Giải ngố về Hyperloop – công nghệ đại cách mạng sẽ thay đổi hoàn toàn cách chúng ta di chuyển

Hyperloop là hệ thống giao thông tốc độ cao, lần đầu được khởi xướng bởi tỷ phú Elon Musk. Bên trong đường ống áp suất thấp, các phương tiện chở người và hàng hóa có thể phóng đi nhờ đệm không khí tạo ra bởi máy nén khí giúp giảm ma sát đến mức tối đa. Năng lượng để đẩy con tàu cũng dựa vào cảm ứng điện từ. Những yếu tố này giúp tàu có thể di chuyển với vận tốc gấp đôi máy bay chở khách thông thường, không bao giờ gặp tai nạn, tiết giảm đáng kể chi phí năng lượng, hoạt động 24/24 bất chấp mọi điều kiện thời tiết.

Những phác thảo ban đầu về bản Hyperloop được công bố vào tháng 8/2013. Dự án đầu tiên là tuyến đường từ khu vực Los Angeles đến vịnh San Francisco (Mỹ).

Phân tích cho rằng một con đường như vậy có thể giúp hành trình giảm xuống còn 35 phút. Tổng chiều dài quãng đường 560 km, như vậy hành khách sẽ phóng đi với vận tốc trung bình 970 km/h. Tốc độ tối đa Hyperloop có thể đạt được khoảng 1.200 km/h.

Dự toán sơ bộ cũng cho thấy tuyến đường này sẽ tốn khoảng 6 tỷ USD nếu chỉ dùng chở khách, và 7,5 tỷ USD nếu thêm phiên bản ống đường kính lớn để chở xe hơi và hành khách.

Khi Musk thể hiện ý tưởng của mình qua tài liệu dày 57 trang vào tháng 8/2013, đã có rất nhiều ý kiến trái chiều được đưa ra; nhiều người vẫn còn hoài nghi về công nghệ nghe quá “thần thánh” này.

Quá trình phát triển

Ý tưởng về đoàn tàu đi qua ống thực ra đã xuất hiện cách nay hơn 1 thế kỷ. Elon Musk dựa trên ý tưởng này và sửa đổi một vài yếu tố kỹ thuật để dự án khả thi và chi phí thấp hơn.

Musk đề cập đến công nghệ vận tải thế hệ thứ 5 và gọi nó là Hyperloop và tháng 7/2012, tại sự kiện PandoDaily ở Santa Monica, California.

Hyperloop cũng là cái tên Elon Musk nghĩ ra, bởi ông giải thích phương tiện này sẽ đi theo một vòng tròn khép kín và có thể vượt quá tốc độ âm thanh trong không khí.

Elon Musk so sánh Hyperloop là tổng hợp của phản lực siêu thanh Concorde, một súng điện từ và bảng hockey bay trên nệm không khí. Đường ống có thể đặt nổi trên mặt đất cũng như ngầm dưới lòng đất.

Cuối năm 2012 đến tháng 8/2013, một nhóm kỹ sư của cả Tesla và SpaceX đã làm việc để mô hình hoá Hyperloop. Thiết kế ban đầu đã được công bố trên blog của Tesla và SpaceX. Musk kêu gọi mọi người cùng góp ý để giúp cải thiện bản thiết kế. Đây là thiết kế mã nguồn mở và bất cứ ai cũng có thể sử dụng hay sửa đổi thêm. Kể từ đó đã có không ít nhóm khởi nghiệp dựa vào thiết kế này để bắt tay vào thực hiện những công trình của riêng mình.

Nguyên tắc hoạt động

Sự phát triển của đường sắt tốc độ cao và vận chuyển tốc độ cao nói chung bị cản trở bởi những giới hạn trong việc loại bỏ ma sát và lực cản không khí. Cả hai lực này trở thành vật cản đáng kể khi xe bắt đầu đạt tốc độ cao.

Khái niệm vactrain là phương pháp loại bỏ lực cản không khí nhờ nệm từ trường và sử dụng đường hầm chân không, cho phép xe đạt vận tốc hàng nghìn dặm/giờ. Tuy nhiên, chi phí quá cao và việc khó duy trì trạng thái chân không ở khoảng cách lớn là rào cản khiến loại tàu điện đệm từ (Maglev – magnetic levitation) vẫn chưa được xây dựng rộng rãi.

