Пневмотранспорт и проект Hyperloop

Проекты Илона Маска сегодня имеют мировую известность. Один из них - строительство специальных транспортных тоннелей для вакуумного поезда – Hyperloop или  «Гиперпетля». Однако многие не знают, что идея далеко не уникальна, впервые о подобном высокоскорстном виде транспорта заговорили еще в 1909 году. Но, приступить к масштабной реализации этой идеи стало возможно только в XXI веке…


Содержание статьи

Пневматическая железная дорога
Вакуумный поезд
Проект Hyperloop
Hyperloop Transportation Technologies


История пневмотранспорта

Пневматическая железная дорога

Примерно в I веке н.э. греческий механик и математик Герон Александрийский изложил основные принципы пневматики, которые стали фундаментом развития пневмотранспорта. В 1667 году во Франции физиком Дени Папеном была создана пневмопочта. В XIX веке пересылка писем в тоннеле, с помощью воздушных насосов стала появляться в некоторых европейских столицах, таких как Лондон, Париж, Вена, Берлин.

И, казалось бы, почему вместо писем не перемешать вагоны с людьми…

Идея поезда, движущегося в тоннеле с разреженным воздухом, впервые была запатентована в 1835 году Генри Пинкусом. Однако её разработкой первоначально занимался английский инженер и часовщик Джордж Медхёрст, он описал эффективность использования пневмопочты и возможность применения принципов ее функционирования для железнодорожного транспорта. Однако в то время еще не было создано устройства (насоса) достаточной силы, которое создавало необходимое для транспортировки давления воздуха.

Зато, мир обязан Джорджу Медхёрсту за проектирование кессона — непроницаемую для воды большую камеру, которая опускается на дно реки или моря для подводных строительных работ. Поступление воды в рабочую камеру предотвращалось нагнетанием в нее сжатого воздуха. Данная конструкция была использована при строительстве знаменитого в Англии железнодорожного моста Изамбарда Брюнела (Isambard Kingdom Brunel) в городе Чепстоу (Chepstow), дала возможность строить подводные тоннели и сегодня.

Тоннель Beach Pneumatic Transit

Тоннель Beach Pneumatic Transit в Нью-Йорке. Источник: tychosnose.com

Свою идею транспортировки вагонов с людьми в тоннеле с разреженным воздухом Джордж Медхёрст не запатентовал, но остался идейным вдохновителем пневматической железной дороги.

Технически отличие модели Пинкуса от идеи Медхёрста отличалась тем, что движение поршня обеспечивалось не повышением давления в трубе за поршнем, а созданием разрежения воздуха впереди него, то есть поршень как бы всасывался в трубу по направлению движения.

Осуществить на практике теорию стало по плечу изобретателям Сэмюэл Клегг и Якоб Сэмюд, которые в 1840 году завершили строительство опытной пневматической железной дороги, получившей имя Birmingham, Bristol & Thames Junction Railway. Правда, длина её составляла всего один километр.

В дальнейшем идеи строительства пневматической дороги подхватили в Ирландии (ж/д дорога длиной 2,8 км являлась продолжением линии Дублин — Кингстаун до города Далки в Ирландии), во Франции Paris-Saint-Germain railway (длина 8,5 км, функционировала с 1847 по 1860 гг.), в Нью-Йорке Beach Pneumatic Transit, построенная в 1870 году. Российская империя тоже не отставала: в 1861 году на Александровском заводе изобретателем С. И. Барановским был создан локомотив «духоход». Он приводился в движение не паром, а сжатым воздухом.

В дальнейшем мода на пневматические железные дороги утихла, как и их функционирование, по причине высоких расходов на их обслуживание при чрезвычайно низком КПД. Но, изобретатели и сторонники пневматики на этом не остановились…

Пневмосистема South Devon Railway, разработанной Изамбардом Брюнелем и братьями Сэмьюд

Реконструкция подвагонной пневмосистемы South Devon Railway, разработанной Изамбардом Брюнелем и братьями Сэмьюда. Источник: okthepk.ca

Вакуумный поезд

В 1909 году журнал «Scientific American» опубликовал статью от неизвестного читателя журнала, в которой высказывалась идея об организации движения в вакуумной трубе на основе магнитной левитации. Впоследствии неизвестным читателем оказался Роберт Годдард, пионер ракетостроения США, создатель первого жидкостного двигателя.

