Inleiding
Inleiding
Enkele maanden geleden beweerde uitvinder en ondernemer Elon Musk, oprichter van onder meer SpaceX, Tesla Motors en PayPal, een transportsysteem te hebben bedacht dat sneller, effectiever, goedkoper en veiliger is dan bestaande transportmiddelen. Hij noemde zijn voorstel de Hyperloop en zou details uitwerken alvorens zijn Hyperloop als opensourceontwerp openbaar te maken.
Na weken van speculatie heeft Musk de plannen voor zijn Hyperloop uit de doeken gedaan. De Hyperloop is een transportsysteem dat steden als San Franciso en Los Angeles met elkaar kan verbinden. Het systeem zou vooral geschikt zijn voor middellange afstanden, tot duizend kilometer. Daarboven is supersonisch vliegen een beter alternatief en kortere afstanden zouden beter met conventionelere middelen overbrugd worden. De reistijd tussen LA en San Francisco zou een halfuur bedragen. Met een geplande hogesnelheidstrein zou de zeshonderd kilometer in drie uur worden afgelegd.
Musk heeft met de Hyperloop een systeem van buizen en capsules ontworpen. Het systeem lijkt een combinatie tussen ouderwetse buizenpost en Japanse bullettrains. De capsules worden in een afgesloten buis elektromagnetisch voortbewogen. Anders dan bij buizenpostsystemen heerst in de buizen een lage luchtdruk, om de wrijving te reduceren. Ook beschikken de capsules over een systeem, enigszins vergelijkbaar met airhockey-tafels, om een luchtkussen te genereren. Ook dat moet de wrijving, die bij hoge snelheden enorm is, reduceren.
/i/1376393932.png?f=imagenormal)
Musk heeft berekend dat zijn Hyperloop voor een relatief laag bedrag kan worden gebouwd en veiliger is dan vervoer met auto's, vliegtuigen en treinen. Passagiers zouden voor een vrij laag bedrag met de Hyperloop kunnen reizen en het systeem zou jaarlijks zo'n 7,4 miljoen passagiers kunnen vervoeren. Bovendien zouden auto's met de Hyperloop van stad naar stad vervoerd kunnen worden. Een korte uiteenzetting van het Hyperloop-systeem op basis van Musks documentatie volgt.
Het ontwerp
Infrastructuur
De Hyperloop bestaat uit een stalen buis met daarin een lage luchtdruk van 100 pascal: een duizendste van de normale druk op zeeniveau. Die lage luchtdruk zou veel makkelijker te handhaven zijn dan een vacuüm, maar wel de wrijving in de buis aanzienlijk verminderen. De buis wordt geconstrueerd van staal en wordt op pylonen gebouwd. Die pylonen moeten een geringe grondoppervlakte innemen, wat de bouw zou vereenvoudigen, maar het zou ook de bestandheid tegen aardbevingen ten goede komen. Het beoogde gebied tussen San Francisco en Los Angeles is nogal aardbevingsgevoelig en de pylonen zouden voldoende bewegingsvrijheid bieden om bevingen te weerstaan.
/i/1376393961.jpeg?f=imagenormal)
De buis zou elke dertig meter door een pylon ondersteund worden en van 20 tot 23mm dik staal gemaakt worden. De kosten van de buis zouden zo'n 650 miljoen dollar bedragen. Als ook auto's vervoerd moeten kunnen worden, in grotere en zwaardere capsules, moet het metaal van de buis iets dikker zijn. Bovendien moet de diameter dan geen 2,23 meter maar 3,3 meter zijn. De 25.000 benodigde pylonen zouden 2,5 tot ruim 3 miljard dollar gaan kosten.
Boven op de buizen zouden zonnepanelen worden gebouwd die de volledige energievoorziening van de Hyperloop moeten kunnen verzorgen. Een accusysteem moet periodes zonder zonlicht, zoals nachten en bewolkte dagen, overbruggen.
De capsules
De passagiers of auto's worden vervoerd in capsules, die van aluminium gemaakt worden. Een grote luchtinlaat voorkomt dat hoge druk voor de capsules wordt opgebouwd. Een schuifdeur of opklapdeur moet passagiers op stations in- en uitlaten. In de passagierscapsules passen 28 personen, met ruimte voor bagage en de elektrische systemen. In de grotere capsules voor auto's moeten drie personenwagens passen./i/1376393991.png?f=imagenormal)
Naast de lage wrijving die door de lage luchtdruk wordt gerealiseerd, worden de capsules voorzien van draagski's van inconel, een hoogwaardig materiaal dat bestand is tegen hoge temperaturen en hoge druk. Die ski's zijn voorzien van gaatjes die voor een luchtkussen zorgen, vergelijkbaar met een air hockey-tafel.
Een luchtinlaat aan de voorkant van de capsules moet de aanvoer van lucht voor het luchtkussen mogelijk maken, waarbij een interne compressor de luchtdruk levert. Een accu levert de benodigde stroom om de compressor aan te drijven. De lucht wordt ook, na waterkoeling, gebruikt om de cabine onder druk te houden. De accu's moeten het drie kwartier volhouden; de waterreservoirs zouden bij elk station gewisseld worden.
