Hyperloop???

9.2.2017 8:00 Luděk Šimek

V posledních měsících a týdnech se v médiích objevují zprávy o senzačním převratném dopravním prostředku, který nás bude vozit již za několik let z Brna do Bratislavy, z Bratislavy do Vídně, z Prahy do Brna... Usedneme do kapsle, zvenku připomínající projektil, zevnitř malý autobus, a ono to tu kapsli prožene rourou, a to rychlostí 1200 km/h.

Na kolejích se nám o takové rychlosti ani nesní, v letadle sice ano, jenže za mnohem vyšší cenu a cesta z centra města na letiště a odbavení trvá déle než sám let, kdežto roura může vést přímo z Václaváku na Zelňák. A má to jezdit už za pár let, je to tutovka, brněnský primátor o tom podepsal memorandum. Tedy se na ten zázrak, zvaný hyperloop, podívejme trochu podrobněji.

Hyperloop v řezu; zdroj: Wikipedia

Princip tohoto převratného dopravního prostředku byl srozumitelně popsán např. v r. 2013. Shrňme si tedy hlavní údaje z tohoto článku:

Princip hyperloopu; zdroj: www.dailymail.co.uk

Pevnou část dopravního systému tvoří tubus o průměru 2,3 m (dnes se již uvažuje o 3,6 m), v němž je tlak vzduchu snížen na 100 Pascalů. Na stěnách jsou lineární elektromotory (cívky, představující buzení; kapsle tvoří klecovou kotvu). Cívky pokrývají jen 1% povrchu tubusu a mají za úkol pravidelně kapsli urychlovat.
Energii lineárním motorům dodávají fotovoltaické články, jimiž je tubus pokryt zvenku. Ty by měly během dne vytvořit tolik energie, že vystačí i na pohon v noci.
Pohyblivou částí, tedy „vozidlem“, je tzv. kapsle – kabina se sedadly pro cestující. V přední části kapsle je kompresor, který má dva důležité úkoly:

odsávat vzduch před přídí, a odstraňovat tím aerodynamický odpor.
vytvářet vzduchový polštář, který bude kapsli nadnášet a odpuzovat od stěn tubusu.

V zadním prostoru kapsle jsou baterie, napájející kompresor a spotřebiče, potřebné pro provoz v kabině.
Kapsle je opatřena 28 ližinami, pod nimiž je vytvářen vztlak vzduchového polštáře a které nejspíš zajišťují i to, aby nám kabina samovolně nerotovala kolem podélné osy.

schéma kapsle; zdroj: technet.idnes.cz

schéma kapsle; zdroj: Wikipedia

Autorem celého projektu je Elon Musk – podnikatel původem z Jižní Afriky, žijící v USA.

otec myšlenky Elon Musk; zdroj: www.ted.com

Zní to jako hezké sci-fi, jeho nápady se podobají těm, jaké jsem již před časem představil ve svém dvoudílném článku Scifi mého dětství (1, 2). Jenže nedávno se objevily zprávy, že ona to není pohádka do magazínů pro zvídavé děti. Že –

do 3 let to bude jezdit zkušebně, v r. 2020 už to poveze cestující v Kalifornii, pak z Dubaje do Abú Zabí a pak už přijde na řadu Brno.
výstavba 1 km hyperloopové trati bude stát 300 mil. Kč, což je méně než 1 km dálnice.

Hned nato se objevil článek, který to celé podrobil značné kritice.

Výhody, jaké by takový systém dopravy přinášel, obhajovat netřeba, jsou patrné na první pohled. Proto se tímto omlouvám všem nadšeným obdivovatelům hyperloopu a stavím se rovnou do pozice oponenta. Ono totiž těch překážek, které brání realizaci v současných podmínkách a technických možnostech, vidím až příliš.

