HYPERLOOP



Hyperloóp (МФА: [hiːpɜːˈl̩up], рус. гиперпетля) — проект вакуумного поезда, предложенный в 2012—2013 годах Илоном Маском. В настоящий момент (март 2016) не реализован.

Описание идеи


Первая концепция (август 2013)

Э. Маск подавал свою идею как пятый вид транспорта после поезда, самолёта, автомобиля и корабля[4]. По его словам, это нечто среднее между «Конкордом», рельсотроном и столом для аэрохоккея[17]. Hyperloop был задуман как расположенный на опорах надземный трубопровод, внутри которого со скоростью от 480 до 1 220 км/ч (в зависимости от ландшафта[17]) с интервалом в 30 секунд в одном направлении перемещаются одиночные транспортные капсулы длиной 25-30 м. Предусмотрены два варианта системы[7]:

• пассажирский — предполагает внутренний диаметр трубопровода 2,23 м, сечение капсулы 1,35 м в ширину х 1,1 м в высоту, площадь лобовой проекции 1,4 кв. м, капсула вмещает 2 ряда сидячих мест по 14 кресел в каждом;
• пассажиро-грузовой (нечто вроде парома, даёт возможность пассажирам перемещаться вместе с их легковыми автомобилями) — внутренний диаметр трубы 3,3 м, лобовая проекция капсулы 4,0 кв. м.

Ключевым фактором обнародованной 12 августа 2013 года концепции было стремление к дешевизне системы. Поэтому Маск взял за основу модель вакуумного поезда, преимуществом которого является отсутствие необходимости преодолевать трение опоры и встречное сопротивление воздуха. Однако предприниматель усовершенствовал идею: по его мнению, нет смысла стремиться к достижению в трубе полного вакуума. Достаточно поддержания форвакуума, а именно давления в 100 Па (это 1/1000 от атмосферного давления) — дальнейшее снижение давления невыгодно, потому что ведёт к экспоненциальному росту затрат. В то же время поддерживать форвакуум можно с помощью насосов умеренной мощности и стенок трубы из обычной стали толщиной 20-25 мм.

Однако на предусмотренной проектом скорости транспортное средство всё равно сталкивается с набегающими воздушными массами. Маск решил использовать их для создания воздушной подушки: расположенные в носу транспортной капсулы специальные направляющие и вентилятор должны перенаправлять встречный поток воздуха под днище. В условиях форвакуума для создания воздушной подушки достаточно будет обеспечить давление в 9,4 кПа, что потребует подачи всего 200 г воздуха в секунду. Тем самым Маск отказывается от гораздо более дорогой в реализации идеи магнитной подушки.

Капсула должна приводиться в движение линейным электродвигателем. Статором послужит алюминиевый рельс длиной 15 м на полу трубы, который нужен только через каждые 110 км. Ротор будет находиться в каждой капсуле, при этом требуемая постоянная мощность составляет всего 100 кВт. Поскольку система будет приводиться в движение электричеством, предусмотрено получение энергии с помощью солнечных батарей. Они должны вырабатывать 57 МВт электроэнергии при потребности системы только в 21 МВт. Поскольку статор выполняет не только ускорение, но и торможение, в последнем случае кинетическая энергия капсулы также преобразуется в электрическую. От продажи излишков энергии планируется выручать $25 млн ежегодно, что создаст дополнительный источник финансирования эксплуатационных расходов. Как результат, билет в один конец должен стоить $20, и при общей стоимости системы $7,5 млрд окупаемость проекта будет достигнута за 20 лет.

На случай возникновения аварийных ситуаций предусмотрено следующее:

• в носу капсулы за вентилятором расположен электрический компрессор — он должен накапливать на борту сжатый воздух при разгерметизации (при этом баллоны неизбежно будут нагреваться до 585°C; их планируется охлаждать водой, для поездки в один конец потребуется 400 кг воды);
• в корме размещаются 1,5 т аккумуляторов, заряда которых хватит на 45 минут — этого достаточно, чтобы при перебоях с электропитанием добраться до ближайшей станции.

Результаты моделирования
Проведённое в сентябре 2013 года работниками Ansys компьютерное моделирование показало, что идея осуществима, однако нуждается в доработке. Необходимы корректировки следующего рода :

• форму капсулы нужно сделать более обтекаемой;
• требуется бороться с нагревом оболочки капсулы;
• следует предотвратить вращение капсулы вокруг продольной оси.

В ноябре того же года в своём блоге на сайте компании The MathWorks Гай Руло (англ. Guy Rouleau) поделился результатами собственного моделирования, которое показало, что по условиям трассы между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско скорость 1220 км/ч будет недостижима.

В январе 2015 года на ежегодной конференции Американского института аэронавтики и астронавтики (англ.)русск. (AIAA SciTech 2015) специалисты NASA Glenn Research Center представили свои результаты моделирования, выполненного в открытой программной среде OpenMDAO. Ключевыми их выводами стало то, что диаметр трубы надо увеличить примерно в 2 раза, а опасение нагрева капсулы из-за трения воздуха является преувеличенным. Материалы, связанные с данным моделированием, выложены на GitHub.

Летом 2015 года студенты Иллинойсского университета сконструировали рабочую модель Hyperloop в масштабе 1:24, которая может разогнать капсулу до скорости 3 м/с.

Последующие доработки
Наработки обеих конкурирующих команд пока далеки от завершённости. Так, HTT сомневается в целесообразности использования воздушной подушки, поскольку она может создать проблемы с управлением. Как вариант, изучается величина удорожания проекта в случае перехода на магнитную левитацию. Даже без такого изменения, по расчётам компании, стоимость двухпутной дороги между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско составит от 7 до 16 млрд долларов США, что больше первоначальных планов Маска.

В свою очередь, Hyperloop Tech решила сосредоточиться на направлении «каргопетли» (англ. cargoloop), а именно организации контейнерных перевозок. При этом Бемброган скептически относится к перспективам энергетической автономии системы.