Zapewne tak jak ja chciałbyś podróżować możliwie najszybciej. Współczesne pojazdy mają jednak ograniczenia, których nie sposób wyeliminować. Na świecie są jednak firmy, które mają pomysł, jak można usprawnić transport przyszłości. Jeden z nich to niewiarygodnie szybki Hyperloop.
Hyperloop – co to takiego?
Rozwój technologii, który niewiarygodnie przyspieszył od czasów XVIII-wiecznej rewolucji przemysłowej, jest doprawdy zadziwiający. Choć dla nas wiele istniejących wynalazków jest już tylko codziennością, w przeszłości okazywały się krokami milowymi w postępie ludzkiej cywilizacji. Jednym z przykładów jest kolej. Pierwsze pociągi pasażerskie wyjechały na tory w połowie XIX wieku. Dwa stulecia później w wielu miejscach na świecie poruszać można się z prędkością nawet 400 km/h.
Osiągi najszybszych pociągów świata w przyszłości mogą być niczym, jeśli uda się skonstruować Hyperloop. Jest to kolej ekstremalnie wysokich prędkości. Zgodnie z założeniami projektu ma się ona poruszać nawet 1200 km/h. Ideę stworzenia takich pociągów zaprezentował publicznie w 2012 roku Elon Musk. W tym celu powołał spółkę Virgin Hyperloop, która zajmuje się tworzeniem projektu ultraszybkich pociągów.
Ogromna prędkość rozwijana przez Hyperloop przede wszystkim ma umożliwić bardzo szybkie podróże międzykrajowe i międzykontynentalne. Tym samym pociągi miałyby szansę stać się alternatywą dla samolotów. Składy miałyby przewozić nie tylko ludzi, ale również towary. Stworzenie systemu transportu tego typu jest nie lada wyzwaniem. Niezbędna byłaby bowiem budowa całej infrastruktury kolejowej od zera. Ogromne byłyby nie tylko koszta jej postawienia, ale także (a może przede wszystkim) utrzymania. Dowodem na to twierdzenie jest dotychczasowa historia kolei szybkich prędkości.
Historia kolei szybkich prędkości
Wzniesienie od podstaw zaplecza technicznego nie oznacza jednak konieczności wymyślania wszystkiego na nowo. Do opracowania projektu Hyperloop wykorzystuje się bowiem pomysły powstałe jeszcze w XIX wieku. Pierwszą osobą, która znalazła sposób na szybsze podróżowanie był George Medhurst. Ten brytyjski inżynier już przed dwustu laty zaproponował skonstruowanie tunelu, w którym jeździłyby pociągi. Minimalna tylko ilość powietrza ograniczałaby opór powietrza, która utrudnia osiąganie bardzo wysokich prędkości.
Co ciekawe, koncepcja George’a Medhursta została zrealizowana już kilkadziesiąt lat później. Jeden z testowych torów zbudowano w latach 40. w londyńskim Wormwood Scrubs. W kolejnych latach linia kolei atmosferycznej (jak wówczas nazywano tę technologię) połączyła dzielnice Forest Hill i Croydon. Testowy skład jeździł też na terenie Crystal Palace. Powstała również trasa łącząca Newton z Exeter. Swoją superszybką kolej miał też brytyjski wówczas Dublin.
W drugiej połowie XIX wieku szybkie pociągi testowano także w USA, Brazylii i Indonezji. Wszędzie jednak natrafiano na ten sam problem. Utrzymanie infrastruktury kolei atmosferycznych okazywało się nieporównywalnie droższe niż maszyn napędzanych węglem. W rezultacie wszędzie zamykano trasy eksperymentalnych pociągów. Większość z nich nie przetrwała kilku lat. Najdłużej, bo 13 lat istniał tor w Paryżu. Otwarto go w 1847 roku, a zamknięto w 1860. W żadnym miejscu na świecie składy tego typu nie przewoziły pasażerów.
Dziś możemy już tylko gdybać, jak wyglądałaby dziś kolej atmosferyczna nie poddana ekonomicznej presji. Dla przykładu pociąg jeżdżący z Newton do Exeter mógł rozwijać prędkość ponad 100 km/h. Obecnie nie robi to wrażenia, ale w 1847 roku było to gigantyczne osiągnięcie inżynierii. I choć przez ostatnie 150 lat udało się znacznie poprawić osiągi tych maszyn, pozostały pewne problemy. Rozwiązać może je tylko technologia stojąca za Hyperloop.
Dlaczego Hyperloop jest potrzebny?
