Hyperloop là hệ thống

Quá trình phát triển

Ý tưởng về đoàn tàu đi qua ống đã xuất hiện cách nay hơn 1 thế kỷ. Elon Musk đã dựa trên ý tưởng này và thêm một vài yếu tố kỹ thuật để khiến nó trở nên khả thi và chi phí thấp hơn. 

Musk đề cập đến công nghệ vận tải thế hệ thứ 5 và gọi nó là Hyperloop và tháng 7/2012, tại sự kiện PandoDaily ở Santa Monica, California.

Ông mô tả một số đặc điểm của hệ thống giao thông tương lai là: tốc độ cao, hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, không bao giờ tai nạn, tốc độ vượt quá 2 lần máy bay phản lực chở khách, chi phí năng lượng thấp, khả năng hoạt động 24/24 giờ mỗi ngày.

Hyperloop là cái tên Elon Musk nghĩ ra, bởi ông giải thích phương tiện này sẽ đi theo một vòng tròn khép kín và có thể vượt quá tốc độ âm thanh trong không khí.

Elon Musk so sánh Hyperloop là tổng hợp của phản lực siêu thanh Concorde, một súng điện từ và bảng hockey bay trên nệm không khí. Đường ống có thể đặt nổi trên mặt đất cũng như ngầm dưới lòng đất. 

Cuối năm 2012 đến tháng 8/2013, một nhóm kỹ sư của cả Tesla và SpaceX đã làm việc để mô hình hoá Hyperloop. Thiết kế ban đầu đã được công bố trên blog của Tesla và SpaceX. Musk kêu gọi mọi người cùng góp ý để giúp cải thiện bản thiết kế. Nó là thiết kế với mã nguồn mở, và bất cứ ai cũng có thể sửa đổi. 

Tháng 1/2015, Musk thông báo rằng ông sẽ xây dựng một đường thử Hyperloop và có thể đặt tại Texas. Đường thử dài 8 km được tài trợ bởi các tập đoàn tư nhân. Chương trình này cũng cho phép các trường đại học tư nhân và nhóm nhà thử nghiệm để cùng góp ý để điều chỉnh. 

Tháng 6/2015, SpaceX tuyên bố xây dựng 1,6 km đường thử cạnh cơ sở Hawthorne của SpaceX. Tháng 11/2015, một nhóm công ty thương mại và hàng chục đội sinh viên bắt đầu theo đuổi công nghệ Hyperloop.

Nguyên tắc hoạt động

Sự phát triển của đường sắt tốc độ cao và vận chuyển tốc độ cao nói chung bị cản trở bởi những giới hạn trong việc loại bỏ ma sát và lực cản không khí. Cả hai lực này trở nên đáng kể khi xe bắt đầu đạt tốc độ cao.

Khái niệm vactrain là phương pháp loại bỏ lực cản không khí nhờ nệm từ trường và sử dụng đường hầm chân không, cho phép xe đạt vận tốc hàng nghìn dặm/giờ. Tuy nhiên, chi phí quá cao và việc khó duy trì trạng thái chân không ở khoảng cách lớn là rào cản khiến loại tàu điện Maglev vẫn chưa được xây dựng rộng rãi. 

Các con nhộng sẽ được duy trì khoảng cách với thành ống khoảng 0,5 - 1,3 mm nhờ áp lực không khí tạo ra bởi máy nén khí đặt ở đầu tàu. Tương tự những miếng pucks lơ lửng trên bảng không khí của trò chơi hockey. Như vậy, không cần sử dụng Maglev, trong khi vẫn cho phép loại bỏ ma sát lăn. 

Cánh quạt áp suất cao sẽ hút không khí ở đầu tàu và thổi qua các đường ống dưới đáy tàu, đẩy đoàn tàu tách khỏi thành ống. Ngoài ra, máy nén khí cũng khiến áp suất phía trước mũi tàu giảm đáng kể, tạo thành môi trường gần chân không giúp loại bỏ phần lớn lực cản không khí. 

Bộ phận thứ 2 của Hyperloop là các nam châm điện. Nhờ lực cảm ứng điện từ, con tàu sẽ được đẩy về phía trước với vận tốc của viên đạn. Nam châm này hoạt động tương tự loại súng điện từ đang sử dụng trong quân đội Mỹ. Lực nam châm cũng được điều chỉnh để tăng tốc trên đường thẳng và giảm tốc khi tới nhà ga. 

Bộ phận thứ 3 là đường ống, và cuối cùng là những tấm pin mặt trời gắn phía trên để cung cấp năng lượng cho toàn hệ thống. 

Những chiếc ống có đường kính 2,23 m, sẽ bắn con tàu đi với vận tốc 1.220 km/h. Ở vận tốc này hành khách phải chịu gia tốc trọng trường khoảng 0,5 G, (2 hoặc 3 lần so với trọng lực lúc máy bay thương mại cất và hạ cánh). 

Musk tính toán rằng dù vận tốc cao nhưng Hyperloop vẫn không vượt tốc độ âm thanh bởi áp suất thấp và nóng  bên trong ống cho tốc độ truyền âm nhanh hơn bình thường. Điều này giúp hành khách không chịu sóng xung kích khi vượt bức tường âm thanh. 

Theo Elon Musk, nếu ở trên sao hoả, Hyperloop không cần đường ống, bởi mật độ không khí ở đây chỉ bằng khoảng 1% Trái đất. Đối với hệ thống hoạt động trên mặt đất, ống áp suất thấp được sử dụng để giảm lực cản không khí.

Tính khả thi

Năm 2014, Elon Musk hợp tác cùng doanh nhân Dirk Ahlborn thành lập Hyperloop Transportation Technologies. Đây là công ty vận tải sẽ thiết kế và vận hành hệ thống Hyperloop đầu tiên.

Hyperloop Transportation Technologies cho xây dựng một đường ống dài 8 km. Thiết kế ống phóng và tàu chở khách đang được phát triển. Dự án bắt đầu triển khai xây dựng từ đầu năm 2016. Các hoạt động chạy thử nghiệm sẽ bắt đầu từ cuối năm nay.

Các nhà quan sát và phân tích bắt đầu cân nhắc một số tuyến đường tiềm năng, bao gồm Los Angeles đến vùng Vịnh San Francisco, sau đó sẽ tới các thành phố như San Diego, và Las Vegas… Hyperloop cũng sẽ được xây dựng ở châu Âu. Từ Paris (Pháp) đến Amsterdam (Hà Lan) hay chạy tới Balan…

Các chuyên gia này nêu ý kiến nếu Hyperloop có trạm cuối tại khu vực ngoại thành các thành phố lớn sẽ giảm chi phí xây dựng đáng kể. Hyperloop có lợi thế so với máy bay ở những chặng ngắn, bởi thời gian bay chỉ chiếm một phần khá nhỏ trong tổng thời gian đi lại vì những thủ tục phức tạp tại sân bay. 

Hyperloop cũng sẽ cạnh tranh gay gắt với hệ thống đường bộ cao tốc, bởi tốc độ gấp nhiều lần. Hành khách có thể sống ở ngoại thành cách trung tâm hàng trăm km và chỉ mất vài phút để tới chỗ làm thay vì vài tiếng lái xe trên cao tốc. 

Với lợi thế rõ ràng của Hyperloop mà không phương tiện nào trên trái đất hiện nay có được, việc xây dựng hệ thống giao thông này trong tương lai sẽ là điều hiển nhiên. Vấn đề bây giờ cần tính là bài toán kinh tế, làm thế nào để thu lợi nhuận, khi chi phí xây dựng ban đầu quá cao.