Hyperloop có nhiều điểm tương đồng với hệ thống vactrain nhưng hoạt động ở áp lực khoảng 100 Pa.

Các con nhộng sẽ được duy trì khoảng cách với thành ống khoảng 0,5 - 1,3 mm nhờ áp lực không khí tạo ra bởi máy nén khí đặt ở đầu tàu. Tương tự những miếng pucks lơ lửng trên bảng không khí của trò chơi hockey. Như vậy, không cần sử dụng Maglev, trong khi vẫn cho phép loại bỏ ma sát lăn.

Cánh quạt áp suất cao sẽ hút không khí ở đầu tàu và thổi qua các đường ống dưới đáy tàu, đẩy đoàn tàu tách khỏi thành ống. Ngoài ra, máy nén khí cũng khiến áp suất phía trước mũi tàu giảm đáng kể, tạo thành môi trường gần chân không giúp loại bỏ phần lớn lực cản không khí.

Bộ phận thứ 2 của Hyperloop là các nam châm điện. Nhờ lực cảm ứng điện từ, con tàu sẽ được đẩy về phía trước với vận tốc của viên đạn. Nam châm này hoạt động tương tự loại súng điện từ đang sử dụng trong quân đội Mỹ. Lực nam châm cũng được điều chỉnh để tăng tốc trên đường thẳng và giảm tốc khi tới nhà ga.

Bộ phận thứ 3 là đường ống, và cuối cùng là những tấm pin mặt trời gắn phía trên để cung cấp năng lượng cho toàn hệ thống.

Những chiếc ống có đường kính 2,23 m, sẽ bắn con tàu đi với vận tốc 1.220 km/h. Ở vận tốc này hành khách phải chịu gia tốc trọng trường khoảng 0,5 G (2 hoặc 3 lần so với trọng lực lúc máy bay thương mại cất và hạ cánh).

Musk tính toán rằng dù vận tốc cao nhưng Hyperloop vẫn không vượt tốc độ âm thanh bởi áp suất thấp và nóng bên trong ống cho tốc độ truyền âm nhanh hơn bình thường. Điều này giúp hành khách không chịu sóng xung kích khi vượt bức tường âm thanh.

Hãy xem chi tiết vận hành của hệ thống Hyperloop trong video dưới đây.

_______

Nhu cầu thực

Các phương tiện giao thông vận tải truyền thống như đường bộ, đường thủy hay tàu hỏa đều tương đối tốn kém, tốc độ thấp và gây hại cho môi trường.

Giao thông đường bộ không chỉ xả thải carbon mà còn rất dễ chịu tác động của giá dầu. Vận chuyển bằng tàu hỏa có vẻ ít tốn kém và thân thiện với môi trường hơn nhưng lại quá chậm chạp và vẫn không được kinh tế cho lắm nếu xét trên diện rộng. Trong khi đó, vận tải đường hàng không lại không mấy khả thi với khoảng cách dưới 900 dặm. Hơn thế nữa, phần lớn thời gian vận chuyển hàng không sẽ bị lãng phí vào các quy trình thủ tục sân bay cũng như việc cất và hạ cánh.

Trước những vấn đề đó, công nghệ Hyperloop hướng đến việc tạo ra một hệ thống vận tải giá rẻ, tốc độ cao cho khoảng cách vừa phải. Các ống Hyperloop cũng được lắp đặt các tấm pin mặt trời trên nóc, cho phép hệ thống tự sạc cũng như sử dụng năng lượng sạch để hoạt động. Với những đặc điêm ưu việt như vậy, việc Hyperloop được đón nhận có lẽ sẽ là điều hiển nhiên.

Tính khả thi

Năm 2014, Elon Musk hợp tác cùng doanh nhân Dirk Ahlborn thành lập Hyperloop Transportation Technologies. Đây là công ty vận tải sẽ thiết kế và vận hành hệ thống Hyperloop đầu tiên.

Hyperloop Transportation Technologies cho xây dựng một đường ống dài 8 km. Thiết kế ống phóng và tàu chở khách đang được phát triển. Dự án bắt đầu triển khai xây dựng từ đầu năm 2016. Các hoạt động chạy thử nghiệm sẽ bắt đầu từ cuối năm nay.

