قطار الفراغ: مبدأ التشغيل والاختبار. قطار المستقبل

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

استنتج العلماء منذ فترة طويلة أنه لزيادة سرعة أي مركبة ، من الضروري قمع قوة الاحتكاك قدر الإمكان. وفقًا لهذا المبدأ ، تطير سفن الفضاء ، والتي ، بدون مقاومة بيئية ، يمكنها السفر في الفضاء لفترة طويلة جدًا. هذه هي الميزة التي يقوم عليها المشروع ، المعروف باسم "قطار الفراغ من المستقبل".

أسرع القطارات

يعتبر أعلى إنجاز للعلماء في مجال حركة الأرض عالية السرعة ، اعتبارًا من اليوم ، رفعًا مغناطيسيًا. تم اختبار قطارات الرفع المغناطيسي في اليابان وإنجلترا وألمانيا في السبعينيات. حاليًا ، يتم تشغيل هذا النوع من النقل بنجاح في العديد من الدول. في هذه الحالة ، من خلال تقليل الاحتكاك ، يتم توفير سرعات في حدود 500 كم / ساعة. علاوة على ذلك ، فإن هذه المعدات الدارجة تتميز بالكفاءة العالية والملاءمة البيئية ومستوى الضوضاء المنخفض. في الوقت نفسه ، تجدر الإشارة إلى أن الزيادة في سرعة الحركة تستلزم زيادة فيالديناميكا الهوائية. يقترح العلماء إنشاء قطار فراغ باستخدام نهج مماثل. مبدأ عملها هو أن المسار يجب أن يمر داخل الأنبوب مع ضخ الهواء للخارج ، لذلك يتم استبعاد جميع قوى المقاومة.

ظهور فكرة النقل الفراغي

ظهر مفهوم بناء خط أنابيب للشحن عبر المحيط الأطلسي لتوصيل البضائع من أوروبا إلى أمريكا والعكس صحيح لأول مرة في الولايات المتحدة في ستينيات القرن الماضي. كما هو مخطط له ، تم التخطيط لبناء أنبوب في المحيط على عمق نصف كيلومتر ، سيتم النقل داخله بواسطة قطارات تتحرك على وسادة مغناطيسية. فقط في عام 1999 ، تمكن المهندس الأمريكي داريل أوستر من الحصول على براءة اختراع لتقنيات نقل خطوط الأنابيب الفراغية ، مما أعطى دفعة جديدة لتطويرها.

مشروع اوستر

وفقًا لفكرة أوستر ، يجب أن يتكون المسار من أنبوبين مرتفعين (للحركة في اتجاهات مختلفة) ، قطر كل منهما 150 سم ، ويفترض أن كبسولات النقل الموجودة على تعليق مغناطيسي ستنزلق إلى الداخل. سيبلغ قطرها 130 سم ، وطولها - 490 سم ، وسيتمكن ستة ركاب بوزن إجمالي يصل إلى 370 كجم من التحرك في المقطورة في نفس الوقت.

سيتألف محرك قطار أوستر الفراغي من عناصر أساسية (أنبوب مسار متعرج) وثانوي (جسم كبسولة سبيكة مغناطيسية حديدية نفسها). تسمح الفجوة الدنيا بينهما باستخدام محرك خطي غير متزامن. ستحتاج في المقطورة نفسهاقم بتثبيت نظام التعليق الكهروديناميكي فقط لتوفير رفع مغناطيسي ونظام تجديد الهواء والمقاعد والبطاريات المصغرة المصممة للنوافذ وأجهزة التلفزيون الافتراضية. نظرًا لأن حركة الكبسولة ستحدث بدون مقاومة تقريبًا ، يمكن إرجاع جزء كبير من الطاقة التي يتم إنفاقها على التسارع أثناء التباطؤ. العقبة الرئيسية في جعل هذا المشروع حقيقة واقعة هي أن القطار الموجود في الأنبوب المفرغ يجب أن يتحرك على طول مسار مستقيم تمامًا. خلاف ذلك ، يجب على المغناطيسات الكهربائية تعويض قوة الطرد المركزي عند الانعطاف.

