Ấn tượng của nghệ sĩ về một viên nang Hyperloop: Máy nén hướng trục ở phía trước, khoang hành khách ở giữa, khoang chứa pin ở phía sau và ván trượt không khí ở phía dưới Một bản phác thảo 3D của cơ sở hạ tầng Hyperloop. Các ống thép được hiển thị trong suốt trong hình ảnh này.

Sự phát triển trong đường sắt tốc độ cao trong lịch sử đã bị cản trở bởi những khó khăn trong việc quản lý ma sát và sức cản không khí, cả hai đều trở nên đáng kể khi xe đạt tốc độ cao. Các vactrain khái niệm lý thuyết loại bỏ những trở ngại này bằng cách sử dụng từ tính levitating xe lửa trong sơ tán (không có không khí) hoặc ống sơ tán một phần, cho phép tốc độ hàng ngàn dặm mỗi giờ. Tuy nhiên, chi phí cao của maglev và khó khăn trong việc duy trì chân không trên một khoảng cách lớn đã khiến loại hệ thống này không bao giờ được chế tạo. Hyperloop tương tự như một hệ thống vactrain nhưng hoạt động ở mức xấp xỉ 1 miliba (100 Pa) của áp lực.[30]

Khái niệm thiết kế ban đầu

The Hyperloop concept operates by sending specially designed "capsules" or "pods" through a steel tube maintained at a partial vacuum. In Musk's original concept, each capsule floats on a 0,5–1,3 mm (0,02–0,05 in)[Chuyển đổi: Số không hợp lệ] layer of air provided under pressure to air-caster "skis", similar to how pucks are levitated above an air hockey table, while still allowing faster speeds than wheels can sustain. Hyperloop One's technology uses passive maglev for the same purpose. Linear induction motors located along the tube would accelerate and decelerate the capsule to the appropriate speed for each section of the tube route. With rolling resistance eliminated and air resistance greatly reduced, the capsules can glide for the bulk of the journey. In Musk's original Hyperloop concept, an electrically driven inlet fan and axial compressor would be placed at the nose of the capsule to "actively transfer high-pressure air from the front to the rear of the vessel", resolving the problem of air pressure building in front of the vehicle, slowing it down.[1] A fraction of the air is shunted to the skis for additional pressure, augmenting that gain passively from lift due to their shape. Hyperloop One's system does away with the compressor.

In the alpha-level concept, passenger-only pods are to be 2,23 m (7 ft 4 in)[Chuyển đổi: Số không hợp lệ] in diameter[1] and projected to reach a top speed of 760 mph (1.220 km/h) to maintain aerodynamic efficiency. (Section 4.4) The design proposes passengers experience a maximum inertial acceleration of 0.5 g, about 2 or 3 times that of a commercial airliner on takeoff and landing.

Các tuyến đường dự kiến

Một số tuyến đường đã được đề xuất cho các hệ thống Hyperloop đáp ứng các điều kiện khoảng cách gần đúng mà Hyperloop được đưa ra giả thuyết để cung cấp thời gian vận chuyển được cải thiện. Đề xuất lộ trình bao gồm từ đầu cơ được mô tả trong bản phát hành của công ty đến các trường hợp kinh doanh đến các thỏa thuận đã ký.

