A teoria e operação
Históricamente han sido obstaculizados los avances en los trenes de alta velocidad, debido a la dificultad de manejar la fricción y a la resistencia del aire "Arrastre (física)"), que aumenta considerablemente cuando se incremente la velocidad. El concepto teóricamente de tren del tubo en vacío elimina estos obstáculos empleando la levitación magnética en los trenes, eliminando el aire parcial o totalmente en los tubos, permitiendo velocidades de miles de kilómetros por hora. Sin embargo, el alto costo del tren de levitación magnética y la dificultad de mantener el vacío en grandes distancias siempre ha impedido que se construya este tipo de sistema. El Hyperloop se asemeja a un sistema de tren de tubo en vacío, pero funciona aproximadamente a cien pascales "Pascal (unidad)") de presión.[55].
Conceito de design inicial
O conceito Hyperloop foi projetado para funcionar enviando cápsulas ou cápsulas através de tubos de aço contínuos, mantendo um vácuo parcial. Cada cápsula flutua sobre uma camada de ar entre 0,5 e 1,3 milímetros, por meio de um air lift ou “esquis” que fornece a pressão, semelhante à forma como os discos são suspensos em uma mesa de air hockey, evitando assim o uso de levitação magnética, tendo em conta que as rodas não podem ser sustentadas em altas velocidades. Motores de indução lineares localizados ao longo do tubo acelerariam e desacelerariam a cápsula, na velocidade apropriada para cada seção do trajeto do tubo. Com a resistência ao rolamento eliminada e a resistência do ar bastante reduzida, os pods podem deslizar durante a maior parte do percurso. No conceito Hyperloop, teria uma entrada de ar, por meio de um ventilador elétrico e um compressor de ar, colocado na frente da cápsula "transferindo a pressão do ar da cabeça para a cauda do trem", resolvendo o problema de projeto, devido à pressão atmosférica, na frente do veículo, e portanto frenagem. Uma fração do ar é desviada para os esquis para pressão adicional, aumentando passivamente a propulsão graças ao seu formato.
O conceito em sua versão alfa, as cápsulas de passageiros devem ter diâmetro de dois metros e vinte e três centímetros[20] e são projetadas para atingir velocidade máxima de mil duzentos e vinte quilômetros por hora para manter a eficiência aerodinâmica; O projeto proposto para passageiros experimenta uma aceleração máxima de 0,5 g, cerca de duas ou três vezes mais que um avião comercial durante a decolagem ou pouso. Nessas velocidades não haveria uma explosão sônica.[56].
Rotas propostas
Várias rotas foram propostas para sistemas Hyperloop que encontram condições de distância aproximadas para as quais um Hyperloop hipoteticamente melhoraria o tempo de transporte.
A rota sugerida no documento de design em sua versão alfa de 2013 ia da área metropolitana de Los Angeles até a área da baía de São Francisco. Esse sistema conceitual começaria em torno de Sylmar, logo ao sul do porto de Tejón, ao norte da Interstate 5, e passaria perto de Hayward (Califórnia), a leste da Baía de São Francisco. Eles também mostraram várias filiais propostas no documento de design, incluindo Sacramento "Sacramento (Califórnia)"), Anaheim, San Diego "San Diego (Califórnia)") e Las Vegas.
Em janeiro de 2016, propuseram rotas europeias. Delft Hyperloop propôs uma rota de Paris a Amsterdã.[57][58] Um grupo da Universidade de Tecnologia de Varsóvia está avaliando possíveis rotas de Cracóvia a Gdansk através da Polônia propostas pela Hyper Poland.[59] Em julho de 2016, está em andamento o planejamento para uma rota de Helsinque a Estocolmo, através de um túnel que atravessa o Mar Báltico.[60].
Hyperloop Transportation Technologies (HyperloopTT) é um grupo que tem explorado outras rotas de Los Angeles a São Francisco. Outra empresa, Hyperloop One (anteriormente chamada Hyperloop Technologies), propôs uma rota de Los Angeles a Las Vegas.[62].
TransPod explora, como possibilidade, uma rota Hyperloop para ligar as cidades de Toronto e Montreal.[63] As duas cidades são as maiores do Canadá, atualmente ligadas pela Rodovia 401, a rodovia mais congestionada da América do Norte.[64].
Observadores e analistas começaram a avaliar algumas destas possíveis rotas. Para a rota sugerida no desenho alfa, os observadores notaram que uma vez concluída a construção da rota Hyperloop, causaria custos económicos significativos em ambas as áreas das áreas metropolitanas de Los Angeles e São Francisco, isto exigiria que os passageiros das comunidades mais distantes de Sylmar e Hayward teriam que viajar por outro meio de transporte para o centro de Los Angeles e São Francisco, para chegar ao seu destino final. Isto prolongaria consideravelmente o tempo total dos destinos dessas viagens.[65].
