รถไฟสุญญากาศ: หลักการทำงาน การทดสอบ รถไฟแห่งอนาคต

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปมานานแล้วว่าเพื่อเพิ่มความเร็วของยานพาหนะใดๆ จำเป็นต้องระงับแรงเสียดทานให้มากที่สุด ตามหลักการนี้ ยานอวกาศบินได้ ซึ่งหากไม่มีการต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม สามารถเดินทางในอวกาศได้นานมาก ฟีเจอร์นี้รองรับโปรเจ็กต์ที่เรียกว่า "รถไฟสุญญากาศแห่งอนาคต"

รถไฟที่เร็วที่สุด

ความสำเร็จสูงสุดของนักวิทยาศาสตร์ในสาขาการเคลื่อนที่ภาคพื้นดินด้วยความเร็วสูง ณ วันนี้ ถือเป็นการลอยตัวของสนามแม่เหล็ก รถไฟลอยแม่เหล็กได้รับการทดสอบในญี่ปุ่น อังกฤษ และเยอรมนีในปี 1970 ปัจจุบันการขนส่งประเภทนี้ดำเนินการได้สำเร็จในหลายรัฐ ในกรณีนี้ โดยการลดแรงเสียดทาน จะจัดให้มีความเร็วภายใน 500 กม./ชม. นอกจากนี้ สต็อกกลิ้งดังกล่าวยังมีคุณลักษณะที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และระดับเสียงต่ำ ในเวลาเดียวกัน ควรสังเกตว่า การเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนไหว นำมาซึ่งการเพิ่มขึ้นการลากตามหลักอากาศพลศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์เสนอให้สร้างรถไฟสุญญากาศโดยใช้แนวทางที่คล้ายกัน หลักการทำงานของมันคือรางจะต้องผ่านเข้าไปในท่อด้วยอากาศที่สูบออก ดังนั้นจึงไม่รวมแรงต้านทานทั้งหมด

การเกิดขึ้นของแนวคิดการขนส่งสูญญากาศ

แนวคิดในการสร้างท่อขนส่งสินค้าข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกเพื่อส่งสินค้าจากยุโรปไปยังอเมริกา และในทางกลับกันก็ปรากฏขึ้นครั้งแรกในสหรัฐอเมริกาในช่วงอายุหกสิบเศษของศตวรรษที่ผ่านมา ตามแผนที่วางไว้ มีการวางแผนที่จะสร้างท่อในมหาสมุทรที่ความลึกครึ่งกิโลเมตร การขนส่งภายในจะดำเนินการโดยรถไฟที่เคลื่อนที่บนเบาะแม่เหล็ก เฉพาะในปี 1999 วิศวกรชาวอเมริกัน แดเรียล ออสเตอร์ ได้รับสิทธิบัตรสำหรับเทคโนโลยีการขนส่งทางท่อสุญญากาศ ซึ่งเป็นแรงผลักดันใหม่ในการพัฒนาของพวกเขา

โปรเจกต์ออสเตอร์

ตามความคิดของ Oster รางรถไฟควรประกอบด้วยท่อยกสูง 2 ท่อ (สำหรับการเคลื่อนที่ในทิศทางที่ต่างกัน) ซึ่งแต่ละท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 150 ซม. สันนิษฐานว่าแคปซูลขนส่งบนระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กจะเลื่อนเข้าไปด้านใน เส้นผ่านศูนย์กลางของพวกเขาจะอยู่ที่ 130 ซม. และความยาว - 490 ซม. ผู้โดยสารหกคนที่มีน้ำหนักรวมสูงสุด 370 กก. จะสามารถเคลื่อนย้ายในรถพ่วงได้พร้อมกัน

เครื่องยนต์สำหรับรถไฟสุญญากาศของ Oster จะประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก (ท่อรางที่คดเคี้ยว) และส่วนประกอบรอง (ตัวของแคปซูลโลหะผสมเฟอร์โรแมกเนติกเอง) ช่องว่างขั้นต่ำระหว่างกันช่วยให้สามารถใช้มอเตอร์เชิงเส้นแบบอะซิงโครนัสได้ ในตัวอย่างคุณจะต้องการติดตั้งเฉพาะระบบกันสะเทือนแบบไฟฟ้าเพื่อให้ลอยด้วยแม่เหล็ก ระบบสร้างอากาศใหม่ ที่นั่งและแบตเตอรี่ขนาดเล็กที่ออกแบบมาสำหรับหน้าต่างเสมือนและทีวี เนื่องจากการเคลื่อนที่ของแคปซูลจะเกิดขึ้นโดยแทบไม่มีแรงต้าน พลังงานส่วนสำคัญของการเร่งความเร็วจะถูกส่งกลับในระหว่างการลดความเร็ว อุปสรรคหลักในการทำให้โครงการนี้เป็นจริงคือรถไฟในหลอดสุญญากาศจะต้องเคลื่อนที่ไปตามรางที่ตรงอย่างสมบูรณ์ มิฉะนั้นแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องชดเชยแรงเหวี่ยงเมื่อเข้าโค้ง