Nếu thử nghiệm thành công, các dự án trên thực tế sẽ được triển khai trước năm 2020.

Các nhà quan sát và phân tích bắt đầu cân nhắc một số tuyến đường tiềm năng, bao gồm Los Angeles đến vùng Vịnh San Francisco, sau đó sẽ tới các thành phố như San Diego, và Las Vegas… Hyperloop cũng sẽ được xây dựng ở châu Âu. Từ Paris (Pháp) đến Amsterdam (Hà Lan) hay chạy tới Balan…

Các chuyên gia này nêu ý kiến nếu Hyperloop có trạm cuối tại khu vực ngoại thành các thành phố lớn sẽ giảm chi phí xây dựng đáng kể. Hyperloop có lợi thế so với máy bay ở những chặng ngắn, bởi thời gian bay chỉ chiếm một phần khá nhỏ trong tổng thời gian đi lại vì những thủ tục phức tạp tại sân bay.

Hyperloop cũng sẽ cạnh tranh gay gắt với hệ thống đường bộ cao tốc, bởi tốc độ gấp nhiều lần. Hành khách có thể sống ở ngoại thành cách trung tâm hàng trăm km và chỉ mất vài phút để tới chỗ làm thay vì vài tiếng lái xe trên cao tốc.

Thị trường Hyperloop và sự cạnh tranh từ các startup mới

Mặc dù Elon Musk khởi xướng ý tưởng xây dựng Hyperloop nhưng SpaceX lại không có ý định thương mại hóa nó. Thay vào đó, công ty lại tổ chức một cuộc thi khuyến khích sinh viên và các kỹ sư phát triển tàu Hyperloop. SpaceX còn cho xây dựng một đoạn ống thử nghiệm dài 1 dặm để các ứng viên nộp thiết kế dự thi có thể chạy thử trong điều kiện thật vào tháng 6 tới đây. Cuộc thi được kỳ vọng sẽ thu hút các nhân tài thiết kế và là dịp để các công ty, kỹ sư trao đổi kiến thức về lĩnh vực này.

Dù thị trường còn chưa thành hình nhưng Hyperloop đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà đầu tư với 2 startup mới nổi Hyperloop Transportation Technologies (HTT) và Hyperloop One (HO - tiền thân là Hyperloop Technologies). Cả hai công ty đều đang nỗ lực xây dựng hệ thống ống thử nghiệm của riêng mình và đặt trụ sở tại Los Angeles. HTT gần đây còn thông báo đặt quan hệ đối tác với Oerlikon Leybold Vacuum, một công ty chuyên về công nghệ chân không và Aecom, tập đoàn toàn cầu cung cấp giải pháp cho các dự án công nghệ.

Trong khi đó, HO cũng nhận được sự hỗ trợ lớn từ chính quyền địa phương với việc cho phép công ty phát triển đường ống thử nghiệm tại khu công nghiệp Apex, Los Angeles và bắt đầu chạy test từ ngày mai. Công ty mới hôm nay cũng vừa thông báo nhận tới 80 triệu USD tiền đầu tư và đã thiết lập mạng lưới đối tác toàn cầu. Hãng. HTT cũng đang xin phép xây dựng đường ống thử nghiệm dọc cao tốc I-5 tại thung lũng Quay, California. Trong khi đó, SpaceX của Elon Musk cũng đang chuẩn bị khép lại cuộc thi phát triển tàu Hyperloop với những bản thiết kế ấn tượng đang trong giai đoạn nước rút hoàn thành.

Test thử nghiệm hệ thống dự kiến của HO:

_______

Liệu các hệ thống Hyperloop có được xây dựng rộng khắp hay tay chơi nào sẽ nổi lên hàng đầu chỉ có thời gian mới trả lời. Tuy vậy, với lợi thế rõ ràng của Hyperloop mà không phương tiện nào trên trái đất hiện nay có được, việc xây dựng hệ thống giao thông này trong tương lai sẽ là điều hiển nhiên. Leonard Bernstein từng khẳng định rằng những nỗ lực thành công đều có chung 2 thứ: kế hoạch tốt và đủ thời gian.

Kế hoạch cho Hyperloop đã nằm gọn trên giấy rồi, vấn đề chỉ còn là chúng ta có bao nhiêu thời gian để thực hiện?

Tổng hợp