Hyperloop to według wielu specjalistów środek transportu przyszłości. Zaproponowany przez znanego wizjonera Elona Muska oraz jego spółki Teslę i SpaceX ma pozwolić na superszybkie i energooszczędne przemieszczanie się na duże odległości. Pomysł tego środka transportu został szybko podchwycony przez wiele spółek w różnych krajach, które chcą zaimplementować technologię superszybkich pociągów “na swoim podwórku”. Jedną z nich jest bardzo wysoko oceniany Hyper Poland. W poniższym artykule przyjrzymy się samej idei tego środka transportu, jego rozwojowi na świecie i w Polsce.
Co to jest Hyperloop
Hyperloop to nowy sposób transportu pasażerskiego i towarowego zaprezentowany przez wspólny zespół Tesli i SpaceX. Konstrukcja ta czerpie z pomysłu systemu vactrain Roberta Goddarda, a także ze szwajcarskiego projektu badawczego Swissmetro. Mimo to pomysłowi nie można odmówić nowatorstwa, jak chyba wszystkim innym ideom wymienionych spółek stworzonych przez Elona Muska.
W dużym uproszczeniu system Hyperloop to uszczelniona rura lub cały system rurek, przez które przemieszczać ma się kapsuła z pasażerami. Dzięki zmniejszonemu ciśnieniu wewnętrznemu i wykorzystaniu łożysk powietrznych, na których się unosi, przemieszcza się ona niemalże bez oporu powietrza i tarcia. Dzięki temu może przenosić ludzi lub przedmioty z bardzo dużą prędkością, jednocześnie będąc bardzo wydajnym energetycznie środkiem transportu. Może drastycznie zmniejszyć czasy przejazdów na średnich i dużych odległościach.
Koncepcja Hyperloop polega na wysyłaniu specjalnie zaprojektowanych „kapsuł” poprzez stalowy tunel z częściową próżnią wewnątrz. Zgodnie z pierwotną koncepcją Elona Muska każda kapsuła ma się unosić na warstwie powietrza o grubości około 0,5 – 1,3 mm. Powietrze to dostarczane ma być pod pojazd pod ciśnieniem i formować pod nim poduszkę powietrzną podobną do tej, jaka formuje się pod krążkiem w popularnej odmianie cymbergaja. W automatach do tejże gry stół pokryty jest siatką mikroskopijnych otworów, z których pod ciśnieniem podawane jest powietrze. W ten sposób krążek do gry może lewitować ponad stołem i osiągać znaczną prędkość przy minimalnych oporach podczas ruchu. Analogicznie w przypadku systemu Hyperloop – dzięki poduszce powietrznej pod kapsułą pojazd w ogóle nie styka się ze ścianami tunelu. Dodatkowo dzięki zmniejszeniu ciśnienia w tunelu zredukowane są także opory powietrza. Daje to możliwość uzyskiwania ogromnych prędkości kapsuły – szacuje się, że pojazd miałby osiągać prędkość nawet ponad 1200 km/h.
Rozwijana jakiś czas temu technologia pierwszej generacji Hyperloop One wykorzystywała pasywną lewitację magnetyczną do uzyskania podobnego efektu dzięki liniowym silnikom indukcyjnym, które umieszczone są wzdłuż tunelu. Te same silniki miałyby za zadanie wyhamować kapsułę przed stacją, na której ma się ona zatrzymać czy też spowalniać ją na trudniejszych odcinkach trasy. Dzięki wyeliminowaniu tarcia i znacznemu zmniejszeniu oporu powietrza kapsuły mogłyby szybować przez większą część podróży bez napędu.
W oryginalnej koncepcji Hyperloopa, jaką przedstawił Musk, elektrycznie napędzany wentylator wlotowy i sprężarka osiowa byłyby umieszczane w przedniej części kapsuł, aby “aktywnie przenosić powietrze pod wysokim ciśnieniem z przodu do tyłu pojazdu”, rozwiązując problem narastania ciśnienia powietrza z przodu pojazdu, które go spowalnia. Część powietrza miałaby być również wtłaczana pod spód pojazdu, tworząc poduszkę powietrzną opisaną powyżej. System Hyperloop One wykorzystujący lewitację magnetyczną i indukcyjne silniki liniowe eliminuje sprężarkę, jak i większość innych systemów aktywnych na pokładzie kapsuły.
Projekt Muska zakłada, że pasażerskie kapsuły Hyperloopa mają mieć średnicę 2,23 metra, aby zapewnić pasażerom odpowiedni poziom komfortu podczas wsiadania i wysiadania z pojazdu. Maksymalna prędkość, jaką będą osiągały to 1220 km/h przy przyśpieszeniu na poziomie około 0,5 g – to 2 razy więcej niż odczuwają pasażerowie typowego samolotu rejsowego podczas startu i lądowania.
