Hyperloop coraz bliższy rzeczywistości

Istnieje kilka firm rywalizujących o miano tej, która pierwsza zbuduje w pełni działający hyperloop. Najbardziej godną uwagi i tą, która osiągnęła najwięcej w stosunkowo krótkim czasie, jest Virgin Hyperloop One. Największym jej sukcesem było wykorzystanie 300 mln dol. zebranych w celu stworzenia DevLoop, 500-metrowego toru testowego. Położony na pustyni Nevada DevLoop jest poligonem doświadczalnym rozwijanej przez firmę technologii maglev-and-pump (patrz ramka Magnetyczna lewitacja), a także projektowanych przez nią pojazdów.

Ponieważ DevLoop to tylko 500-metrowa rura, firma może rozpędzić testowy wagonik tylko na kilka sekund, potem trzeba rozpocząć hamowanie. Mimo to pojazd XP-1 osiągnął prędkość do 380 km/h, co dobrze wróży tej technologii. Hyperloop One początkowo planowała przedłużenie tej rury, ale – jak się wydaje – plan ten raczej zawieszono. Zamiast tego firma zbuduje tory, które ostatecznie staną się częścią pierwszej pełnej linii kolei pneumatycznej, a wcześniej posłużą do testowania urządzenia.

W USA firma będzie chciała połączyć główne obszary metropolitarne na północnym wschodzie (Chicago, Columbus i Pittsburgh) i północnym zachodzie (Cheyenne, Denver i Pueblo w stanie Kolorado). Ale rozważane są też linie skracające podróż z Kansas City przez Columbię do Saint Louis (w centrum) oraz z Dallas i Houston do Laredo i Austin (na południu).

Najprawdopodobniej jednak pierwsza na świecie trasa hyperloop zostanie zbudowana poza Stanami Zjednoczonymi, a o miejsce na czele kolejki już walczą Indie. Na początku tego roku Virgin Hyperloop One podpisała umowę ze stanem Maharasztra, aby zbadać, czy możliwe jest połączenie pomiędzy Puną a Bombajem. Jednak w przeciwieństwie do wielu innych umowa ta obejmuje także zobowiązanie do zbudowania przynajmniej części trasy testowej wzdłuż tej linii. Oznacza to, że już ok. 2021 r. może tam zacząć działać, aczkolwiek na krótkim odcinku, pierwsza trasa hyperloop.

Mniej więcej w tym samym czasie Virgin Hyperloop One porozumiała się też z Zarządem Dróg i Transportu w Dubaju, aby przedstawić projekt koncepcyjny 19-osobowej kapsuły pasażerskiej. Na czas przejazdu pięć osób usiądzie w złotej klasie, podczas gdy reszta w srebrnej – choć skoro cała podróż ma trwać ok. 20 minut, nie wydaje się, by naprawdę potrzebne były różne poziomy komfortu podróżowania.

Hyperloop transportation technologies

Inna wielka nazwa związana z koleją pneumatyczną to Hyperloop Transportation Technologies, przedsiębiorstwo crowdsourcingowe, które wykorzystuje pracę wolontariuszy. Naukowcy, inżynierowie, ekonomiści i pracownicy administracyjni służą firmie w zamian za opcje na akcje, które – jeśli HTT odniesie sukces – zostaną spłacone. Początki działalności były niemrawe, ale obecnie firma podjęła już współpracę z wieloma amerykańskimi urzędami, aby ustalić możliwości łączenia miast.

W lutym podpisała umowę z Ohio i Illinois, aby przyjrzeć się sposobom połączenia Cleveland i Chicago. Analizy te, pod nazwą „Great Lakes Hyperloop”, zostaną ukończone w 2018 r., a następnie rozpocznie się zbieranie funduszy na budowę. HTT interesuje się również trasami w Korei Południowej, Indonezji i Czechach. Poza tym ma już na swoim koncie kilka sukcesów. Na początku 2017 r. francuskie miasto Tuluza przekazało jej 3 tys. m² w parku innowacji, który powstał na terenie dawnego lotniska Francazal. Wygląda na to, że HTT nie będzie, przynajmniej początkowo, musiała płacić za przywilej korzystania z tej przestrzeni, chociaż szczegóły umowy nie są jawne.

W marcu 2017 r. firma ogłosiła też, że buduje swoją pierwszą kapsułę pasażerską, którą zamierzała ukończyć w br. Faktycznym obmyślaniem urządzenia zajmuje się Carbures SA, firma specjalizująca się w konstrukcjach dla przemysłu lotniczego. Sama kapsuła ma 30 m długości, 2,7 m średnicy i oszałamiającą masę 20 t. Może pomieścić do 40 pasażerów. Firma twierdzi, że kapsuła będzie poruszać się z prędkością maksymalną 1200 km/h – jest to teoretyczny górny limit prędkości dla kolei hyperloop.