โครงการสวิส

วิศวกรชาวสวิสเริ่มพัฒนาสิ่งที่คล้ายกันในปี 1974 โครงการของพวกเขาลงไปในประวัติศาสตร์ภายใต้ชื่อ Swissmetro ตามที่วางแผนไว้แคปซูลเบาะแม่เหล็กควรจะวิ่งด้วยความเร็วสูงถึง 500 กม. / ชม. รถไฟสุญญากาศของสวิสแห่งอนาคตได้รับการออกแบบเพื่อเชื่อมต่อเมืองหลักของรัฐ (เบิร์น ซูริก เจนีวา โลซานและบาเซิล) ในกรณีนี้ มีการวางแผนที่จะใช้ท่อขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 180 ซม. และรถยนต์แปดที่นั่งสำหรับขนส่งผู้โดยสาร จนถึงปัจจุบันเป็นการยากที่จะตัดสินคุณลักษณะอื่น ๆ เนื่องจากโครงการยังไม่เสร็จสิ้น ในปี 2009 รัฐบาลของประเทศล้มเลิกความคิดนี้

รถไฟอังกฤษแห่งอนาคต

วิศวกรชาวอังกฤษในปี 2545 กลับมาสู่โครงการสร้างรถไฟสุญญากาศ แผนการของพวกเขานั้นยิ่งใหญ่เพียงเพราะนักประดิษฐ์ตั้งใจที่จะสร้างเครือข่ายที่จะมาแทนที่ทางรถไฟและถนนขนส่ง. การทำเช่นนี้จำเป็นต้องสร้างเว็บท่อทั่วประเทศ ในกรณีนี้ แคปซูลจะได้รับการออกแบบสำหรับผู้โดยสารสูงสุดสองคนโดยอยู่ในตำแหน่งคว่ำ ต่างจากโครงการก่อนหน้านี้ เนื่องจากต้องเคลื่อนตัวไปตามรางรถไฟด้วยความเร็วสูงถึง 420 กม./ชม. มอเตอร์ไฟฟ้าที่อยู่บนรถเข็นจะถูกขับเคลื่อนโดยรางสัมผัส นักพัฒนากล่าวว่าข้อเสียเปรียบหลักที่รถไฟสุญญากาศของอังกฤษมีเกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายด้านพลังงานที่สูงสำหรับการขนส่งผู้โดยสารหนึ่งคนเมื่อเทียบกับโครงการก่อนหน้า ในทางกลับกัน ข้อได้เปรียบหลักอยู่ที่ต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำในการสร้างเครือข่ายการขนส่ง

โครงการไฮเปอร์ลูป

โครงการที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือรถไฟแห่งอนาคตที่เรียกว่า Hyperloop แนวคิดของการสร้างในปี 2555 ได้รับการเสนอโดยเศรษฐีชาวอเมริกันชื่อ Elon Musk ในขั้นต้น โปรเจ็กต์นี้ได้รับการพูดถึงว่าเป็นโหมดการขนส่งที่ห้า แต่ก็ไม่ได้ไปไกลกว่าการพูดคุยทางโทรทัศน์ หลังจากที่เป็นที่รู้จักเกี่ยวกับแผนของรัฐบาลในการสร้างเส้นทางรถไฟความเร็วสูงระหว่างลอสแองเจลิสและซานฟรานซิสโก นักธุรกิจจึงนำแนวคิดของเขาไปปฏิบัติ โครงการ Hyperloop เป็นท่อส่งทางบกซึ่งรถไฟสุญญากาศสามารถเดินทางด้วยความเร็วตั้งแต่ 400 ถึง 1220 กม./ชม. ในเดือนสิงหาคม 2013 แนวคิดนี้ถูกนำเสนออย่างเป็นทางการต่อสาธารณชนทั่วไปในการนำเสนอ 58 หน้า

หลักการทำงาน

แนวคิดหลักของโครงการ Hyperloop คือความถูกสูงสุดของการสร้างเครือข่ายการคมนาคมจากท่อและการดำเนินงานต่อไป ในเรื่องนี้มันขึ้นอยู่กับรุ่นเช่นรถไฟสุญญากาศ ในสหรัฐอเมริกาตามที่นักประดิษฐ์กล่าวว่าจำเป็นต้องสร้างเครือข่ายของรางคู่ขนานแบบปิดซึ่งจะเชื่อมต่อที่จุดสิ้นสุดของเส้นทาง เพื่อสร้างสุญญากาศในตัวและบำรุงรักษา ท่อเหล็กหนา 25 มม. และปั๊มที่มีกำลังต่ำก็เพียงพอแล้ว ข้างในนั้น Elon Musk แนะนำให้เปิดตัวแคปซูลที่มีความยาวสูงสุด 30 เมตร นักธุรกิจคนแรกต้องการเชื่อมต่อซานฟรานซิสโกกับลอสแองเจลิส

