Hyperloop thay đổi hoàn toàn cách chúng ta di chuyển (Phần 1)

 Những ngày gần đây, với việc các startup về Hyperloop bắt đầu nổi lên với hứa hẹn cách mạng toàn bộ lĩnh vực vận tải đương thời, hẳn nhiều người vẫn còn bỡ ngỡ về công nghệ mới này. Vậy Hyperloop chính xác là thứ gì?

 Bên trong đường ống áp suất thấp, các phương tiện chở người và hàng hóa có thể phóng đi nhờ đệm không khí tạo ra bởi máy nén khí giúp giảm ma sát đến mức tối đa. Năng lượng để đẩy con tàu cũng dựa vào cảm ứng điện từ. Những yếu tố này giúp tàu có thể di chuyển với vận tốc gấp đôi máy bay chở khách thông thường, không bao giờ gặp tai nạn, tiết giảm đáng kể chi phí năng lượng, hoạt động 24/24 bất chấp mọi điều kiện thời tiết.

Những phác thảo ban đầu về bản Hyperloop được công bố vào tháng 8/2013. Dự án đầu tiên là tuyến đường từ khu vực Los Angeles đến vịnh San Francisco (Mỹ).

Phân tích cho rằng một con đường như vậy có thể giúp hành trình giảm xuống còn 35 phút. Tổng chiều dài quãng đường 560 km, như vậy hành khách sẽ phóng đi với vận tốc trung bình 970 km/h. Tốc độ tối đa Hyperloop có thể đạt được khoảng 1.200 km/h.

Dự toán sơ bộ cũng cho thấy tuyến đường này sẽ tốn khoảng 6 tỷ USD nếu chỉ dùng chở khách, và 7,5 tỷ USD nếu thêm phiên bản ống đường kính lớn để chở xe hơi và hành khách.

Khi Musk thể hiện ý tưởng của mình qua tài liệu dày 57 trang vào tháng 8/2013, đã có rất nhiều ý kiến trái chiều được đưa ra; nhiều người vẫn còn hoài nghi về công nghệ nghe quá “thần thánh” này.

Quá trình phát triển

Ý tưởng về đoàn tàu đi qua ống thực ra đã xuất hiện cách nay hơn 1 thế kỷ. Elon Musk dựa trên ý tưởng này và sửa đổi một vài yếu tố kỹ thuật để dự án 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.

Hyperloop cũng 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. Đây là thiết kế mã nguồn mở và bất cứ ai cũng có thể sử dụng hay sửa đổi thêm. Kể từ đó đã có không ít nhóm khởi nghiệp dựa vào thiết kế này để bắt tay vào thực hiện những công trình của riêng mình.

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 thành vật cản 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 đệm từ (Maglev – magnetic levitation) vẫn chưa được xây dựng rộng rãi.

Hyperloop có nhiều điểm tương đồng với hệ thống vactrain nhưng hoạt động ở áp lực khoảng 100 Pa.

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).