Вакуумдық пойыз: жұмыс принципі, сынау. Болашақ пойызы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Ғалымдар кез келген көліктің жылдамдығын арттыру үшін үйкеліс күшін мүмкіндігінше басу керек деген қорытындыға келген. Бұл принцип бойынша ғарыш кемелері ұшады, олар қоршаған ортаға қарсылықсыз ғарышта өте ұзақ уақыт жүре алады. Дәл осы мүмкіндік «болашақтың вакуумдық пойызы» деп аталатын жобаның негізінде жатыр.

Ең жылдам пойыздар

Қазіргі кездегі жағдай бойынша жоғары жылдамдықтағы жер қозғалысы саласындағы ғалымдардың ең жоғары жетістігі магниттік левитация болып саналады. Магниттік левитация пойыздары 1970 жылдары Жапонияда, Англияда және Германияда сыналды. Қазіргі уақытта көліктің бұл түрі көптеген штаттарда сәтті жұмыс істейді. Бұл жағдайда үйкелісті азайту арқылы 500 км/сағ шегінде жылдамдықтар қамтамасыз етіледі. Сонымен қатар, мұндай жылжымалы құрам жоғары өнімділігімен, экологиялық тазалығымен және төмен шу деңгейімен ерекшеленеді. Сонымен қатар, қозғалыс жылдамдығының артуы ұлғаюына әкелетінін атап өткен жөнаэродинамикалық кедергі. Ғалымдар осындай тәсілді қолданып вакуумдық пойыз жасауды ұсынып отыр. Оның жұмыс істеу принципі - жол сорылатын ауамен құбырдың ішінен өтуі керек, сондықтан барлық қарсылық күштері алынып тасталады.

Вакуумды тасымалдау идеясының пайда болуы

Еуропадан Америкаға және керісінше жүктерді жеткізу үшін трансатлантикалық жүк құбырын салу тұжырымдамасы алғаш рет өткен ғасырдың алпысыншы жылдары АҚШ-та пайда болды. Жоспарланғандай, мұхитта жарты шақырым тереңдікте құбыр салу жоспарланған болатын, оның ішінде тасымалдау магниттік жастықта қозғалатын пойыздармен жүзеге асырылады. Тек 1999 жылы американдық инженер Дариэль Остер вакуумдық құбыр көлігінің технологияларына патент ала алды, бұл олардың дамуына жаңа серпін берді.

Project Oster

Остердің идеясына сәйкес, жол әрқайсысы диаметрі 150 см болатын екі көтерілген құбырдан (әр түрлі бағытта қозғалу үшін) тұруы керек. Магниттік суспензиядағы көлік капсулалары ішке сырғып кетеді деп болжанады. Олардың диаметрі 130 см, ал ұзындығы 490 см болады. Жалпы салмағы 370 кг-ға дейінгі алты жолаушы тіркемеде бір уақытта қозғала алады.

Остер вакуумдық пойызының қозғалтқышы негізгі (орамдық жол құбыры) және қосалқы (ферромагниттік қорытпа капсуласының денесі) элементтерден тұрады. Олардың арасындағы ең аз алшақтық асинхронды сызықты қозғалтқышты пайдалануға мүмкіндік береді. Трейлердің өзінде сізге қажет боладымагниттік левитацияны қамтамасыз ету үшін тек электродинамикалық суспензияны, ауаны қалпына келтіру жүйесін, орындықтарды және виртуалды терезелер мен теледидарларға арналған шағын батареяларды орнатыңыз. Капсуланың қозғалысы іс жүзінде ешқандай қарсылықсыз жүретіндіктен, жеделдету үшін жұмсалған энергияның маңызды бөлігі баяулау кезінде қайтарылуы мүмкін. Бұл жобаны жүзеге асырудағы басты кедергі - вакуумдық түтіктегі пойыз мінсіз түзу жолмен қозғалуы керек. Әйтпесе, электромагниттерге бұрылу кезінде тепкіш күшті өтеуге тура келеді.

Швейцариялық жоба

Швейцариялық инженерлер 1974 жылы осыған ұқсас нәрсені жасай бастады. Олардың жобасы тарихқа Swissmetro деген атпен енді. Жоспарланғандай, магниттік жастық капсулалары сағатына 500 км жылдамдықпен жұмыс істеуі керек еді. Болашақтың швейцариялық вакуумдық пойызы штаттың негізгі қалаларын (Берн, Цюрих, Женева, Лозанна және Базель) байланыстыруға арналған. Бұл жағдайда жолаушыларды тасымалдау үшін диаметрі 180 см құбырлар мен сегіз орындық вагонды пайдалану жоспарланған болатын. Бүгінгі күні жоба соңына дейін әзірленбегендіктен, басқа сипаттамаларға баға беру қиын. 2009 жылы ел үкіметі бұл идеядан бас тартты.

Болашақтың ағылшын пойызы

Британдық инженерлер 2002 жылы вакуумдық пойыз жасау жобасына қайта оралды. Олардың жоспарлары орасан зор, өйткені өнертапқыштар теміржол мен жолды алмастыратын желі құруға ниетті.тасымалдау. Ол үшін республика бойынша тұтас құбыр торын салу қажет. Бұл жағдайда капсулалар ең көбі еңкейіп тұрған екі жолаушыға арналған. Бұрынғы жобалардан айырмашылығы, мұнда жылжымалы құрам 420 км/сағ жылдамдықпен рельс бойымен қозғалуы керек. Арбаларда орналасқан электр қозғалтқыштары контактілі рельстен қуат алады. Ағылшын вакуумдық пойызының негізгі кемшілігі, әзірлеушілердің пікірінше, алдыңғы жобалармен салыстырғанда бір жолаушыны тасымалдауға жоғары энергия шығындарымен байланысты. Екінші жағынан, оның басты артықшылығы көлік желісін құрудың салыстырмалы түрде төмен құнында.