z Bratislavy do Brna, do Košic, do Budapešti...; zdroj: www.dailymail.co.uk

1. Odstředivá síla

Známe ji a pociťujeme v každém dopravním prostředku, jedoucím vyšší rychlostí než je lidská chůze, při každém zahýbání. Je přímo úměrná druhé mocnině rychlosti a nepřímo úměrná poloměru oblouku. Ve vlaku ji, pravda, příliš nepociťujeme, traťová rychlost je stanovena v závislosti na poloměru oblouku a převýšení tak, aby odstředivá síla nevynesla vláček z kolejí, takže se nemusíme obávat většího odstředivého zrychlení než 1,45 m/s², tedy přibližně 0,15g. Mnohem intenzivněji na nás ve vlaku působí jiné síly a otřesy než odstředivá, vyvolaná jízdou obloukem. V dopravním letadle je to už nepříjemnější – nevím bohužel, pod jakým poloměrem s námi tenkrát zahýbal IL 62 o cestovní rychlosti 820 – 900 km/h, ale rvalo mi to útroby citelně. A teď si představme, že kapsle poletí ještě o něco rychleji, 1200 km/h. Pokud bychom připustili, že odstředivé zrychlení může mít maximálně hodnotu gravitačního zrychlení g = 9,81 m/s², což lze kompenzovat tím, že se celá kabina pří průjezdu obloukem otočí v podélné ose o 45° (a zrychlení působící kolmo k podlaze tedy vzroste na 13,87 m/s²), pak nám minimální poloměr oblouku vychází 11 km. Trať vede po povrchu, jak deklarují autoři systému hyperloop v čele s panem Muskem, takže ji nemůžeme jen tak narýsovat na mapu podle pravítka v naší hustě zabydlené krajině. Musíme se vyhýbat stavbám i spekulantům s pozemky. Zkuste tedy mezi těmito překážkami prokličkovat a neudělat poloměr menší než 11 km.

Působení odstředivého zrychlení a síly na kapsli hyperloopu © Luděk Šimek

Zatím jsme uvažovali jen horizontální oblouky. Odstředivé zrychlení ve vertikálním směru nás dráhomily nikdy nezajímalo, bylo zanedbatelné pří rychlostech a sklonech na železnici. Teď nás ale už musí zajímat, máme-li z Prahy do Brna překročit Vysočinu a na vyrovnání výškových rozdílů v terénu máme jen pilíře, jejichž výška, hádám, nepřekročí 20 m. Abychom tu místo seriózního dopravního prostředku neměli jen pouťovou lochnesku, adrenalinovější než centrifuga. Největší potíž je, že svislé zrychlení nelze nijak vykompenzovat, náklon kapsle bohužel vůbec nic neřeší.

Odstředivé zrychlení ve vertikálním oblouku © Luděk Šimek

Nebo si pomůžeme tím, čím už od dob pana Gerstnera vyrovnávají stavitelé dráhy členitost terénu – náspy, zářezy, tunely. Pak ale zase nevěřím té ceně za kilometr, nižší než u dálnice.

Také Stockholm s Helsinkami chtějí propojit podmořskou trubkou; zdroj: www.newsweek.com

2. Tepelná roztažnost a tektonické pohyby

Tepelnou dilataci dobře známe na železnici, projevuje se na kolejnicích i troleji. Rozdíl mezi nejnižšími a nejvyššími teplotami ve střední Evropě se uvádí 50 °C. A teď si představte, jak se projeví dilatace na tubusu, který musí být neustále hermeticky těsný. Kde a jak udělat nějaké dilatační spojky, přesahy, mezery???

Mimochodem: Souvislá sněhová pokrývka je sice u nás čím dál vzácnějším jevem, ale občas se přecejen vyskytne a každá stavba budovy či komunikace s ní musí počítat. Kdo bude odstraňovat sníh z povrchu těch stovek kilometrů roury, aby se dostalo světla solárním panelům?

Máme to štěstí, že žijeme v oblasti tektonicky klidné. I u nás se však občas země trochu zachvěje. A tento nový převratný prostředek by postrádal smyslu, kdyby se neměl rozšiřovat dál a umožňovat cestování nejen do Vídně ale i do Itilie, k Jadranu, tam, kde není země tak klidná. Copak takový třeba jen malý otřes či posun udělá s naší téměř vakuovanou rourou a s kabinou, která to v ní právě sviští rychlostí 1200 km/h?

interiér kapsle; zdroj: www.dailymail.co.uk

3. Musíme počítat i s katastrofickými scénáři

Hermetičnost tubusu se může porušit nejen zemětřesením. Tlak uvnitř, jak jsme si již pověděli, bude 100 Pa = 1 hPa. Což v porovnání s normálním atmosférickým tlakem kolem 1000 hPa představuje prakticky vakuum. Viděli jste už, co se stane s vakuovanou nádobou, v níž se udělá třeba jen malá dírka?

