هایپرلوپ چیست؟ انقلابی در حمل‌ و نقل یا ایده‌ای تخیلی

آشنایی با هایپرلوپ

عبارت هایپرلوپ «Hyperloop» از ترکیب پیشوند «Hyper» به معنی بیشتر یا فراتر از حد معمول و «Loop» به معنی حلقه یا همان تونل تشکیل شده و هدف این تونل ماورایی، افزایش سرعت است.

این سیستم حمل‌ونقل که فعلا در مرحله توسعه است و اجرای آن به زمان بیشتری نیاز دارد سرعت حمل‌ و نقل را به شدت افزایش می‌دهد.

طراحی هایپرلوپ چندین مرتبه تغییر کرده و در حال حاضر چندین شرکت مشغول آزمایش طراحی‌‌های مختلف برای این سیستم حمل‌ و نقل نوین هستند. هایپرلوپ چیزی شبیه به سیستم متروی ریلی است که هم اکنون در همه جای جهان از این سیستم به شدت استفاده می‌شود و در واقع یکی از سیستم‌های اصلی و حیاتی حمل و نقل در دنیا است. اما تفاوت این وسیله با متروی ریلی را می‌توان در نحوه حرکت و سرعت‌شان دانست که هر کدام مبتنی بر نوع ساخت از ویژگی‌ها و امکانات گوناگونی برخوردار هستند.

تاریخچه هایپرلوپ

ایلان ماسک، کارآفرین و یکی از مشهورترین چهره‌های دنیای فناوری که مدیرعامل شرکت‌های بزرگ و مطرحی چون تسلا و اسپیس‌اکس است، در سال ۲۰۱۳ ایده قطاری در خلأ و معلق داخل یک لوله یا تونل را مطرح کرد. پس از طرح و بیان این موضوع، ایده گفته شده، هایپرلوپ نام گرفت.

ماسک در جولای ۲۰۱۷ از تلاش برای ساخت این سیستم و «تاییدیه لفظی دولت» در این باره خبر داد. چندی بعد واشینگتن پست از صدور مجوز ساخت‌ و سازی مبهم برای شرکت بورینگ (Boring company)، متعلق به ایلان ماسک، خبر داد.

اما داستان هایپرلوپ به پیش از این روزها باز می‌گردد و ماسک اولین ایده‌پرداز این طرح نیست. جورج مدهرست (George Medhurst) ایده حرکت کالا در لوله‌های آهنی با استفاده از فشار هوا را مطرح کرد. او در سال ۱۸۴۴ در شهر لندن یک ایستگاه ریلی پنوماتیک را برای مسافر و بار احداث کرد که البته در سال ۱۸۴۷ به کار خود پایان داد.

در اواسط قرن ۱۹ (دهه ۱۸۵۰)، چندین خط ریلی پنوماتیک در دوبلین، لندن و پاریس احداث شد. سیستم پنوماتیک لندن با هدف انتقال بسته‌های کالا احداث شد اما این خطوط به اندازه کافی برای انتقال انسان هم ظرفیت داشت و تنها به انتقال کالا محدود نماند. دوک باکینگهام برای افتتاحیه رسمی این خط در سال ۱۸۶۵ با این وسیله جدید، سفر کرد.

در پایان قرن ۱۹، اکثر شهر‌های بزرگ برای جا به‌ جایی پست و دیگر پیغام‌ها از سیستم لوله‌های پنوماتیک استفاده می‌کردند و این زیرساخت هنوز هم در برخی از بانک‌ها، بیمارستان‌ها و کارخانه‌ها به یادگار مانده است.

در سال ۱۹۱۰، رابرت گودارد (Robert Goddard) از پیشگامان صنعت موشک‌سازی آمریکا قطاری طراحی کرد که فاصله بوستون تا نیویورک را ظرف ۱۲ دقیقه طی می‌کرد و با اینکه این برنامه اجرایی نشد اما قرار بود در این طرح از آهن‌رباهایی در یک تونل خالی از هوا استفاده شود.

از آن سال تا سال ۲۰۱۳ و پیشنهاد طرح هایپرلوپ از ایلان ماسک، ایده‌های مشابهی در حد تئوری و برخی هم در مرحله اجرا عملیاتی شدند. اما ایلان ماسک در سیستم هایپرلوپ خود، یک جاده را بین لس‌آنجلس تا سان‌فرانسیسکو پیشنهاد می‌کند و حداکثر سرعت هایپرلوپ ۱۲۲۰ کیلومتر بر ساعت است که یعنی این مسافت ۵۶۰ کیلومتری را طی ۳۵ دقیقه به پایان می‌رساند.