Об идее скоростной вакуумной железной дороги задумывались и в России. В книге «Занимательная физика» Якова Перельмана упоминается лекция «Движение без трения», прочитанная в 1914 году изобретателем и профессором Борисом Вейнбергом в Петербурге.

Изобретатель рассказывал публике о капсуле (сигарообразный цилиндр длиной около 2,5 метра и высотой 0,9 м) внутри трубы, которая должна была разгоняться на станции отправления соленоидом, выполняющим в этом случае роль электромагнитной пушки, а на станции назначения соленоидом же тормозиться. Вейнберг предполагал, что капсула сможет развивать скорость до 800—1 000 км/ч. Однако первая мировая война и дефицит меди для строительства трубы встали на пути реализации идеи Вейнберга.

Снова о строительстве высокоскоростной железной дороги заговорили уже в 1934 году. Немецкий инженер Герман Кемпер хотел запатентовать схожую с Вейнбергом идею — металлический закрытый снаряд, перемещавшийся в трубе. К сожалению, проработке этой идеи помешала уже Вторая мировая война. Позднее эксперименты по созданию подобной железной дороги проводились в Японии. Сегодня идея строительства вакуумной подземной дороги реализовывается в США и Китае.

 Вейнберг

Лабораторная модель электромагнитной дороги Вейнберга, 1911 год.

Проект Hyperloop

Создатель фантастических проектов, венчурный инвестор, инженер и предприниматель Илон Маск в 2021 году стал богатейшим человеком в мире, обогнав основателя Amazon Джеффа Безоса. Состояние Маска оценивается в $185 млрд.

Многие эксперты, безусловно, критикуют проекты Маска. Ведь большинство его идей и концепций далеко не новы и разрабатывались в предыдущих столетиях. Например, в 2013 году Маск предложил реализовать проект вакуумного поезда Hyperloop.

Эксперты связывают обновление Илоном Маском «столетней идеи» строительства вакуумного поезда с реализацией конкурирующего суперпроекта высокоскоростной железной дороги California High-Speed Rail, в 2029 года она соединит Сан-Франциско и Лос-Анджелес. Илон Маск раскритиковал этот федеральный проект и заявил, что это будет самая медленная среди скоростных железнодорожных магистралей мира и самая дорогая в пересчёте на милю (предполагает движение поездов со скоростью свыше 322 км/час).

Маск заявил, что проект Hyperloop будет намного эффективнее и быстрее California High-Speed Rail, ведь это будет наиболее безопасный вид транспорта, экологичный (на солнечных батареях) и экономичный (стоимость проекта оценивалась в 10 раз меньше).

Hyperloop

Концепция Hyperloop. Источник: bbc.co.uk

В основу Hyperloop легла модель ваккумного поезда, но проект Маска отличается именно тем, что отсутствует необходимость преодолевать трение опоры и встречное сопротивление воздуха. По задумке на опорах будет расположен трубопровод, по которому внутри будут двигаться одиночные транспортные капсулы размером 25-30 метров со скоростью 480-1102 км/ч. Однако в трубе не будет полного вакуума, в ней будет поддерживаться форвакуум (давление в 100 Па), нагнетаемый насосами умеренной мощности, стенки трубопровода будут сделаны из обычной стали толщиной 20-25 мм. Проект предусматривал два варианта системы пассажирской (внутренний диаметр трубопровода 2,23 м, сечение капсулы 1,35 м в ширину х 1,1 м в высоту, площадь лобовой проекции 1,4 м², капсула вмещает 2 ряда сидячих мест по 14 кресел в каждом) и пассижиро-грузовой (внутренний диаметр трубы 3,3 м, лобовая проекция капсулы 4,0 м²).

Проект Hyperloop неоднократно подвергался корректировкам, так в 2015 году специалистами NASA Glenn Research Center были представлены результаты моделирования с помощью высокопроизводительной вычислительной платформы OpenMDAO, которые показали, что диаметр трубы надо увеличить примерно в 2 раза, а опасение нагрева капсулы из-за трения воздуха являются преувеличенным.

