Auf dem Papier ist der Hyperloop ein Wunderwerk der Technik, das verspricht, Überschallreisen in den Untergrund zu bringen. Das System soll Menschen mit Geschwindigkeiten um die Welt befördern, die sich der Schallgeschwindigkeit nähern und diese schließlich überschreiten. Die Idee ist, Menschen in einem Raum zu befördernVakuumröhre mit Überschallgeschwindigkeit. Obwohl sie auf dem Papier großartig aussieht, wird in der realen Welt ein Hyperloop in Originalgröße möglicherweise erst in den kommenden Jahren realisiert.
[Bildquelle : Hyperloop ]
Derzeit gibt es viele Probleme, die den Hyperloop plagen - die Frage zu stellen, ist es praktisch?
Vorversuche im kleinen Maßstab zeigen, dass der Hyperloop durchaus machbar ist und darüber hinaus außerordentlich gut funktioniert. Die Konstruktion eines perfekten Rohrs mit einer Länge von Hunderten von Kilometern, das ein nahezu perfektes Vakuum aufrechterhalten kann, wird zweifellos eine der größten technischen Herausforderungen im 21. Jahrhundert seinJahrhundert.
Vakuumzüge: Wie sie funktionieren
Der Hyperloop ist ein theoretisches Transportsystem, das derzeit von Elon Musk Prototypen verschiedener Unternehmen getestet wird, vielleicht am bekanntesten.
Die Idee ist, den Druck in einem Rohr zu reduzieren und dann eine Art Zug innerhalb des Systems zu platzieren. Das Reduzieren des Drucks bietet einige Vorteile: Erstens wird der Luftwiderstand entfernt und zweitens kann der Druckgradient zum Antreiben verwendet werdendie Züge mit großer Geschwindigkeit.
Durch die Wiedereinführung des atmosphärischen Drucks hinter der Kapsel wird die Luft gezwungen, den Zug durch das Rohr zu treiben, während Luft zurückströmt, um den Druckgradienten auszugleichen. Die Methode reicht aus, um die Kapsel mit Geschwindigkeiten anzutreiben, die denen des Schalls nahe kommen. Elon Musk stellt sich jedoch voreine Variante der Idee, bei der ein spezielles Turbinentriebwerk die Kapsel die Strecke hinunter treibt.
Obwohl viele Leute die Erfindung des Vakuumzuges Musk zuschreiben, existiert die Idee seit fast 100 Jahre . Vakuumzüge in größerem Maßstab wurden jedoch nie gebaut - und das aus gutem Grund. Die Züge sind unerschwinglich teuer und es gibt unvermeidbare Gefahren, die durch die extremen Umgebungen entstehen, die für die Entwicklung eines funktionierenden Systems erforderlich sind.
Wichtige Dinge zu beachten
Das vorgeschlagene System des Hyperloop arbeitet technisch nicht unter einem perfekten Vakuum. Alpha-Dokumente offenbaren, dass es bei einem Druck von ungefähr bleibt 100 Pascal - entspricht etwa 1/1000 einer Atmosphäre 1/1000 des Drucks, der durch das Gewicht der Atmosphäre auf etwa Meereshöhe entsteht.
Bei diesen Drücken ist der Unterschied zwischen einem perfekten Vakuum und den vorgeschlagenen Drücken, bei denen der Hyperloop arbeitet, jedoch praktisch vernachlässigbar.
Vergleichsweise fliegen große Flugzeuge in Höhen mit mehr als 200 Mal mehr Luft als die vorgeschlagenen Hyperloop-Kapseln durchfliegen. Verkehrsflugzeuge fliegen in einer Höhe von etwa 10 km nach oben, während das Hyperloop-Rohr das gleiche Innendruckniveau haben würde, das erlebt wird 50 km oben in der Atmosphäre - im Wesentlichen raumnahe Bedingungen.
Eine Boeing 747 arbeitet in einer Höhe von etwa 10 km und erfährt 200-mal mehr Druck als der Innendruck des Hyperloop. Der Hyperloop arbeitet mit ungefähr 100 Pa oder ungefähr 1 MB Millibar. Vom Ursprung auf der Karte aus arbeitet der Hyperloop mit nur einer Einheit MB nach rechts - ein äquivalenter Druck, der in einer Höhe von 50 km auftritt- Annäherung an die Äquivalenz des Raumes selbst. [Bildquelle : Manash Kundu ]
Der auf die Innenseite des Rohrs ausgeübte Druck bleibt ungefähr 0,015 Psi 0,000977 einer Atmosphäre - während sich der atmosphärische Druck an der Außenseite des Rohrs nähert 15 Psi fast eine Atmosphäre. Daher kann davon ausgegangen werden, dass der Hyperloop in jeder Hinsicht mit einem nahezu perfekten Vakuum arbeitet.