ماسک، هایپرلوپ را متفاوت با دیگر سیستم‌های حمل‌ و نقل دانسته و آن را به عنوان پنجمین حالت حمل‌ و نقل در کنار سیستم ریلی،‌ جاده‌ای، آبی و هوایی در یک دسته جداگانه قرار می‌دهد.

هم اکنون چندین شرکت و سازمان توسعه فناوری، هایپرلوپ را پذیرفته اند. برخی از نمونه های برجسته آن عبارتند از Virgin Hyperloop، Hyperloop Transportation Technologies (HTT)، و Elon Musk’s The Boring Company. این شرکت‌ها مطالعات امکان‌سنجی را انجام داده‌اند، مسیرهای آزمایشی را ساخته‌اند و فعالانه روی نمونه‌های اولیه کار می‌کنند تا دوام و ایمنی مفهوم Hyperloop را اثبات کنند.

هایپرلوپ چطور کار می‌کند؟

هایپرلوپ با رفع یک مشکل ساده یعنی «اصطکاک» رسیدن به سرعت‌های بسیار بالا را ممکن می‌کند. هایپرلوپ به گونه‌ای طراحی شده تا اصطکاک را داخل تونل یا لوله حرکتی به حداقل برساند.

هوا تقریبا به طور کامل از تونل‌ها تخلیه می‌شود و در نتیجه با به حداقل رسیدن کشش آیرودینامیک یا مقاومت هوا، حداکثر سرعت ممکن می‌شود.

از سوی دیگر حالت شناور مغناطیسی (maglev)، موضوعی مثل اصطکاک چرخ‌ها را که در دیگر روش‌های حمل‌ و نقل زمینی وجود دارد از بین می‌برد. همین حالا هم از این روش در قطار‌های پرسرعت استفاده می‌شود. آهن‌رباهای قرمز برای معلق شدن و آبی‌ها برای ثبات افقی هستند.

در حال حاضر دو روش شناورسازی مغناطیسی برای استفاده در هایپرلوپ در مرحله توسعه قرار دارد. اولین روش پسیو (Passive) یا منفعل، با ساختار مشخصی کابین را همیشه معلق نگه می‌دارد و به انرژی خارجی نیازی نیست. در روش دیگری هم این آهن‌ربا‌های منفعل و دائمی با آهن‌رباهای الکترومغناطیسی ترکیب می‌شوند. با استفاده از روش فعال می‌توان با توجه به شرایط، سطح یا قدرت آهن‌ربا را در شرایط مختلف تغییر داد.

مزایا و معایب هایپرلوپ

طرفداران Hyperloop ادعا می‌کنند که این ابزار می‌تواند به طور بالقوه چندین مزیت را نسبت به روش‌های حمل‌ و نقل موجود ارائه دهد. اینها شامل سرعت زیاد مدت زمان سفر، مصرف انرژی کمتر، کاهش خطرات زیست محیطی و قابلیت کاهش ازدحام در مناطق پرجمعیت است. کارشناسان معتقدند که هایپرلوپ قابلیت اتصال شهرهای بزرگ و مناطق مختلف را به هم دارد و جایگزینی با سرعت بالا برای سفرهای هوایی و سیستم های ریلی سنتی به حساب می‌آید.

همان‌طور که گفتیم، هایپرلوپ به صورت معلق و در تونل‌های خالی از هوا حرکت می‌کند که علاوه بر افزایش قابل توجه سرعت، اصطکاک را هم کاهش می‌دهد و حرکتی روان و بدون تکانه‌های اضافی را ممکن می‌کند. به‌ علاوه شرایط آب و هوایی تاثیری بر این سیستم ندارد و از آنجا که تنها به یک تونل باریک برای حرکت نیاز دارد،‌ به سادگی می‌توان بیشترین بهره را از حداقل فضا برد.

در ادمه به توضیح چند ویژگی‌ مثبت این مدل از جا به جایی می‌پردازیم:

۱- هزینه بالا

هایپرلوپ نیز مانند حمل‌ و نقل هوایی که محدودیتی‌هایی از جمله زیرساخت گسترده و هزینه بالا دارد، هزینه بالای زیرساخت و سازه اولیه برای این شیوه از جا به جایی نیز مشکل‌ساز شده است. علاوه بر هزینه‌های اولیه، هزینه‌های جاری مثل هزینه نگهداری هم بار سنگینی بر دوش شهر و شرکت‌های ارائه‌دهنده می‌گذارد. سیستمی در این سطح از شکوفایی تکنولوژی که به فیلم‌های علمی‌ تخیلی شبیه است مطمئنا بسیار هزینه‌بر هم خواهد بود.

