Vakuuma vilciens: darbības princips, testēšana. Nākotnes vilciens

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Zinātnieki jau sen ir secinājuši, ka, lai palielinātu jebkura transportlīdzekļa ātrumu, ir nepieciešams pēc iespējas vairāk nomākt berzes spēku. Saskaņā ar šo principu lido kosmosa kuģi, kuri bez vides pretestības var ceļot kosmosā ļoti ilgu laiku. Tieši šī funkcija ir projekta pamatā, kas pazīstams kā "nākotnes vakuuma vilciens".

Ātrākie vilcieni

No šodienas augstākais zinātnieku sasniegums ātrgaitas zemes kustības jomā tiek uzskatīts par magnētisko levitāciju. Magnētiskās levitācijas vilcieni tika izmēģināti Japānā, Anglijā un Vācijā jau pagājušā gadsimta 70. gados. Šobrīd šāda veida transports veiksmīgi tiek izmantots daudzās valstīs. Šajā gadījumā, samazinot berzi, tiek nodrošināts ātrums 500 km/h robežās. Turklāt šādam ritošajam sastāvam ir raksturīga augsta efektivitāte, videi draudzīgums un zems trokšņa līmenis. Tajā pašā laikā jāatzīmē, ka kustības ātruma palielināšanās nozīmē, ka palielināsaerodinamiskā pretestība. Zinātnieki ierosina izveidot vakuuma vilcienu, izmantojot līdzīgu pieeju. Tās darbības princips ir tāds, ka sliežu ceļam ir jāiet caurules iekšpusē ar izsūknētu gaisu, tādējādi tiek izslēgti visi pretestības spēki.

Vakuuma transporta idejas rašanās

Transatlantiskā kravas cauruļvada izveides koncepcija preču piegādei no Eiropas uz Ameriku un otrādi pirmo reizi parādījās ASV pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados. Kā plānots, puskilometra dziļumā okeānā bija paredzēts izbūvēt cauruli, kuras ietvaros transportēšana tiktu veikta ar vilcieniem, kas pārvietojas uz magnētiskā spilvena. Tikai 1999. gadā amerikāņu inženierim Darielam Osteram izdevās iegūt patentu vakuuma cauruļvadu transporta tehnoloģijām, kas deva jaunu impulsu to attīstībai.

Project Oster

Pēc Ostera idejas trasei jāsastāv no divām paaugstinātām caurulēm (kustībai dažādos virzienos), katra 150 cm diametrā.. Tiek pieņemts, ka iekšā slīdēs transportēšanas kapsulas uz magnētiskās balstiekārtas. To diametrs būs 130 cm, bet garums - 490 cm. Piekabē vienlaikus varēs pārvietoties seši pasažieri ar kopējo masu līdz 370 kg.

Ostera vakuuma vilciena dzinējs sastāvēs no primārā (tinuma sliežu ceļa caurule) un sekundārā (paša feromagnētiskā sakausējuma kapsulas korpusa) elementiem. Minimālā atstarpe starp tām ļauj izmantot asinhrono lineāro motoru. Pašā piekabē jums būs nepieciešamsuzstādiet tikai elektrodinamisko balstiekārtu, lai nodrošinātu magnētisko levitāciju, gaisa reģenerācijas sistēmu, sēdekļus un miniatūras baterijas, kas paredzētas virtuālajiem logiem un televizoriem. Tā kā kapsulas kustība notiks praktiski bez pretestības, ievērojama daļa no paātrinājumam iztērētās enerģijas var tikt atgriezta palēninājuma laikā. Galvenais šķērslis, lai šo projektu padarītu par realitāti, ir tas, ka vilcienam vakuuma caurulē jāpārvietojas pa pilnīgi taisnu sliežu ceļu. Pretējā gadījumā elektromagnētiem būs jākompensē centrbēdzes spēks, izbraucot pagriezienus.

Šveices projekts

Šveices inženieri sāka izstrādāt kaut ko līdzīgu jau 1974. gadā. Viņu projekts iegāja vēsturē ar nosaukumu Swissmetro. Kā plānots, magnētiskā spilvena kapsulām vajadzēja darboties ar ātrumu līdz 500 km/h. Šveices nākotnes vakuuma vilciens bija paredzēts, lai savienotu galvenās štata pilsētas (Berni, Cīrihi, Ženēvu, Lozannu un Bāzeli). Šajā gadījumā pasažieru pārvadāšanai bija paredzēts izmantot caurules ar diametru 180 cm un astoņvietīgu automašīnu. Līdz šim ir grūti spriest par citām īpašībām, jo projekts nav izstrādāts līdz galam. 2009. gadā valsts valdība atteicās no šīs idejas.

Nākotnes angļu vilciens

Lielbritānijas inženieri 2002. gadā atgriezās pie vakuuma vilciena izveides projekta. Viņu plāni ir vienkārši grandiozi, jo izgudrotāji plāno izveidot tīklu, kas aizstās dzelzceļu un ceļutransports. Lai to izdarītu, visā valstī ir jāizbūvē viss cauruļu tīkls. Šajā gadījumā kapsulas būs paredzētas ne vairāk kā diviem pasažieriem, kas atrodas guļus stāvoklī. Atšķirībā no iepriekšējiem projektiem, šeit ritošajam sastāvam jāpārvietojas pa sliedēm ar ātrumu līdz 420 km/h. Uz ratiņiem izvietotie elektromotori tiks darbināti no kontaktsliedes. Galvenais trūkums, kas Anglijas vakuuma vilcienam ir, pēc izstrādātāju domām, ir saistīts ar augstām enerģijas izmaksām viena pasažiera pārvadāšanai, salīdzinot ar iepriekšējiem projektiem. No otras puses, tā galvenā priekšrocība ir salīdzinoši zemās transporta tīkla izveides izmaksas.