Jetzt glauben Musk und andere Unternehmen, dass die Technologie bereit ist, das Gewicht der gesamten Atmosphäre über Hunderte von Kilometern zu tragen.
Die Probleme bleiben jedoch bestehen. Es ist keine unmögliche Aufgabe, obwohl es mit den derzeitigen Technologien wahrscheinlich nicht möglich sein wird, noch viele Jahre lang einen Vakuumzug in Originalgröße zu entwickeln - hier ist der Grund.
Die Probleme, die den Hyperloop plagen
Der Bau eines Rohrs mit einer Länge von Hunderten von Kilometern wäre an sich schon ein Wunder der Technik. Die Einführung eines Rohrs mit einer Länge von Hunderten von Kilometern, das bei einem nahezu perfekten Vakuum arbeitet und die Kraft einer Kapsel mit einem Gewicht von Tausenden von Kilogramm auf Hunderten von Kilometern unterstützen kannKilometer pro Stunde sind nichts weniger als Science-Fiction-Fantasie.
Experimente im kleinen Maßstab zeigen, dass die Grundlagen der Idee solide sind. Obwohl es in der realen Welt zu viele Faktoren gibt, die bei einem Design im kleinen Maßstab nicht berücksichtigt werden können.
In der realen Welt gibt es Zehntausende Kilogramm atmosphärischen Drucks, der jede Vakuumkammer zu zerdrücken droht. Es gibt auch das Problem der Wärmeausdehnung, die droht, große Strukturen ohne geeignete Wärmeausdehnungsfähigkeiten zu knicken. Der Hyperloop würde dies auch tununglaublich teuer sein. Es gibt viele unvermeidbare Probleme, mit denen der Hyperloop konfrontiert ist und die die strukturelle Integrität und jedes menschliche Leben an Bord gefährden. Die Probleme können angegangen werden, aber zu einem hohen Preis.
Nachfolgend sind die wichtigsten Probleme aufgeführt, mit denen sich Ingenieure noch befassen müssen, bevor ein vollwertiges Vakuumzugsystem ein menschliches Leben führen kann.
Druck
Kontinuierlich über den nahezu perfekten Vakuumröhren des vorgeschlagenen Hyperloops verweilen Tausende von Kilogramm Atmosphäre.
Bevor der Hyperloop in Betrieb genommen wird, müssen die Transportrohre, die sich über Hunderte von Kilometern in den USA erstrecken, die unterstützen. Gesamtgewicht der Atmosphäre darüber. Im Wesentlichen wird sich das Gewicht ungefähr ansammeln 10.000 kg pro Quadratmeter . Das heißt, für jeden Quadratmeter Rohr wird es vorbei sein 10.000 kg zerquetscht darauf.
Da der vorgeschlagene Hyperloop verlängert wird 600 km mit einem Durchmesser von ungefähr zwei Metern behält es eine Oberfläche von ungefähr bei vier Millionen Quadratmeter . Wenn ein Quadratmeter 10.000 kg Kraft ausgesetzt ist, muss der Hyperloop fast aushalten. 40 Milliarden Kilogramm Kraft über die gesamte Oberfläche.
Ein kleiner Kompromiss in der Struktur des Rohrs würde zu einer katastrophalen Implosion führen. Wenn das Rohr durchstoßen würde, würde Außenluft in das Rohr reißen und es zerreißen, wenn es heftig eindringt, um die Lücke zu füllen. Die Auswirkungen wären ähnlichzur unten gezeigten Vakuumimplosion des Eisenbahnkesselwagens - nur um ein Vielfaches gewalttätiger.
Spontane Dekompression
Wenn das Rohr aus irgendeinem Grund durchstoßen würde, würde Außenluft heftig in das Rohr eindringen, wenn versucht wird, den Druckgradienten auszugleichen.
Bei typischen Raumtemperaturen bewegen sich Luftmoleküle mit etwa 2000 km / h . In einem mit Luft gefüllten Raum springen die Moleküle in zufälligen Richtungen herum und treffen auf andere Moleküle, wenn sie sich bewegen. Als Individuen tragen die Partikel keine signifikante Menge von Impuls .