ตามที่ผู้พัฒนากล่าวไว้ จะไม่สามารถสร้างสุญญากาศแบบสัมบูรณ์ในท่อได้ ในเรื่องนี้มวลอากาศจะถูกส่งไปที่ด้านล่างของสต็อกกลิ้งผ่านหัวฉีดพิเศษในโบว์ของมัน สิ่งนี้จะสร้างเบาะลมและประหยัดเงินจำนวนมากที่จำเป็นสำหรับการใช้งานแม่เหล็กไฟฟ้า ในการรีชาร์จเครื่องยนต์ เนื่องจากแคปซูลจะเคลื่อนที่ รางอลูมิเนียมความยาว 15 เมตรจะถูกติดตั้งบนพื้นท่อทุกๆ 110 กม.

ตัวเลือกการทำงานของระบบ

การนำเสนอจะพิจารณาถึงระบบรุ่นผู้โดยสารและสินค้าบรรทุกผู้โดยสาร ในกรณีแรกเสนอให้สร้างท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.23 ม. รถไฟดูดฝุ่นที่วิ่งภายในจะบรรทุกผู้โดยสารได้ 28 คนต่อเที่ยว ตัวเลือกที่สองเกี่ยวข้องกับการใช้ท่อส่งที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3.3 ม. ในกรณีนี้ จะสามารถขนส่งรถยนต์เพิ่มอีกสามคันในแต่ละแคปซูล เป็นที่น่าสังเกตว่าตามโครงการ Elon Musk รถไฟจะออกเดินทางทุกครึ่งนาที

ประสิทธิภาพและการทดสอบต้นทุน

โครงการ Hyperloop เรียกได้ว่าได้ผลมาก นักพัฒนาตั้งใจที่จะตอบสนองความต้องการอย่างเต็มที่ผ่านพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม พวกเขาวางแผนที่จะขายส่วนเกินทั้งหมดโดยมีรายได้ประมาณ 25 ล้านดอลลาร์ต่อปีจากสิ่งนี้ จากข้อมูลของ Elon Musk ค่าโดยสารเที่ยวเดียวจะต้องอยู่ที่ประมาณ 20 ดอลลาร์ ในกรณีนี้ โครงการจะจ่ายให้หมดภายในยี่สิบปี

การทดสอบรถไฟสุญญากาศครั้งแรกเกิดขึ้นในเดือนพฤษภาคม 2559 ด้วยเหตุนี้ ไซต์ทดสอบพิเศษจึงถูกสร้างขึ้นในทะเลทรายใกล้กับลาสเวกัส รถเข็นที่ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเร่งความเร็วเป็น 180 กม. / ชม. ก่อนจากนั้นก็ค่อยๆหยุดลง

ความปลอดภัย

นักพัฒนาระมัดระวังเรื่องความปลอดภัยเป็นพิเศษ การเคลื่อนไหวของแคปซูลจะไม่ส่งผลต่อความสะดวกสบายของผู้โดยสารแต่อย่างใด รู้สึกว่าอัตราเร่งไม่แตกต่างจากการเขย่าเบา ๆ ของเครื่องบินก่อนเครื่องขึ้น จากนั้นจึงค่อยร่อนลงอย่างเงียบ ๆ และไม่มีความปั่นป่วน Elon Musk อ้างว่ารถไฟสุญญากาศไม่สามารถตกรางหรือตกจากที่สูงได้ ดังนั้นจึงควรได้รับการพิจารณาให้เป็นหนึ่งในรูปแบบการคมนาคมที่ปลอดภัยที่สุด ในกรณีที่ไฟฟ้าดับ แคปซูลจะติดตั้งแบตเตอรี่ ซึ่งเพียงพอสำหรับรองรับผู้โดยสารเป็นเวลา 45 นาที หรืออีกนัยหนึ่งคือตลอดทั้งเส้นทาง ท้ายที่สุดแล้ว คนส่วนใหญ่รู้สึกสบายใจกับการเดินทางโดยเครื่องบิน แม้ว่าทางหนีในกรณีของภัยพิบัติในพวกเขาน่าสงสัยอย่างมาก

จบ

การสร้างรถไฟสุญญากาศนั้นต้องใช้ต้นทุนทางการเงินมหาศาลอย่างไม่ต้องสงสัย นอกจากนี้ ก่อนดำเนินการตามโครงการ จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาทางเทคนิคอีกมากมาย อย่างไรก็ตาม ในสมัยของเรา ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ความเป็นไปได้ของการดำเนินการตามทุนนี้ไม่ได้ดูคลุมเครือเหมือนเมื่อหลายทศวรรษก่อน ในเรื่องนี้ เราไม่ควรแปลกใจเลยที่รถไฟซึ่งเร็วกว่าเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงสมัยใหม่ จะถูกใช้ในการขนส่งผู้โดยสารและสินค้าในเร็วๆ นี้