Czy Hyperloop kiedykolwiek pojedzie?

Zanim pierwszy pociąg Hyperloop pomknie z prędkością dźwięku w próżniowym tunelu, trzeba będzie rozwiązać sporo problemów, które stoją na drodze do stworzenia tego środka transportu. W końcu gdyby było to łatwe, to już dziś moglibyśmy podróżować z Gdańska do Warszawy w 30 minut albo jeszcze szybciej. Chociaż entuzjastyczni studenci i naukowcy z całego świata angażują się i starają się wprowadzić ideę szefa Tesli i SpaceX w życie, to nadal nie wiadomo, czy w ogóle im się to uda.

Jednym z podstawowych założeń Hyperloopa (zawartym w opublikowanym przez Muska dokumencie Hyperloop Alpha) jest to, że pociągi mają unosić się nad powierzchnią. Ma to ograniczyć działające na nie tarcie i w rezultacie umożliwić rozwijanie wysokich prędkości oraz ograniczenie zużycia energii. Elon Musk zaproponował, aby pociągi podróżowały na poduszkach powietrznych (tak jak krążki w grze w cymbergaja). Zdaniem profesora Janusza Piechny, który objął naukową pieczę nad polskim zespołem Hyper Poland, będzie to bardzo trudne do zrealizowania ze względu na bardzo małą ilość powietrza w tunelu (co jest także kluczowym założeniem całego projektu). Rozwiązaniem tego problemu ma być zastosowanie lewitacji magnetycznej, znanej z istniejących pociągów typu Maglev. Taki sposób jest już bardziej prawdopodobny, jednak wymaga wyposażenia wagonów w wysuwane koła, które będą odpowiedzialne za rozpędzanie i wyhamowywanie kapsuły Hyperloop w początkowej i końcowej fazie jazdy.

Obok lewitujących wagonów, próżniowe tunele są najważniejszym założeniem projektu Hyperloop. Dzięki nim pociągi będą napotykały mniejsze opory niż samoloty rejsowe latające 10 kilometrów nad ziemią. Tak jak w przypadku lewitacji, próżniowe tunele dają możliwość rozwijania ogromnych prędkości przy niskim zapotrzebowaniu na energię. Ten pomysł rodzi jednak sporo problemów. Po pierwsze stworzenie próżni (nawet jeśli nie całkowitej, a jedynie warunków do niej zbliżonych) nie jest łatwe, a na taką skalę nikt jeszcze tego nie próbował. Największa komora próżniowa, należąca do NASA, ma wielokrotnie mniejszą pojemność niż będzie miał kilkusetkilometrowy tunel Hyperloop. Według członków Hyper Poland stworzenie takich warunków ma być możliwe dzięki pompom zamontowanym na całej trasie tunelu, które będą usuwać z niego powietrze. To jednak dodatkowo komplikuje konstrukcję i zwiększa jej koszty (które wg założeń powinny być stosunkowo tanie, a bilet ma być tańszy od lotniczego). Kolejnym problemem jest zapewnienie szczelności tunelu tak, aby stworzoną próżnię utrzymał praktycznie przez cały czas. Oprócz punktów wejścia i wyjścia na stacjach (które mają być chronione przez śluzy powietrzne jak na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej) tunele będą podatne na rozszczelnienia w miejscach wyjść awaryjnych, a także na łączeniach stalowych rur tunelu (które wg Łukasza Mielczarka z Hyper Poland mogą mieć około 50 m długości, co daje 20 łączeń na kilometr).

Jednym z głównych pomysłów na napęd pociągów Hyperloop są silniki liniowe. Zamontowane na trasie pociągów będą je rozpędzać, gdy te będą nad nimi przejeżdżać. Dzięki niskim oporom w tunelu, pomiędzy tymi odcinkami pociągi będą utrzymywać stałą prędkość. Nie oznacza to jednak, że nie będą musiały mieć własnych silników, ponieważ jeśli dojdzie do awarii i konieczne będzie zatrzymanie wagonów w tunelu, to do ponownego ich rozpędzenia potrzebny będzie niezależny napęd, a więc silniki elektryczne i odpowiednio duże baterie, które będą je zasilać. Wszystko to musi się znaleźć na pokładzie pociągów. Jeśli chodzi o samą prędkość, to jak na razie przeprowadzone testy mogą powodować rozczarowanie. Podczas finału pierwszego konkursu Hyperloop Pod Challenge, zwycięski zespół (Warr Hyperloop z Uniwersytetu w Monachium) rozpędził swój wagonik do prędkości 90 km/h. Miało to związek głównie z awarią modułu, który rozpędzał kapsuły. Trzeba jednak przyznać, że to nie prędkość była głównym kryterium oceny. Były nim systemy nawigacji, lewitacji, hamowania i bezpieczeństwa. Kolejne testy mają być przeprowadzone latem tego roku. Weźmie w nich udział także polski zespół Hyper Poland.