In der Hyperloop-Kammer gibt es jedoch nur wenige Moleküle, von denen die Luft abprallen kann. Die Atmosphäre würde die Luft im Inneren heftig zwingen, wo sich die Moleküle mit der Kraft fortbewegen würden, die einer entspricht. Elefant fast unterwegs 2000 km pro Stunde für jeder Quadratmeter . Bei einem Durchmesser von zwei Metern würde der Querschnitt des Rohrs ungefähr messen drei Quadratmeter . Sollte jemals ein Verstoß auftreten, würde die Luft mit der Kraft von in Überschallgeschwindigkeit strömen. 30.000 Kilogramm über den gesamten Querschnitt.
Die Luft würde weiterhin mit explosiver Kraft die Strecke hinunter rasen, bis sich der Druck ausgleicht oder bis sie gegen ein Objekt schlägt - höchstwahrscheinlich gegen die Zugkapseln.
gerade 3 PSI Pfund Druck pro Quadratzoll, Luft kann einen menschlichen Körper erheblich schädigen und möglicherweise zum Verlust von Menschenleben führen. At 5 PSI Gebäude würden einstürzen und Todesfälle würden weit verbreitet sein. Mit 10 PSI Stahlbetongebäude werden stark beschädigt oder kann vollständig zusammenbrechen. Von den meisten Menschen wird erwartet, dass sie sterben.
Im Fall des Hyperloops würde Luft um in die Röhre eintreten. 15 PSI ! entspricht einer Atmosphäre oder 10.000 kg pro Quadratmeter . Wenn es in eine Perforation eindringt, reißt der atmosphärische Druck das Rohr wie eine Blechdose auf. Alle Kapseln, die im Weg stehen, werden sofort zerkleinert. Die Ergebnisse wären mit ziemlicher Sicherheit tödlich.
Tödliche Kollisionen
Die Konstruktion einer Kapsel, die der Kraft während einer spontanen Dekompressionskatastrophe standhalten kann, wäre angesichts der Art des Designs immens schwierig. Die Kapsel muss stark genug sein, um den atmosphärischen Druck in der Kabine zu tragen, muss jedoch leicht genug sein, um nicht zu zerstörenoder gefährden Sie die Röhre, wenn sie die Strecke entlang fährt. Die Kapsel arbeitet mit 1/1000 einer Atmosphäre, was es ziemlich unwahrscheinlich macht, dass sie den Einfluss der eintreffenden Atmosphäre aufrechterhält. Implementieren von Sicherheitsmerkmalen, die der Kraft von standhalten können. 30.000 kg Druck mit Schallgeschwindigkeit zu bewegen wäre schwierig.
Eine Sache für die Kapsel ist natürlich die Kompressibilität der Luft. Vielleicht würde sich die Luft komprimieren und die anfängliche Explosion leicht dämpfen - obwohl es eher unwahrscheinlich ist, dass sie die auf sie einwirkende Zerstörungskraft verringert.
Unter der Annahme, dass eine Kapsel den anfänglichen Luftstoß irgendwie überleben könnte, würden noch weitere Probleme auftreten. Sobald die Luft auf eine Kapsel trifft, müsste sie beim Einströmen der Luft schnell die Strecke hinunter beschleunigen.
Die Luft würde die Kraft von aufrechterhalten 10.000 kg pro Quadratmeter oder 10.000 Newton pro Quadratmeter - All dies würde auf das Gesicht der Kapseln ausgeübt. Unter der Annahme, dass es nicht sofort in Stücke zerfällt, würden die Kapseln die Strecke hinunter beschleunigen, bis sie mit tödlicher Kraft ineinander schlagen.
Eine Kapsel wiegt ungefähr 2.800 kg nach dem Alpha-Dokumente . Angenommen, der Wagen ist voll mit Menschen beladen, würde er etwa 4.000 kg wiegen.
Wie bereits erwähnt, misst ein Querschnitt ungefähr drei Quadratmeter, was dazu führen würde, dass während der spontanen Dekompression fast 30.000 kg oder 30.000 Newton Kraft auf die Kapsel ausgeübt werden.
Mit einer einfachen Physik kann nun die Beschleunigung, die die Kapsel bei spontaner Dekompression erfahren würde, angenähert werden Kraft = Masse x Beschleunigung → A = F / M.