Může ale dojít i k porušení hermetičnosti kabiny, v níž jsou cestující, v níž je udržován ten normální tlak 1000 hPa – a katastrofa je hotová. Může dojít k jakékoliv poruše – to není skepse, to je obrázek, který nám tu na VlakyNetu téměř denně vytvářejí články a komentáře o „spolehlivosti“ vozidel v běžném drážním provozu.

Představme si třeba, že se zadře vrtule kompresoru. Vzduchový polštář okamžitě zmizí, kapsle začne rychlostí 1200 km/h dřít o stěny roury... Nebo nedojde k tak hrozné havárii, stačí jen, že vypadne napájení lineárních motorů na tubusu, kapsle se zastaví. Jak budou evakuováni cestující, zastaví-li se někde u Přibyslavi? Dojedou pro ně záchranáři nějakým nouzovým vozidlem tubusem nebo se k nim prořežou autogenem zvenku? Za jak dlouho jim i v hermeticky neporušené kabině dojde kyslík?

To jsou všechno otázky, jejichž řešení je možná těžší než samo technické provedení, které je však nutno detailně zodpovědět a vyřešit dřív, než se začne stavět.

vize hyperloopového nádraží; zdroj: thefishbowlnetwork.com

4. Za tři roky? Za deset let?

Z Prahy do Brna to máme vzdušnou čarou 200 km, z Brna do Bratislavy 115 km, právě tolik z Brna do Vídně, z Bratislavy do Vídně 52 km. Dovedu si představit, že stavba dvou trubic na sloupech by trvala pouhé dva tři roky. Víte ale, jak se stavby komunikací táhnou v praxi. A hlavně – než se vůbec kopne do země. Každý metr pozemků, po nichž má vést hyperloop, někomu patří. Z majitelů se rázem stanou spekulanti, sotva zaslechnou, že tu má vést významná komunikace – a že nedají, neprodají, licitují o ceny. Znám města, která již dvacet let plánují silniční obchvat. Díky spekulantům stále jen plánují.

Generální ředitel Hyperloop Transportation Technologies Dirk Ahlborn v interview sice tvrdí: „Hyperloop má výhodu, že může jít podél existujících cest. Když chcete postavit vysokorychlostní železnici, tak musíte vykoupit půdu a přemístit cokoli, co tomu stojí v cestě. To pro konstrukci na pylonech nemusíte“, jenže – to by musel kopírovat stávající komunikace včetně zatáček a terénních vln. Kde že je ten minimální poloměr 11 km, který nemůžeme překročit kvůli odstředivé síle?

Čili – v rychlou stavbu povrchové komunikace nevěřím.

5. Co takhle dát to potrubí raději pod zem?

Vyřešily by se tím některé výše popsané potíže:

nemuseli bychom se vyhýbat překážkám, trasa by byla podle pravítka, a to horizontálně i vertikálně
v podzemí je teplota stálá, odpadla by tepelná dilatace
nebylo by třeba vykupovat pozemky, spekulanti utřou ústa.

Přibyly by nám však jiné vrásky:

ohrožení tektonickými posuny by se zvýšilo
možnost evakuace by se ztížila
s iluzí o ceně za kilometr nižší než u dálnice se v tomto případě můžeme zcela rozloučit.

krajina s hyperloopem; zdroj: www.dailymail.co.uk

Resumé: Představa být za čtvrt hodiny z Prahy v Brně a za 20 minut v Bratislavě je lákavá. Jenže otázek k řešení je ještě hodně a příliš závažných. Tak promiňte laskavě starému škarohlídovi, že nepřeje technickému pokroku, že cestování rourou ho vůbec neláká, že by raději na těch sloupech přes Vysočinu jezdil vlakem po dvou šínách o rozchodu 1435 mm, protože se rád kochá...

Zdroje a odkazy: