La teoría y el funcionamiento
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].
Concepto de diseño inicial
El concepto Hyperloop está diseñado para funcionar enviando cápsulas o vainas, por tubos continuos de acero, conservando un vacío parcial. Cada cápsula flota sobre una capa de aire entre 0,5 y 1,3 milímetros, por medio de un elevador de aire o “esquís” que proporciona la presión, similares a como son suspendidos los discos en una mesa de hockey de aire, así se evita el empleo de levitación magnética, teniendo en cuenta que las ruedas no pueden sostenerse a altas velocidades. Los motores lineales de inducción localizados a lo largo del tubo, acelerarían y desacelerarían la cápsula, a la velocidad apropiada para cada sección de la ruta del tubo. Con la resistencia a la rodadura eliminada y la resistencia de aire enormemente reducida, las cápsulas pueden deslizarse en la mayor parte del viaje. En el concepto Hyperloop, tendría una entrada de aire, por medio de un ventilador eléctrico y un compresor de aire, colocados en la parte delantera de la cápsula “transfiriendo la presión del aire desde la cabeza a la cola del tren”, resolviendo el problema de diseño, debido la presión atmosférica, delante del vehículo, y por tanto de frenado.[20] Una fracción del aire es desviada a los esquís para una presión adicional, aumentando pasivamente la propulsión gracias a su forma.
El concepto en su versión alfa, las cápsulas de pasajeros deben tener un diámetro de dos metros y veintitrés centímetros[20] y se proyecta alcanzar una velocidad máxima de mil doscientos veinte kilómetros por hora para mantener la eficiencia aerodinámica; el diseño propuesto para los pasajeros, experimenta una aceleración máxima de 0,5 g, unas dos o tres veces más que un avión comercial en su despegue o aterrizaje. En estas velocidades no habría una explosión sónica.[56].
Rutas propuestas
Se han propuesto un número de rutas para los sistemas Hyperloop que encuentran las condiciones de distancia aproximadas para las cuales hipotéticamente un Hyperloop mejoraría el tiempo en el transporte.
La ruta sugerida en el documento de diseño en su versión alfa de 2013 partía del Área Metropolitana de Los Ángeles hasta el Área de la Bahía de San Francisco. Aquel sistema conceptual comenzaría alrededor de Sylmar, justo al sur del Puerto del Tejón, al norte de la Interestatal 5, y pasaría cerca de Hayward "Hayward (California)") al este de la Bahía de San Francisco. También mostraron varias ramas propuestas en el documento de diseño, incluyendo Sacramento "Sacramento (California)"), Anaheim, San Diego "San Diego (California)"), y Las Vegas.[20].
En enero de 2016, han propuesto rutas europeas. Delft Hyperloop propuso una ruta de París a Ámsterdam.[57][58] Un grupo de la Universidad Tecnológica de Varsovia evalúa posibles rutas de Cracovia a Gdansk a través de Polonia propuesta por Hyper Poland.[59] En julio de 2016, está en curso la planificación de una ruta desde Helsinki a Estocolmo, a través de un túnel que cruza el Mar Báltico.[60].
Hyperloop Transportation Technologies (HyperloopTT) es un grupo que ha estado explorando otras rutas desde Los Ángeles a San Francisco.[61] Otra empresa, Hyperloop One (anteriormente llamada Hyperloop Technologies), ha propuesto una ruta desde Los Ángeles a Las Vegas.[62].
TransPod explora, como posibilidad, una ruta Hyperloop para unir las ciudades de Toronto y Montreal.[63] Las dos ciudades, son las más grandes de Canadá, unidas actualmente por la Highway 401, la carretera más congestionada de Norteamérica.[64].
Los observadores y analistas han comenzado a intervenir sobre algunas de estas rutas potenciales. Para la ruta sugerida en el diseño alfa, los observadores han notado que una vez terminada la construcción de la ruta Hyperloop, causaría unos significativos costes económicos en las dos franjas de las áreas metropolitanas de Los Ángeles y de San Francisco, esto requeriría que los pasajeros de las comunidades más lejanas de Sylmar y Hayward, tendrían que desplazarse en otro medio de transporte hasta el Centro de Los Ángeles y San Francisco, para alcanzar su destino final. Esto considerablemente alargaría el tiempo total de los destinos de esos viajes.[65].
Un problema similar ya afecta en el presente al viaje en avión, donde sobre rutas cortas (como Los Ángeles - San Francisco) el tiempo de vuelo es solo una pequeña parte del tiempo del punto de partida al punto de final de viaje. Los críticos han argumentado que esto reducirá considerablemente el presupuesto propuesto y/o el ahorro de tiempo por parte de Hyperloop, comparado con el proyecto de Tren de Alta Velocidad de California, que atenderá tanto la estación del centro de San Francisco como la estación del centro de Los Ángeles.[66][67][68] Los pasajeros que viajan de centro financiero a centro financiero, como se estima, ganan aproximadamente dos horas tomando Hyperloop en vez de conducir por carretera.[69].
Otros se preguntaron por las estimaciones del coste para la ruta sugerida en California. Algunos ingenieros de transporte argumentaron en 2013 que ellos encontraron las estimaciones de costos de diseño de nivel alfa poco realistas, debido a que la tecnología no ha sido probada a escala. La tecnológica y el estudio de viabilidad de la idea no está probada y es un argumento significativo de debate.[6][7][8][65].
HyperloopTT firmó un acuerdo con el gobierno de Eslovaquia en marzo de 2016 para realizar estudios de impacto, con conexiones potenciales entre Bratislava, Viena y Budapest.[70].
Desde mayo de 2016, la empresa estatal Ferrocarriles Rusos ha estado trabajando junto a la empresa privada americana Hyperloop One para planificar una ruta que una las ciudades de Moscú y San Petersburgo, principalmente para transportes de mercancías.[71][72].
Una oferta de carreteras de Dubái y la agencia de transporte para un sistema elevado Hyperlink se está evaluando, para unir las ciudades y los puertos de la región.[73].
Evolución del diseño en código abierto
En septiembre de 2013, Ansys Corporation controló simulaciones de dinámica de fluidos computacionales, para modelar la aerodinámica de la cápsula y las fuerzas de tensión de corte, a las cuales estarían sujetas la cápsula. La simulación mostró, que el diseño de cápsula tendría que estar considerablemente reformado, para evitar crear una corriente de aire supersónica, y que el hueco entre la pared del tubo y la cápsula tendría que ser más grande. El empleado de Ansys, Sandeep Sovani, dijo que la simulación mostró que Hyperloop tiene grandes desafíos, pero él está convencido de que son factibles.[74][75].
En octubre de 2013, el equipo de desarrollo de la estructura de software OpenMDAO liberó un modelo inacabado, un concepto de código abierto de las partes del sistema de propulsión Hyperloop. El equipo afirmó, que el modelo conceptual es viable, aunque el tubo tuviera que ser de 4 metros de diámetro,[76] considerablemente más grande que lo proyectado inicialmente. Sin embargo, el modelo del equipo no es un modelo real del sistema de propulsión, como esto no representó una gran variedad de factores tecnológicos requeridos para construir físicamente Hyperloop basado en el concepto de Musk, y en particular no tenía ningún componente con un valor de peso importante.[77].
En noviembre de 2013, MathWorks analizó la oferta de la ruta sugerida y concluyó que la ruta era en su mayor parte factible. El análisis se enfocó, en la aceleración que experimentarían los pasajeros y las desviaciones necesarias de las carreteras públicas, para conservar razonablemente las aceleraciones; destacando que continuar con la trayectoria de la I-580 al este de San Francisco en las velocidades planificadas, no era posible, sin la desviación significativa de las áreas densamente pobladas.[78].
En enero de 2015, un papel basado en la NASA del modelo fuente abierta OpenMDAO, reiteró la necesidad de un tubo de diámetro más grande y reducir la velocidad de crucero, dejándola más cerca de Mach 0.85. Esto recomendó quitar los intercambiadores de calor de a bordo basados en modelos térmicos de las interacciones entre el ciclo del compresor, el tubo, y el entorno ambiental. El ciclo de compresión solo contribuiría el 5 % del calor añadido al tubo, con el 95 % del calor atribuido a la radiación y a la convección dentro del tubo. El peso y la cantidad de penalización de los transformadores de calor de a bordo no valdrían para contrarrestar la pequeña ventaja que aportan, y a pesar de toda la temperatura fija en el tubo solo alcanzaría los 17-22 °C por encima de la temperatura ambiental.[79].
Según Musk, varios aspectos de Hyperloop tienen aplicaciones tecnológicas a otros intereses de Musk, incluyendo el transporte a la superficie de Marte y el motor a reacción propulsado por electricidad.[80][81].
Marte
Según Musk, Hyperloop sería útil en Marte, ya que no se necesitarían tubos porque la atmósfera de Marte es aproximadamente el 1 % de la densidad de la terrestre.[82][83] Para que el concepto Hyperloop funcione en la Tierra, se requieren tubos de baja presión para reducir la resistencia del aire. Sin embargo, si se construyera en Marte, la menor resistencia del aire permitiría crear un Hyperloop sin tubos, solo una pista.[84].