In Sekundenschnelle würde die Kapsel auf über 100 km / h beschleunigen.
Fast augenblicklich würde der Wagen bei beschleunigen 7,5 Meter pro Sekunde im Quadrat unter den besten Bedingungen. Wenn die Kapsel nicht vollständig geladen wäre, wäre die Beschleunigung noch dramatischer. Wenn sie fast leer wäre, wäre die Beschleunigung vorbei. 10 Meter pro Sekunde im Quadrat - schneller als im freien Fall ohne Luftwiderstand 9,8 m / s ^ 2.
In etwas weniger als vier Sekunden würde eine voll beladene Kapsel mit 14 Passagieren mit einem Gewicht von jeweils 100 kg Geschwindigkeiten ab erreichen. 100 km / h . Auf einer Strecke, die von vielen Kapseln gemeinsam genutzt wird, drohen im Falle einer spontanen Dekompression tödliche Kollisionen. Unter den besten Bedingungen wäre eine Dekompression verheerend.
Die Beschleunigung, die ein Objekt nach dem Dekomprimieren von einem Vakuum auf atmosphärischen Druck erfährt, ist erstaunlich.
Ein Professor an der Purdue University nutzte den Effekt der Dekompression einer Vakuumröhre, um einen Tischtennisball in ein tödliches Projektil zu verwandeln.
In dem Video zeigt Mark French, Professor für Maschinenbautechnologie an der Purdue University, eine luftbetriebene Panzerfaust, mit der Pin-Pong-Bälle geschossen werden können. schneller als ein F-16 Kampfjet .
Das Gerät entfernt die gesamte Luft in einer Vakuumkammer. Durch sofortiges erneutes Druckbeaufschlagen der Kammer wird die Kugel mit Überschallgeschwindigkeit ausgeworfen.
Das Video warnt klar und deutlich vor den Gefahren eines solchen Geräts, das tausendmal kleiner ist als der Hyperloop, der unter ähnlichen Umständen existiert. Obwohl der Ball einen hohen Luftwiderstandsbeiwert und eine Masse von 2,3 Gramm hat. Französisch sagt "Es gibt nicht genug Geld, das Sie mir geben könnten, um mich dazu zu bringen, vor diese Waffe zu treten."
Das Gerät ist eindeutig unglaublich gefährlich.
Dekomprimierung ist ein ernstes Problem
Die Auswirkungen des Vakuumpistolen-Experiments wären ähnlich wie bei einem spontanen Dekompressionsereignis im Hyperloop-System. Genau wie beim Tischtennisball würde der Zug schnell beschleunigen, wenn die Luft kontinuierlich einströmtKapsel würde auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen.
Dekompression ist ein schwerwiegendes Problem, das in einem Vakuumzugsystem tödlich sein könnte und wahrscheinlich tödlich sein würde. Bisher wurden keine Bremssysteme vorgeschlagen, um zu verhindern, dass sich die Kapseln aufgrund spontaner Dekompression versehentlich beschleunigen - mehr dazu weiter unten.
Dekompression würde nicht nur das System ruinieren, sondern wäre wahrscheinlich für alle tödlich, die zum Zeitpunkt des Unfalls das Pech hatten, in der Röhre zu fahren. Leider kann eine Vielzahl von Ereignissen eine Perforation in der Röhre verursachen.
Was kann zu Dekompression führen
Nahezu jeder kleine Defekt im Rohr kann zu einer katastrophalen Dekompression führen. Die Rohre befinden sich in solch extremen Umgebungen, dass selbst kleine Defekte dazu führen können, dass die Atmosphäre das Rohr wie eine Aluminiumdose zerquetschtabsolute Präzision und Perfektion, viele weitere Gefahren drohen den Hyperloop zu zerstören.
Das Antreiben der Hyperloop-Kapseln ist eine massive Turbine, von der Hyperloop behauptet, dass sie das Fahrzeug mit nahezu Überschallgeschwindigkeit die Strecke hinunter treibt.
Die Turbine funktioniert ähnlich wie ein normales Turbinentriebwerk in einem Flugzeug, nur das Triebwerk des Hyperloop dreht sich viel, viel schneller.