Historia
Pomysły budowy “kolei próżniowej”, w której wagony poruszają się w tunelu pod zmniejszonym ciśnieniem, sięgają aż XVIII wieku. W roku 1799 George Medhurst z Londynu proponował budowę tego rodzaju systemu, a na początku XIX wieku udało mu się nawet zestawić kawałek eksperymentalnej trasy, na której poruszała się kolej zasilana systemem ciśnieniowym, w tym przypadku wykorzystując ciśnienie pary wtłaczane do rur zintegrowanych z torami. Niestety wiele problemów technologicznych związanych z tego rodzaju podejściem sprawiły, że system nie był rozwijany. Podobnie zakończyły się kolejne próby tworzenia “kolei ciśnieniowej” w XIX wieku.
Równocześnie z tego rodzaju nowatorskim, pneumatycznym środkiem transportu rozwijano tak zwaną pocztę pneumatyczną. Są to układy, które przemieszczają cylindryczne pojemniki poprzez sieć rur za pomocą sprężonego powietrza lub próżni. Poczta pneumatyczna spopularyzowała się na przełomie XIX i XX wieku (aczkolwiek jej pomysł sięga końca XVIII wieku) w biurach, bankach, a także szpitalach, gdzie systemy te są często używane do dzisiaj. Powstawały także systemy poczty pneumatycznej obejmujące całe miasta (np. w Paryżu, gdzie taki system działał do 1984 roku), jednakże w większości zastosowań poczta pneumatyczna wyparta została przez teleksy, faksy i, finalnie, komputery.
Systemom kolejowym opisanym powyżej daleko jest jednak do Hyperloopa. Pierwszym, który zbliżył się do tej idei, był amerykański wynalazca Robert Goddard. Jako student pierwszego roku na politechnice w Worcester w Stanach Zjednoczonych w 1904 roku zaproponował ideę tzw. vactrain. W 1906 roku w opowiadaniu zatytułowanym „The High-Speed Bet” rozwinął ten pomysł, a trzy lata później opublikował go wraz ze streszczeniem opowiadania w czasopiśmie Scientific American. Pomysł Goddarda był na tyle spójny i dobrze opisany, że pięć lat po jego śmierci, w 1945 roku, jego żona (Esther Goddard) uzyskała patent na vactrain.
Pomysł kolei poruszającej się w rurze z dużą prędkością przewijał się następnie w literaturze inżynierskiej, jak i twórczości S-F jeszcze wiele razy. W 1909 roku rosyjski profesor Boris Weinberg zbudował pierwszy na świecie model vactrain na Politechnice w Tomsku, a w 1914 roku w książce “Ruch bez tarcia” dokładniej opisał całą koncepcję. Z kolei w 1955 roku polski pisarz science-fiction Stanisław Lem w powieści “Mgławica Magellana” pisał o międzykontynentalnym vactrain o nazwie „organowiec”, który poruszał się w przezroczystej rurze z prędkością przekraczającą 1666 km/h. Kolejny vactrain pojawia się w kwietniu 1962 roku w opowiadaniu „Mercenary” Macka Reynoldsa, w którym wspomina on o systemie transportowym wykorzystującym rury próżniowe.
Pomysłem tego rodzaju pociągu interesowali się jednak również inżynierowie. W latach siedemdziesiątych czołowy obrońca vactrain tamtych czasów, Robert M. Salter z RAND, opublikował serię skomplikowanych artykułów inżynierskich wskazujących na możliwość konstrukcji sieci takiej kolei. W jego wizji pojazdy poruszać miały się w tunelach o zmniejszonym ciśnieniu powietrza, ale nadal na kołach (technologia lewitacji magnetycznej dopiero raczkowała). Po spopularyzowaniu systemów magnetycznych temat powracał kilkukrotnie w różnych miejscach na świecie. Próżniowe pociągi miano konstruować w Japonii, Szwajcarii, Stanach Zjednoczonych… lecz nigdy nie doszło to do skutku.
