Гонки по петле
2023 год. Джону Смиту, жителю Лос-Анджелеса, нужно посетить по делам Сан-Франциско. Он приезжает на вокзал, платит $20 за билет, садится в уютное кресло, за ним закрывается герметичная дверь транспортной капсулы — и через полчаса Джон Смит прибывает в место назначения. В разы быстрее, чем на обычном самолете. Это не пересказ фантастического рассказа, а описание новой системы транспорта, идею которой предложил миллиардер-изобретатель Элон Маск. Называется она Hyperloop, гиперскоростная петля.
Пятый вид транспорта
В современной цивилизации существует четыре основных вида транспорта: автомобильный, водный, железнодорожный и воздушный. И если бы кто-то заявил, что придумал пятый, доселе неизвестный вид, то реакция общества на подобное заявление была бы, мягко говоря, скептической.
Но в случае с Hyperloop вышло иначе: когда Элон Маск опубликовал 58-страничное изложение своей концепции, ей уделили особое внимание практически все серьезные мировые СМИ, и не нашлось ни одного, кто счел бы ее эксцентричной фантазией.
Причина в том, что за Маском — самый богатый на планете послужной список проектов, которые изначально считались нереалистичными и неосуществимыми, и которые он успешно воплотил в жизнь.
Так, его компания SpaceX меньше чем за десять лет построила ракету-носитель и корабль, которые уже совершили два первых в истории частных полета к Международной космической станции (подробнее — см. "Космический миллиардер", "ВД" №12(344), 2012 г.).
Автомобильная компания Tesla Motors стала первым с 1920-х гг. автопроизводителем, добившимся прибыльности, а выпускаемый ею электромобиль модель S, собрав менее чем за год с начала продаж все высшие оценки от ведущих американских изданий, буквально на днях был признан еще и самой безопасной машиной в США. Так, во время краш-тестов пресс, проверяющий прочность кузова при переворачивании, вместо того чтобы смять машину, сломался сам.
Поэтому когда примерно год назад Маск впервые намекнул, что разрабатывает революционную систему транспорта, все начали ждать обещанной презентации, а тем временем гадать, что же это может быть. И, в общем-то, угадали, предположив, что речь идет о сверхскоростном поезде, который движется в замкнутой трубе.
Сама идея не нова: можно при желании вспомнить десятки произведений — от футурологических предсказаний столетней давности до мультфильма "Футурама", где присутствует подобный вид транспорта. Но концепция Маска имеет ряд особенностей, которые превращают фантастический прожект в реалистичный инженерный проект.
(Кликните, чтобы увеличить)
Быстрее, дешевле, безопаснее
Главная причина, по которой даже самые невероятные задумки Маска становились реальностью, состоит в том, что он подходит к формулировке целей своих проектов как бизнесмен, а к их воплощению — как физик и технарь. В концепции Hyperloop этот подход проявился особенно четко.
Итак, зачем нужен сверхскоростной поезд в Калифорнии? Ну хотя бы потому, что такой вид транспортного сообщения уже собираются строить — но без всяких труб, обычный скоростной железнодорожный экспресс.
Правда, этот скоростной поезд, ввод которого в эксплуатацию запланирован аж на 2029 год, будет одним из самых медленных в мире (скорость — 320 км/ч) и при этом самым дорогим (стоимость всего проекта оценивают в астрономические $68 млрд).
Отталкиваясь от этих, крайне неудачных, по его мнению, параметров, Маск сформулировал бизнес-концепцию своего транспортного решения — оно должно быть в разы быстрее, в разы дешевле, и не просто создавать альтернативу автомобильной поездке или авиаперелету по тому же маршруту, а быть намного лучше с потребительской точки зрения.
Кроме того, не зависеть от погоды, не бояться частых в Калифорнии землетрясений, а его сооружение не должно сопровождаться существенным вмешательством в окружающую среду.
С инженерной точки зрения Hyperloop — это сдвоенная и замкнутая петлей стальная труба диаметром 2,23 м, с толщиной стенок порядка 20 мм, и длиной около 600 км. Никаких супертехнологий: современная промышленность производит подобные трубы в огромных количествах.
Трубы установлены на пилонах, размещенных в 30 метрах друг от друга и оборудованных специальной подвеской, компенсирующей возможные деформации и колебания, в том числе и вызванные землетрясением. Размещать их предполагается вдоль уже существующего шоссе, тем самым сокращая затраты на приобретение земли.
Стыки трубы заварены герметично, и из нее откачан воздух. Но не до уровня глубокого вакуума: давление внутри трубы составит 100 паскалей, что примерно соответствует атмосферному давлению на высоте 46 км. Опять же, все реалистично: современные промышленные компрессоры способны обеспечить такое разрежение без проблем.
Внутри трубы движется капсула, рассчитанная на 28 пассажиров. Благодаря тому, что давление воздуха в трубе незначительно, ее можно разогнать до впечатляющих 1220 км/час, при этом средняя скорость на маршруте будет немного меньше 1000 км/час.
