مسابقه دانشجویی طراحی هایپرلوپ کمپانی اسپیس ایکس

وقتی ایلان ماسک سال 2013 جزییات طرحش را در مورد هایپرلوپ در یک مقاله منتشر کرد اندیشه مسافرت با سرعت فراتر از صوت توسط لوله های خلا توجه عموم مردم و مهندسان سراسر دنیا را به خود جلب کرد. رویدادی که دقیقا هدف مورد نظر نویسنده مقاله بود. ممکن است کمپانی اسپیس ایکس سامانه هایپرلوپ را خودش نسازد، اما نقش بزرگی در معرفی و پرورش این اندیشه بازی می کند. از این میان می توان به میزبانی مسابقه طراحی محفظه برای گروه های دانشجویی دانشگاه ها اشاره کرد. برای فهمیدن چگونگی آفرینش محفظه هایپرلوپ ما با VicHyper صحبت کردیم. VicHyper یکی از 30 گروه شرکت کننده در این مسابقه است که طرحشان برای ساخت و آزمایش در ژانویه سال آینده پذیرفته شده است.

برای کسانی که با این طرح آشنایی ندارند باید بگوییم که هایپرلوپ، یک سامانه حمل و نقل انبوه است که قادر به جابجایی مسافران و کالاها با سرعت 1223 کیلومتر در ساعت (نزدیک به سرعت صوت) است. این کار را با استفاده از محفظه  هایی درون لوله های خلا انجام می دهد. برای رسیدن به این سرعت محفظه ها نزدیک به کف لوله ها معلق می شوند و تماسی با کف لوله ندارند. این کار برای کاهش اصطکاک انجام می شود. برای شناور ماندن محفظه ها یا از  نیروی مغناطیس استفاده می شود یا از یاتاقانهای هوایی برای ایجاد بالشی از هوا در زیر این محفظه ها بهره می برند مانند آنچه که در هاورکرافت یا میزهای هاکی دیده اید.

طرح هایپرلوپ به صورت منبع باز است و استارتاپهایی از قبیل Hyperloop Transportation Technologies (HTT) و Hyperloop One  در مورد آن برپا شده است. اما اسپیس ایکس همچنان علاقمند است به توسعه این طرح شتاب بیشتری بدهد. به همین منظور اسپیس ایکس میزبان مسابقه محفظه هایپرلوپ  میان گروه های دانشجویی دانشگاه ها و مهندسان در زمینه طراحی و ساخت محفظه هایپرلوپ بود.

برای این مسابقه بیشتر از 1200 طرح ارسال شده بود که 124 مورد انتخاب شد تا در ژانویه امسال، طرح خود را در حضور داوران ارائه نمایند. از میان این 124 طرح، 30 مورد به دور بعدی راه یافتند. در این دور می بایستی در ژانویه سال 2017 یک نمونه کامل آزمایشی از طرح خود را در مسیر 1.6 کیلومتری 1-mile متعلق به شرکت اسپیس ایکس بسازند.VicHyper از دانشگاه RMIT در ملبورن استرالیا یکی از چندین گروه خوش شانس بود که به دور بعدی راه یافت. این گروه تنها تیم از نیمکره جنوبی در دور دوم می باشد.

زاک مک کلاند، رهبر پروژه VicHyper می گوید: در طراحی بیشترین تمرکز ما بر روی قسمتهای ترمز و شتاب دهی است.در نتیجه تکنولوژی که ما بر روی آن کار می کنیم می تواند در وسایل نقلیه چرخدار یا  مغناطیسی یا یاتاقان هوایی استفاده شود.

اوایل امسال تلاش این گروه جایزه عالی فنی سامانه ترمز را در طراحی آخر هفته بدست آورد و آنها را در به 30 گروه نهایی وارد کرد. 30 گروه نهایی می بایستی نمونه آزمایشی را بسازند و آزمایش کنند.

مک کلاند اضافه می کند: اسپیس ایکس گفت، ما می خواهیم که شما  نشان دهید ترمز ساخته شده چقدر خوب کار می کند. اما ما در می خواهیم که شما سیستم ترمز را ساده کنید و آن را بر روی چرخها قرار دهید و یاتاقانهای هوایی را بیرون بیاورید.

به نظر نمی رسد که چرخها بخشی از پروژه هایپرلوپ باشند اما مک کلاند می گوید خارج کردن متغیرهای اضافی به گروه کمک می کند تا روی سیستم ترمز و شتاب دهی بدون نقص تمرکز کنند که در سرعتهای بالا و در خلا به خوبی کار کنند.

مک کلاند توضیح می دهد هنگامی که ایلان ماسک در تگزاس بر روی صحنه بود یکی از شرکت  کنندگان سوال کرد هایپرلوپ از کجا باید شروع شود؟ ایلن ماسک پاسخ داد: من فکر می کنم که باید از چرخا شروع شود. زیرا متدولوژی را که او روی آن کار می کند بهتر است معجزه ها به نوبت بدنبال هم اتفاق بیفتد تا همزمان به صورت موازی. یک به یک. این چیزی است که ما سعی می کنیم انجام دهیم.

جدا از مواجه شدن با موانع شناوری، طراحی های خلاقانه گروه شامل استفاده موتور القایی خطی  می باشد که اگر موفقیت آمیز باشداولین نمونه از این نوع است که در خلا کار می کند. با این روش شتاب دهی و کم کردن شتاب امکان پذیر است. در زمان کم کردن شتاب قسمتی از نیرو در داخل باتری ذخیره می شود. دومین سامانه ترمز که برای توقفهای اضطراری مفید است بوسیله جریان مخالف ترمزهای جاری امکان پذیر می باشد. این ترمزها هم اکنون برای توقف قطارهای سریع السیر و ترن های هوایی استفاده می شود.

گروههای دیگر نیز از سیستم مشابه ای برای توقف محفظه ها استفاده می کنند. اما بنا به گفته مک کلاند بسیاری از آنان از مغناطیسهای دایمی استفاده می کنند که می بایستی فعال و غیر فعال شود. که به مرور زمان خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد. VicHyper از یک باتری برای نیروی الکترومغناطیس استفاده می شود. در نمایشی از سیستم، گروه یک دیسک فلزی چرخنده را آزمایش کرد که سیم پیچ الکترومغناطیسی در حدود 10 میلیمتر دارد.

مک کلاند می گوید: ما می توانیم سرعت چرخش را به حدود 500 دور در دقیقه برسانیم و سپس سیم پیچ را روشن کنیم. در زمانی حدود نیم چرخش (دو ثانیه) متوقف می شود. مک کلاند اضافه می کند این سامانه خیلی قابل اطمینان است و به این راحتی دچار مشکل نمی شود. این یک تکنولوژی قدیمی است، اما ما آن را با کمی تغییر مناسب سرعتهای بالا کرده ایم.

هنگامی که VicHyper روی سامانه توقف محفظه ها تمرکز کرده است گروه های دیگر بر روی یکی از دو سامانه شناوری کار می کنند. مغناطیسی یا یاتاقان هوایی. هر دو روش مزایا و معایب خود را دارند و آزمایش نمونه آزمایشی نشان می دهد کدام سامانه بهتر کار می کند.

مک کلاند اظهار می کند: گروه های زیادی بر روی سامانه مغناطیسی یا یاتاقان هوایی تمرکز کرده اند. این مبحث بزرگی است. خیلی جالب است که ببینیم کدام سیستم بهتر است. این واقعا موضوع مهمی است و تغییر کوچکی در طراحی می تواند آن را 10 مرتبه بهتر کند.

بعد از یک سری از کنترل های بسیار دقیق توسط اسپیس ایکس، محفظه ها در ژانویه سال آینده برای مدت چند روز آزمایش می شوند. گروه ها در دسته بندیهای متنوعی محفظه های خود را در لوله ها به طول یک مایل در اسپیس ایکس HQ واقع در کالیفرنیا با سرعتهای بالاتر از 400 کیلومتر در ساعت آزمایش می کنند. گروه ها به دودسته شناور و غیر شناور تقسیم بندی می شوند.

مک کلاند می گوید: چند چیز هستند که ما بر مبنای آنها درجه بندی می شویم. من فکر می کنم که 2500 امتیاز وجود دارد. 200 امتیاز برای سریعترین، 200 امتیاز برای مسافت طی شده در لوله.  به نظر من داوران انتظار دارند که محفظه های زیادی نتوانند همه طول لوله را طی کنند. امتیازاتی برای خلاقیت، کیفیت ساخت، مقیاس پذیری ( می توانید کاری کند که 28 انسان را حمل کند؟) و مسایل دیگر در نظر گرفته اند.

اگرچه گروه ها با یکدیگر رقابت می کنند، اما روابط دوستانه ای بین گرو ها برقرار است. با وجود منبع باز بودن طرح اسپیس ایکس و حضور روح همکاری برای روشن می کند که چگونه ترمزها و شتاب دهنده های VicHyper با طرحهای شناور دیگر گروها هماهنگ می شود. هدف نهایی پیشرفت سامانه هایپرلوپ است به سود اجتماع نه سود شرکتها.

مک کلاند در ادامه می گوید: همیشه موانعی وجود دارند. موانع محیطی و موانع هزینه ای. البته ما می توانیم تعداد زیادی از آنها را از سر راه برداریم. زیرا موانع محیطی کم هستند. انرژی مصرف شده در مقایسه با یک خودرو تفاوت نجومی دارد. شگفت انگیز است. شما در سرعت و ایمنی بسیار بالا این کار را انجام می دهید.

اسپیس ایکس مسابقه محفظه هایپرلوپ را از 27 تا 29 ژانویه سال 2017 برگزار می کند و دور بعدی در تابستان انجام می شود که تمرکز آن منحصرا بر روی سرعت است. VicHyper محفظه طراحی شده خود را در ویدیو توضیح می دهد.