Tyhjiöjuna: toimintaperiaate, testaus. Tulevaisuuden juna

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Tutkijat ovat jo pitkään tulleet siihen johtopäätökseen, että minkä tahansa ajoneuvon nopeuden lisäämiseksi on tarpeen tukahduttaa kitkavoimaa niin paljon kuin mahdollista. Tämän periaatteen mukaan lentävät avaruusalukset, jotka voivat matkustaa avaruudessa erittäin pitkään ilman ympäristövastusta. Juuri tämä ominaisuus on hankkeen taustalla, joka tunnetaan "tulevaisuuden tyhjiöjunana".

Nopeimmat junat

Magneettisena levitaationa pidetään tämän hetken tiedemiesten korkeinta saavutusta nopean maan liikkeen alalla. Magneettisia levitaatiojunia testattiin Japanissa, Englannissa ja Saksassa jo 1970-luvulla. Tällä hetkellä tämän tyyppistä kuljetusta harjoitetaan menestyksekkäästi monissa osav altioissa. Tässä tapauksessa kitkaa minimoimalla saadaan aikaan 500 km/h nopeudet. Lisäksi tällaiselle liikkuvalle kalustolle on ominaista korkea hyötysuhde, ympäristöystävällisyys ja alhainen melutaso. Samalla on huomattava, että liikenopeuden lisääntyminen lisääaerodynaaminen vastus. Tutkijat ehdottavat tyhjiöjunan luomista käyttämällä samanlaista lähestymistapaa. Sen toimintaperiaate on, että radan tulee kulkea putken sisällä ulos pumpatulla ilmalla, joten kaikki vastusvoimat jätetään pois.

Tyhjiökuljetuksen idean synty

Ajatus transatlanttisen rahtiputken rakentamisesta tavaroiden kuljettamiseksi Euroopasta Amerikkaan ja päinvastoin ilmestyi ensimmäisen kerran Yhdysvalloissa jo viime vuosisadan 60-luvulla. Mereen suunniteltiin suunnitelman mukaisesti rakentaa puolen kilometrin syvyyteen putki, jonka sisällä kuljetukset toteutettaisiin magneettityynyllä liikkuvilla junilla. Vasta vuonna 1999 amerikkalainen insinööri Dariel Oster onnistui saamaan patentin tyhjiöputkikuljetustekniikoille, mikä antoi uuden sysäyksen niiden kehitykselle.

Oster-projekti

Osterin idean mukaan radan tulisi koostua kahdesta kohotetusta putkesta (eri suuntiin liikkumista varten), joista kumpikin on halkaisij altaan 150 cm. On oletettu, että magneettiripustuksessa olevat kuljetuskapselit liukuvat sisään. Niiden halkaisija on 130 cm ja pituus - 490 cm. Perävaunussa voi liikkua samanaikaisesti kuusi matkustajaa, joiden kokonaispaino on enintään 370 kg.

Osterin tyhjiösarjan moottori koostuu ensisijaisesta (käämitysrataputki) ja toissijaisesta elementistä (itse ferromagneettisen metalliseoskapselin runko). Niiden välinen vähimmäisrako mahdollistaa asynkronisen lineaarimoottorin käytön. Itse trailerissa tarvitsetasenna vain sähködynaaminen jousitus magneettisen levitaation aikaansaamiseksi, ilman regenerointijärjestelmä, istuimet ja miniakut, jotka on suunniteltu virtuaaliikkunoihin ja televisioihin. Koska kapselin liike tapahtuu käytännössä ilman vastusta, merkittävä osa kiihdyttämiseen käytetystä energiasta voidaan palauttaa hidastuessa. Suurin pulma tämän projektin toteuttamisessa on se, että tyhjiöputkessa olevan junan täytyy liikkua täysin suoraa rataa pitkin. Muuten sähkömagneettien on kompensoitava keskipakovoimaa kaarteissa.

Sveitsin projekti

Sveitsiläiset insinöörit alkoivat kehittää jotain vastaavaa jo vuonna 1974. Heidän projektinsa jäi historiaan nimellä Swissmetro. Suunnitelman mukaisesti magneettityynykapseleiden piti kulkea jopa 500 km/h nopeudella. Tulevaisuuden sveitsiläinen tyhjiöjuna suunniteltiin yhdistämään osav altion tärkeimmät kaupungit (Bern, Zürich, Geneve, Lausanne ja Basel). Tässä tapauksessa matkustajien kuljettamiseen suunniteltiin käyttää halkaisij altaan 180 cm putkia ja kahdeksanpaikkaista autoa. Toistaiseksi muita ominaisuuksia on vaikea arvioida, koska projektia ei ole vielä valmisteltu loppuun asti. Vuonna 2009 maan hallitus hylkäsi tämän ajatuksen.

Englannin tulevaisuuden juna

Brittiläiset insinöörit vuonna 2002 palasivat tyhjiöjunan luomisprojektiin. Heidän suunnitelmansa ovat yksinkertaisesti mahtavia, koska keksijät aikovat luoda verkoston, joka korvaa rautatien ja maantien.kuljetus. Tätä varten on tarpeen rakentaa kokonainen putkiverkko koko maassa. Tässä tapauksessa kapselit suunnitellaan enintään kahdelle makuuasennossa olevalle matkustajalle. Toisin kuin aikaisemmissa hankkeissa, tässä liikkuvan kaluston tulee liikkua kiskoja pitkin jopa 420 km/h nopeudella. Vaunuissa sijaitsevat sähkömoottorit saavat voimansa kontaktikiskolla. Suurin haitta, joka englantilaisella tyhjiöjunalla on kehittäjien mukaan, liittyy korkeisiin energiakustannuksiin yhden matkustajan kuljettamiseen verrattuna aikaisempiin projekteihin. Toisa alta sen tärkein etu on liikenneverkon suhteellisen alhaiset rakentamiskustannukset.