Elon Musk chce, żeby Hyperloop rozwijał prędkość około 1000 km/h. Taka szybkośc, oprócz tego, że umożliwia podróż z San Francisco do Los Angeles w ciągu 35 minut, nastręcza sporo problemów. Poruszające się w tunelu pociągi będą pchać przed sobą powietrze (nawet jeśli ciśnienie zostanie znacznie obniżone), a za sobą zostawiać pustkę. Biorąc pod uwagę fakt, że w tunelu na raz będzie jechać kilkanaście lub kilkadziesiąt pociągów, każdy z nich musi zostawiać za sobą taką samą ilość powietrza, jaką zastał przed sobą. Rozwiązaniem mają być ogromne sprężarki montowane na froncie kapsuły, które będą wyrzucały powietrza za siebie. Problem ten zwiększa się razem z rozmiarami kapsuł, a konkretnie z wolną przestrzenią pomiędzy nimi a tunelem. Im ta przestrzeń jest mniejsza, tym trudniej będzie przenieść powietrze za wagon. Kolejnym problemem związanym z prędkością jest konstrukcja trasy. Tak duże prędkości wymagają, aby tunel, którymi będą pędzić pociągi, był prawie idealnie prosty, bowiem nawet lekkie zakręty mogą generować ogromne przeciążenia. Możemy sobie tylko wyobrazić, jak trudne byłoby zbudowanie prostej trasy z Warszawy do Gdańska lub innych polskich miast.

Bezpieczeństwo jest największym zmartwieniem członków zespołów pracujących nad Hyperloopem, co sami zgodnie przyznają. Czyha bowiem na nich wiele zagrożeń. Po pierwsze niskie ciśnienie panujące w tunelu powoduje, że kapsuły Hyerploop będą mogły zostać otwarte tylko na stacjach albo tunel będzie musiał być wyposażony w specjalne śluzy, które umożliwią zmianę ciśnienia tylko w wybranych jego fragmentach (rozhermetyzowanie całego tunelu wyłączyłoby go prawdopodobnie na kilka dni, a podróżujący nim pasażerowie musieliby zostać dowiezieni do miejsca docelowego innymi środkami transportu). W wypadku pojawienia się awarii tunelu nie będzie można łatwo dotrzeć do pasażerów, dlatego kapsuły muszą być wyposażone w system łączności, zapasowy tlen, filtry dwutlenku węgla, a także inne systemy podtrzymywania życia. Jednak największym zagrożeniem może być pojawienie się dużej wyrwy w tunelu (spowodowanej np. zewnętrznym wypadkiem czy nawet atakiem terrorystycznym). W takim wypadku do wnętrza tunelu zacznie z ogromną prędkością wpadać powietrze. co będzie stanowić ogromne zagrożenie dla znajdujących się w tunelu pociągów i ludzi. Aby temu zapobiec, tunele muszą być odpowiednio wytrzymałe (w projekcie Hyper Poland metalowe rury znajdują się w żelbetonowych tunelach), znajdować się na pylonach, aby zapobiec kolizjom i być stale monitorowane. Wszystko to dodatkowo zwiększa koszty i komplikuje projekt.

projekt tunelu Hyperloop wg Łukasza Mielczarka z Hyper Poland

Sam mocno kibicuję idei Hyperloopa i trzymam kciuki za wszystkie zespoły, które pracują nad jego realizacją (a zwłaszcza te pochodzące z Polski), jednak na razie do całego pomysłu podchodzę bardzo sceptycznie, bo wydaje mi się, że nawet jeśli powstanie jakieś połączenie Hyperloop, to będzie ono mocno ograniczone w porównaniu z tym, co teraz zapowiada Elon Musk.