушке была достигнута поездом Maglev в Японии в июне 2013 года и составила 581 км/ч. Самым же быстрым колесным поездом является французский TGV, разогнавшийся на специально подготовленной трассе до 575 км/ч. Однако, это лишь испытательные скорости на отдельных участках, они далеки от средней: самый быстрый поезд в мире эксплуатируется в Китае на маршрутах Шанхай-Нанкин и Шанхай-Ханчжоу, его средняя скорость составляет 350 км/ч.
Что же мешает поездам разгоняться до скорости самолетов? Прежде всего, сопротивление воздуха. Самолеты летают на высотах 8-10 км, где атмосферное давление в несколько раз ниже, чем на уровне моря, к тому же самолету проще чем поезду придать обтекаемую форму. Но главной причиной является то, что самолет летит по относительно свободной траектории. Малейшее же отклонение поезда от прямой линии при самолетных скоростях приведет к сносу его с путей воздушным потоком.
По этим причинам развитие высокоскоростного железнодорожного транспорта является дорогостоящим делом, а достичь скорости самолетов ему и вовсе не представляется возможным при существующих технологиях.
Амбициозный выход из ситуации предложил Элон Маск (Elon Mask), глава компаний Tesla и SpaceX, известный своими нестандартными проектами. Он предложил создать совершенно новый вид транспорта – «Гиперпетлю» (Hyperloop).
По задумке Элона Маска, гиперпетля должна представлять собой две параллельные трубы с низким давлением внутри, чтобы снизить сопротивление воздуха. Так, предполагается поддержка давления на уровне 100 Па, что в тысячу раз ниже атмосферного давления и в шесть раз меньше давления на поверхности Марса (приблизительно соответствует техническому вакууму). Внутри этих труб будут двигаться капсулы, перевозящие людей, также возможна перевозка автомобилей (если сделать трубы большего диаметра).
Привод капсул, как и высокоскоростных поездов, будет осуществляться по принципу магнитной левитации мощными электродвигателями – капсула будет парить внутри трубы, не касаясь ее стенок. Снизу, под капсулу, будет дополнительно нагнетаться воздух (его давление составит не менее 10 кПа, что в 10 раз ниже атмосферного).
Труба будет сделана из нержавеющей стали, толщина ее стенок должна составить 2-2,5 см. Этого будет достаточно, чтобы выдержать внешнее давление. Как именно будет прокладываться гиперпетля, пока не решено. Один из вариантов предлагает размещение труб на железобетонных опорах, расположенных с шагом 30 метров.
Обе трубы будут объединены в единое кольцо на конечных станциях. Максимальная достигаемая скорость гиперпетли предполагается на уровне в 1300 км/ч, что выше скорости звука. Большую скорость развить все же нельзя по целому ряду причин. Так, слишком будут велики перегрузки при разгоне и торможении (по замыслу разработчиков, они в настоящее время не превышают 1 g). Кроме того, даже оставшаяся в трубах часть воздуха будет представлять собой пробку, которая будет тормозить капсулу и создавать потенциально нежелательные аэродинамические последствия. Создание еще более жесткого вакуума является технически чрезвычайно сложной задачей, и будет нерентабельно.
Для решения проблемы с потоком воздуха Элон Маск предлагает установку на капсулу компрессора, перекачивающий набегающий воздух с носа на корму, помогая поддерживать ее в подвешенном состоянии. Однако полностью убрать все последствия натекающего воздуха Элон Маск в своем проекте так и не смог, поэтому необходим весьма большой размер туннеля – в несколько раз больше размеров капсулы, что сильно повысит расходы на содержание инфраструктуры.
Отметим, что создание гиперпетли между двумя населенными пунктами, которые необходимо связать, возможно только по идеально прямой линии, поскольку поворот на скорости в 1300 км/час всего на несколько градусов создаст смертельные перегрузки для пассажиров. Но прямолинейную трубу проложить может получиться не всегда в силу рельефа местности.
Для минимизации расходов на поддержку низкого давления в туннеле капсулы предполагается сделать малого диаметра. Их высота будет всего 1,1 м, а ширина – 1,35 м. Посадка в капсулу будет осуществляться как в спортивном автомобиле. Пассажиры будут находиться в одном ряду. В одну капсулу будет вмещаться не более 28 пассажиров.
На случай потенциальной аварии в системе (например, внезапной остановки одной из капсул) предполагается выдерживать расстояние между ними порядка 37 км. В случае поломки одной из капсул, следующая успеет затормозить, чтобы не произошло столкновения. Соответственно, приблизительно такой же будет и интервал между отправления двух «составов». Годовая пропускная способность гиперпетли, по расчетам главы SpaceX составит в одну сторону 7,4 млн человек в год. Низкая пропускная способность также является одним из недостатков проекта.
В случае разгерметизации капсулы, пассажиров не спасут даже кислородные маски – их ждет мгновенная смерть. Поэтому внутри капсулы необходимы резервуары со сжатым воздухом, давление которых должно составлять приблизительно 20 атмосфер.
Еще одной проблемой, эффективного решения которой пока не найдено, является бортовое электропитание. Так, для компрессора, который перекачивает сжатый воздух впереди капсулы назад, необходима электроэнергия. Значит капсуле необходимы аккумуляторы весом в 1,5 тонны. Капсула во время «полета» сможет питаться только от этой батареи. Следовательно, аккумуляторы придется менять на каждой станции. Сами аккумуляторы также стоят немалых денег.
Энергетическая загрузка на всю капсулу составит порядка 100 кВт – это мощность соответствует 136 лошадиным силам, то есть почти как у автомобиля средней мощности. На одного пассажира будет приходиться всего 3-4 кВт мощности, что примерно соответствует мощности мопеда. Поэтому, вне сомнения, гиперпетля является потенциально самым энергетически эффективным видом транспорта.
Г-н Маск считает, что железные дороги в привычном понимании уже давно устарели, и для «космической сверхдержавы, которой является США», вкладывать деньги в одну из самых медленных высокоскоростных железных дорог является нерациональным. Идея реализации гиперпетли не запатентована, поэтому правительство любой страны потенциально может ее реализовать.
Опубликовано 31.10.2013