Gdy Elon Musk po raz pierwszy publicznie wspominał o Hyperloopie w 2012 roku, wszystko wskazywało na to, że tym razem będzie inaczej. Istotnie realizacja śmiałego projektu może się powieść. W sierpniu 2013 roku przedstawiona została koncepcja Hyperloop Alpha z trasą biegnącą z Los Angeles do zatoki San Francisco mniej więcej wzdłuż korytarza międzystanowego nr 5. W trasie o długości 560 km pasażerska kabina miałaby rozwijać prędkość do 1200 km/h, co oznaczałoby czas podróży wynoszący 35 minut – o wiele krócej, niż współczesną koleją czy nawet samolotem. Wstępne szacunki kosztów dla tej trasy wskazują na około 6 miliardów dolarów dla wersji tylko pasażerskiej i 7,5 miliarda dolarów dla wersji o nieco większej średnicy przewożącej tak pasażerów, jak i pojazdy.
Obecny rozwój
W celu realizacji projektu powstało kilka firm – zależnych i niezależnych od Tesli i SpaceX. Interdyscyplinarne zespoły na całym świecie pracują nad rozwojem technologii. SpaceX zbudował tor w zmniejszonej skali o długości około 1,6 km. Powstał on na potrzeby konkursu na projekt kapsuły, jaki firma przeprowadziła w swojej siedzibie w Hawthorne w Kalifornii. Konkurs został ogłoszony w czerwcu 2015 roku, a jego finał miał miejsce w roku 2016.
Do konkursu na projekt kapsuły zgłosiło się ponad 700 zespołów. Do kolejnego etapu zakwalifikowało się 120 z nich. W styczniu 2016 roku zespoły te nadesłały swoje projekty do SpaceX, który był organizatorem konkursu. Pod koniec stycznia tamtego roku zaproszone z zespołów spotkały się na uniwersytecie w Teksasie, gdzie wybrano najciekawsze projekty. Zwycięzcą konkursu został Massachusetts Institute of Technology. University of Washington zdobył wyróżnienie w zakresie bezpieczeństwa, a Delft University, który uplasował się na drugim miejscu, nagrodę za wyróżniającą się innowację.
Kolejne edycje konkursu odbyły się ponownie w 2016 i w latach 2018 i 2019. W drugiej edycji konkursu brała udział między innymi polska spółka Hyper Poland. Jest to pierwsza w centralnej Europie firma, która rozpoczęła opracowywanie technologii dla nowoczesnej kolei tego rodzaju. W 2017 roku spółka Hyper Poland została nagrodzona w konkursie Build Earth Live: Hyperloop, który odbył się w Dubaju. Firma uzyskała nagrodę za system BIM służący do modelowania informacji w automatyce budynkowej.
Firmy Elona Muska postawiły na transparencję technologiczną, w związku z czym opracowywane systemy trafiły do otwartej domeny. Dzięki opublikowaniu opisów technologii jako open source dotrzeć ona może do szerszego grona odbiorców i zostać zaimplementowana w wielu miejscach na świecie. “Ani SpaceX, ani sam Elon Musk nie jest związany z żadną firmą komercyjnie rozwijającą Hyperloopa. Mimo to jesteśmy bardzo zainteresowani współpracą przy tworzeniu funkcjonalnego prototypu Hyperloopa” czytamy w oświadczeniu firmy SpaceX.
Hyper Poland
Hyper Poland jest polskim start-upem założonym m.in. przez absolwentów Wydziału mechanicznego Energetyki i Lotnictwa (MEL) Politechniki Warszawskiej. Spółka ta powołana została do życia do rozwijania systemów próżniowej kolei magnetycznej, takiej jak Hyperloop. Firma powstała w 2016 roku i od razu porwała się na ambitny cel – zgłosiła się do wspomnianego powyżej konkursu Pod Competition, czyli konkursu na kapsułę systemu Hyperloop. Start-up zakwalifikował się do finału, a jego projekt zebrał bardzo pozytywne recenzje. Do konkursu zgłosiło się ponad 700 zespołów z całego świata.
Podstawę spółki stanowi prężny zespół inżynierów i programistów z Polski. W 2016 forma ta otrzymała nagrodę za innowacyjne podejście w zakresie automatyki budynkowej podczas finału konkursu Build Earth Live: Hyperloop, który odbył się w Dubaju. W roku 2018 firma pokonała konkurencję z USA, Izraela i Niemiec, gdy zakwalifikowała się do konkursu organizowanego przez Renfe (koleje hiszpańskie) i firmę Telefonica. W kolejnym roku polski start-up uznany został przez jury złożone z przedstawicieli Parlamentu Europejskiego, Komisji Europejskiej oraz firmę Boston Consulting Group za jeden z pięćdziesięciu najlepszych start-upów w sektorze transportowym.
