Vakuová souprava: princip fungování, testování. Vlak budoucnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Vědci již dávno dospěli k závěru, že pro zvýšení rychlosti jakéhokoli vozidla je nutné co nejvíce potlačit třecí sílu. Podle tohoto principu létají vesmírné lodě, které bez odporu prostředí mohou cestovat vesmírem velmi dlouho. Právě tato funkce je základem projektu známého jako „vakuový vlak budoucnosti.“

Nejrychlejší vlaky

Nejvyšší úspěch vědců v oblasti vysokorychlostního pohybu země je dnes považován za magnetickou levitaci. Magnetické levitační vlaky byly testovány v Japonsku, Anglii a Německu již v 70. letech 20. století. V současné době je tento druh dopravy úspěšně provozován v mnoha státech. V tomto případě je díky minimalizaci tření zajištěna rychlost do 500 km/h. Navíc se taková kolejová vozidla vyznačují vysokou účinností, šetrností k životnímu prostředí a nízkou hlučností. Zároveň je třeba poznamenat, že zvýšení rychlosti pohybu znamená zvýšeníaerodynamický odpor. Vědci navrhují vytvořit vakuový vlak pomocí podobného přístupu. Princip jeho fungování spočívá v tom, že dráha musí procházet uvnitř potrubí s odčerpaným vzduchem, takže jsou vyloučeny všechny odporové síly.

Vznik myšlenky vakuové dopravy

Koncept vybudování transatlantického nákladního potrubí pro dopravu zboží z Evropy do Ameriky a naopak se poprvé objevil v USA již v šedesátých letech minulého století. Jak bylo plánováno, bylo plánováno postavit potrubí v oceánu v hloubce půl kilometru, přepravu v něm by prováděly vlaky pohybující se na magnetickém polštáři. Teprve v roce 1999 se americkému inženýrovi Darielu Osterovi podařilo získat patent na technologie vakuové potrubní dopravy, což dalo nový impuls jejich vývoji.

Project Oster

Podle Osterovy představy by dráha měla sestávat ze dvou vyvýšených trubek (pro pohyb v různých směrech), z nichž každá má průměr 150 cm. Předpokládá se, že se dovnitř budou zasouvat transportní kapsle na magnetickém závěsu. Jejich průměr bude 130 cm a délka - 490 cm. V přívěsu se bude moci současně pohybovat šest cestujících o celkové hmotnosti až 370 kg.

Motor pro Osterův vakuový vlak se bude skládat z primárních (navíjecí kolejová trubka) a sekundárních (tělo samotné kapsle z feromagnetické slitiny) prvků. Minimální mezera mezi nimi umožňuje použití asynchronního lineárního motoru. V samotném přívěsu budete potřebovatinstalujte pouze elektrodynamické odpružení zajišťující magnetickou levitaci, systém regenerace vzduchu, sedadla a miniaturní baterie určené pro virtuální okna a televizory. Vzhledem k tomu, že pohyb kapsle bude probíhat prakticky bez odporu, značná část energie vynaložené na zrychlení se může vrátit zpět během zpomalování. Hlavním zádrhelem při realizaci tohoto projektu je, že vlak ve vakuové trubici se musí pohybovat po dokonale rovné trati. Jinak budou muset elektromagnety kompenzovat odstředivou sílu při zatáčení.

Švýcarský projekt

Švýcarští inženýři začali něco podobného vyvíjet již v roce 1974. Jejich projekt vešel do historie pod názvem Swissmetro. Podle plánu měly kapsle magnetického polštáře běžet rychlostí až 500 km/h. Švýcarský vakuový vlak budoucnosti byl navržen tak, aby spojoval hlavní města státu (Bern, Curych, Ženeva, Lausanne a Basilej). V tomto případě bylo plánováno použití trubek o průměru 180 cm a osmimístného vozu pro přepravu cestujících. K dnešnímu dni je obtížné posoudit jiné charakteristiky, protože projekt nebyl dopracován do konce. V roce 2009 vláda země tuto myšlenku opustila.

Anglický vlak budoucnosti

Britští inženýři se v roce 2002 vrátili k projektu vytvoření vakuového vlaku. Jejich plány jsou prostě grandiózní, protože vynálezci mají v úmyslu vytvořit síť, která nahradí železnici a silnicidoprava. K tomu je nutné vybudovat celou síť trubek po celé zemi. V tomto případě budou kapsle určeny maximálně pro dva cestující umístěné v poloze na břiše. Na rozdíl od předchozích projektů se zde vozový park musí pohybovat po kolejích rychlostí až 420 km/h. Elektromotory umístěné na trolejích budou poháněny trolejí. Hlavní nedostatek, který anglický vakuový vlak má, je podle vývojářů spojen s vysokými energetickými náklady na přepravu jednoho cestujícího, oproti předchozím projektům. Na druhou stranu jeho hlavní výhoda spočívá v relativně nízkých nákladech na vybudování dopravní sítě.