Hyperloop-projekti

Lupaavin on tulevaisuuden junan projekti, joka on nimeltään Hyperloop. Ajatuksen sen luomisesta vuonna 2012 ehdotti amerikkalainen miljardööri Elon Musk. Aluksi hankkeesta puhuttiin viidenneksi kulkuvälineeksi, mutta se ei mennyt televisiokeskusteluja pidemmälle. Kun tuli tunnetuksi hallituksen suunnitelmista rakentaa suurnopeusjunarata Los Angelesin ja San Franciscon välille, liikemies ryhtyi toteuttamaan konseptiaan. Hyperloop-projekti on maaputkisto, jossa tyhjiöjuna voi kulkea 400-1220 km/h nopeuksilla. Elokuussa 2013 idea esiteltiin virallisesti suurelle yleisölle 58-sivuisessa esittelyssä.

Toimintaperiaate

Hyperloop-projektin pääideana on mahdollisimman halpa luoda liikenneverkkoputket ja jatkokäyttö. Tältä osin se perustui sellaiseen malliin kuin tyhjiöjuna. Keksijän mukaan USA:ssa on tarpeen rakentaa suljettujen rinnakkaisten raiteiden verkosto, joka yhdistyy reittien päätepisteisiin. Niihin tyhjiön luomiseen ja sen ylläpitämiseen riittää 25 mm paksut teräsputket ja pienitehoiset pumput. Niiden sisällä Elon Musk ehdottaa jopa 30 metrin pituisten kapseleiden laukaisua. Ensimmäinen liikemies haluaa yhdistää San Franciscon ja Los Angelesin.

Kehittäjän mukaan absoluuttisen tyhjiön luominen putkiin ei onnistu. Tässä suhteessa ilmamassat ohjataan liikkuvan kaluston pohjan alle sen keulassa olevien erityisten suuttimien kautta. Tämä luo ilmatyynyn ja säästää merkittäviä varoja, joita tarvitaan sähkömagneetin toteuttamiseen. Moottorin lataamiseksi, jolloin kapseli saatetaan liikkeelle, putken pohjalle asennetaan 15 metriä pitkä alumiinikisko 110 km välein.

Vaihtoehdot järjestelmän toiminnalle

Esityksessä tarkastellaan järjestelmän matkustaja- ja matkustaja-rahtiversiota. Ensimmäisessä tapauksessa on tarkoitus rakentaa halkaisij altaan 2,23 m:n putki, jonka sisällä kulkeva tyhjiöjuna pystyy kuljettamaan yhdellä matkalla jopa 28 matkustajaa. Toisessa vaihtoehdossa käytetään putkilinjaa, jonka halkaisija on 3,3 m. Tässä tapauksessa jokaisessa kapselissa on mahdollista kuljettaa kolme lisäautoa. On huomattava, että Elon Musk -projektin mukaan junat lähtevätpuolen minuutin välein.

Kustannustehokkuus ja testaus

Hyperloop-projektia voidaan kutsua erittäin tehokkaaksi. Kehittäjät aikovat täyttää sen tarpeet täysin aurinko- ja tuulienergian avulla. He suunnittelevat myyvänsä kaiken ylijäämän ja ansaitsevat siitä noin 25 miljoonaa dollaria vuodessa. Elon Muskin mukaan yhdensuuntaisen hinnan tulisi olla noin 20 dollaria. Tässä tapauksessa projekti maksaa itsensä takaisin kahdessakymmenessä vuodessa.

Tyhjiöjunan ensimmäiset testit suoritettiin toukokuussa 2016. Tätä tarkoitusta varten rakennettiin erityinen testipaikka Las Vegasin läheiseen autiomaahan. Vaunu kiihtyi sähkömagneeteilla ensin 180 km/h:n merkkiin, jonka jälkeen se pysähtyi vähitellen.

Turvallisuus

Kehittäjät olivat erityisen huolellisia turvallisuuden suhteen. Kapselin liike ei vaikuta matkustajien mukavuuteen millään tavalla. Tuntuu, että sen kiihtyvyys ei eroa koneen lenkkeilystä ennen nousua, ja sitten - hiljaista liukua eikä turbulenssia. Elon Musk väittää, että tyhjiöjuna ei voi suistua raiteilta tai pudota korke alta, joten sitä tulisi pitää yhtenä turvallisimmista kulkuvälineistä. Sähkökatkoksen sattuessa kapseli on varustettu akuilla, joiden teho riittää kestämään matkustajia 45 minuuttia eli koko reitin. Loppujen lopuksi useimmat ihmiset ovat erittäin mukavia matkustajalentokoneella, huolimatta siitä, että pakokeinot ovat mahdollisiakatastrofit niissä ovat erittäin kyseenalaisia.

Viimeistely

Tyhjiöjunan luominen vaatii epäilemättä v altavia taloudellisia kustannuksia. Lisäksi ennen projektin toteuttamista on tarpeen ratkaista monia muita teknisiä ongelmia. Kuitenkin meidän aikanamme, kun otetaan huomioon teknologian jatkuva kehitys, tämän hankkeen toteuttamismahdollisuus ei näytä yhtä epämääräiseltä kuin useita vuosikymmeniä sitten. Tässä suhteessa ei pidä ihmetellä, että junia, jotka ovat nopeampia kuin nykyaikaiset yliäänikoneet, aletaan pian käyttää matkustajien ja tavaroiden kuljettamiseen.