Najszybsze współczesne pociągi są w stanie osiągać do 400 km/h w trakcie jazdy z pasażerami. Testy prowadzone bez nich umożliwiły jazdę z jeszcze większą prędkością. Rekordzistą od 2007 roku pozostaje francuskie TGV, który na trasie z Paryża do Strasbourga pomknął 574 km/h. Jeszcze szybciej ma jeździć japoński skład Seria L0. Według zapewnień producenta po wejściu do komercyjnego użytku pasażerowie będą mieli okazję doświadczyć jazdy z prędkością 607 km/h.
Co to ma wspólnego z Hyperloop? Przedstawione przeze mnie wartości to tak naprawdę szczyt możliwości współczesnych pociągów. W przypadku konwencjonalnych konstrukcji takich jak TGV problemem jest nie tylko opór powietrza, ale także siła tarcia kół o szyny. Seria L0 to z kolei konstrukcja magnetyczna. Oznacza to, że pociąg unosi się minimalnie nad szynami. Dzięki temu odpada problem siły tarcia. Opór powietrza nadal jednak ogranicza możliwości rozwijania wyższych prędkości. Składy te jeździć bowiem będą na wolnym powietrzu.
Osiągnięcie na ziemi pułapu prędkości równego najszybszym samolotom nie jest po prostu możliwe. Statki powietrzne nie mierzą się z aż takim oporem powietrza. Im wyżej, tym jest ono rzadsze. Z tego względu zasada działania Hyperloop będzie połączeniem rozwiązań znanych z kolei atmosferycznej i magnetycznej.
Jak działa Hyperloop?
Pociągi Hyperloop poruszać mają się w tunelach. Ich ulokowanie zależeć będzie od uwarunkowań geologicznych danego regionu. W miejscach dużej aktywności sejsmicznej mają być poprowadzone nad ziemią. Wszędzie tam, gdzie zagrożenie trzęsieniami ziemi będzie znikome, będą budowane tunele podziemne.
W tym momencie możesz zacząć się zastanawiać, jak to ma wyglądać. Wszak tunele przecież zawsze są konstrukcjami podziemnymi. Nad powierzchnią biegną wiadukty. Jednak nie w tym przypadku. W rzeczywistości linie kolejowe będą zamknięte w czymś w rodzaju szczelnej tuby. Zbudowany nad ziemią wiadukt również będzie szczelnie obudowany ze wszystkich stron niczym właśnie tunel.
Skonstruowanie hermetycznego tunelu umożliwi wyeliminowanie problemu oporu powietrza, z którym zmagają się pociągi jeżdżące na wolnym powietrzu. Uczyni to Hyperloop koleją atmosferyczną. Nadal jednak pozostaje problem siły tarcia. Rozwiązania tego problemu są dwa. Pierwszym jest zasysanie powietrza do boków i pod pociąg. Pozwoli to stworzyć poduszkę z powietrza. Drugim są magnesy unoszące skład nad powierzchnią.
Nie wyobrażaj sobie przy tym latających wagonów. Pociąg będzie znajdował się około 0,5 mm nad powierzchnią. Elektromagnesy zostaną umieszczone w większości na początku i końcu pojazdu. Dzięki temu będzie on mógł sprawnie przyspieszać, zwalniać i hamować. W centralnej części Hyperloopa będzie ich mniej, ponieważ będą one służyły tylko do utrzymania lokomotywy i wagonów nad płaszczyzną tunelu.
Co dadzą wszystkie te technologie? Prędkość niewiele niższą niż ta, z którą rozchodzi się dźwięk w powietrzu. Fala akustyczna mierzona w temperaturze 15 °C mknie z prędkością 1225 k/h. Hyperloop będzie mógł poruszać się w tempie 1200 km/h. Zalet takiej technologii będzie więc naprawdę wiele.
Zalety Hyperloop
Korzyści z istnienia tak szybkich pociągów odczują oczywiście pasażerowie. Tak jak wspomniałem na początku Hyperloop mógłby stać się autentyczną alternatywą dla samolotów. Współczesne pasażerskie statki powietrzne latają bowiem z prędkością 800 – 1000 km/h. Co więcej, nie ma szans na to, by były szybsze. Pokazują to perturbacje, jakich doświadczyły linie lotnicze Air France i British Airways, które w latach 1976 – 2003 miały w swojej flocie samoloty Concorde.
Gigantyczny hałas generowany podczas przekraczania bariery dźwięku był przyczyną zakazu lotów tych maszyn nad wieloma krajami. Dla przykładu rząd Malezji wymusił na przewoźnikach znalezienie Concorde’om tras omijających tamtejszą przestrzeń powietrzną. Przy założeniu, że Hyperloop z czasem zacząłby jeździć z prędkością naddźwiękową, problem ten by nie istniał. Hermetyczny tunel wypełniony powietrzem o minimalnym ciśnieniu wyeliminowałby powstawanie huku.
