Trung Quốc giải mã "cơn ác mộng" của Elon Musk
Trong gần hai thế kỷ, vận chuyển bằng ống chân không đã là giấc mơ của các nhà khoa học và kỹ sư trên thế giới.
Đây cũng là ấp ủ được tỷ phú Elon Musk khơi dậy vào năm 2013 với Hyperloop, hứa hẹn sẽ cách mạng hóa ngành du lịch, giúp mọi người di chuyển giữa các thành phố với tốc độ 1.000km/h.
Tuy nhiên, bất chấp những thành công của doanh nhân tiếng tăm này trong lĩnh vực xe điện, vệ tinh và tên lửa, Hyperloop vẫn là dự án xa vời.
Cách thức di chuyển mới gặp phải những thách thức khó vượt qua: chênh lệch áp suất lớn hơn 200 lần so với cabin máy bay, bê tông dễ bị rò rỉ, lực cản từ trường lớn và yêu cầu kỹ thuật hoàn hảo đến từng milimét cho từng bộ phận để tránh thảm họa. Hyperloop đã thành biểu tượng sụp đổ cho sự ngạo nghễ của công nghệ phương Tây.
Nhưng ở bên kia nửa vòng trái đất, Trung Quốc đã giải mã được thứ gần như bất khả thi.
Năm 2024, Trung Quốc công bố tuyến thử nghiệm hyperloop đệm từ dài 2km tại huyện Dương Cao, tỉnh Sơn Tây. Siêu dự án này đã được trình bày chi tiết vào tháng trước trong một bài viết trên tạp chí Railway Standard Design của Trung Quốc.
Trong đó, Xu Shengqiao, kỹ sư trưởng tại Tập đoàn tư vấn kỹ thuật đường sắt Trung Quốc (CREC), tiết lộ cách các kỹ sư nước này giải quyết cơn ác mộng của Hyperloop bằng sự kết hợp triệt để giữa các ống bê tông thép chân không thấp, bộ giảm chấn từ tính điều khiển bằng AI, kết cấu chính xác đạt chuẩn quân sự và kinh nghiệm phong phú từ các dự án đường sắt cao tốc đã làm trước đó.
Một trong những tính toán sai sót nghiêm trọng của Hyperloop là sự phụ thuộc vào các ống kim loại đắt tiền. Giải pháp của Trung Quốc là dầm chữ N composite kết hợp vỏ thép và bê tông hút chân không.
Bên trong, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một tổ hợp đan xen gồm các thanh cốt thép phủ epoxy và cốt sợi thủy tinh để trung hòa lực cản từ - một cải tiến quan trọng giúp cắt giảm tổn thất năng lượng hơn 1/3.
Bên ngoài, họ sử dụng các mối nối giãn nở bằng thép gợn sóng để thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ, trong khi các lưới căng được dẫn hướng bằng laser đảm bảo sự căn chỉnh trong phạm vi 0,05 mm trên nhiều kilômét.
"Thép chịu được lực căng; bê tông chịu được lực nén. Cùng nhau, chúng tạo thành một pháo đài kín khí", Xu và các đồng nghiệp viết.
Các thử nghiệm cho thấy các ống này vẫn duy trì được tính toàn vẹn gần như chân không bất chấp mùa đông giá lạnh và mùa hè nóng tới 45 độ C - một kỳ tích trước đây được cho là không thể đối với bê tông.
Ở tốc độ 1.000km/h, sức cản từ tăng theo cấp số nhân. Nhóm của Musk vật lộn với dòng điện xoáy từ thép. Nhóm của Xu đã thiết kế lại lõi: các cuộn dây siêu dẫn được định vị lại để tối ưu hóa từ thông, trong khi lưới thép carbon thấp thay thế thanh cốt thép truyền thống.
Các mô-đun đường ray được hiệu chuẩn bằng laser, chế tạo sẵn với độ chính xác 0,1mm, loại bỏ rủi ro dao động.
Bê tông tiêu chuẩn thường bị vỡ vụn trong chân không. Theo nhóm của Xu, điều này có thể được giải quyết bằng cách kết hợp sợi bazan, khói silica và bảo dưỡng chân không trước.
Các thử nghiệm đã chứng minh bê tông của nhóm có thể chịu được áp suất gần chân không trong nhiều thập kỷ mà không bị nứt.
Cái kết có hậu
Vào ngày 22/7/2024, các nhà khoa học và kỹ sư Trung Quốc đã tạo nên lịch sử. Trong một ống chân không thấp, một chiếc xe tăng tốc lên tốc độ cao, lơ lửng hoàn hảo ở độ cao 22 cm và di chuyển trên đường ray dài 2 km với độ lệch gần bằng không.
Các cảm biến sợi quang trong thành ống phát hiện các chuyển động nhỏ, kích hoạt các điều chỉnh thời gian thực đối với dòng điện siêu dẫn. Các khoang khí khẩn cấp và cabin chịu áp suất đã giải quyết được nỗi lo về an toàn ám ảnh Hyperloop.
"Thử nghiệm này đánh dấu một cột mốc quốc tế khi lần đầu tiên xác nhận tích hợp hệ thống treo điện động siêu dẫn đạt tốc độ 1.000km/h trong môi trường chân không thấp, chứng minh thành công nhiều công nghệ quan trọng đối với nhiệm vụ ở cấp độ hệ thống", nhóm của Xu viết.
Tầm nhìn của Musk đã chết vì sự phức tạp. Cách tiếp cận của Trung Quốc là tính mô-đun. Các đoạn ống đúc sẵn được sản xuất hàng loạt, cắt giảm chi phí tới 60%. Bơm chân không phân tán cắt giảm mức sử dụng năng lượng, trong khi các thuật toán AI dự đoán nhu cầu bảo trì.
Theo các nhà nghiên cứu, dự án của Trung Quốc không chỉ giới hạn ở phòng thí nghiệm - đây là một hệ thống có khả năng mở rộng quy mô với chiều dài được dự kiến sẽ tăng lên trong những năm tới.
Nhóm của Xu ghi nhận những bài học từ đế chế đường sắt cao tốc của Trung Quốc: giàn hàn tự động, khảo sát đến từng milimét và sự nghiêm ngặt trong thử nghiệm va chạm.
Tuy nhiên, vẫn còn nhiều rào cản. Việc thương mại hóa tuyến đường 1.000km/h đòi hỏi hàng trăm tỷ nhân dân tệ cho tuyến đường sắt Bắc Kinh-Thượng Hải - một canh bạc ngay cả đối với Trung Quốc. Sự giãn nở nhiệt trong các ống dài và các giao thức khẩn cấp cho hành khách vẫn chưa được kiểm tra.
Nhưng thông điệp rất rõ ràng: đối với giấc mơ bị bỏ rơi của Musk, Trung Quốc đang viết nên một cái kết thứ hai. Và cái kết này có thể sẽ có hậu.
