قطار خلاء: اصل عملکرد، آزمایش. قطار آینده

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

دانشمندان مدتهاست به این نتیجه رسیده اند که برای افزایش سرعت هر وسیله نقلیه ای باید تا حد امکان نیروی اصطکاک را سرکوب کرد. بر اساس این اصل، سفینه های فضایی پرواز می کنند که بدون مقاومت محیطی، می توانند برای مدت بسیار طولانی در فضا سفر کنند. این ویژگی زیربنای پروژه است که به عنوان "قطار خلاء آینده" شناخته می شود.

سریعترین قطارها

بالاترین دستاورد دانشمندان در زمینه حرکت زمینی با سرعت بالا، از امروز، شناور مغناطیسی در نظر گرفته می شود. قطارهای شناور مغناطیسی در دهه 1970 در ژاپن، انگلیس و آلمان آزمایش شدند. در حال حاضر، این نوع حمل و نقل با موفقیت در بسیاری از ایالت ها انجام می شود. در این حالت با به حداقل رساندن اصطکاک، سرعت هایی در محدوده 500 کیلومتر در ساعت فراهم می شود. علاوه بر این، چنین انبار نورد با راندمان بالا، سازگاری با محیط زیست و سطح سر و صدای کم مشخص می شود. در عین حال، باید توجه داشت که افزایش سرعت حرکت مستلزم افزایش در استکشش آیرودینامیکی دانشمندان پیشنهاد می کنند با استفاده از رویکردی مشابه، یک قطار خلاء ایجاد کنند. اصل کار این است که مسیر باید با هوای پمپاژ شده از داخل لوله عبور کند، بنابراین تمام نیروهای مقاومت حذف می شوند.

ظهور ایده حمل و نقل خلاء

مفهوم ساخت یک خط لوله باری فراآتلانتیک برای تحویل کالا از اروپا به آمریکا و بالعکس برای اولین بار در دهه شصت قرن گذشته در ایالات متحده ظاهر شد. همانطور که برنامه ریزی شده بود، قرار بود لوله ای در اقیانوس در عمق نیم کیلومتری ساخته شود که حمل و نقل در آن توسط قطارهایی که روی یک بالشتک مغناطیسی حرکت می کنند انجام شود. تنها در سال 1999، مهندس آمریکایی داریل اوستر موفق به دریافت حق امتیازی برای فناوری های حمل و نقل خط لوله خلاء شد که انگیزه جدیدی به توسعه آنها داد.

Project Oster

طبق ایده اوستر، مسیر باید از دو لوله مرتفع (برای حرکت در جهات مختلف) تشکیل شده باشد که قطر هر کدام 150 سانتی متر است. فرض بر این است که کپسول های حمل و نقل روی یک تعلیق مغناطیسی به داخل می لغزند. قطر آنها 130 سانتی متر و طول آنها 490 سانتی متر خواهد بود. شش سرنشین با وزن کلی تا 370 کیلوگرم می توانند همزمان در تریلر حرکت کنند.

موتور قطار خلاء Oster از یک عنصر اولیه (یک لوله پیچ در پیچ) و یک عنصر ثانویه (بدنه خود کپسول آلیاژ فرومغناطیسی) تشکیل شده است. حداقل فاصله بین آنها امکان استفاده از موتور خطی ناهمزمان را فراهم می کند. در خود تریلر به شما نیاز خواهید داشتفقط یک سیستم تعلیق الکترودینامیکی برای ایجاد شناور مغناطیسی، یک سیستم احیای هوا، صندلی‌ها و باتری‌های مینیاتوری طراحی شده برای پنجره‌ها و تلویزیون‌های مجازی نصب کنید. از آنجایی که حرکت کپسول عملاً بدون هیچ مقاومتی رخ می دهد، بخش قابل توجهی از انرژی صرف شده برای شتاب گیری می تواند در حین کاهش سرعت برگشت داده شود. مشکل اصلی در تحقق این پروژه این است که قطار در لوله خلاء باید در یک مسیر کاملاً مستقیم حرکت کند. در غیر این صورت، آهنرباهای الکتریکی باید نیروی گریز از مرکز را هنگام پیچیدن جبران کنند.