/i/1376394007.jpeg?f=imagenormal)
De stations
De stations zouden een stuk eenvoudiger worden dan luchthavens. De capsules zouden bij een luchtsluis binnenkomen, waarna passagiers kunnen uitstappen en water ververst kan worden. Het verwijderbare bagagecompartiment wordt eveneens gewisseld. Een tweede luchtsluis dient als opstappunt.
De aandrijving
De capsule wordt voor een deel voortbewogen door de luchtstroom die wordt gegenereerd door de interne compressor. Een magnetische inductiemotor levert echter het gros van de aandrijving. De aandrijving met een lineaire elektrische motor is vergelijkbaar met die van snelle achtbanen of een railgun. Daarom zijn de capsules voorzien van een aluminium rotor als aangrijppunt voor de aandrijving. Die rotor is een hol blad van vijftien meter lang, 45 centimeter hoog en 50 millimeter dik.
De stator van de motor zit in de metalen buis van de Hyperloop. Een stroom door de stator trekt de rotor elektromagnetisch aan, zodat de capsule versneld wordt. De lineaire versneller kan ook gebruikt worden om de capsule af te remmen bij de stations.
De capsules moeten op die manier aanvankelijk tot 300 mijl, of 480 kilometer, per uur versneld worden. Op de lange, rechte stukken moet de snelheid verder verhoogd worden tot 1220 kilometer per uur. Vervolgens wordt eerst weer afgeremd tot 480 kilometer per uur, tot stilstand bij het station. Een inductiemotor op elke honderd kilometer van het traject zou de snelheid constant kunnen houden.
Het hele Hyperloop-systeem zou een vermogen van ongeveer 21MW hebben, inclusief wat nodig is voor het versnellen en afremmen van de capsules, het laden van de accu's voor de compressor en het pompen voor de lage luchtdruk in de buis.
Volgens Musk leveren zonnepanelen boven op de Hyperloop-buis voldoende energie om de Hyperloop energieneutraal te houden. Er zou voldoende oppervlakte zijn om 51MW aan zonne-energie op te wekken. Tijdens dagen met weinig zon en 's nachts zou een accusysteem de Hyperloop van energie kunnen voorzien.
Kosten en veiligheid
De Hyperloop zou een fractie van de geraamde kosten voor een geplande hogesnelheidstrein gaan kosten. Volgens Musks berekeningen kost de Hyperloop tussen LA en San Francisco 6 miljard tot 10 miljard dollar, terwijl de geplande treinverbinding 70 miljard dollar kost. Ook voor reizigers zou de Hyperloop een fractie kosten van alternatieven met auto, vliegtuig of trein.
Het systeem zou elke twee minuten, met een maximum van elke dertig seconden, een capsule met 28 passagiers kunnen laten vertrekken. Dat levert een totale capaciteit op van ruim zeven miljoen mensen per jaar. Het grootste deel van de kosten voor de Hyperloop zou aan de buis, en dan vooral de pylonen, gealloceerd worden. De capsules voor personen en auto's kosten respectievelijk 'slechts' 1,35 en 1,5 miljoen dollar per stuk, of 54 en 61 miljoen dollar voor het project.
/i/1376394113.png?f=imagenormal)
Musk wil de Hyperloop niet zelf bouwen. Hij zegt het te druk te hebben met zijn andere bedrijven als SpaceX en Tesla Motors. Met het opensourceontwerp hoopt hij echter dat een ondernemer de uitdaging oppakt en de Hyperloop bouwt. Onder meer Musks eigen medewerkers van SpaceX en academici hebben de natuurkundige haalbaarheid van het Hyperloop-systeem doorberekend en bevestigd.
Of de Hyperloop zoals Musk die geschetst heeft ooit gebouwd wordt, is onbekend. Vooralsnog bestaat het plan een hogesnelheidstrein te bouwen tussen Los Angeles en San Francisco, met geschatte kosten van 70 miljard dollar. De Hyperloop zou echter ook op andere trajecten ingezet kunnen worden.
Veiligheid
De Hyperloop zou in gebieden waar aardbevingen voorkomen gebouwd worden. De constructie met pylonen moet eventuele aardbevingen opvangen: de buis wordt met koppelingen die kunnen meegeven op de pylonen bevestigd. Dat levert voldoende bewegingsvrijheid om schokken op te vangen.
Mocht een capsule stranden in de buis, dan kunnen de capsules die ervoor reizen gewoon hun weg vervolgen. De capsules erachter kunnen met behulp van mechanische noodremmen stoppen, waarna het 'landingsgestel' uitklapt en de capsules met een backup-elektromotor op eigen kracht terug naar het station kunnen bewegen.
Mocht iets met de druk in de capsule misgaan, dan kan deze op 1 atmosfeer gehouden worden dankzij een reservevoorraad lucht aan boord. Tevens zijn zuurstofmaskers beschikbaar bij wegvallen van de druk. Kleine lekken in de buis worden door de pompen gecompenseerd; bij grotere lekken wordt het systeem stilgelegd.
Passagiers zouden net als op vliegvelden door TSA-personeel gecontroleerd worden en alle bedrijfskritische systemen worden redundant uitgevoerd.