ناسا در گزارشی پیش‌بینی کرده تنها تکنولوژی این سیستم حمل‌ و نقل ۲۵ تا ۲۷ میلیون دلار در ازای هر مایل هزینه دارد و این جدا از هزینه‌هایی مثل کار روی زمین و زیرساخت است.

۲- ارتباطات دشوار

داخل واگن‌های هایپرلوپ از چه سیستمی برای ارتباط می‌توان استفاده کرد؟

تونل از ورود سیگنال جلوگیری می‌کند و حتی در صورت ورود سیگنال هم سرعت بالا دائما شما را از محدوده یک آنتن به دیگری می‌برد و احتمال قطع ارتباط زیاد است. یکی از راهکارهای این سیستم استفاده از تکنولوژی Li-Fi است. تکنولوژی بی‌سیم موبایلی که به جای فرکانس‌های رادیویی برای انتقال داده از نور استفاده می‌کند. لای‌فای ساده‌تر از ارتباطات فرکانس رادیویی است و به دلیل تراکم بالای نور،‌ نرخ قابل قبولی از انتقال داده را امکان‌پذیر می‌کند. لای‌فای برای محیط‌هایی که به سختی از وای‌فای پشتیبانی می‌کنند از جمله کابین‌های هواپیما،‌ بیمارستان‌ها و محیط‌های خطرناک مناسب است. با این همه این تکنولوژی هم مشکلات امنیتی دارد و هکرها می‌توانند به صورت فیزیکی سیگنال‌های ارتباطی را قطع کنند.

۳- آتش سوزی

با اینکه خلاء موجود در تونل از ورود آتش جلوگیری می‌کند اما آتش‌سوزی در داخل کابین به شدت خطرناک است. برای جلوگیری از این مشکل، کابین‌ها باید به حسگر‌های قدرتمند دود مجهز و سریعا در صورت شناسایی دود فعال شوند.

هایپرلوپ در ایران

همان‌طور که گفته شد هایپرلوپ، سیستم حمل‌ و نقل سریع‌السیری است که بسیاری از شرکت‌ها و موسسات به فکر ارائه و اجرایی کردن این فناوری‌ای که از سالها پیش مورد بحث و گفت‌ و گو بود هستند. این موضوع که با بیان مجدد ایلان ماسک و ایده‌پردازی آن قوت گرفت دغدغه‌مندی جدیدی برای کشورها در حوزه توسعه زیرساخت‌های فناوری شهری شده است. یکی از این شرکت‌ها به نام ویرجین هایپرلوپ زیرمجموعه شرکت ویرجین در مورد این طرح، ویدئوهایی را ارائه کرده که نسبت به موارد قبلی خود تحولات زیادی داشته است.

هایپرلوپ در ایران نسبت به نمونه‌های جهانی تفاوت داشته و قطاری که زودتر از سایر قطارها، مسافرین خود را به مقصد می‌رساند به هایپرلوپ مشهور شده است. این نوع قطار، ایستگاه‌های مختلفی ندارد و تنها ایستگاه آن از مبدأ شروع شده و ایستگاه بعدی آن مقصد خواهد بود. در ایران تنها یک نوع قطار سریع‌السیر در ناوگان ریلی قرار دارد.

هایپرلوپ با هدف اتصال شهرهای بزرگ به یکدیگر ساخته شده و نسبت به سایر وسایل حمل‌ و نقل با محیط‌ زیست سازگارتر است. این سیستم از لوله‌های مهر و موم شده با فشار کم استفاده می‌کند تا واگن‌ها یا همان غلاف‌های حامل مسافرین بتوانند در محیطی که مقاومت بسیار کمی در برابر هوا داشته با سرعت بسیار زیاد حرکت کند.

در حالی که در این زمینه پیشرفت‌هایی حاصل شده است اما توجه به این نکته مهم است که هایپرلوپ هنوز در مرحله آزمایشی و توسعه است. قبل از تحقق یک سیستم Hyperloop کاملا کاربردی و تجاری‌ای که از مقاومت و دوام زیادی برخوردار باشد، باید بر چالش‌های مهندسی، نظارتی و لجستیکی مهم غلبه کرد. با این وجود، این مفهوم تخیل بسیاری را به خود جلب کرده است و همچنان حوزه تحقیق و توسعه فعال در صنعت حمل و نقل است.