רכבת ואקום: עקרון הפעולה, בדיקה. רכבת העתיד

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מדענים הגיעו למסקנה מזמן שכדי להגביר את המהירות של כל רכב, יש צורך לדכא את כוח החיכוך ככל האפשר. לפי עיקרון זה טסות חלליות, שללא התנגדות סביבתית יכולות לנוע בחלל זמן רב מאוד. תכונה זו היא שעומדת בבסיס הפרויקט, המכונה "רכבת הוואקום של העתיד".

רכבות המהירות ביותר

ההישג הגבוה ביותר של מדענים בתחום תנועת הקרקע המהירה, נכון להיום, נחשב לריחוף מגנטי. רכבות ריחוף מגנטי נבדקו ביפן, אנגליה וגרמניה עוד בשנות ה-70. נכון לעכשיו, סוג זה של תחבורה מופעל בהצלחה במדינות רבות. במקרה זה, על ידי מזעור החיכוך, מסופקות מהירויות בטווח של 500 קמ ש. יתר על כן, מלאי מתגלגל כזה מאופיין ביעילות גבוהה, ידידותיות לסביבה ורמת רעש נמוכה. יחד עם זאת, יש לציין כי עלייה במהירות התנועה גוררת עלייה בגרר אווירודינמי. מדענים מציעים ליצור רכבת ואקום תוך שימוש בגישה דומה. עיקרון פעולתו הוא שהמסילה חייבת לעבור בתוך הצינור עם אוויר שאוב החוצה, כך שכל כוחות ההתנגדות אינם נכללים.

הופעת הרעיון של שינוע ואקום

הרעיון של בניית צינור מטען טרנס-אטלנטי לאספקת סחורות מאירופה לאמריקה ולהיפך הופיע לראשונה בארה ב עוד בשנות השישים של המאה הקודמת. כמתוכנן, תוכנן להקים צינור באוקיינוס בעומק של חצי קילומטר, שתחבורה בתוכו תתבצע באמצעות רכבות הנעות על כרית מגנטית. רק בשנת 1999 הצליח המהנדס האמריקני דריאל אוסטר להשיג פטנט על טכנולוגיות הובלת צינורות ואקום, מה שנתן תנופה חדשה לפיתוחן.

Project Oster

לפי הרעיון של אוסטר, המסילה צריכה להיות מורכבת משני צינורות מוגבהים (לתנועה לכיוונים שונים), שכל אחד מהם בקוטר 150 ס"מ. ההנחה היא שקפסולות הובלה על מתלה מגנטי יגלשו פנימה. הקוטר שלהם יהיה 130 ס"מ, והאורך - 490 ס"מ. שישה נוסעים במשקל כולל של עד 370 ק"ג יוכלו לנוע בקרוואן בו-זמנית.

המנוע של רכבת הוואקום של אוסטר יהיה מורכב מאלמנט ראשוני (צינור מפותל) ומשני (גוף קפסולת הסגסוגת הפרומגנטית עצמה). הפער המינימלי ביניהם מאפשר שימוש במנוע ליניארי אסינכרוני. בטריילר עצמו תצטרךהתקן רק מתלה אלקטרודינמי כדי לספק ריחוף מגנטי, מערכת התחדשות אוויר, מושבים וסוללות מיניאטוריות המיועדות לחלונות וירטואליים וטלוויזיות. מכיוון שתנועת הקפסולה תתרחש כמעט ללא התנגדות, ניתן להחזיר חלק ניכר מהאנרגיה המושקעת בהאצה במהלך האטה. הבעיה העיקרית בהפיכת הפרויקט הזה למציאות היא שהרכבת בצינור הוואקום חייבת לנוע לאורך מסילה ישרה לחלוטין. אחרת, האלקטרומגנטים יצטרכו לפצות על הכוח הצנטריפוגלי בעת פניות.

פרויקט שוויצרי

מהנדסים שוויצרים החלו לפתח משהו דומה עוד ב-1974. הפרויקט שלהם נכנס להיסטוריה תחת השם Swissmetro. כמתוכנן, קפסולות הכרית המגנטיות היו אמורות לפעול במהירות של עד 500 קמ"ש. רכבת הוואקום השוויצרית של העתיד תוכננה לחבר בין הערים המרכזיות של המדינה (ברן, ציריך, ז'נבה, לוזאן ובזל). במקרה זה תוכנן להשתמש בצינורות בקוטר 180 ס"מ ובמכונית בעלת שמונה מקומות להסעת נוסעים. עד היום קשה לשפוט מאפיינים אחרים, שכן הפרויקט לא עובד עד הסוף. בשנת 2009, ממשלת המדינה נטשה את הרעיון הזה.

רכבת האנגלית של העתיד

מהנדסים בריטים בשנת 2002 חזרו לפרויקט של יצירת רכבת ואקום. התוכניות שלהם פשוט גרנדיוזיות, כי הממציאים מתכוונים ליצור רשת שתחליף את הרכבת והכבישתַחְבּוּרָה. לשם כך יש צורך לבנות מארג שלם של צינורות ברחבי הארץ. במקרה זה, הקפסולות יעוצבו עבור מקסימום שני נוסעים הממוקמים במצב שכיבה. בניגוד לפרוייקטים קודמים, כאן על המלאי המתגלגל לנוע לאורך המסילה במהירויות של עד 420 קמ ש. המנועים החשמליים הממוקמים על העגלות יופעלו על ידי מסילת מגע. החיסרון העיקרי שיש לרכבת הוואקום האנגלית, לדברי היזמים, קשור בעלויות אנרגיה גבוהות להסעת נוסע אחד, בהשוואה לפרויקטים קודמים. מצד שני, היתרון העיקרי שלו טמון בעלות הנמוכה יחסית של בניית רשת תחבורה.