Hyperloop Project

Daudzsološākais ir nākotnes vilciena projekts, ko sauc par Hyperloop. Ideju par tā izveidi 2012. gadā ierosināja amerikāņu miljardieris Elons Masks. Sākotnēji par projektu tika runāts kā par piekto transporta veidu, taču tas netika tālāk par diskusijām televīzijā. Pēc tam, kad kļuva zināms par valdības plāniem būvēt ātrgaitas dzelzceļa līniju starp Losandželosu un Sanfrancisko, uzņēmējs ķērās pie savas koncepcijas īstenošanas. Hyperloop projekts ir sauszemes cauruļvads, kurā vakuuma vilciens var pārvietoties ar ātrumu no 400 līdz 1220 km/h. 2013. gada augustā ideja tika oficiāli prezentēta plašākai sabiedrībai 58 lappušu garā prezentācijā.

Darba princips

Hyperloop projekta galvenā ideja ir transporta tīkla izveides maksimālais lētums no plkst.caurules un turpmākā darbība. Šajā sakarā tas tika balstīts uz tādu modeli kā vakuuma vilciens. ASV, pēc izgudrotāja domām, nepieciešams izbūvēt slēgtu paralēlo sliežu ceļu tīklu, kas savienosies maršrutu galapunktos. Lai tajos izveidotu vakuumu un to uzturētu, pietiek ar 25 mm biezām tērauda caurulēm un mazjaudas sūkņiem. Tajās Īlons Masks iesaka palaist līdz 30 metrus garas kapsulas. Pirmais uzņēmējs vēlas savienot Sanfrancisko un Losandželosu.

Pēc izstrādātāja domām, absolūta vakuuma radīšana caurulēs nedarbosies. Šajā sakarā gaisa masas tiks virzītas zem ritošā sastāva dibena caur īpašām sprauslām tā priekšgalā. Tas radīs gaisa spilvenu un ietaupīs ievērojamus līdzekļus, kas nepieciešami elektromagnēta ieviešanai. Lai uzlādētu dzinēju, kā rezultātā kapsula tiks iedarbināta, caurules grīdā ik pēc 110 km tiks uzstādīta alumīnija sliede 15 metru garumā.

Sistēmas darbības iespējas

Prezentācijā aplūkota sistēmas pasažieru un pasažieru kravas versija. Pirmajā gadījumā paredzēts izbūvēt cauruli ar diametru 2,23 m. Iekšā kursējošais vakuumvilciens vienā reisā varēs pārvadāt līdz 28 pasažieriem. Otrais variants paredz izmantot cauruļvadu ar diametru 3,3 m. Šajā gadījumā katrā kapsulā būs iespējams pārvadāt trīs papildu automašīnas. Jāpiebilst, ka saskaņā ar Elona Maska projektu vilcieni atiesik pēc pusminūtes.

Izmaksu efektivitāte un testēšana

Hyperloop projektu var saukt par ļoti efektīvu. Izstrādātāji plāno pilnībā apmierināt tās vajadzības, izmantojot saules un vēja enerģiju. Viņi plāno pārdot visu tā pārpalikumu, nopelnot aptuveni 25 miljonus USD gadā. Pēc Elona Muska teiktā, cenai vienā virzienā vajadzētu būt aptuveni 20 USD. Šajā gadījumā projekts atmaksāsies divdesmit gadu laikā.

Pirmie vakuuma vilciena testi notika 2016. gada maijā. Šim nolūkam tuksnesī netālu no Lasvegasas tika uzcelta īpaša izmēģinājumu vieta. Ratiņi, izmantojot elektromagnētus, vispirms paātrinājās līdz atzīmei 180 km/h, pēc tam pakāpeniski apstājās.

Drošība

Izstrādātāji bija īpaši uzmanīgi attiecībā uz drošību. Kapsulas kustība nekādi neietekmēs pasažieru komfortu. Jūtams, ka tā paātrinājums neatšķirsies no lidmašīnas skriešanas pirms pacelšanās, un pēc tam - klusa slīdēšana un bez turbulences. Īlons Masks apgalvo, ka vakuumvilciens nevar nobraukt no sliedēm vai nokrist no augstuma, tāpēc tas uzskatāms par vienu no drošākajiem transporta veidiem. Elektrības padeves pārtraukuma gadījumā kapsula ir aprīkota ar akumulatoriem, kuru jauda ir pietiekama, lai apkalpotu pasažierus 45 minūtes, citiem vārdiem sakot, visa maršruta garumā. Galu galā, lielākā daļa cilvēku ir ļoti apmierināti ar lidmašīnu ceļojumiem, neskatoties uz to, ka glābšanas līdzekļi gadījumākatastrofas tajās ir ļoti apšaubāmas.

Pabeigšana

Vakuuma vilciena izveide, bez šaubām, prasa milzīgas finansiālas izmaksas. Turklāt pirms projekta īstenošanas nepieciešams atrisināt vēl daudzas tehniskas problēmas. Tomēr mūsdienās, ņemot vērā nepārtraukto tehnoloģiju attīstību, iespēja īstenot šo projektu neizskatās tik neskaidra kā pirms vairākiem gadu desmitiem. Šajā sakarā nevajadzētu brīnīties, ka drīzumā pasažieru un preču pārvadāšanai izmantos vilcienus, kas ir ātrāki par mūsdienu virsskaņas lidmašīnām.