مشروع سويسري

بدأ المهندسون السويسريون في تطوير شيء مشابه في عام 1974. ذهب مشروعهم في التاريخ تحت اسم Swissmetro. كما هو مخطط ، كان من المفترض أن تعمل كبسولات الوسادة المغناطيسية بسرعة تصل إلى 500 كم / ساعة. تم تصميم قطار الفراغ السويسري للمستقبل لربط المدن الرئيسية في الولاية (برن وزيورخ وجنيف ولوزان وبازل). في هذه الحالة ، تم التخطيط لاستخدام أنابيب بقطر 180 سم وسيارة ذات ثمانية مقاعد لنقل الركاب. حتى الآن ، من الصعب الحكم على الخصائص الأخرى ، لأن المشروع لم يتم الانتهاء منه حتى النهاية. في عام 2009 ، تخلت حكومة البلاد عن هذه الفكرة

قطار المستقبل الانجليزي

عاد مهندسون بريطانيون في عام 2002 إلى مشروع إنشاء قطار فراغ. إن خططهم ببساطة كبيرة ، لأن المخترعين يعتزمون إنشاء شبكة ستحل محل السكك الحديدية والطرقالمواصلات. للقيام بذلك ، من الضروري بناء شبكة كاملة من الأنابيب في جميع أنحاء البلاد. في هذه الحالة ، سيتم تصميم الكبسولات لراكبين كحد أقصى في وضعية الانبطاح. على عكس المشاريع السابقة ، هنا يجب أن يتحرك المخزون الدارجة على طول القضبان بسرعات تصل إلى 420 كم / ساعة. سيتم تشغيل المحركات الكهربائية الموجودة على العربات بواسطة سكة تلامس. العيب الرئيسي الذي يعاني منه قطار الفراغ الإنجليزي ، وفقًا للمطورين ، يرتبط بارتفاع تكاليف الطاقة لنقل راكب واحد ، مقارنة بالمشاريع السابقة. من ناحية أخرى ، تكمن ميزته الرئيسية في التكلفة المنخفضة نسبيًا لبناء شبكة النقل.

مشروع هايبرلوب

المشروع الواعد هو مشروع قطار المستقبل الذي يسمى هايبرلوب. اقترح الملياردير الأمريكي إيلون ماسك فكرة إنشائها في عام 2012. في البداية ، تم الحديث عن المشروع باعتباره وسيلة النقل الخامسة ، لكنه لم يتجاوز المناقشات على شاشات التلفزيون. بعد أن أصبح معروفًا بخطط الحكومة لبناء خط سكة حديد عالي السرعة بين لوس أنجلوس وسان فرانسيسكو ، بدأ رجل الأعمال في تنفيذ مفهومه. مشروع Hyperloop عبارة عن خط أنابيب بري يمكن للقطار الخوائي السفر فيه بسرعات تتراوح من 400 إلى 1220 كم / ساعة. في أغسطس 2013 ، تم تقديم الفكرة رسميًا لعامة الناس في عرض تقديمي من 58 صفحة.

مبدأ العمل

الفكرة الرئيسية لمشروع Hyperloop هي التكلفة القصوى لإنشاء شبكة نقل منالأنابيب وعملية أخرى. في هذا الصدد ، كان يعتمد على نموذج مثل قطار الفراغ. في الولايات المتحدة ، وفقًا للمخترع ، من الضروري بناء شبكة من المسارات المتوازية المغلقة التي ستتصل عند نقاط نهاية المسارات. ولخلق فراغ فيها وصيانتها يكفي وجود أنابيب فولاذية بسمك 25 مم ومضخات منخفضة الطاقة. داخلها ، يقترح Elon Musk إطلاق كبسولات يصل طولها إلى 30 مترًا. أول رجل أعمال يريد ربط سان فرانسيسكو ولوس أنجلوس.