Verkehrsflugzeuge fliegen hoch in der Atmosphäre, um den Luftwiderstand zu verringern und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Triebwerke benötigen jedoch immer noch Sauerstoff, um eine Verbrennung zu erzeugen. Flugzeuge fliegen in einer bestimmten Höhe, um den Wirkungsgrad zu maximieren, jedoch auf einem Niveau mit genügend Sauerstoff, um genügend Schub aufrechtzuerhalten, um in der Luft zu bleiben.
Verkehrsflugzeuge verwenden Turbinentriebwerke, die mehr als drehen 3000 U / min . Bei diesen Drehzahlen trägt jede Turbinenschaufel die Zentrifugalkraft von 110 Tonnen entspricht dem Gewicht eines Full Size Lokomotive .
Enthält Turbinenschaufeln bei katastrophalem Ausfall
Natürlich sind Turbinentriebwerke so konstruiert, dass sie im Falle eines katastrophalen Ausfalls die Schaufeln im Triebwerk enthalten. Andernfalls würden die Schaufeln schnell zu gefährlichen Projektilen, die sich über tausend Kilometer pro Stunde bewegen. Die Schurkengeschosse könnten leichtdurch die dünne Aluminiumauskleidung eines Flugzeugs schneiden.
Nachfolgend finden Sie ein Beispiel dafür, was im Falle eines solchen Fehlers passiert 0:15 Sekunden in.
Der Motor kann die Projektilblätter enthalten. Flugzeuge haben jedoch mehr Fehlerfreiheit als ein Vakuumzug.
Im Video vibriert der Motor nach dem Ausfall dramatisch. In der Luft behält der Flügel eines Flugzeugs eine gewisse Flexibilität, die es dem Motor ermöglicht, weiter zu vibrieren, ohne das gesamte Flugzeug strukturell zu beeinträchtigen. Das Flugzeug kann auch mit Unterstützung in der Luft manövrierenMotoren zum Ausgleich bei Verlust eines Motors.
Alternativ würden die Vibrationen innerhalb einer Vakuumröhre die Röhre auseinander rasseln und einen katastrophalen und tödlichen Ausfall verursachen. Die intensiven Vibrationen würden wahrscheinlich die Röhren strukturell beeinträchtigen und entweder eine Implosion oder noch schlimmer eine spontane Dekompression verursachen. Der Zug hatNur wenige Zentimeter Manövrierfähigkeit, wodurch eine Kollision mit der Vakuumröhre praktisch unmittelbar bevorsteht. Leider ist dies nicht das einzige Problem bei den Turbinen.
Weniger Atmosphäre erfordert schnellere Turbinen
Wie bereits erwähnt, arbeiten Flugzeuge in einer Atmosphäre. 200 Mal dichter. Ein herkömmliches Turbinentriebwerk konnte nicht genügend Kompression in der Vakuumröhre erzeugen, um die Kapsel die Strecke hinunter zu treiben.
nach Phil Mason ein Chemiker und YouTuber, die einzige vorhersehbare Lösung, um fast genug Schub zu erzeugen, ist die Implementierung von a Turbomolekularpumpe .
Damit die Pumpen funktionieren können, müssen sie sich leider mit höheren Drehzahlen drehen. 20.000 Raten pro Minute . Die Geschwindigkeiten, mit denen sie arbeiten, sind fast 10 mal mehr als ein Turbinentriebwerk. Bei diesen Drehzahlen wären die erzeugten Kräfte zu hoch, anstatt ein Motorgehäuse zu bauen, das in der Lage ist, ein Schurkenturbinenblatt zu halten, das sich mit einer Zentrifugalkraft dreht, die einer 100-Tonnen-Lokomotive am Ende jedes Blattes entsprichtvon 1000 Tonnen pro Klinge .
Bis heute gibt es keine Turbomolekularpumpen, die groß genug sind, um einen Vollvakuumzug mit Überschallgeschwindigkeit anzutreiben. Dies hat jedoch gute GründeKraft von 10 Lokomotiven in voller Größe ist absurd.
Damit es funktioniert, benötigt der Hyperloop eine absolut perfekte Turbomolekularpumpe.
Jeder Ingenieur lernt früh in seiner Universitätskarriere, dass alle Komponenten sind mit einem gewissen Fehlergrad konstruiert. Obwohl es für manche schockierend erscheint, sind selbst die Hightech-Raketen der NASA mit einem gewissen Fehlergrad konstruiert. Dies ist der Grund, warum Teile ausfallen, was in Ordnung ist, solange dies in Ordnung istwie es in der Zeit gefangen ist.