پروژه سوئیس

مهندسان سوئیسی در سال 1974 شروع به توسعه چیزی مشابه کردند. پروژه آنها با نام Swissmetro در تاریخ ثبت شد. طبق برنامه ریزی، کپسول های بالشتک مغناطیسی قرار بود با سرعت 500 کیلومتر در ساعت کار کنند. قطار خلاء سوئیس آینده برای اتصال شهرهای اصلی ایالت (برن، زوریخ، ژنو، لوزان و بازل) طراحی شده است. در این مورد قرار بود از لوله هایی با قطر 180 سانتی متر و خودروی هشت نفره برای جابجایی مسافران استفاده شود. تا به امروز، قضاوت درباره سایر ویژگی ها دشوار است، زیرا این پروژه تا پایان کار نشده است. در سال 2009، دولت این کشور این ایده را کنار گذاشت.

قطار انگلیسی آینده

مهندسان بریتانیایی در سال 2002 به پروژه ایجاد قطار خلاء بازگشتند. برنامه های آنها به سادگی بزرگ است، زیرا مخترعان قصد دارند شبکه ای ایجاد کنند که جایگزین راه آهن و جاده شود.حمل و نقل برای انجام این کار، ساخت یک شبکه کامل لوله در سراسر کشور ضروری است. در این حالت کپسول ها برای حداکثر دو سرنشین مستقر در وضعیت مستعد طراحی خواهند شد. برخلاف پروژه‌های قبلی، در اینجا وسایل نورد باید در امتداد ریل با سرعت 420 کیلومتر در ساعت حرکت کنند. موتورهای الکتریکی قرار گرفته بر روی چرخ دستی ها توسط یک ریل تماسی کار خواهند کرد. ایراد اصلی قطار خلاء انگلیسی، به گفته سازندگان، هزینه بالای انرژی برای جابجایی یک مسافر در مقایسه با پروژه های قبلی است. از سوی دیگر، مزیت اصلی آن در هزینه نسبتا پایین ساخت شبکه حمل و نقل نهفته است.

پروژه هایپرلوپ

امیدوارکننده ترین پروژه قطار آینده است که Hyperloop نام دارد. ایده ایجاد آن در سال 2012 توسط میلیاردر آمریکایی ایلان ماسک پیشنهاد شد. در ابتدا از این پروژه به عنوان پنجمین روش حمل و نقل صحبت می شد، اما از بحث در تلویزیون فراتر نمی رفت. پس از مشخص شدن برنامه های دولت برای ساخت یک خط راه آهن سریع السیر بین لس آنجلس و سانفرانسیسکو، تاجر اجرای مفهوم خود را آغاز کرد. پروژه هایپرلوپ یک خط لوله زمینی است که در آن قطار خلاء می تواند با سرعتی بین 400 تا 1220 کیلومتر در ساعت حرکت کند. در آگوست 2013، این ایده به طور رسمی در یک ارائه 58 صفحه ای به عموم مردم ارائه شد.

اصل کار

ایده اصلی پروژه هایپرلوپ، حداکثر ارزان بودن ایجاد شبکه حمل و نقل ازلوله ها و عملیات بیشتر در این راستا، بر اساس مدلی مانند قطار خلاء ساخته شد. در ایالات متحده آمریکا، به گفته مخترع، لازم است شبکه ای از مسیرهای موازی بسته ساخته شود که در نقاط انتهایی مسیرها به هم متصل شوند. برای ایجاد خلاء در آنها و حفظ آن لوله های فولادی به ضخامت 25 میلی متر و پمپ هایی با توان کم کافی است. در داخل آنها، ایلان ماسک پیشنهاد می کند کپسول هایی به طول 30 متر پرتاب شود. اولین تاجر می خواهد سانفرانسیسکو و لس آنجلس را به هم متصل کند.