Hoa KỳTuyến đường được đề xuất trong tài liệu thiết kế cấp độ alpha 2013 là từ Khu vực Greater Los Angeles đến Khu vực Vịnh San Francisco. Hệ thống khái niệm đó sẽ bắt đầu xung quanh Sylmar, ngay phía nam đèo Tejon, theo Xa lộ Liên tiểu bang 5 về phía bắc và đến gần Hayward ở phía đông của Vịnh San Francisco. Một số chi nhánh được đề xuất cũng được thể hiện trong tài liệu thiết kế, bao gồm Sacramento, Anaheim, San Diego và Las Vegas.[1]Không có công việc nào được thực hiện trên tuyến đường được đề xuất trong thiết kế alpha của Musk; một lý do được trích dẫn là nó sẽ chấm dứt ở rìa của hai khu vực đô thị lớn (Los Angeles và San Francisco), dẫn đến tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng, nhưng yêu cầu hành khách đi và đến Downtown Los Angeles và San Francisco, và bất kỳ cộng đồng khác ngoài Sylmar và Hayward, để chuyển sang chế độ vận chuyển khác để đến đích cuối cùng của họ. Điều này sẽ kéo dài đáng kể tổng thời gian di chuyển đến những điểm đến đó.[31]Một vấn đề tương tự đã ảnh hưởng đến du lịch hàng không ngày nay, trong đó trên các tuyến ngắn (như LAX-SFO), thời gian bay chỉ là một phần khá nhỏ trong thời gian di chuyển từ cửa đến cửa. Các nhà phê bình đã lập luận rằng điều này sẽ giảm đáng kể chi phí và / hoặc tiết kiệm thời gian đề xuất của Hyperloop so với dự án Đường sắt cao tốc California sẽ phục vụ các nhà ga trung tâm ở cả San Francisco và Los Angeles.[32][33][34] Hành khách đi từ trung tâm tài chính đến trung tâm tài chính được ước tính sẽ tiết kiệm khoảng hai giờ bằng cách lấy Hyperloop thay vì lái toàn bộ quãng đường.[35]Những người khác đặt câu hỏi về dự báo chi phí cho tuyến đường California được đề xuất. Một số kỹ sư giao thông lập luận vào năm 2013 rằng họ thấy các ước tính chi phí thiết kế cấp độ alpha thấp một cách phi thực tế với quy mô xây dựng và phụ thuộc vào công nghệ chưa được chứng minh. Tính khả thi về công nghệ và kinh tế của ý tưởng này chưa được chứng minh và là một chủ đề tranh luận quan trọng.[4][5][6][31]Vào tháng 11 năm 2017, Untilo đã công bố kế hoạch cho một hệ thống vận chuyển ô tô maglev từ Aurora, Colorado đến Sân bay Quốc tế Denver, chặng đầu tiên của một hệ thống từ trung tâm thành phố Denver.[36] Hợp đồng của nó mô tả việc hoàn thành chặng đầu tiên vào năm 2021. Vào tháng 2 năm 2018, Hyperloop Transport Technologies đã công bố một kế hoạch tương tự cho một tuyến kết nối giữa Chicago và Cleveland và một tuyến kết nối giữa Washington và Thành phố New York.[37]Năm 2018, Liên minh Hyperloop Missouri được thành lập giữa Virgin Hyperloop One, Đại học Missouri và công ty kỹ thuật Black & Veatch để nghiên cứu một tuyến đường được đề xuất nối St. Louis, Columbia và Kansas City.[38][39]On ngày 19 tháng 12 năm 2018, Elon Musk unveiled a 3 kilômét (1,9 dặm) tunnel below Los Angeles. In the presentation, a Tesla Model X drove on the predefined track. According to Musk the costs for the system are 10 million đô la Mỹ.[40]Ấn ĐộHyperloop Transport Technologies đang trong quá trình ký kết một Thư dự định với Chính phủ Ấn Độ cho một tuyến đường được đề xuất giữa Chennai và Bengaluru. Nếu mọi thứ đi theo kế hoạch, khoảng cách 345   km có thể được bảo hiểm trong 30 phút.