Eine der größten Herausforderungen für Ingenieure sind Vibrationen. Vibrationen können Bolzen lösen, Mikrorisse verursachen oder einen katastrophalen Ausfall verursachen. Im Falle einer Turbomolekularpumpe, die sich dreht. Zehntausende U / min Selbst kleinste Ausfälle können zu einer Katastrophe führen.
Wenn der Motor zu vibrieren begann, zerfiel er schnell und verwandelte die Turbinenschaufeln in Miniprojektile.
Wenn sich die Spitze einer Klinge löst, kann das Hyperloop-Rohr leicht perforiert werden. Dann strömt die gesamte Luft ein, zerstört das System und tötet alles, was sich im Inneren befindet.
Die Multi-Tonnen-Kapseln, die Passagiere befördern sollen, stellen sich auch selbst als Verbindlichkeiten dar.
fast wiegen 3,00o kg pro Stück Das Hyperloop-Rohr müsste der konstanten Kraft und Vibration standhalten, wenn sich jede Kapsel mit einer Geschwindigkeit von Hunderten von Kilometern pro Stunde durch die Rohre bewegt. Die Kapseln würden die strukturelle Integrität der Rohre verschlechtern. Bei regelmäßiger Wartung und ordnungsgemäß funktionierenden Rohren würde dies der Fall seinDies wäre kein Problem. Wenn die Ingenieure jedoch keine fehlerhafte Röhre fangen würden und es wird Tausende von Röhren geben, könnte dies versagen und erneut zu einer spontanen Dekompression führen.
Zu viel Luft verursacht erhebliche Probleme
Um das Problem mit dem Druck zu sichern, kann der Hyperloop auch ausfallen, wenn eine Luftblase irgendwie in das System gelangt.
Wenn sich die Kapsel mit einer Turbine, die sich zehnmal schneller dreht, mit einer Geschwindigkeit von Hunderten von Kilometern pro Stunde bewegt, wirkt eine Lufttasche eher wie eine Wand. Wenn eine Kapsel auf eine Lufttasche trifft, würde der Druckunterschied eine solche Gewalt erzeugenAuswirkungen darauf, dass die Turbinenschaufeln sofort beschädigt werden. Selbst kleinste Fragmente könnten die Turbinenschaufeln schwer beschädigen und unermesslichen Schaden verursachen. Die Turbine würde aus dem Gleichgewicht geraten und sich dennoch mit astronomischen Geschwindigkeiten weiter drehen.
Schon eine kleine Variation der Turbinenschaufeln kann zu ausreichenden Vibrationen führen, die dazu führen können, dass sich der Motor selbst zerreißt und erneut Teile in das Rohr auswirft, was zu einer katastrophalen Dekompression führt.
Eine Lösung besteht natürlich darin, Entlüftungsöffnungen hinzuzufügen, die das Rohr erneut unter Druck setzen können, bevor es zu einem vollständigen Systemausfall führt. Es wären jedoch Tausende zusätzlicher Teile erforderlich, die das Ausfallrisiko exponentiell erhöhen.
Natürlich würden Ingenieure den Druck und andere Gefahren nach besten Kräften ausgleichen. Der Bau eines solchen Rohrs würde dicken Stahl erfordern. Stahl bringt jedoch seine eigenen Probleme mit sich.
In der Hitze der Sonne tritt dieses Problem in Form von Wärmeausdehnung .
Wärmeausdehnung
Stahl ist stark genug, um ein nahezu perfektes Vakuum aufrechtzuerhalten. ideale Bedingungen . Ein anderes Problem tritt jedoch aufgrund einer Eigenschaft von Stahl selbst auf.
Im Laufe des Jahres ändert sich die Temperatur in den meisten Teilen der Welt erheblich. Die Änderung der Wärme würde dazu führen, dass die Hyperloop-Röhre ihre Größe physisch ändert.
Die Wärmeausdehnung von Stahl ist eher gering. Es reicht jedoch aus, sie beim Bau von Brücken zu berücksichtigen, die sich regelmäßig ausdehnen und zusammenziehen. Ingenieure stellen vor Wärmekompensatoren die ein gewisses Maß an Ausdehnung ermöglichen und es der Brücke ermöglichen, sich auszudehnen und zu schrumpfen, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen.