Предполагается, что капсулы будут отправляться в путь каждые две минуты, при этом расстояние между ними в трубе будет около 40 км — тем самым уменьшается риск столкновения. Общее время в пути — примерно 35 минут.
Элон Маск подсчитал, что стоимость всего проекта в пассажирской версии не превышает $6 млрд, а если добавить к капсуле еще и отсек для перевозки автомобилей, то цена увеличится на полтора миллиарда.
В любом случае, это в десять раз дешевле проекта скоростного калифорнийского поезда. При загрузке в 840 пассажиров в час и периоде окупаемости в 20 лет стоимость билета в один конец составит $20.
(Кликните, чтобы увеличить)
Опора на воздух
Самое оригинальное решение в проекте Hyperloop — это принцип разгона капсул в трубе. Как правило, для скоростных поездов применяются либо традиционные рельсы, либо так называемая магнитная левитация — "полет" поезда на высоте нескольких сантиметров с опорой на электромагнитное поле. Первый вариант не подходит для околозвуковых скоростей, второй — слишком дорог и ненадежен.
Маск предложил третий вариант, который не просто решает задачу "подвески" поезда, но и устраняет самую серьезную проблему — сопротивление воздуха в замкнутой трубе. Действительно, движение капсулы подобно движению поршня в шприце — сжимаемая "колонна" воздуха будет замедлять движение, а заодно и нагревать ее до очень высоких температур.
В проекте Hyperloop предложено элегантное инженерное решение этой проблемы: в носу капсулы установлен компрессор, который откачивает "избыточный" воздух перед ней и "отбрасывает" назад. А часть этого сжатого воздуха направляется в систему специальных форсунок в днище капсулы — они отталкивают ее от дна и стенок трубы, создавая тонкую воздушную прослойку.
Примерно по такому принципу работает настольная игра "воздушный хоккей", только там форсунки встроены в "поле", а тут — в "шайбу". Трение при таком способе подвески минимально, а сама система в определенной степени является саморегулируемой: если поезд поднялся выше, чем надо, "опора" воздуха снизится, и он опустится до прежнего уровня.
Второе принципиальное отличие Hyperloop — дублированное энергообеспечение привода. Сам поезд разгоняется за счет магнитного поля. Энергия для этого подается извне (предполагается, что ее обеспечат солнечные батареи, размещенные на поверхности трубы).
А вот компрессор капсулы работает от автономной бортовой батареи. То есть, даже если внешнее питание отключится (из-за того же землетрясения, к примеру), капсулы не "упадут", а будут дальше скользить к месту назначения на собственной батарейной тяге.
В целом, вопросы безопасности в Hyperloop продуманы очень детально. К примеру, что будет, если труба потеряет герметичность? Микротрещины — не проблема, "избыточный" воздух откачают компрессоры, и на работу системы это не повлияет.
А в случае масштабной разгерметизации движение капсул просто остановится — да, с неприятными для пассажиров перегрузками, но без фатальных последствий: "слететь под откос" в трубе невозможно.
Наверное, самая неприятная ситуация для Hyperloop — кому-то из пассажиров стало плохо, а вокруг — стальная труба. Что делать? А ничего — просто ждать прибытия либо на конечную станцию, либо на одну из промежуточных. В любом случае на это уйдет в разы меньше времени, чем требуется для того, чтобы в подобной ситуации возвращать на аэродром пассажирский лайнер.
При всей экзотичности "гиперскоростной петли" практически никто не сомневается в том, что ее можно построить. Другой вопрос — а кто именно возьмется за воплощение этой задачи? Сам Маск не считает Hyperloop первоочередным для себя проектом, есть дела и поважнее, к примеру, частные космические полеты на Марс или "отправка на пенсию" традиционного бензинового транспорта.
Но он подтвердил, что как минимум готов построить испытательный прототип своей системы. Впрочем, проект не защищен копирайтом и предоставлен в свободное распоряжение всех желающих: улучшайте, дополняйте, стройте.
(Кликните, чтобы увеличить)
Космический "кузнечик"
Возможно, кому-то проект Hyperloop покажется слишком фантастическим. Но на самом деле Элон Маск успешно воплощает в жизнь идеи, по сравнению с которыми скоростной поезд в вакуумной трубе кажется тривиальным.
Самый яркий пример — проект ракетной системы Grasshopрer ("кузнечик"). При космических пусках отработавшие ступени ракет-носителей падают на землю и разбиваются. Это — одна из главных причин дороговизны доставки грузов на орбиту.
Идея Маска состоит в том, чтобы ступени после отделения совершали управляемую посадку на реактивной тяге. Экономия при этом составит порядка 90%.
Для этой цели компания Маска SpaceX, которая уже доставляет грузы на орбиту, построила испытательную ракету высотой с 9-этажный дом — и в настоящее время "учит" ее взлетать на все большую высоту, а затем приземляться. Во время последних испытаний "кузнечик" не просто поднялся на 250 метров, но еще и совершил маневр на 100 метров в сторону.