Firma rozwija swoje technologie na wielu polach. To, co wyróżnia ją w Europie, to innowacyjne podejście do wdrażania technologii hyperloop. Firma proponuje stopniowe wprowadzanie nowego rozwiązania w oparciu o już istniejącą infrastrukturę kolejową oraz regulacje prawne. Dzięki specjalnym nakładkom zaprojektowanym przez Hyper Poland możliwie jest dostosowanie istniejących linii kolejowych do nowej technologii. Firma zapowiada, że pierwsze pojazdy wykorzystujące lewitację magnetyczną będą mogły wejść do codziennego użytku na terenie naszego kraju już za kilka lat. Technologia opracowana przez polską firmę jest tańsza i efektywniejsza niż konkurencyjne rozwiązania, dzięki czemu jej zastosowanie w naszym kraju powinno być łatwiejsze.
W roku 2018 spółka sfinalizowała opracowania swoich rozwiązań silnika, układu napędowego i zawieszenia tworzonego pojazdu. Technologia stworzona przez start-up została zgłoszona do ochrony patentowej. W 2019 roku zgodnie z wcześniejszymi planami spółka zaprezentowała demonstrator swojej technologii. W drugiej połowie października 2019 roku Hyper Poland zorganizował w Warszawie prezentację swojego pociągu magnetycznego. Demonstrator magleva zbudowany został w skali 1/5. Start-up oprócz funkcjonalnego pojazdu zaprezentował także testowy tor. Dzięki 48 metrom testowej szyny magnetycznej możliwe było przetestowanie pojazdu w ruchu.
Oprócz demonstracji samego systemu w zmniejszonej skali spółka zorganizowała panele dyskusyjne, podczas których eksperci do spraw finansowania nowatorskich technologii, logistyki i kolejnictwa dyskutowali na temat wdrażania systemu w kolejnictwie. Wśród ekspertów znaleźli się między innymi profesor Nalinaksh Vyas (przewodniczący Misji Technologicznej Kolei Indyjskich), doktor Dorota Raben (prezes Zarządu Morskiego Portu Gdańska w latach 2013-16), Amos Ron (były dyrektor generalny w Ministerstwie Energii i Infrastruktury Izraela), doktor Vladas Lasas (współzałożył Carbon War Room), a także przedstawiciele spółek z sektora kolejowego z krajów takich jak Włochy, Niemcy czy Holandia. Spotkaniu patronowały firmy takie jak Microsoft, Seedrs (odpowiedzialne za kampanię crowdfundingową Hyper Poland) oraz TME – partner strategiczny start-upu.
Dzięki uzyskanym w październikowych testach danym możliwe było zweryfikowanie założeń konstrukcyjnych i funkcjonalnych pojazdu. Umożliwi to lepsze zaprojektowanie elementów finalnego systemu testowego w pełnej skali. Plan budowy magrail – unikatowego projektu spółki Hyper Poland – zakłada, że w drugiej połowie 2020 roku rozpocznie się budowa toru testowego. Tor ten zbudowany zostanie na terenie Instytutu Kolejowego w Żmigrodzie. Budowa pełnowymiarowego demonstratora technologii wraz z systemem testowym jest możliwa dzięki zaangażowaniu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. NCBiR przeznaczył 16,5 miliona złotych w postaci grantu na rozwój technologii kolei magnetycznej opracowanej przez Hyper Poland.
System Magrail wykorzystuje istniejące już korytarze transportowe kolei konwencjonalnych. Pociągi konwencjonalne oraz pojazdy wykorzystujące lewitację magnetyczną mogą używać wymiennie tych samych torów, co niezwykle upraszcza integrację systemu z istniejącymi magistralami kolejowymi – nie ma konieczności budowy nowych tras ani rezygnowania z istniejących pojazdów. Jak zapowiada spółka, pojazdy typu magrail będą osiągały niemalże dwa razy większą prędkość przelotową niż zwykłe pociągi. Na liniach kolejowych, gdzie maksymalna dopuszczalna prędkość wynosi 160 km/h, pociągi magnetyczne mają osiągać do 300 km/h, a na trasach Kolei Dużych Prędkości nawet do 415 km/h.
Hyperloop to według wielu specjalistów środek transportu przyszłości. Zaproponowany przez znanego wizjonera Elona Muska oraz jego spółki Teslę i SpaceX ma pozwolić na superszybkie i energooszczędne przemieszczanie się na duże odległości. Pomysł tego środka transportu został szybko podchwycony przez wiele spółek w różnych krajach, które chcą zaimplementować technologię superszybkich pociągów “na swoim podwórku”. Jedną z nich jest bardzo wysoko oceniany Hyper Poland. W poniższym artykule przyjrzymy się samej idei tego środka transportu, jego rozwojowi na świecie i w Polsce.