Eine Wärmeausdehnungsfuge auf einer Brücke ermöglicht es der Brücke, sich auszudehnen und zusammenzuziehen. [Bildquelle : Wikipedia ]
Obwohl die Ausdehnung bei Strukturen von weniger als einem Kilometer minimal ist, können die Auswirkungen bei Strukturen, die sich über Hunderte von Kilometern erstrecken wie der Hyperloop, ziemlich dramatisch sein.
Stahl behält eine Wärmeausdehnungsrate von ungefähr bei 13 Teile pro Million pro Grad Celsius .
Eine vernünftige Annahme des in den USA erwarteten Temperaturbereichs variiert zwischen 0 Grad Celsius und etwa 40 Grad. Bei einer Temperaturabweichung von 40 Grad die Wärmeausdehnung würde zu einer Varianz von nahezu führen 300 Meter .
Für den Hyperloop sind Wärmeausdehnungsfugen erforderlich. Die Installation der Fugen auf Brücken ist einfach genug, sie müssen jedoch keine Dichtung zurückhalten. Milliarden Kilogramm Kraft .
Phil Mason sagt voraus, dass der Hyperloop alle 100 Meter ein Gelenk benötigt. Über die gesamte Distanz würde er sich ansammeln. 6000 bewegliche Vakuumdichtungen - All dies ist ein wesentlicher Fehlerpunkt.
"Ein Fehler bei einem von ihnen wäre für alle im Inneren katastrophal", kommentiert Mason. eines seiner Videos Ableiten des Hyperloops.
Stahlrohr erwärmt sich nicht gleichmäßig
In der US-Hitze würde der Hyperloop jährlich Temperaturen von mehr als 40 Grad ausgesetzt sein. Die erlebte Wärmeausdehnung würde in mehrfacher Hinsicht ein Problem verursachen.
Die Oberseite des Rohrs wird mehr Sonnenlicht und folglich mehr Wärme ausgesetzt. Ein Temperaturunterschied von nur drei Grad am Rohr würde sich der obere Teil fast ausdehnen 25 Meter mehr als unten
Der Hyperloop würde sich biegen und wahrscheinlich unter der heißen Sommerhitze knicken.
Ölrohre sind häufig mit ähnlichen Wärmeausdehnungsproblemen konfrontiert, die beim Hyperloop zu erwarten sind. Natürlich ist es selten zu hören, dass ein Rohr durch Wärmeausdehnung platzt.
Der Grund für das Fehlen von Berichten ist das Ergebnis der cleveren Technik, die es den Rohren ermöglicht, sich bereitwillig zusammenzuziehen und auszudehnen. Wärmeausdehnungsschleifen kann oft entlang von Ölleitungen gesehen werden. Die Schleifen sind in verschiedenen Formen erhältlich, eine der bekanntesten ist jedoch unten zu sehen.
Wärmeausdehnungsschleife. [Bildquelle : Wikimedia Commons ]
Die Biegung verhindert, dass die Rohre knicken und reißen, wenn sich das Rohr ausdehnt und zusammenzieht. Leider würde die Implementierung einer solch dramatischen Biegung in einem Vakuumzugsystem das Rohr zu stark belasten.
Züge, die durch den Tunnel rasen, würden massiven G-Kräften ausgesetzt sein, die die Rohre und die Passagiere an Bord belasten würden. Die Expansionsschleifen würden auch zu strukturellen Verschlechterungen neigen, was sie zu einer Schwachstelle entlang der Strecke macht.
Noch keine vorhersehbare Lösung
Die einzige vergleichbare Vakuumröhre in der Nähe der Größe des vorgeschlagenen Hyperloops ist der CERN Large Hadron Collider. Der LHC verfügt über nahezu 50 km von Vakuumschläuchen. Es treten jedoch keine Wärmeausdehnungsprobleme auf, da es tief im Boden liegt, wo die Temperaturen relativ konstant bleiben.
Die Ingenieure hinter dem Hyperloop haben das Problem etwas angesprochen, obwohl es ziemlich vage ist. Sie erklären,
"An den Endstationen wäre eine Teleskopröhre erforderlich, ähnlich den kastenförmigen, die für den Zugang zu Flugzeugen an Flughäfen verwendet werden, um die kumulative Längenänderung der Röhre zu berücksichtigen."