Kapsuła wykorzystuje mechanizm odpychania biernego Inductrack – system lewitacji stworzony przez amerykańskie Lawrence Livermore National Laboratory jako sposób na obniżenie kosztów systemów maglev. Zasady są dość proste: jeden obiekt naładowany magnetycznie może odpychać inne elementy metalowe. Zamiast więc silnie chłodzonych energochłonnych elektromagnesów rozkładanych wzdłuż toru potrzebny jest tylko mechanizm Inductrack (patrz ramka na s. obok) znajdujący się w kapsule.

Ale kilka błędów popełnionych podczas prac koncepcyjnych i korzystanie przez Hyperloop Transportation Technologies z darmowej siły roboczej rodzi pytania, czy firma ta ma szanse na zafunkcjonowanie w branży. Piarowe pomyłki też nie pomogły zatrzeć wrażenia, że HTT jest amatorskim przedsięwzięciem. Bo kompozyt węglowy, którym miały być pokryte kapsuły HTT, nazwano vibranium – a więc tak samo jak fikcyjny metal ziem rzadkich z Wakandanu, używany przez Czarną Panterę i Kapitana Amerykę w komiksach Marvela. Teraz wprawdzie udało się HTT pomyślnie zarejestrować znak towarowy w USA zarówno jako vibranium, jak i vibranium skin, ale wydaje się, że jeśli kiedykolwiek zostanie wykorzystany jako produkt sprzedaży, prawnicy z Disneya będą mieli coś do powiedzenia w tej sprawie.

Musk wraca do gry

Zaangażowanie Muska w system transportu hyperloop nigdy nie miało wykroczyć poza samo przekazanie tej idei światu. Musk był, jak sam mówi, zbyt zajęty prowadzeniem firm SpaceX i Tesla, by zaangażować się w tę koncepcję. Ale wizjoner najwyraźniej zmienił stanowisko, gdyż w zeszłym roku napisał na Twitterze, że starał się o pozwolenie na zbudowanie połączenia między Waszyngtonem a Nowym Jorkiem. Nigdy nie wyjaśnił, kto będzie odpowiadać za realizację tego projektu, choć można przypuszczać, że Hyperloop One. W końcu firma została założona przez jego przyjaciela i obsadzona przez byłych pracowników SpaceX. Ponadto miała kilka lat przewagi na starcie.

Wydaje się jednak, że prace zostaną podjęte przez trzecie przedsiębiorstwo Muska, The Boring Company, które specjalizuje się w budowie tuneli. Musk założył tę firmę z zamiarem zrewolucjonizowania transportu drogowego, wierząc, że samochody muszą podróżować tunelami, aby uniknąć korków. Ukuł nazwę loop (pętla), aby opisać scenariusz, w którym pojazdy dokują na magnetycznie lewitujących saniach i są transportowane przez obszary metropolitarne. Sanie, zwane deskorolkami, będą podróżować z prędkością ok. 240 km/h, co ma się przyczynić do wyeliminowania zatorów w miastach takich jak Los Angeles.

Jeśli chodzi o hyperloop Muska, firma współpracuje teraz z urzędnikami federalnymi i stanowymi na trasie z Waszyngtonu do Baltimore, którą następnie można przedłużyć do Nowego Jorku. Zarówno Waszyngton, jak i stan Maryland zaoferowały pozwolenie na rozpoczęcie kopania odkrywkowego. Poważne zaangażowanie Muska w ten projekt stanowi zagrożenie dla innych start-upów rozwijających koncepcję kolei pneumatycznej. W końcu Musk ma finansowe, polityczne i techniczne możliwości zakłócenia działania innych graczy. Nie wspominając już o tym, że SpaceX posiada prawo do znaku towarowego hyperloop i może zmusić rywali do zaprzestania używania tej marki, jeśli sobie tego zażyczy.

Arrivo

Prawdziwym zwolennikom koncepcji kolei pneumatycznej, marzącym o całkowicie nowym wymiarze podróżowania, sen z powiek muszą spędzać pomysły firmy Arrivo, która nie chce umieszczać ludzi w rurach próżniowych, by wysyłać ich po całym kraju z dużą prędkością, i nie proponuje nawet budowy sieci miejskich, które radykalnie ograniczyłyby zapotrzebowanie na krótkodystansowe podróże lotnicze. Zamiast tego jej plan zakłada wykorzystanie rur o normalnym ciśnieniu w połączeniu z saniami maglev do przewożenia samochodów i ciężarówek z jednego końca miasta na drugi. To hybryda rewolucyjnej koncepcji hyperloopu i planów Muska, mających na celu zmniejszenie korków w Los Angeles, z zupełnie innym pomysłem realizacyjnym. Rury w systemie Arrivo leżałyby na środkowym pasie autostrady, a samochody wjeżdżałyby do nich i wyjeżdżały z nich w wyznaczonych punktach. W środku podróżowałyby na lewitujących saniach, które poruszałyby się z prędkością do 320 km/h. Koncepcja ta przewiduje też działanie kapsuł pasażerskich, które w przyszłości zmieniłyby się w samojezdne taksówki.

W tej chwili Arrivo podpisała umowę z Departamentem Transportu stanu Kolorado, aby zbadać możliwości odkorkowania Denver. Jeśli pomysł z rurami zostanie wdrożony, obecny czas podróży między lotniskiem a centrum Denver skróci się nawet o 50 min.

