Իլոն Մասկի Hyperloop-ի մասին

Ցանկացած ապրանք կամ ծառայություն վաճառելիս, վաճառողը պետք է հաշվի առնի, թե ով է գնորդների թիրախային խումբը: Ավելի մութ ժամանակներում կաթոլիկ եկեղեցին կարողանում էր ինդուլգենցիաներ (մեղքերի թողության թղթեր) վաճառել հավատացյալներին, քանի որ հավատացյալներն ունեին մեղքի զգացողություն, մեղքերի համար պատժի սպառնալիք ու, հետևաբար, մեղքերի թողության կարիք: Եկեղեցին ստեղծել էր պահանջարկ մեղքերի թողության ծառայության ու ինդուլգենցիաների համար: Արդյունքում ինդուլգենցիաների կոմմերցիալ վաճառքի հետ կապված չարաշահումները բերեցին Մարտին Լյութերի պայքարին կաթոլիկ եկեղեցու դեմ ու բողոքականության շարժմանը:

Մեր ժամանակներում կրոնը մոդայից դուրս է գալիս, բայց առաջ է եկել նոր մոդա՝ գիտությունը: Թեև գիտությունը շատ առումներով լավացրել է ժամանակակից մարդու կյանքի որակը, մարդկանց մեծ մասի համար այն մնում է բավականին էզոթերիկ ու անհասկանալի, բայց դրանով հանդերձ՝ գրավիչ հասկացություն:

Արդյունքում մենք բախվում ենք մի երևույթի հետ, որը ես անվանում եմ Արման Գասպարյանի էֆեկտ: Արմանն, առանց կասկածների, հայկական հումանիտար մտքի ամենապայծառ կերպարներից է, ու նրա էնտուզիազմը գիտական առաջընթացի նկատմամբ գովելի է: Բայց այս հոդվածում ես ցույց կտամ, թե ինչպես այդ էնտուզիազմը կարող է չարաշահվել:

Գիտական էնտուզիազմը ոչ գիտնականների մոտ հաճախ բերում է նրան, որ լղոզվում են սահմանները գիտության ու գիտական ֆանտաստիկայի ընկալումների միջև: Ու երբ մարդուն ներկայացնում են գիտական առաջընթացի իր պատկերացումներին ու սպասելիքներին համապատասխանող «հայտնագործություն», մարդն առավել պատրաստ է լինում ընդունել հայտնագործությունը որպես գիտական փաստ, եթե նույնիսկ այն իրականում գիտաֆանտաստիկ գաղափար է ու շատ կետերում իրականում հակագիտական է:

Ի՞նչ է Hyperloop-ը

Hyperloop-ը մարդկանց ու ապրանքների տեղափոխության հիպոթետիկ եղանակ է՝ վակումային խողովակների միջոցով: Այն առաջարկվել է Իլոն Մասկի հիմնադրած Tesla ու SpaceX ընկերությունների համատեղ թիմը:

Վակումային խողովակների միջոցով տրանսպորտացիան բնավ այս թիմի ստեղծած գաղափարը չի. այն առաջարկել դեռ 1904 թվականին Ռոբերտ Գոդարի կողմից: Գոդարը նաև հեղուկ վառելիքով աշխատող հրթիռների հայտնագործողն է: Վակումային գնացքների համար պատենտը հանձնվել է Գոդարի կնոջը 1950 թվականին:

Ուրեմն ո՞րն է պատճառը, որ Գոդարի մի հայտնագործությունը դարձել է ժամանակակից տիեզերական թռիչքների հիմքը, իսկ մյուսը մնացել է թղթի վրա:

Որպեսզի հասկանանք դա, նախ հասկանանք, թե ինչ առավելություն ունեն այսպես կոչված «վակումային գնացքները» սովորական տրանսպորտային միջոցների նկատմամբ:

Ցանկացած սարքի օգտակար գործողության գործակիցը (ՕԳԳ, օգտագործած էներգիայի որ մասն է վերածվում օգտակար աշխատանքի) ավելի փոքր է, քան 100%-ը: Տրանսպորտային միջոցների դեպքում, բացի զուտ շարժիչի ՕԳԳ-ից, հիմնական պատճառներից է օդի դիմադրության (օդի շփման) ու տեղաշարժման մակերևույթի հետ շփման հաղթահարման վրա ծախսված էներգիան:

Hyperloop-ը, որպես տրանսպորտացիայի եղանակ օգտագործելով վակումային խողովակներ, փոքրացնում է օդի դիմադրությունը՝ կախված նրանից, թե քանի տոկոսանոց վակում է խողովակներում (ըստ Hyperloop One-ի տեխնիկական նկարագրի փաստաթղթերի՝ 99,9 տոկոսանոց վակում): Մյուս կողմից, այն մագնիսական լևիտացիայի մեխանիզմի միջոցով բացառում է շփումը կրող մակերևույթի հետ:

Այս իրավիճակում թվում է՝ ամեն ինչ կատարյալ է. մենք ստանում ենք շատ ավելի փոքր մեծ ՕԳԳ՝ նույն էներգիայի ծախսի դեպքում:

Բայց մենք հաշվի չենք առնում մի քանի գործոններ:

Պողպատի ջերմային ընդարձակումը

Hyperloop-ը ենթադրում է որպես վակումային խողովակների նյութ օգտագործել պողպատ: Բայց պատկերացրեք՝ պողպատից շատ երկար խողովակ ունեք: Պողպատն, ինչպես ցանկացած այլ նյութ, ընդարձակվում է տաքանալուց:

Hyperloop One-ը 2016 թվականին նկարագրել է Հելսինկիից Ստոկհոլմ 500 կիլոմետրանոց Hyperloop-ի կառուցման բիզնես նկարագիր: Պատկերացնենք այդ 500 կիլոմետրանոց իրար զոդած սեգմենտներից երկար խողովակը, որը ջերմային տեսանկյունից գործելու է որպես մեկ մեծ խողովակ:

Պողպատի ջերմային ընդարձակման գործակիցը 20 աստիճանում 11-13 է: Այսինքն՝ մեկ աստիճան ցելսիուսով ջերմաստիճանը փոխելիս պողպատն ընդարձակվում է 13x10^-6 անգամ: Հաշվարկենք՝ 500.000x13/1.000.000=6,5: Այսինքն՝ մեկ աստիճան ցելսիուսով ջերմաստիճանի փոփոխությունը 6,5 մետրով փոխելու է ամբողջ Հելսինկի-Ստոկհոլմ Hyperloop-ի երկարությունը: Թվում է՝ շատ չի 6,5 մետրը 500 կիլոմետրի համար: Բայց հիշենք, որ Ստոկհոլմում ջերմաստիճանը հասնում է 30 աստիճան ըստ Ցելսիուսի (միջինում՝ ամառային շոգին 20 աստիճան է), ու իջնում մինչև -20 աստիճան ըստ Ցելսիուսի (միջինում՝ -4 աստիճան): Սա մեզ տալիս է 50 աստիճան ջերմային առավելագույն տարբերություն, ու եթե այն բազմապատկենք մեր ստացած 6,5 մետրով, կստանանք 325 մետր: Փորձեք ինքնուրույն անել հաշվարկը:

Բայց խողովակը զուտ օդի ջերմաստիճանի չի: Չնայած լույսը ցրող մակերևույթին, այն միշտ արևից էներգիա է կլանելու ու օդի ջերմաստիճանից ավելի տաք է լինելու:

Խնդիրն ավելի է բարդացնում այն, որ խողովակների արևին հանդիպակաց մասն ավելի տաք է, քան ստվերում գտնվող մասն, և ավելի շատ է ընդարձակվում:

Այս խնդրին լավ ծանոթ են գազատարներ կառուցողները: Խնդրից խուսափելու համար նրանք մեծ խողովակները թաղում են հողի տակ (հողում ջերմային տարբերություններն ավելի փոքր են), կամ «ծնկաձև» հատվածներ են ավելացնում խողովակներին (expansion loop), որոնք «կլանում են» խողովակի ընդլայնումն՝ առանց այն ապակայունացնելու.

