Łódzcy studenci zrewolucjonizują transport w USA?

29 stycznia w Teksasie odbywa się finał międzynarodowego konkursu na stworzenie super-nowoczesnego środka transportu, który poruszałby się z prędkością bliską prędkości dźwięku. Studenci Politechniki Łódzkiej są jego uczestnikami.

Idea konkursu powstała w 2013 roku, kiedy to Elon Musk – amerykański miliarder i szef firm SpaceX (specjalizującej się w projektowaniu i konstruowaniu rakiet kosmicznych) oraz Tesla Motors (która wyprodukowała m.in. w pełni elektryczny samochód sportowy) przedstawił możliwość stworzenia nowej formy transportu. Miałaby ona połączyć ze sobą aglomerację San Francisco („the San Francisco Bay Area”) z aglomeracją Los Angeles („the Greater Los Angeles Area”). Zadaniem Hyperloopu byłoby z jednej strony umożliwienie przemieszczania się w bardzo szybkim tempie (w 30 minut na linii san Francisco-Los Angeles), jednocześnie bardzo ekonomiczną, i w efekcie tanią dla pasażerów alternatywę np. dla samolotów pasażerskich.
Kluczowym elementem zarysu koncepcji Hyperloop jest stworzenie kapsuły pasażerskiej, która przemieszczać się będzie w specjalnej tubie, której prędkość zbliżona będzie do prędkości dźwięku. Umożliwić to ma wykorzystanie podciśnienia, które spowodowałoby zmniejszenie oporu powietrza i pozwoliło na zastosowanie stosunkowo niewielkiej mocy. Jednocześnie Hyperloop zasilany byłby za pomocą energii słonecznej.

W związku z tym, by z jednej strony znaleźć najlepsze rozwiązanie techniczne dla tworzonej koncepcji, i jednocześnie wspierać działalność naukową, SpaceX w czerwcu 2015 roku ogłosiło konkurs na szczegółowy plan konstrukcji i design całego systemu. Postanowili wziąć w nim udział studenci z Politechniki Łódzkiej. W tym celu powołali do życia projekt HyperLodzTeam.

Jak z Łodzi dotrzeć do Teksasu?
Grupa jedenastu studentów, głównie z wydziału Mechaniki i Budowy Maszyn w Centrum Kształcenia Międzynarodowego Politechniki Łódzkiej, stworzyli całościowy projekt kapsuły transportowej, której elementami są: konstrukcja, napęd, aerodynamika, jak również kompleksowe systemy bezpieczeństwa. Rozwiązanie, które zaproponowali zakwalifikowane zostało do kolejnego etapu konkursu, który zainaugurowany zostanie 29 stycznia w Stanach Zjednoczonych na Texas A&M University. Studenci z Łodzi są jedynymi finalistami z Polski i jedną z jedenastu grup naukowych reprezentujących Europę. O randze wydarzenia świadczy fakt, że uczestniczyć w nim będzie Sekretarz Transportu Stanów Zjednoczonych.

Wyniki konkursu zostały ogłoszone w listopadzie ubiegłego roku. W związku z tym młodzi naukowcy mieli niewiele czasu, by znaleźć środki, pozwalające na wyjazd na prestiżową, amerykańską uczelnię. Z tego też powodu tradycyjna forma poszukiwania sponsorów w środowisku biznesowym nie wchodziła w grę. Dlatego też łódzcy naukowcy planowali znaleźć fundusze na wyjazd dwuosobowej delegacji na finał konkursu.

Rozpoczęli więc intensywną kampanię – poprzez media, a także internet, własną stronę www i portale społecznościowe. Zaproponowali również, że za wsparcie oferują sponsorom reklamę, w tym również w trakcie docelowego eventu prezentującego łódzkiego Hyperloopa w Stanach Zjednoczonych. Podkreślali w niej rangę projektu – zarówno z perspektywy wartości marketingowej dla potencjalnych sponsorów (ze względu na prestiż wydarzenia na amerykańskim rynku), jak i szansy, jaka da rozgłos medialny sukcesu młodych naukowców.
Ta strategia przyniosła bardzo dobre rezultaty. Studenci Politechniki Łódzkiej nie tylko zapewnili sobie środki na wyjazd całego zespołu HyperLodzTeam do Teksasu, ale również zyskali fundusze na planowane rozpoczęcie kolejnych projektów. W związku z tym planują powołanie do życia stowarzyszenia, którego celem będzie umożliwianie realizacji różnego typu projektów naukowych, podobnych w swoich zamierzeniach do działań HyperLodzTeam.

Wśród firm i instytucji, które wparły projekt znalazł się m.in. Witold Stępień, Marszałek Województwa Łódzkiego, który jest absolwentem Wydziału Elektrycznego Politechniki Łódzkiej. Tym co wydaje się być decydujące w odniesieniu do sukcesu zespołu młodych naukowców jest oryginalny pomysł technologiczny, który znalazł uznanie w Stanach Zjednoczonych.

Nowatorska i kompleksowa koncepcja
W celu spełnienia warunków konkursu zespół HyperLodzTeam zaprojektował całościową koncepcję kapsuły, której elementami są m.in.: konstrukcja, napęd, aerodynamika, a także z całą pewnością wyróżniające ją systemy bezpieczeństwa. Punktem wyjścia koncepcji stało się wykorzystanie do poruszania się Hyperloopa mechanizmu lewitacji magnetycznej, co w pierwszej kolejności pozwoliłoby na zmniejszenie oporów ruchu całej kapsuły. Pozwoliłoby to również na eliminację problemu niekorzystnych zawirowań wokół niej.

Jak stwierdzają w opisie swojej koncepcji łódzcy naukowcy: „Wybrane rozwiązanie to nowy system, który nie wymaga zasilania toru. Dzięki zastosowaniu specjalnie skonstruowanych silników magnetycznych kapsuła będzie mogła unosić się nad specjalnie zbudowanym podłożem, składającym się z warstw różnych metali. Dzięki takiemu rozwiązaniu, jedynym źródło energii dla lewitacji będzie energia zmagazynowana w bateriach kapsuły, co pozwoli znacząco zmniejszyć koszt budowy tunelu, a co za tym idzie również całego systemu.”

Podstawowym napędem kapsuły, stosowanym w trakcie jej normalnego funkcjonowania mają stać się elektromagnetyczne silniki liniowe, rozmieszczone w wyznaczonych miejscach w tunelu. Fakt ten umożliwić ma dokładne sterowanie prędkością kapsuły, pozwoli uniknąć problemów z ewentualnym rozpędzeniem pojazdu. Jednocześnie, w celu zwiększenia poziomu bezpieczeństwa, zespół HyperLodzTeam zaproponował wsparcie mechanizmu lewitacji przez system kół, który byłyby użyteczny w przypadku postoju kapsuły w czasie wsiadania pasażerów. Przyniosłoby to możliwość oszczędności energii wtedy, gdy lewitacja kapsuły nie jest niezbędna.

Tor i kapsuła / projekt wykonany w programie edukacyjnym Autodesk

Niezwykle istotnym elementem projektu jest aerodynamiczny kształt kapsuły, którego celem jest uzyskanie minimalnego oporu przepływu przy jednoczesnym uniknięciu niekorzystnych zjawisk aerodynamicznych, takich jak powstawanie fali uderzeniowej. W związku z tym HyperLodzTeam zaproponował m.in. zastosowanie sprężarki, która umiejscowiona zostanie na przodzie maszyny. Jej zadaniem byłoby przepompowywanie powietrza sprzed kapsuły do jej wnętrza i przenoszenie go za nią.

Łódzcy naukowcy w projekcie konkursowym podkreślają, że znajomość obliczeniowej mechaniki płynów umożliwi im – w przypadku, w którym będą mieli szansę na dalszą pracę nad tworzoną przez siebie koncepcją – opracowanie najbardziej optymalnego kształtu przelotowego wewnątrz kapsuły, dzięki czemu dodatkowo zminimalizowany zostanie opór ruchu.
Kolejne, oryginalne rozwiązanie zaproponowane przez HyperLodzTeam dotyczy hamowania awaryjnego. W tym przypadku proponują oni zastosowanie system magnesów, w którym poprzez wychylenie od osi generowana będzie siła, mogąca dodatkowo posłużyć do hamowania. Zdaniem studentów Politechniki Łódzkiej to rozwiązanie nie dokłada dodatkowego systemu na pokładzie, zmniejszając tym samym stopień skomplikowania pojazdu i jego całkowitą masę.

W swojej koncepcji łódzki zespół położył duży nacisk na systemy bezpieczeństwa. Jak studenci podkreślają w opisie projektu: „Wszystkie podsystemy kapsuły Hyperloop projektujemy z myślą o tym, jak uczynić ją jak najbezpieczniejszą i najprzyjemniejszą dla pasażera. Jesteśmy przekonani o słuszności tego podejścia, gdyż system Hyperloop będzie budowany właśnie dla ludzi i to oni finalnie decydują, czy jest to inwestycja godna realizacji. Podróż z ogromnymi prędkościami w zamkniętym tunelu wymaga nadzwyczajnych środków bezpieczeństwa.”
Wśród rozwiązań w tym zakresie, które proponuje HyperLodzTeam wymienić należy m.in. system gaszenia ognia, oparty na rozwiązaniach stosowanych w Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Duże znaczenie ma w tym przypadku również system awaryjnego hamowania, a także zapasowe podwozie (przydatne w razie uszkodzenia lewitacji). W związku z kwestią dużych przeciążeń, mogących pojawić się przy hamowaniu z prędkości 1000 km/h, zespół łódzkich naukowców planuje rozwinąć współpracę z firmą TRW, specjalizującą się w systemach bezpieczeństwa w samochodach.

American dream?
W Teksasie łódzcy studenci zaprezentują koncepcję Hyperloopa, oraz stworzoną przez siebie makietę. W przypadku, w którym uda im się zakwalifikować do ścisłego finału, w czerwcu będą mieli możliwość stworzenia prototypu i zaprezentowania go na amerykańskiej uczelni. Do tego czasu rozwijać będą ogólna koncepcje Hyperloopa, a także dopracowywać szczegóły zaproponowanych rozwiązań.

W związku z tym zespół HyperLodzTeam nie tylko wykorzystać będzie musiał stworzoną przez siebie i w pełni rozwiniętą technicznie koncepcję, ale również po raz kolejny zorganizować środki na jej realizację. W tym przypadku z całą pewnością łódzcy studenci postarają się o to, by ich koncepcja, dzięki zastosowanym rozwiązaniom, stała się podstawowym elementem transportu na miarę XXI wieku. O tym, że będą mieli na to duże szanse świadczy m.in. fakt, że w przypadku optymalizacji kształtu kapsuły młodzi naukowcy mogą liczyć na wsparcie Instytutu Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej. Współpracował on m.in. z firmą Airbus Helicopters przy obliczeniach dla najszybszego śmigłowca na świecie.

Czy koncepcja polskich studentów będzie miała szansę zrewolucjonizować transport najpierw w USA, a następnie w skali globu? Odpowiedź na to pytanie poznamy w najbliższych dniach.