Paliwo lotnicze jest też nieekologiczne. Nie sposób też tego zmienić. W przypadku samochodów jest prościej. Pojazdy spalinowe można zastąpić elektrycznymi. Wiemy jednak, jak długo trzeba je ładować. Wyobrażasz sobie samolot na prąd? Ja też nie. Uzupełnianie energii w jego akumulatorach trwałoby pewnie wiele dni. Z Hyperloop takich problemów by nie było.
Niezmiennie kłopotem są również koszta eksploatacji samolotów. Paliwo lotnicze jest bardzo drogie. Przekłada się to oczywiście na ceny biletów lotniczych. Niewykluczone, że Hyperloop byłby tańszy. Nie wątpię, że ekonomiczna porażka kolei atmosferycznych z XIX wieku jest jednym z najważniejszych zagadnień rozważanych w Virgin Hyperloop.
Owszem, istnieją tanie linie oferujące kursy czasem nawet za kilkadziesiąt złotych. Tu jednak dochodzimy do kwestii komfortu podróżowania. W pociągach przyszłości może być ona nieporównywalnie wyższa. Inżynierowie planują umieszczenie 28 foteli w każdym wagonie. Co więcej, podróż odbywać się będzie w pozycji półleżącej. Nie jest to jednak podyktowane wyłącznie komfortem. Jest to konieczne ze względu na prędkość rozwijaną przez Hyperloop.
Przewagą pociągów nad samolotami jest również krótszy czas spędzony na dojeździe do dworca. Stacje kolejowe są usytuowane w centrach miast. Tego nie można powiedzieć o lotniskach. Jeśli znajduje się ono zaraz pod miastem, możemy mówić o naprawdę dobrej lokalizacji. Często jednak z portu lotniczego do właściwego miasta jest kilkadziesiąt kilometrów. Świetnie, jeśli dojeżdża do niego kolej naziemna lub metro. Często jedynym środkiem transportu jest jednak autobus, który musi przejechać np. przez zakorkowaną autostradę.
Sama podróż samolotem wymaga ponadto konieczności odbycia kłopotliwej odprawy. Nie jest to problemem, gdy leci się np. z Warszawy do Nowego Jorku. W przypadku kursów krajowych jest to jednak uciążliwe. Lot wraz z odprawą trwa nierzadko niewiele krócej niż podróż pociągiem, na który wystarczy przyjść chwilę przed odjazdem.
Hyperloop ma więc szansę połączyć wszystko, co najlepsze w kolei i lotnictwie pasażerskim. Szybkość przemieszczania się w połączeniu z dogodną lokalizacją i brakiem odpraw to jednak jeszcze nie wszystko. Aby przejazdy pasażerskie były w ogóle możliwe, niezbędne jest zapewnienie odpowiednich standardów bezpieczeństwa.
Bezpieczeństwo podróżowania w Hyperloop
Międzykontynentalna kolej mierzyć się będzie z ryzykiem zniszczenia przez napór fal, trzęsienia ziemi i huragany. Stworzenie konstrukcji zdolnej oprzeć się żywiołom wymaga więc zastosowania specjalnych środków bezpieczeństwa. Tych na szczęście nie trzeba wymyślać od zera. Z pomocą przychodzą tu doświadczenia inżynierów budujących wieżowce i mosty.
Rozwiązaniem problemu są osadnice kratownicowe. Umożliwiają one drapaczom chmur wyginanie się podczas huraganu lub trzęsienia ziemi. Podobne rozwiązania stosuje się przy budowie mostów łączących np. wyspę ze stałym lądem. Dzięki temu właśnie budynek lub most nie łamią się, lecz kołyszą zgodnie z kierunkiem wiatru, fal lub ruchów tektonicznych.
Niezbędne jest również zapobieżenie skutkom rozszczelnienia się tunelu. Minimalizacja oporu powietrza nie oznacza bowiem jego całkowitego wypompowania. Byłoby to skrajnie niebezpieczne. Dlaczego? Inżynierowie wiedzą, co stałoby się, gdy się on rozszczelnił, np. wskutek trzęsienia ziemi. Przedostające się do środka powietrze rozsadziłoby konstrukcję. Z tego powodu tunel będzie wypełniony powietrzem. Eliminację jego oporu zapewni ciśnienie o wartości 1% ciśnienia atmosferycznego.