[41] HTT cũng đã ký một thỏa thuận với chính phủ Andhra Pradesh để xây dựng dự án Hyperloop đầu tiên của Ấn Độ nối Amaravathi với Vijayawada trong một chuyến đi kéo dài 6 phút.Vào ngày 22 tháng 2 năm 2018, Hyperloop One đã tham gia MOU (Bản ghi nhớ) với Chính phủ Maharashtra để xây dựng một hệ thống giao thông hyperloop giữa Mumbai và Pune, giúp cắt giảm thời gian di chuyển từ 180 phút hiện tại xuống chỉ còn 20 phút.[42][43]DGWHyperloop của Dinclix GroundWorks có trụ sở tại Indore ủng hộ hành lang Hyperloop giữa Mumbai và Delhi, qua Indore, Kota và Jaipur.[44]Ở nơi khácNhiều tuyến Hyperloop đang hoạt động hiện đang được lên kế hoạch nằm ngoài Hyperloop One của Hoa Kỳ đã xuất bản trường hợp kinh doanh chi tiết đầu tiên trên thế giới trong 500 kilômét (310 dặm) tuyến giữa Helsinki và Stockholm, tuyến đường hầm dưới biển Baltic để kết nối hai thủ đô trong vòng dưới 30 phút.[45] Hyperloop One cũng đang được tiến hành tốt trong một nghiên cứu khả thi với DP World để di chuyển các container từ Cảng Jebel Ali ở Dubai.[46] Hyperloop One vào ngày 8 tháng 11 năm 2016, đã công bố một nghiên cứu khả thi mới với Cơ quan Giao thông và Đường bộ của Dubai cho các tuyến hành khách và vận chuyển hàng hóa nối Dubai với Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất. Hyperloop One cũng đang làm việc trên các tuyến hành khách ở Moscow [47][48] và một Hyperloop chở hàng để kết nối Hunchun ở phía đông bắc Trung Quốc với Cảng Zarubino, gần Vladivostok và biên giới Bắc Triều Tiên ở Viễn Đông của Nga.[49] Vào tháng 5 năm 2016, Hyperloop One đã khởi động Thử thách toàn cầu của họ với lời kêu gọi đề xuất toàn diện về các mạng hyperloop trên toàn thế giới.[50] Vào tháng 9 năm 2017, Hyperloop One đã chọn 10 tuyến trong số 35 đề xuất mạnh nhất: Toronto - Montreal, Cheyenne - Denver - Pueblo, Miami - Orlando, Dallas - Laredo - Houston, Chicago - Columbus - Pittsburgh, Mexico City - Guadalajara, Edinburgh - London, Glasgow - Liverpool, Bengaluru - Chennai và Mumbai - Chennai.[51][52]Những người khác đã đưa ra các tuyến châu Âu, bao gồm một tuyến từ Paris đến Amsterdam do Delft Hyperloop đề xuất.[53][54] Một nhóm Đại học Công nghệ Warsaw đang đánh giá các tuyến đường tiềm năng từ Cracow đến Gdańsk trên khắp Ba Lan do Hyper Ba Lan đề xuất.[55]TransPod đang khám phá khả năng các tuyến Hyperloop sẽ kết nối Toronto và Montreal,[56][57] Toronto đến Windsor,[58] và Calgary đến Edmonton.[59] Toronto và Montreal, các thành phố lớn nhất ở Canada, hiện được kết nối bởi Ontario Highway 401, đường cao tốc nhộn nhịp nhất ở Bắc Mỹ.[60] Trong tháng 3 năm 2019, Giao thông vận tải Canada ủy nghiên cứu của Hyperloop, vì vậy nó có thể được “thông tin tốt hơn về kỹ thuật, hoạt động, kinh tế, an toàn, và các khía cạnh pháp lý của Hyperloop và hiểu các yêu cầu xây dựng của nó và tính khả thi thương mại.” [61]Hyperloop Transport Technologies (HTT) được cho là đã ký một thỏa thuận với chính phủ Slovakia vào tháng 3 năm 2016 để thực hiện các nghiên cứu về tác động, với các liên kết tiềm năng giữa Bratislava, Vienna và Budapest, nhưng không có sự phát triển nào kể từ đó.[62] Vào tháng 1 năm 2017, HTT đã ký một thỏa thuận để khám phá tuyến đường Bratislava - Brno - Prague ở Trung Âu.[63]Năm 2017, SINTEF, tổ chức nghiên cứu độc lập lớn nhất ở Scandinavia, tuyên bố họ đang xem xét xây dựng phòng thí nghiệm thử nghiệm cho Hyperloop ở Na Uy.[64]Một thỏa thuận đã được ký kết vào tháng 6 năm 2017 để hợp tác phát triển một dòng hyperloop giữa Seoul và Busan ở Hàn Quốc.[65][66]