Hyperloop жобасы

Ең перспективалы – Hyperloop деп аталатын болашақ пойызының жобасы. Оны құру идеясын 2012 жылы американдық миллиардер Илон Маск ұсынған. Бастапқыда бұл жоба көліктің бесінші түрі ретінде айтылды, бірақ ол теледидардағы талқылаудан әрі аспады. Үкіметтің Лос-Анджелес пен Сан-Франциско арасындағы жүрдек теміржол желісін салу жоспары туралы белгілі болғаннан кейін кәсіпкер өз тұжырымдамасын жүзеге асыруға кірісті. Hyperloop жобасы - бұл вакуумдық пойыз 400-ден 1220 км/сағ жылдамдықпен жүре алатын құрлықтағы құбыр. 2013 жылдың тамыз айында бұл идея 58 беттік презентацияда көпшілікке ресми түрде ұсынылды.

Жұмыс принципі

Hyperloop жобасының негізгі идеясы - көлік желісін құрудың максималды арзандығықұбырлар және одан әрі пайдалану. Осыған байланысты ол вакуумдық пойыз сияқты модельге негізделген. АҚШ-та, өнертапқыштың айтуынша, трассалардың соңғы нүктелерінде қосылатын жабық параллель жолдар желісін салу қажет. Оларда вакуум жасау және оны сақтау үшін қалыңдығы 25 мм болат құбырлар мен қуаты аз сорғылар жеткілікті. Олардың ішінде Илон Маск ұзындығы 30 метрге жететін капсулаларды ұшыруды ұсынады. Бірінші бизнесмен Сан-Франциско мен Лос-Анджелесті байланыстырғысы келеді.

Әзірлеушінің айтуынша, ол құбырларда абсолютті вакуум жасау үшін жұмыс істемейді. Осыған байланысты ауа массалары жылжымалы құрамның түбінің астына оның садағындағы арнайы саптамалар арқылы бағытталады. Бұл ауа жастықшасын жасайды және электромагнитті жүзеге асыруға қажетті айтарлықтай қаражатты үнемдейді. Қозғалтқышты зарядтау үшін, соның арқасында капсула қозғалысқа келтіріледі, құбырдың еденіне әрбір 110 км сайын ұзындығы 15 метр алюминий рельс орнатылады.

Жүйенің жұмыс істеу опциялары

Тұсаукесер жүйенің жолаушы және жолаушы-жүк нұсқасын қарастырады. Бірінші жағдайда диаметрі 2,23 м құбыр салу ұсынылады. Ішінде жүретін вакуумдық пойыз бір сапарда 28 жолаушыға дейін тасымалдай алады. Екінші нұсқа диаметрі 3,3 м болатын құбырды пайдалануды қамтиды. Бұл жағдайда әрбір капсулада үш қосымша автомобильді тасымалдау мүмкін болады. Айта кетейік, Илон Маск жобасы бойынша пойыздар жолға шығадыжарты минут сайын.

Үнемділік және сынақ

Hyperloop жобасын өте тиімді деп атауға болады. Әзірлеушілер оның қажеттіліктерін күн мен жел энергиясы арқылы толық қамтамасыз етуді көздеп отыр. Олар оның барлық артығын сатуды жоспарлап отыр, бұл жыл сайын шамамен 25 миллион доллар табады. Илон Масктың айтуынша, бір жаққа билет құны шамамен $20 болуы керек. Бұл жағдайда жоба жиырма жылдан кейін өтеледі.

Вакуумдық пойыздың алғашқы сынақтары 2016 жылдың мамыр айында өтті. Осы мақсатта Лас-Вегас маңындағы шөл далада арнайы полигон салынды. Электромагниттерді қолданатын арба алдымен 180 км/сағ жылдамдыққа жетті, содан кейін ол бірте-бірте тоқтады.

Қауіпсіздік

Әсіресе әзірлеушілер қауіпсіздікке мұқият болды. Капсуланың қозғалысы жолаушылардың жайлылығына ешқандай әсер етпейді. Оның үдеуі ұшу алдындағы ұшақтың жүгіруінен ерекшеленбейтін сияқты, содан кейін - тыныш сырғанау және турбуленттілік жоқ. Илон Маск вакуумдық пойыз рельстен шығып кете алмайды немесе биіктіктен құлай алмайды, сондықтан оны ең қауіпсіз көлік түрлерінің бірі ретінде қарастыру керек деп мәлімдейді. Электр қуаты өшіп қалған жағдайда капсула аккумуляторлармен жабдықталған, оның қуаты жолаушыларды 45 минут бойы, басқаша айтқанда, бүкіл жол бойымен қамтамасыз етуге жетеді. Өйткені, адамдардың көпшілігі жағдайда қашу құралы болғанына қарамастан, әуе лайнерінің саяхаты өте ыңғайлыолардағы апаттар өте күмәнді.

Аяқтау

Вакуумдық пойызды құру үлкен қаржылық шығындарды талап ететіні сөзсіз. Сонымен қатар, жобаны жүзеге асырмас бұрын тағы да көптеген техникалық мәселелерді шешу қажет. Дегенмен, біздің уақытымызда, технологияның тұрақты дамуын ескере отырып, бұл кәсіпорынды жүзеге асыру мүмкіндігі бірнеше ондаған жылдар бұрынғыдай бұлыңғыр болып көрінбейді. Осыған орай, жақын арада жолаушылар мен жүктерді тасымалдау үшін заманауи дыбыстан жылдам ұшақтарға қарағанда жылдам пойыздар қолданылатынына таң қалмау керек.