Liczyć się trzeba też z awarią Hyperloop. W takiej sytuacji konieczne jest odpowiednio wczesne zatrzymanie innych pociągów znajdujących się w tunelu. Nie będzie bowiem możliwości skierowania ich na inny tor. Jego po prostu nie będzie. Aby uniknąć kolizji, kolejne składy wyjeżdżać będą musiały w odpowiednich odstępach czasu. Minimalnym bezpiecznym dystansem między nimi jest 37 km. Przypuszczam jednak, że dla pewności odległości między kolejnymi maszynami będą większe.
Jedna nitka torów ma też wielką zaletę. Pociąg jadący w daną stronę nie będzie się w stanie zderzyć się ze składem jadącym z naprzeciwka. Ten będzie jechał po prostu w drugim tunelu zbudowanym równolegle do pierwszego.
Bezpieczeństwo pasażerów nie ogranicza się wyłącznie do kwestii technicznych. Należy też zadbać o ludzką psychikę. W Hyperloop nie będzie okien. Podróż w zamkniętej kapsule dla niektórych osób będzie więc trudna do zniesienia. Uniknąć paniki, np. z powodu klaustrofobii pomogą obrazy wyświetlane na ścianach. Będą one prezentować krajobrazy, które dziś możemy obserwować za oknem.
Przyjemny, a przy tym niepowodujący stresu przejazd zapewni też system infotainment. Obecne pomysły są podobne do rozwiązań znanych z samochodów. W fotel osoby siedzącej przed danym pasażerem wmontowany będzie tablet z dostępem do stron internetowych, portali streamingowych i serwisów społecznościowych.
Pierwsze testy Hyperloop
W całym tekście piszę, że w Hyperloop będzie to czy tamto. Owszem, kiedyś będzie. Sęk w tym, że nieprędko. Gdy widzę tempo testów, zastanawiam się, czy w ogóle dożyję ery ekstremalnie szybkich kolei. Przyczyną są rezultaty pierwszych testów. Miały one miejsce w USA. Szczerze mówiąc, wrażenia na mnie nie zrobiły.
9 listopada 2020 roku w stanie Nevada eksperymentalną kapsułą przejechały się dwie osoby pracujące w Virgin Hyperloop. Byli to Josh Giegel, dyrektor działu technologii oraz Sara Luchian, dyrektor działu obsługi pasażerów. Maszyna o nazwie Pegasus przebyła dystans 500m. Zbyt szybko nie pomknęli. Osiągnięta prędkość to zaledwie 160 km/h.
Polski wkład w kolej ekstremalnych prędkości
Nad stworzeniem superszybkiej kolei myśli nie tylko Elon Musk. Jedną z firm, która opracowuje jej plany, jest polskie Nevomo. W warszawskiej spółce pracują specjaliści, którzy zdobywali doświadczenie w największych przedsiębiorstwach transportowych na świecie. Wielu z nich pracowało dla m.in. Airbusa, Shinkansena i Bombardiera. Pozwoliło im to opracować 3-stopniowy plan przejścia od pociągów konwencjonalnych do maszyn takich jak Hyperloop.
Na początek możliwe miałoby się stać wejście na tory składów Magrail. Pojazdy te wykorzystywałyby już istniejącą infrastrukturę. Kolej magnetyczna miałaby jeździć z prędkością do 550 km/h. Następną fazą rozwoju byłyby maszyny Hyperrail. Również one jeździłyby po tych samych torach, co współczesne pociągi. Na tym etapie widać ogromny skok prędkości. Składy jeździłby nawet 1000 km/h. Trzeci krok to niemal naddźwiękowe pojazdy takie jak Hyperloop.
Co ważne, Nevomo nie kończy jedynie na koncepcjach. Teoria przekuwana jest w praktykę na torze testowym w podkarpackiej Nowej Sarzynie. Trasa ma długość 700 m. Pociągi jeżdżą po niej na razie z prędkością 160 km/h. Doświadczenia rozpoczęto w 2022 roku. Eksperymentalny skład porusza się jeszcze po szynach. W budowie jest pojazd, który będzie mógł się unosić nad powierzchnią.
Hyperloop to spełnienie marzeń podróżnych. Błyskawiczne przemieszczanie się między odległymi państwami może w przyszłości zakończyć epokę lotów pasażerskich. Przed Virgin Hyperloop, Nevomo i innymi przedsiębiorstwami, które się tym zajmują, jeszcze długa droga. Mnie, Tobie i nam współczesnym pozostaje jedynie zazdrościć przyszłym pokoleniom. Dla nich ta wspaniała technologia będzie przecież tym samym, czym dla nas jest dzisiaj samochód lub samolot.