Um problema semelhante afeta atualmente as viagens aéreas, onde em rotas curtas (como Los Angeles - São Francisco) o tempo de voo é apenas uma pequena parte do tempo desde o ponto inicial até o ponto final da viagem. Os críticos argumentaram que isso reduzirá significativamente o orçamento proposto e/ou economia de tempo pelo Hyperloop, em comparação com o projeto California High Speed Rail, que servirá tanto a estação do centro de São Francisco quanto a estação do centro de Los Angeles. Os passageiros que viajam de centro financeiro para centro financeiro, conforme estimado, ganham aproximadamente duas horas pegando o Hyperloop em vez de dirigir pela estrada.[69].
Outros se perguntaram sobre as estimativas de custo para a rota sugerida na Califórnia. Alguns engenheiros de transporte argumentaram em 2013 que consideravam as estimativas de custos de design de nível alfa irrealistas, porque a tecnologia não foi testada em escala. O estudo tecnológico e de viabilidade da ideia não está comprovado e é um argumento significativo para debate.[6][7][8][65].
O HyperloopTT assinou um acordo com o governo da Eslováquia em março de 2016 para realizar estudos de impacto, com potenciais conexões entre Bratislava, Viena e Budapeste.[70].
Desde maio de 2016, a empresa estatal Russian Railways tem trabalhado em conjunto com a empresa privada americana Hyperloop One para planejar uma rota ligando as cidades de Moscou e São Petersburgo, principalmente para transporte de carga.[71][72].
Uma licitação da agência de rodovias e transportes de Dubai para um sistema Hyperlink elevado está sendo avaliada, para ligar as cidades e portos da região.[73].
Evolução do design de código aberto
Em setembro de 2013, a Ansys Corporation executou simulações computacionais de dinâmica de fluidos para modelar a aerodinâmica da cápsula e as forças de tensão de cisalhamento às quais a cápsula seria submetida. A simulação mostrou que o desenho da cápsula teria de ser consideravelmente remodelado para evitar a criação de uma corrente de ar supersónica, e que o espaço entre a parede do tubo e a cápsula teria de ser maior. O funcionário da Ansys, Sandeep Sovani, disse que a simulação mostrou que o Hyperloop tem grandes desafios, mas ele está convencido de que eles são viáveis.[74][75].
Em outubro de 2013, a equipe de desenvolvimento da estrutura de software OpenMDAO lançou um modelo inacabado, um conceito de código aberto das partes do sistema de propulsão Hyperloop. A equipe afirmou que o modelo conceitual é viável, embora o tubo devesse ter 4 metros de diâmetro,[76] consideravelmente maior do que o inicialmente projetado. No entanto, o modelo da equipe não é um modelo real do sistema de propulsão, pois não leva em conta uma grande variedade de fatores tecnológicos necessários para construir fisicamente o Hyperloop com base no conceito de Musk e, em particular, não possui componentes com um valor de peso significativo.
Em novembro de 2013, MathWorks analisou a oferta de rota sugerida e concluiu que a rota era praticamente viável. A análise centrou-se na aceleração que os passageiros experimentariam e nos desvios necessários das vias públicas para conservar razoavelmente as acelerações; destacando que não era possível continuar a trajetória da I-580 a leste de São Francisco nas velocidades planejadas, sem desvios significativos de áreas densamente povoadas.[78].
Em janeiro de 2015, um artigo da NASA do modelo OpenMDAO de código aberto reiterou a necessidade de um tubo de maior diâmetro e da redução da velocidade de cruzeiro, deixando-a mais próxima de Mach 0,85. Isso recomendou a remoção dos trocadores de calor integrados com base em modelos térmicos das interações entre o ciclo do compressor, o tubo e o ambiente. O ciclo de compressão contribuiria apenas com 5% do calor adicionado ao tubo, com 95% do calor atribuído à radiação e convecção dentro do tubo. O peso e a quantidade de penalidade dos transformadores de calor integrados não valeriam a pena contrabalançar a pequena vantagem que eles proporcionam e, apesar de toda a temperatura fixa no tubo, atingiria apenas 17-22 °C acima da temperatura ambiente.[79].
De acordo com Musk, vários aspectos do Hyperloop têm aplicações tecnológicas para outros interesses de Musk, incluindo o transporte para a superfície de Marte e o motor a jato movido a eletricidade.
Marte
De acordo com Musk, o Hyperloop seria útil em Marte, já que nenhum tubo seria necessário porque a atmosfera de Marte tem cerca de 1% da densidade da Terra.[82][83] Para que o conceito Hyperloop funcione na Terra, são necessários tubos de baixa pressão para reduzir a resistência do ar. No entanto, se construído em Marte, a menor resistência do ar permitiria criar um Hyperloop sem tubos, apenas uma pista.[84].