Es scheint, als ob keine Absicht besteht, bewegliche Wärmeausdehnungsfugen entlang der Schiene einzuführen. Stattdessen werden die Rohre zusammengeschweißt und ein "Teleskoprohr" nimmt die Bewegung an jedem Ende des Hyperloops auf. Leider bedeutet diesJede Station an beiden Enden muss mindestens a aufnehmen können 150-Meter-Bewegung in beide Richtungen.
Außerdem bedeutet dies, dass es welche geben wird keine Zugangspunkte entlang der Röhre. Wenn sich das Gleis aus irgendeinem Grund spontan dekomprimiert, würden die Kapseln irgendwo entlang des 600 km langen Gleises eingeschlossen. Ohne das Vakuum könnte der Zug nicht schnell oder gar nicht fahren.
Die gestrandeten Passagiere würden mit bleiben kein Entkommen . Ohne die Möglichkeit, Menschen schnell zu evakuieren und zu retten, ist es sehr wahrscheinlich, dass jeder im Hyperloop an Erstickung oder Panik stirbt.
Nochmals Lüftungsschlitze könnte eingeführt werden, um Notfall-Druckbeaufschlagung und Fluchtwege bereitzustellen, sie werden jedoch immer mehr Punkte potenzieller Ausfälle hinzufügen, Kosten und Risiken erhöhen.
Ein leichtes Ziel für Terroristen
Leider sind die Menschen heutzutage mehr denn je besorgt über die drohende Gefahr eines Terroranschlags. Wenn sie eine hunderte Kilometer lange Röhre entwerfen, die Hunderte von Menschen gleichzeitig transportiert, besteht die sehr reale Möglichkeit eines TerroristenAttacke.
Erneut würde sich eine einzige Reifenpanne für alle Personen in einem oberirdischen System als katastrophal erweisen. Die Agenturen könnten Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, obwohl dies die laufenden Kosten drastisch erhöhen würde, wahrscheinlich bis zu einem Punkt, an dem keine angemessene Kapitalrendite erzielt werden könnte.
Unterirdisch begraben
Der Hyperloop könnte technisch unter der Erde vergraben werden, wodurch sowohl die Gefahr eines Terroranschlags als auch die durch die Wärmeausdehnung auftretenden Belastungen gemindert würden. Leider würde dies auch die Möglichkeit zur Installation von Notentlüftungsöffnungen einschränken und die Kosten exponentiell erhöhen.
Derzeit erstreckt sich der längste Tunnel, der jemals für den Transport gebaut wurde, nur 60 km durch einen Berg in der Schweiz. Der Tunnel hat auch erstaunliche Kosten von 12,3 Milliarden US-Dollar .
Die durchschnittlichen Kosten betragen insgesamt etwas mehr als 216 Millionen US-Dollar pro Kilometer . Die Verwendung des gleichen Systems zum Erstellen des Hyperloops würde die Kosten in die Höhe treiben. 130 Milliarden Dollar . Deutlich höher als die vorgeschlagenen Gesamtkosten von nur 1,5 Milliarden US-Dollar .
Wird es den Hyperloop jemals geben?
Die Antwort bleibt ungewiss. Aus technischer Sicht ist dies jedoch eher unwahrscheinlich.
Der Hyperloop ist eine fantastische Idee, die praktischen Aspekte der Implementierung in der Praxis können jedoch nicht ignoriert werden.
Der Hyperloop ist absurd teuer und darüber hinaus wahnsinnig gefährlich. Das gesamte System ist anfällig für einen einzigen Fehlerpunkt, der für die gesamte Struktur katastrophal wäre. Eine einfache Verletzung und alle Passagiere im Inneren würden fast augenblicklich umkommen.
Der Hyperloop ist nicht unmöglich es ist jedoch völlig undurchführbar, teuer und wahnsinnig gefährlich. Im Moment funktioniert der Hyperloop nicht.
Ingenieure versuchen seit fast einem Jahrhundert, die Systeme zu perfektionieren, und die Technologien sind für die Implementierung in der realen Welt noch nicht weit genug fortgeschritten. Allerdings sollte die Idee nicht aufgegeben werden . Die Idee muss erheblich verfeinert werden, bevor sie ein Niveau erreicht, das als sicher für den öffentlichen Verkehr angesehen wird. Es wird Zeit benötigen. Diese Zeit ist jedoch nicht jetzt.
Halten Sie sich bis dahin an Flugzeuge, Züge, Autos oder noch besser an Ihr Fahrrad.
Quellen : Hyperloop, Phil Mason
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Geschrieben von Maverick Baker