Wśród firm zajmujących się nowoczesnymi kolejami Arrivo wyróżnia się nie tylko ze względu na rozwijany system, ale także ze względu na zatrudnionych w nim ludzi. Brogan BamBrogan, David Pendergast, William Mulholland i Knut Sauer są wymieniani jako współzałożyciele przedsiębiorstwa. Ta czwórka wcześniej zajmowała wysokie stanowiska w Hyperloop One, teraz ponownie przemianowanym na Virgin Hyperloop One. Do listopada 2017 r. kwartetowi udało się zbudować własną wizję tego, czym jest lub może być hyperloop. Firma planuje rozpoczęcie budowy toru próbnego w Commerce City w stanie Kolorado jeszcze w tym roku. Odcinek 800 m będzie kosztować do 15 mln dol. i posłuży do określenia najszybszych i najtańszych sposobów budowy sań magnetycznych.

Ale jest mnóstwo pytań o to, jak skuteczny będzie plan Arrivo. Na przykład większość systemów tranzytowych, takich jak londyńskie metro, ma problemy z pociągami przepychającymi poduszki powietrza przez tunele. W jaki sposób Arrivo zredukuje sprężanie całego tego powietrza, nie tworząc próżni czy też nie zwiększając średnicy rury? Pojawia się również pytanie, czy miasta w ogóle powinny wydawać tyle pieniędzy na dalsze subsydiowanie podróży samochodami o dużej emisji dwutlenku węgla, zamiast wzmacniać transport publiczny.

Promień nadziei

Wszyscy gracze pracujący nad rozwiązaniami szybkiego transportu drogowego muszą się zmierzyć z różnymi problemami technicznymi i ekonomicznymi. Nie ma żadnej gwarancji, że taki system w ogóle powstanie. Zwłaszcza gdy weźmie się jeszcze pod uwagę zgodę ustawodawców i protesty ludności mieszkającej na obszarach, gdzie wytyczone zostaną takie trasy. Ale pokrzepiające jest to, że część planów i zamierzeń udało się osiągnąć w ciągu zaledwie pięciu lat. I choć systemy tub próżniowych nie są niczym nowym, Hyperloop One przynajmniej udowodnił, że współczesna inżynieria może dokonać tego, co nie udało się w 1848 r. Isambardowi Kingdomowi Brunelowi, który chciał uruchomić kolej próżniową między Exeter a Plymouth. Głównym problemem więc, z jakim muszą się zmierzyć wizjonerzy hyperloopu, nie jest już zbudowanie działających systemów, tylko znalezienie inwestorów, którzy udźwignęliby koszty takiego przedsięwzięcia.

***

Magnetyczna lewitacja

Maglev (z ang. magnetic levitation, czyli „magnetyczna lewitacja”), to zwyczajowa nazwa kolei poruszającej się na poduszce magnetycznej dzięki dwóm metodom: unoszeniu elektrodynamicznemu (EDS) przez elektromagnesy wykonane z nadprzewodników (rozwijana w Japonii) i unoszeniu elektromagnetycznemu (EMS) przez elektromagnesy konwencjonalne (rozwijana w Niemczech). W obu przypadkach z boku torów znajdują się magnesy utrzymujące pociąg we właściwej pozycji, a w pociągu nie ma silnika – przemieszcza go pole magnetyczne.

Kolej magnetyczna nie spowodowała rewolucji w transporcie i obecnie komercyjnie wykorzystuje się tylko dwie linie, przede wszystkim z powodu dużego zużycia energii i wysokich kosztów utrzymania. Maglev porusza się w otwartym terenie, natomiast pociągi hyperloop będą kursowały po torach zamkniętych w rurach z prędkością powyżej 1000 km/h. Obecnie na podziemnych trasach metra występuje efekt poduszki powietrznej pchanej przed czołem pociągów jeżdżących z prędkością kilkudziesięciu km/h. Przy prędkości rozwijanej przez hyperloop będzie to efekt miażdżącego tornada. Elon Musk wpadł na pomysł, jak temu niebezpieczeństwu można zaradzić – każdy z pojazdów będzie z przodu wyposażony w wentylator zasysający falę powietrza sprzed czoła wagonu i pompujący ją przez układ przewodów do tyłu (będzie to stanowić dodatkowy napęd) oraz wokół pojazdu (wytworzy to otulinę powietrzną łagodzącą wszelkie wstrząsy podczas jazdy).

***

Inductrack

Tradycyjna kolej magnetyczna wymaga ciągłych dostaw energii, co czyni ją bardziej kosztownym oraz skomplikowanym systemem w porównaniu z Inductrack, który wykorzystuje pasywną lewitację magnetyczną, powstającą dzięki pętlom niezasilanego metalowego przewodu umieszczonego wzdłuż trasy oraz magnesom zamontowanym na kapsułach.

Powstaje tu tzw. układ Halbacha, w którym pole magnetyczne będzie kierowane na zewnątrz pojazdu, a nie w stronę jego wnętrza. Dzięki temu każda kapsuła powinna zawisnąć w powietrzu, nie dotykając powierzchni wnętrza rury transportowej.