Tiến hóa thiết kế nguồn mở

Vào tháng 9 năm 2013, Ansys Corporation đã thực hiện các mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán để mô hình hóa khí động học của viên nang và lực cắt ứng suất mà viên nang sẽ phải chịu. Mô phỏng cho thấy thiết kế viên nang sẽ cần được định hình lại đáng kể để tránh tạo ra luồng khí siêu âm, và khoảng cách giữa thành ống và viên nang sẽ cần phải lớn hơn. Nhân viên của Ansys, Sandeep Sovani, cho biết mô phỏng cho thấy Hyperloop có những thách thức nhưng ông tin chắc rằng điều đó là khả thi.[67][68]

Vào tháng 10 năm 2013, nhóm phát triển của khung phần mềm OpenMDAO đã phát hành một mô hình nguồn mở khái niệm chưa hoàn thành về các bộ phận của hệ thống động lực của Hyperloop. Nhóm nghiên cứu đã khẳng định rằng mô hình đã chứng minh tính khả thi của khái niệm này, mặc dù ống sẽ cần phải là 4 mét (13 ft) đường kính,[69] lớn hơn đáng kể so với dự kiến ban đầu. Tuy nhiên, mô hình của nhóm không phải là mô hình hoạt động thực sự của hệ thống động lực, vì nó không tính đến một loạt các yếu tố công nghệ cần thiết để chế tạo Hyperloop dựa trên khái niệm của Musk và đặc biệt không có ước tính đáng kể về trọng lượng thành phần.[70]

Vào tháng 11 năm 2013, MathWorks đã phân tích tuyến đường được đề xuất và kết luận rằng tuyến đường này chủ yếu khả thi. Phân tích tập trung vào khả năng tăng tốc của hành khách và độ lệch cần thiết so với đường công cộng để giữ cho gia tốc hợp lý; nó đã nhấn mạnh rằng việc duy trì một quỹ đạo dọc theo I-580 ở phía đông San Francisco với tốc độ theo kế hoạch là không thể nếu không có sự sai lệch đáng kể vào các khu vực đông dân cư.[71]

Vào tháng 1 năm 2015, một bài báo dựa trên mô hình nguồn mở của NASA OpenMDAO đã nhắc lại sự cần thiết của một ống có đường kính lớn hơn và tốc độ hành trình giảm xuống gần Mach 0,85. Nó khuyến nghị loại bỏ các bộ trao đổi nhiệt trên tàu dựa trên các mô hình nhiệt về sự tương tác giữa chu kỳ máy nén, ống và môi trường xung quanh. Chu trình nén sẽ chỉ đóng góp 5% nhiệt được thêm vào ống, với 95% nhiệt được quy cho bức xạ và đối lưu vào ống. Hình phạt về trọng lượng và thể tích của các bộ trao đổi nhiệt trên tàu sẽ không có giá trị lợi ích nhỏ, và bất kể nhiệt độ ở trạng thái ổn định trong ống sẽ chỉ đạt 30–40 °F (17–22 °C) trên nhiệt độ môi trường.[72]

Theo Musk, các khía cạnh khác nhau của Hyperloop có các ứng dụng công nghệ cho các lợi ích khác của Musk, bao gồm vận chuyển bề mặt trên Sao Hỏa và động cơ phản lực điện.[73][74]

Các nhà nghiên cứu liên kết với bộ phận Hàng không và Du hành vũ trụ của MIT đã công bố nghiên cứu vào tháng 6 năm 2017 đã xác minh thách thức của thiết kế khí động học gần giới hạn Kantrowitz đã được lý thuyết hóa trong khái niệm thiết kế SpaceX Alpha ban đầu được phát hành năm 2013.

Vào năm 2017, Tiến sĩ Richard Geddes và những người khác đã thành lập Đối tác nghiên cứu nâng cao Hyperloop để hoạt động như một cơ sở thanh toán bù trừ các báo cáo và dữ liệu về miền công cộng của Hyperloop.[75]

Sao Hỏa

Theo Musk, Hyperloop sẽ hữu ích trên Sao Hỏa vì không cần ống vì bầu khí quyển của Sao Hỏa có mật độ khoảng 1% của Trái đất ở mực nước biển.[11][76][77][78] Để khái niệm Hyperloop hoạt động trên Trái đất, cần có ống áp suất thấp để giảm sức cản không khí. Tuy nhiên, nếu chúng được chế tạo trên Sao Hỏa, sức cản không khí thấp hơn sẽ cho phép Hyperloop được tạo ra mà không có ống, chỉ có một đường ray.[79]