طبق گفته توسعه دهنده، ایجاد خلاء مطلق در لوله ها کارساز نخواهد بود. در این راستا، توده‌های هوا از طریق نازل‌های مخصوصی که در کمان آن قرار دارد، به زیر قسمت پایینی آن هدایت می‌شوند. این یک بالشتک هوا ایجاد می کند و در بودجه قابل توجهی که برای اجرای آهنربای الکتریکی لازم است صرفه جویی می کند. برای شارژ مجدد موتور که به واسطه آن کپسول به حرکت در می آید، هر 110 کیلومتر یک ریل آلومینیومی به طول 15 متر در کف لوله نصب می شود.

گزینه های عملکرد سیستم

این ارائه نسخه مسافر و بار-مسافر سیستم را در نظر می گیرد. در مورد اول، پیشنهاد می‌شود لوله‌ای به قطر 2.23 متر ساخته شود. قطار خلاء که در داخل آن حرکت می‌کند قادر خواهد بود تا 28 مسافر را در یک سفر حمل کند. گزینه دوم شامل استفاده از خط لوله به قطر 3.3 متر است که در این صورت امکان حمل سه خودروی اضافی در هر کپسول وجود خواهد داشت. لازم به ذکر است که طبق پروژه ایلان ماسک، قطارها حرکت خواهند کردهر نیم دقیقه.

کارایی هزینه و آزمایش

پروژه هایپرلوپ را می توان بسیار موثر نامید. توسعه دهندگان قصد دارند نیازهای آن را به طور کامل از طریق انرژی خورشیدی و بادی تامین کنند. آنها قصد دارند تمام مازاد آن را بفروشند و سالانه حدود 25 میلیون دلار از این طریق درآمد کسب کنند. طبق گفته ایلان ماسک، کرایه یک طرفه باید حدود 20 دلار باشد. در این صورت، این پروژه بیست سال دیگر نتیجه خواهد داد.

اولین آزمایش قطار خلاء در ماه می ۲۰۱۶ انجام شد. برای این منظور، یک سایت آزمایشی ویژه در بیابان نزدیک لاس وگاس ساخته شد. چرخ دستی با استفاده از آهنرباهای الکتریکی، ابتدا به سرعت 180 کیلومتر در ساعت رسید و پس از آن به تدریج متوقف شد.

ایمنی

توسعه دهندگان به ویژه مراقب امنیت بودند. حرکت کپسول به هیچ وجه بر راحتی سرنشینان تاثیری نخواهد داشت. به نظر می رسد شتاب آن با دویدن هواپیما قبل از برخاستن تفاوتی نخواهد داشت، و سپس - یک سر خوردن آرام و بدون تلاطم. ایلان ماسک ادعا می کند که قطار خلاء نمی تواند از ریل خارج شود یا از ارتفاع سقوط کند، بنابراین باید آن را یکی از ایمن ترین روش های حمل و نقل در نظر گرفت. در صورت قطع برق، این کپسول مجهز به باتری هایی است که قدرت آن برای 45 دقیقه و به عبارتی کل مسیر، سرنشینان کافی است. پس از همه، اکثر مردم با سفر با هواپیما بسیار راحت هستند، با وجود این واقعیت که وسیله فرار در صورت وجودفاجعه در آنها بسیار مشکوک است.

پایان

ایجاد قطار خلاء بدون شک مستلزم هزینه های مالی هنگفتی است. علاوه بر این، قبل از اجرای پروژه، نیاز به حل بسیاری از مشکلات فنی بیشتر است. با این حال، در زمان ما، با توجه به توسعه مداوم فناوری، امکان اجرای این سرمایه گذاری به اندازه چندین دهه پیش مبهم به نظر نمی رسد. در این راستا، نباید تعجب کرد که قطارهایی که سریعتر از هواپیماهای مافوق صوت مدرن هستند، به زودی برای حمل و نقل مسافر و کالا مورد استفاده قرار می گیرند.