حسب المطور لن يعمل على خلق فراغ مطلق في الأنابيب. في هذا الصدد ، سيتم توجيه الكتل الهوائية أسفل قاع المعدات الدارجة من خلال فوهات خاصة في قوسها. سيؤدي ذلك إلى إنشاء وسادة هوائية وتوفير الأموال الكبيرة اللازمة لتنفيذ المغناطيس الكهربائي. لإعادة شحن المحرك ، بسبب تشغيل الكبسولة ، سيتم تثبيت سكة من الألومنيوم بطول 15 مترًا على أرضية الأنبوب كل 110 كيلومترات.

خيارات لعمل النظام

يأخذ العرض في الاعتبار إصدار الركاب والبضائع من النظام. في الحالة الأولى ، يُقترح بناء أنبوب بقطر 2.23 م ، وسيكون قطار التفريغ الذي يعمل بالداخل قادرًا على حمل ما يصل إلى 28 راكبًا في رحلة واحدة. يتضمن الخيار الثاني استخدام خط أنابيب بقطر 3.3 م ، وفي هذه الحالة ، سيكون من الممكن نقل ثلاث سيارات إضافية في كل كبسولة. وتجدر الإشارة إلى أنه وفقًا لمشروع Elon Musk ستغادر القطاراتكل نصف دقيقة

كفاءة التكلفة والاختبار

يمكن تسمية مشروع Hyperloop بأنه فعال للغاية. يعتزم المطورون تلبية احتياجاتها بالكامل من خلال الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. إنهم يخططون لبيع كل فائضها ، ويكسبون حوالي 25 مليون دولار سنويًا. وفقًا لإيلون ماسك ، يجب أن تكون أجرة الاتجاه الواحد حوالي 20 دولارًا. في هذه الحالة سيؤتي المشروع ثماره خلال عشرين سنة.

تم إجراء الاختبارات الأولى لقطار التفريغ في مايو 2016. تحقيقا لهذه الغاية ، تم بناء موقع اختبار خاص في الصحراء بالقرب من لاس فيغاس. تسارعت العربة ، باستخدام المغناطيسات الكهربائية ، أولاً إلى علامة 180 كم / ساعة ، وبعد ذلك توقفت تدريجياً.

سلامة

كان المطورون حريصين بشكل خاص على الأمان. لن تؤثر حركة الكبسولة على راحة الركاب بأي شكل من الأشكال. يبدو أن تسارعها لن يختلف عن هرول الطائرة قبل الإقلاع ، وبعد ذلك - انزلاق هادئ وبدون اضطراب. يدعي Elon Musk أن قطار التفريغ لا يمكن أن يخرج عن مساره أو يسقط من ارتفاع ، لذلك يجب اعتباره أحد أكثر وسائل النقل أمانًا. في حالة انقطاع التيار الكهربائي ، تكون الكبسولة مزودة ببطاريات ، قوتها كافية لتحمل الركاب لمدة 45 دقيقة ، بمعنى آخر ، لكامل المسار. بعد كل شيء ، يشعر معظم الناس براحة كبيرة مع السفر بالطائرة ، على الرغم من حقيقة أن وسيلة الهروب في حالةالكوارث فيها مشكوك فيها للغاية.

التشطيب

لا شك أن إنشاء قطار فراغ يتطلب تكاليف مالية ضخمة. بالإضافة إلى ذلك ، قبل تنفيذ المشروع ، من الضروري حل العديد من المشاكل الفنية. ومع ذلك ، في عصرنا ، نظرًا للتطور المستمر للتكنولوجيا ، فإن إمكانية تنفيذ هذا المشروع لا تبدو غامضة كما كانت منذ عدة عقود. في هذا الصدد ، لا ينبغي أن يتفاجأ المرء عندما سيتم استخدام القطارات ، التي هي أسرع من الطائرات الأسرع من الصوت الحديثة ، قريبًا لنقل الركاب والبضائع.