Projekt Hyperloop

Nejnadějnější je projekt vlaku budoucnosti, který se jmenuje Hyperloop. Myšlenku jejího vytvoření v roce 2012 navrhl americký miliardář Elon Musk. Zpočátku se o projektu mluvilo jako o pátém způsobu dopravy, ale nepřesáhlo to diskuze v televizi. Poté, co se vešlo ve známost o plánech vlády na vybudování vysokorychlostní železniční tratě mezi Los Angeles a San Franciscem, podnikatel se chopil realizace svého konceptu. Projekt Hyperloop je pozemní potrubí, ve kterém může vakuový vlak jezdit rychlostí od 400 do 1220 km/h. V srpnu 2013 byl nápad oficiálně představen široké veřejnosti v 58stránkové prezentaci.

Funkční princip

Hlavní myšlenkou projektu Hyperloop je maximální levnost vytvoření dopravní sítě zpotrubí a další provoz. V tomto ohledu byl založen na takovém modelu, jako je vakuový vlak. V USA je podle vynálezce nutné vybudovat síť uzavřených paralelních kolejí, které se budou spojovat v koncových bodech tras. K vytvoření podtlaku v nich a jeho udržení stačí ocelové trubky o tloušťce 25 mm a čerpadla s malým výkonem. Uvnitř nich Elon Musk navrhuje vypustit kapsle dlouhé až 30 metrů. První obchodník chce propojit San Francisco a Los Angeles.

Podle vývojáře nebude fungovat vytvoření absolutního vakua v potrubí. V tomto ohledu budou vzduchové hmoty nasměrovány pod dno kolejového vozidla speciálními tryskami v jeho přídi. Vznikne tak vzduchový polštář a ušetří se značné finanční prostředky potřebné na realizaci elektromagnetu. Pro dobití motoru, díky kterému se kapsle uvede do pohybu, bude každých 110 km na podlahu potrubí instalována hliníková kolejnice o délce 15 metrů.

Možnosti fungování systému

Prezentace se zabývá verzí systému pro cestující a cestující a náklad. V prvním případě je navrženo vybudování potrubí o průměru 2,23 m. Vakuový vlak jedoucí uvnitř bude schopen přepravit až 28 cestujících v jedné jízdě. Druhá možnost zahrnuje použití potrubí o průměru 3,3 m. V tomto případě bude možné v každé kapsli přepravit další tři vozy. Nutno podotknout, že podle projektu Elona Muska budou vlaky vyjíždětkaždou půlminutu.

Nákladová efektivita a testování

Projekt Hyperloop lze nazvat velmi efektivním. Vývojáři hodlají plně uspokojit jeho potřeby prostřednictvím solární a větrné energie. Plánují prodat všechny své přebytky a vydělat na tom ročně asi 25 milionů dolarů. Podle Elona Muska by jednosměrné jízdné muselo být asi 20 dolarů. V tomto případě se projekt vrátí za dvacet let.

První testy vakuového vlaku proběhly v květnu 2016. Za tímto účelem bylo v poušti poblíž Las Vegas vybudováno speciální testovací místo. Vozík pomocí elektromagnetů nejprve zrychlil na značku 180 km/h, načež se postupně zastavil.

Bezpečnost

Vývojáři byli obzvláště opatrní ohledně zabezpečení. Pohyb kapsle nijak neovlivní pohodlí cestujících. Zdá se, že jeho zrychlení se nebude lišit od pohybu letadla před vzletem a pak - tiché klouzání a žádné turbulence. Elon Musk tvrdí, že vakuový vlak nemůže vykolejit ani spadnout z výšky, takže by měl být považován za jeden z nejbezpečnějších způsobů dopravy. V případě výpadku proudu je kapsle vybavena bateriemi, jejichž výkon stačí k udržení cestujících po dobu 45 minut, tedy po celou trasu. Koneckonců, většina lidí je velmi pohodlná s cestováním letadlem, a to navzdory skutečnosti, že únikové prostředky v případěkatastrofy v nich jsou velmi pochybné.

Dokončování

Vytvoření vakuového vlaku bezpochyby vyžaduje obrovské finanční náklady. Před realizací projektu je navíc nutné vyřešit mnohem více technických problémů. V dnešní době, vzhledem k neustálému rozvoji technologií, však možnost realizace tohoto podniku nevypadá tak vágně jako před několika desítkami let. V tomto ohledu se nelze divit, že k přepravě cestujících a zboží budou brzy použity vlaky, které jsou rychlejší než moderní nadzvuková letadla.