Հիշենք, որ Hyperloop-ի ուղևորները շարժվում են ձայնի արագությամբ, ինչը բացառում է նման ծնկաձև լուծումները, իսկ հողի տակ թաղած hyperloop-ը չափազանց թանկ է, երկրաշարժավտանգ, ու վթարի/ահաբեկչության դեպքում փրկարարական ու վերանորոգման աշխատանքներն ահռելի խնդիրների հետ են բախվում:

Մյուս կողմից, փրկարարական աշխատանքների կարիք չկա

Մարդու մարմինը կարող է դիմակայել սահմանափակ արագացման՝ միավոր ժամանակում արագության փոփոխության: Ընդհանուր դեպքում, 9g արագացումը համարվում է մահացու՝ այն կարող է սպանել գրեթե ցանկացած մարդու, եթե նույնիսկ մի քանի վայրկյան տևի (Michael Behar. "Defying Gravity." Scientific American. vol. 286, no. 3 (March 2002): 32-4.): Ավելի փխրուն օրգանիզմով մարդիկ ավելի փոքր արագացումներից կարող են մահանալ:

Բացատրեմ: Այս փորձի համար մենք կանտեսենք օդի դիմադրությունը, քանի որ այն մեր կոնտեքստում էական չի:

Պատկերացրեք՝ դուք ընկնում եք 4,9 մետր բարձրությունից (2րդ հարկ): Անկումը կտևի մոտ 1 վայրկյան, գետնին հասնելու պահին ձեր արագությունը կլինի 9,8 մետր/վայրկյան, ու դուք կանգ կառնեք: Այդ պահին դուք կզգաք 1g արագացման ազդեցությունը (բացասական արագացման, մեր դեպքում):

9g-ն զգալու համար պատկերացրեք, որ դուք ընկնում եք 397 մետրից (132 հարկանի շենքից): Անկումը կտևի 9 վայրկյան, ու ձեր արագությունը կլինի 88,26 մետր/վայրկյան, կամ 317,736 կիլոմետր/ժամ:

Hyperloop-ի ենթադրյալ արագությունը 1200 կմ/ժ է: 1200 կմ/ժ-ից 0 արագության անկումը՝ կտրուկ կանգառը, ենթադրում է 333,3 մ/վայրկյան քառակուսի արագացում՝ 34g:

Այսինքն՝ եթե վթարի կամ ահաբեկչության արդյունքում Hyperloop-ի «գնացքը» կանգնի, բոլոր ուղևորները կենթարկվեն 34g արագացման ու վայրկենական կմահանան:

Բայց եկեք հաշվարկենք, թե ինչքան էներգիա կանջատի 1200 կմ/ժ-ից կանգ առնող 20 տոննա կշռող «կապսուլան»՝ քաշը, որն առաջարկված է Hyperloop One-ի փաստաթղթերում ուղևորատար կապսուլաների համար:

Կապսուլայի կինետիկ էներգիան հաշվվում է e=(m*v^2)/2 բանաձևով, հետևաբար 20 տոննա կշռող կասուլան 1200 կմ/ժ արագության դեպքում կունենա 1111110000 ջոուլ՝ 1,11111 գիգաջոուլ կինետիկ էներգիա, որը կանջատվի կապսուլայի կտրուկ կանգառի դեպքում: Համեմատության համար, համարժեք էներգիա է անջատվում քառորդ տոննա տրինիտրոտոլուոլի (TNT) պայթյունից:

Գերձաձնային ինքնաթիռները երբ բախվում են իրար, նման էներգիայի անջատում է լինում, որը ոչնչացնում է ինքնաթիռները: Բայց բարձր երկնքում ինքնաթիռներն իրենցից բացի ոչ ոքի չեն կարող վնասել:

Իսկ Hyperloop-ի խողովակները գնում են ավտոճանապարհներին զուգահեռ: Պատկերացրեք՝ ամեն կապսուլա նշանակում է ավտոճանապարհների կողքով ձայնի արագությամբ ընթացող քառորդ տոննա TNT:

Տեսանյութում պատկերված է ընդամենը 100 կգ TNT պայթյուն:

Վակումային խողովակների խնդիրը

Ի՞նչ կլինի, եթե հերմետիկ պողպատե խողովակից հանենք օդը: Բնականաբար, այն կսկսի ենթարկվել արտաքին մթնոլորտային ճնշման: Դե, ավելի կոնկրետ՝ 1 մթնոլորտ ճնշման, որը հավասար է 1.0332275547715 կգ ճնշման ամեն քառակուսի սանտիմետրի վրա: 500կմ երկարությամբ ու 2մ տրամագծով վակումային խողովակը, որն առաջարկում է Hyperloop-ը, կունենա մոտ 50.000.000x2π=314159265,359կգ, այսինքն՝ 314.159,265359 տ, մոտ 314 հազար տոննա գումարային ճնշման:

Սարսափելի մեծ է թվում, չէ՞: Բարեբախտաբար, այս ճնշումը չի գործադրվում մի կետում, այլ բաշխված է խողովակի ամբողջ մակերևույթի վրա: Դրա համար էլ այս նպատակով օգտագործվում են գլանաձև խողովակներ, այլ ոչ թե, ասենք, քառակուսի. գլանն առավել լավ է հավասարապես բաշխում ճնշումն իր մակերևույթի վրա:

Հետևաբար, բավականաչափ լավ պատրաստված ու բավականաչափ դիմացկուն ցանկացած խողովակ կարող է հանգիստ կրել իմ հաշվարկած ճնշումը:

Խնդիրն առաջանում է, երբ խողովակը կորցնում է իր ստաբիլ, գլանաձև տեսքն, ինչը բերում է մթնոլորտային ճնշման վերաբաշխման, ու խողովակի ինչ-որ հատված ճնշման ավելի մեծ մասն իր վրա է վերցնում:

Mythbusters-ը փորձ էր արել՝ արդյոք նավթատար վագոնի բալոնը ներքին ճնշման կտրուկ անկումից կտափակի, ինչպես պնդում է քաղաքային լեգենդը:

Սովորական ներքին ճնշման նվազումը ոչ մի արդյունք չտվեց. բալոնը շատ լավ դիմացավ ճնշման ազդեցությանը:

Բայց երբ բալոնը ենթարկվեց արտաքին ազդեցության... նայեք տեսանյութը.

Hyperloop-ը պոտենցիալ Դարվինի մրցանակ է

Նայենք ամբողջ պատկերին. Հելսինկի-Ստոկհոլմ Hyperloop-ը խողովակ է, որի անվտանգությունը կախված է խողովակի ձևի ստաբիլությունից, ու խողովակը ենթարկվում է իր միջով տեղաշարժվող 20 տոննա կապսուլայի, մագնիսական լևիտացիայի դաշտի, ջերմային անհավասարաչափ ընդլայնման ազդեցություններին, ինչպես նաև վերգետնյա տրանսպորտներին հատուկ այլ ռիսկերի՝ վթարներ ավտոճանապարհներին, ահաբեկչություն, բնական աղետներ:

Ընդ որում, Hyperloop-ի մի հատվածում աղետը շղթայական ռեակցիայի կբերի ու կտափակեցնի ամբողջ խողովակը՝ սպանելով այդ պահին Hyperloop-ի մեջ գտնվող բոլոր մարդկանց: Ու ես դեռ հաշվի չեմ առել խողովակի հերմետիկության խախտման դեպքում օդային ալիքի հարվածն ու լիքը ուրիշ գործոններ:

Կարճ ասած, Hyperloop-ում աղետն ընդամենը ժամանակի հարց է՝ գրեթե 100 տոկոսանոց հավանականությամբ ու թե՛ Hyperloop-ի, թե՛ շրջակա հաղորդակցման ուղիների համար կատաստրոֆիկ հետևանքներով:

Վերադառնանք սկզբին

Արդյո՞ք ես ցանկանում էի սրանով ասել, որ Արման Գասպարյանի և այլ գիտության էնտուզիաստների մղումները վատ բան են: Բնավ ոչ: Գիտական պրոգրեսը հաճախ կախված է ֆինանսավորումից, իսկ ֆինանսավորումը՝ գիտական գաղափարի պոպուլյարությունից: Գիտության պոպուլյարացումը գրեթե միշտ բխում է մարդկության շահերից ու օգեշնչում է աճող սերնդին իրենց կարիերան փնտրել գիտության ոլորտում և այդպես շարունակել բարելավել մարդկային կյանքը:

Սա ընդամենը կոչ էր՝ առողջ սկեպտիցիզմ դրսևորել «գիտական ցնցող հայտնագործությունների» նկատմամբ, որպեսզի այդ էնտուզիազմը չշահագործվի:

Ինչ վերաբերում է բոլոր այն «գիտական լրագրողներին» ու «տեխնիկական կայքերին», ովքեր առանց այդ սկեպտիցիզմի ու հակառակ տեսանկյունը հաշվի առնելու գովաբանում են Hyperloop-ն ու նման այլ երևույթներ, դրանով նպաստելով մոլորության տարածմանը, իրենք ցույց են տալիս, թե ինչպես գիտահանրամատչելի պրեսսան ավելի շատ hype-ի ու clickbait-ի սիրահար է, քան իրական գիտական հայտնագործությունների:

Շնորհակալություն ընթերցանության համար:

---

Tweet