Hyperloop a Brno

18.ledna 2017
Velmi fandím Elonu Muskovi a jeho projektu Hyperloop. Jsem rád, že se smluvně do projektu připojí i naše Brno a Jižní Morava. Zatím ve stádiu Studie proveditelnosti. Budu rád, když tuna vznikne vývojové centrum. Jen bych prosil, ani korunu z veřejného rozpočtu.

Co to je Hyperloop

Hyperloop – celosvětová dopravní síť. Kilometrická vzdálenost nehraje roli.

Myšlenka Hyperloopu je, zjednodušeně řečeno, trubka ve které frčí kapsle s cestujícími. A to velmi vysokou rychlosti, až k hranici zvuku, tedy kolem 1.000 km/hodinu. Aby toho bylo možné dosáhnout, kapsle se nikde nedotýká nějakých kolejnic nebo vodících lišt (tření), ale je unášena bezkontaktně v magnetickém poli, které ji posouvá i vpřed.
Aby kapsle s cestujícími mohla frčet trubkou, musí být mezera mezi magnety a kapslí velmi malá, milimetry a méně. Současně musí být v trubce vakuum. Kdyby zde byl vzduch, jeho odpor by byl tak velký, že by znemožnil pohyb vpřed. Proto musí být celý systém ve vakuu, tedy ve vzducho-prázdnu.
Největší výhodou nápadu je rychlost cestování překonávající i rychlost letadla. Třeba z Brna do Bratislavy za 10 minut. Ocelový tubus má mít 3,6 metrů v průměru, tloušťku stěny kvůli tuhosti 2,5 cm a samotná kapsle pro cestující pak průměr 2,7 metrů. Trouba (Tubus) má stát v krajině na pilonech, asi 30 metrů od sebe.

Jak to vidím já

V projektu Hyperloop vidím dva kritické body.

• Nutnost vytvořené vakua a zajištění tuhosti celé soustavy. Vytváření vakua je energeticky velmi náročné a zde musíme vytvořit a udržovat vakuum v trubce délky desítek kilometrů. Čím vyšší podtlak, tím vyšší energetická náročnost rostoucí geometrickou řadou.
• Druhý kritický bod je tepelná dilatace celé soustavy. Trať musí zajistit plynulý pohyb. Jakákoliv elastická deformace soustavy, byť v řádu desetin milimetrů. Rozkmitání kapsle až po její dotyk v rychlosti 1.200 km/hodinu stěny trubky, by měl fatální následky. Deformace vznikají tepelnou dilatací: střídání ročních období, od mínus 20 po plus 30 stupňů Celsia. Denní a noční výkyvy a hlavně běžné proměnlivé počasí: letní slunce rozpálí trubku, následována letní bouřkou, která systém ochladí. Pružné těsnění na vyrovnání dilatací nepřipadají do úvahy – vakuum. Možná nějaké plastové kompenzátory nebo dvojitá stěna trubky, kdy mezi vnější stěnou a vnitřní bude médium zajišťující pro vnitřní trubku stálou teplotu.A zase ta energetická náročnost.

​5 x proč

1. Proč musí jezdit Hyperloop v trubce?
   Aby vlaky / kapsle jezdily ve vakuu
2. Proč musí kapsle jezdit ve vakuu?
   Vlaky se pohybují jako „normální“ maglev na magnetickém polštáři. Vlak se vznáší díky odpuzování magnetů v řádu milimetrů nad „kolejnici“ a díky průběžně vytvářenému magnetickému poli se pohybuje vpřed.
3. Jakou to má výhodu?
   Pokud není přímý kontakt mezi kolejnici a kolem, není ani žádné tření. Zároveň se žádná část neotáčí (žádný hřídel, řádný převodovka, žádné kola), nevzniká tření a teplo, není třeba tedy ani mazání. Díky tomu můžeme jezdit velmi vysokou rychlostí. Teoreticky nekonečně velkou. Souprava je uváděna vpřed magnetickým polem. Sám vlak žádný motor nemá. Jediným omezením je odpor vzduchu. A právě se zvyšující se rychlostí dělá odpor vzduchu čím dál větší a větší problém. Energetická náročnost na překonání odporu vzduchu totiž roste exponenciálně s rychlostí. Pokud bychom chtěli jezdit opravdu rychle, budou náklady na pohon – elektřinu – obrovské. Je to podobný problém, proč nelátají dopravní letadla nízko. Odpor vzduchu při Zemi by zvyšoval spotřebu paliva nad únosnou mez. V letových hladinách 5 kilometrů a výše je ale již atmosferický tlak a odpor vzduchu přijatelný. Hyperloop se snaží vytvořit vakuum (podtlak) na zemi aby snížil energetickou náročnost provozu.
4. Jaké jsou náklady na vytvoření vakua?
   Obrovské. Všichni asi známe ze školy pokus s vytvářením vakua pod skleněným deklem. A teď si představte, že potřebujete vytvořit vakuum, dokonce ještě větší, v trubce dlouhé 150 km o průměru 2 metry. A toto vakuum udržet. Přitom náklady na vytvoření tak hlubokého vakua rostou exponenciálně s požadavkem na hlubší a hlubší vakuum. Problém proto nevidím v technickém řešení, ale v nákladech a udržování vakua. Klasický Vlak rozráží vzduch, který obtéká vlak volným prostorem kolem. V případě Hyperloopu je mezera mezi kapslí a stěnou jen milimetry. Větší mezera, větší objem trubky, znamená větší náklady na vytvoření a udržení vakua.
5. Co by se stalo v případě havárie?
   Dotyk se stěnou trubky v tak vysoké rychlosti by byl fatální. A při porušení těsnosti kapsle by se všichni cestující asi uvařili ve vlastní krvi (nižší tlak – nižší bod varu, potom k varu dochází i při tělesné teplotě 37 st C). Při porušení těsnosti (hermetičnosti), letadlo okamžitě klesá dolů, kde je vyšší tlak a dýchatelný vzduch. A zbytkový vzduch (přetlak) v kabině stačí ještě chvíli udržet tlak. Při havárii Hyperloopu v trubce nestačí „jen“ vypustit dýchací přístroje, ale musí se rychle do válce napustit vzduch. Což znamená mít po délce trubky bezpečnostní ventily. Ale každý ventil znamená netěsnost a další energetickou náročnost na udržování vakua.

Závěrem

Uvidíme, třebas se to Muskovi jeho Hyperloop podaří a mým obavám se příští generace budou shovívavě usmívat.
Osobně jsem ale přesvědčen, že místo nějakého Hyperloopu bychom měli postavit úplně obyčejnskou vysokorychlostní železnici z Ostravy přes Brno do Vídně, s odbočkou na Berlín a se zastávkou v Praze.

Virgin + Hyperloop One

7.října 2017
Skupina Virgin investovala do startupu Hyperloop One. Kolik, to se neví. Ale málo to určitě nebude, když Richard Branson z investiční skupiny Virgin získal místo ve správní radě firmy Hyperloop One. A navíc se potrubní firma přejmenovala na Virgin Hyperloop One. V tiskové zprávě se už naznačuje, že potrubní systém by zkrátil cestu z Edinburghu do Londýna na 50 minut. Možná ještě zajímavější je čtení názorů pod článkem na BBC.