פרויקט היפרלופ

המבטיח ביותר הוא הפרויקט של רכבת העתיד, שנקרא Hyperloop. הרעיון ליצירתו בשנת 2012 הוצע על ידי המיליארדר האמריקאי אילון מאסק. בתחילה דיברו על הפרויקט כאמצעי התחבורה החמישי, אך הוא לא חרג מעבר לדיונים בטלוויזיה. לאחר שנודע על תוכניות הממשלה להקים קו רכבת מהיר בין לוס אנג'לס לסן פרנסיסקו, החל איש העסקים ליישם את הרעיון שלו. פרויקט Hyperloop הוא צינור יבשתי שבו רכבת ואקום יכולה לנסוע במהירויות הנעות בין 400 ל-1220 קמ ש. באוגוסט 2013, הרעיון הוצג רשמית לקהל הרחב במצגת בת 58 עמודים.

עקרון העבודה

הרעיון המרכזי של פרויקט Hyperloop הוא הזול המקסימלי של יצירת רשת תחבורהצינורות ותפעול נוסף. בהקשר זה, הוא התבסס על מודל כמו רכבת ואקום. בארה"ב, לדברי הממציא, יש צורך לבנות רשת של מסילות מקבילות סגורות שיתחברו בנקודות הסיום של המסלולים. כדי ליצור בהם ואקום ולשמור עליו, מספיקים צינורות פלדה בעובי 25 מ"מ ומשאבות בעלות הספק נמוך. בתוכם מציע אילון מאסק לשגר קפסולות באורך של עד 30 מטרים. איש העסקים הראשון רוצה לחבר בין סן פרנסיסקו ללוס אנג'לס.

לפי היזם, זה לא יעבוד ליצור ואקום מוחלט בצינורות. בהקשר זה, מסות אוויר יופנו מתחת לתחתית הגלגול דרך חרירים מיוחדים בחרטום שלו. זה ייצור כרית אוויר ויחסוך כספים משמעותיים הדרושים ליישום האלקטרומגנט. כדי להטעין את המנוע, עקב כך תופעל הקפסולה, תותקן מסילת אלומיניום באורך 15 מטר על רצפת הצינור כל 110 ק מ.

אפשרויות לתפקוד המערכת

המצגת מתייחסת לגרסת נוסעים ומטען נוסעים של המערכת. במקרה הראשון, מוצע לבנות צינור בקוטר 2.23 מ' רכבת הוואקום הנוסעת בפנים תוכל לשאת עד 28 נוסעים בנסיעה אחת. האפשרות השנייה כרוכה בשימוש בצינור בקוטר 3.3 מ' במקרה זה, ניתן יהיה להוביל שלוש מכוניות נוספות בכל קפסולה. יצוין כי על פי פרויקט אילון מאסק ייצאו רכבותכל חצי דקה.

עלות-יעילות ובדיקות

פרוייקט Hyperloop יכול להיקרא יעיל מאוד. היזמים מתכוונים לספק את צרכיו במלואם באמצעות אנרגיית השמש והרוח. הם מתכננים למכור את כל העודפים שלה, ולהרוויח על זה כ-25 מיליון דולר בשנה. לפי אילון מאסק, מחיר נסיעה בכיוון אחד יצטרך להיות כ-20 דולר. במקרה זה, הפרויקט ישתלם תוך עשרים שנה.

הבדיקות הראשונות של רכבת הוואקום התקיימו במאי 2016. לשם כך נבנה אתר ניסויים מיוחד במדבר ליד לאס וגאס. העגלה, באמצעות אלקטרומגנטים, האצה לראשונה לסימן של 180 קמ ש, ולאחר מכן היא נעצרה בהדרגה.

Safety

המפתחים הקפידו במיוחד על אבטחה. תנועת הקפסולה לא תשפיע בשום צורה על נוחות הנוסעים. זה מרגיש שהתאוצה שלו לא תהיה שונה מהריצה של המטוס לפני ההמראה, ואז - גלישה שקטה וללא מערבולת. אילון מאסק טוען שרכבת ואקום אינה יכולה לרדת מהפסים או ליפול מגובה, ולכן יש לראות בה כאחד מאמצעי התחבורה הבטוחים ביותר. במקרה של הפסקת חשמל, הקפסולה מצוידת בסוללות שעוצמתן מספיקה כדי להחזיק נוסעים למשך 45 דקות, כלומר לכל המסלול. אחרי הכל, רוב האנשים נוחים מאוד עם נסיעות מטוסים, למרות העובדה שאמצעי המילוט במקרה שלאסונות בהם מוטלים בספק רב.

Finishing

יצירת רכבת ואקום, ללא ספק, דורשת עלויות כספיות אדירות. בנוסף, לפני ביצוע הפרויקט, יש צורך לפתור בעיות טכניות רבות נוספות. עם זאת, בזמננו, בהתחשב בהתפתחות המתמדת של הטכנולוגיה, האפשרות ליישם את המיזם הזה לא נראית מעורפלת כמו לפני כמה עשורים. בהקשר זה, אין להתפלא כאשר רכבות, שהן מהירות יותר ממטוסים על-קוליים מודרניים, ישמשו בקרוב להובלת נוסעים וסחורות.