Илон Маск изначально принял решение не патентовать технологию проекта Hyperloop, сделать его публичным и пригласил всех желающих к его реализации. Поэтому сегодня существует несколько конкурирующих компаний из разных городов и стран, занимающиеся продвижением и реализацией Hyperloop — Hyperloop Transportation Technologies, Virgin Hyperloop One, SpaceX, Arrivo и др.

Hyperloop

Концепция Hyperloop. Источник: virginhyperloop.com

Hyperloop Transportation Technologies

Компания Hyperloop Transportation Technologies объединяет не только организации из разных стран, но и специалистов добровольцев, которые только в случае успеха получат свою долю из выручки от проекта. Сегодня здесь трудится порядка 800 волонтеров (ученые, инженеры, технологи, разработчики) из международных компаний и университетов, таких как Cisco Systems, Boeing, Гарвардского университета и Школы архитектуры и дизайна Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

В итоге Hyperloop Transportation Technologies в 2017 году для реализации проекта привлекла 245 млн $, оценка компании превысила 700 млн $.

Весной 2019 года HTT объявила о завершении строительства в Тулузе (Франция) первой испытательной трассы длиной 320 м и презентовала в испанском городе Эль-Пуэрто-де-Санта-Мария пассажирскую капсулу длиной 15 метров. Также компания заключила договор на строительство трассы протяженностью 10 км в китайском городе Тунжэнь для строительства трассы до местного аэропорта.

Проект HyperPort

Концепция проекта грузового порта HyperPort в Гамбурге, разработанного компанией HyperloopTT. Источник: hyperlooptt.com

Virgin Hyperloop One

Конкурирующая компания Virgin Hyperloop One, которую основал Шервин Пишевар (он же был инвестором Uber и демократической партии США) 15 декабря 2017 года смогла разогнать свою капсулу до рекордной пока скорости 387 км/ч. 28 июля 2019 года компания подписала соглашение с правительством Саудовской Аравии о строительстве самого длинного полигона (35 километров) для вакуумного поезда Hyperloop. Всего Virgin Hyperloop One смогла привлечь около 92,6 млн $, среди инвесторов компании Sherpa Ventures, EightVC, ZhenFund, Национальная компания французских железных дорог, Oerlikon Leybold Vacuum (одним из акционеров является Виктор Вексельберг), а также российский венчурный фонд Caspian VC Partners (представляет интересы Зиявудина Магомедова).

В 2020 году была осуществлена пробная перевозка двух пассажиров (главный технический директор компании Джош Гигель и директор по работе с клиентами Сара Лучиан) на 500 метров в специальной капсуле на испытательном полигоне в Неваде. Капсула с пассажирами смогла развить скорость 179 км/ч, поездка топ-менеджмента компании заняла 6,25 секунды. В планах у Virgin Hyperloop One строительство научно-исследовательский центра в Вирджинии.

Видео об испытании первой перевозки пассажиров Virgin Hyperloop One

Безусловно, работа компаний по реализации проекта Hyperloop постоянно подвергается скепсису и критики в разных странах мира. В первую очередь, эксперты ставят под сомнение безопасность трассы для пассажиров. Ведь сам трубопровод для транспортировки идеальная мишень для террористов, которым для совершения злого умысла требуется просто его разгерметизировать. Более того, эксперты говорят о проблеме, связанной с расширением стальных труб под воздействием атмосферной температуры. 600-км трасса удлинится на 300 метров при росте температуры от 0 до 40 градусов по Цельсию, и это без учета деформаций, связанных с неравномерным нагревом по окружности трубы.

Самая очевидная проблема с нагнетанием вакуума. Внутренний объем трассы длиной 600 км и диаметром 2 м, будет в 50 раз превышать объем самой большой существующей вакуумной камеры в мире (Space Power Facility NASA) и в 100 раз объема Большого Адронного Коллайдера.

Но, пока инженеры и ученые бьются над техническими доработками проекта, у инвесторов повышаются шансы на увеличение капитализации компаний. Будет ли реализован в мире проект Hyperloop пока не ясно…

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен с политикой конфиденциальности
и согласен на обработку персональных данных. Подробнее

Наверх