Các kỹ sư Trung Quốc đã vượt qua những thử thách từng khiến ý tưởng của tỷ phú Mỹ về hệ thống vận chuyển trong ống chân không không thể tiếp tục.
Nền tảng thử nghiệm quy mô đầy đủ cho vận chuyển bằng ống chân không 1.000 km/h của Trung Quốc. Ảnh: CREC.
Suốt gần 2 thế kỷ, giấc mơ về phương tiện vận chuyển trong ống chân không đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học và kỹ sư.
Giấc mơ này đã được tái khởi động vào năm 2013 bởi Elon Musk với dự án Hyperloop, hứa hẹn cách mạng hóa việc đi lại, cho phép con người di chuyển giữa các thành phố với tốc độ 1.000 km/h (621 mph).
Tuy nhiên, mặc dù đã thành công trong các lĩnh vực xe điện, vệ tinh và tên lửa, Hyperloop của tỷ phú Musk lại thất bại.
Có những thách thức gần như không thể vượt qua: sự chênh lệch áp suất gấp 200 lần so với trong khoang máy bay, bê tông dễ rò rỉ, lực cản từ gây biến dạng, và yêu cầu về kỹ thuật chính xác đến từng milimet đối với đường ray và cầu cống để tránh thảm họa. Sự sụp đổ của Hyperloop trở thành biểu tượng cho sự kiêu ngạo công nghệ phương Tây.
Nhưng cách đó nửa vòng trái đất, Trung Quốc đã giải mã thành công vấn đề này - và viết lại các quy tắc.
Vào năm 2024, Trung Quốc đã ra mắt tuyến thử nghiệm Hyperloop dài 2 km (1,2 dặm) tại huyện Dương Cao, tỉnh Sơn Tây. Dự án khổng lồ này lần đầu tiên được chi tiết hóa trong một bài báo được đăng trên tạp chí Railway Standard Design (Thiết kế Đường sắt Tiêu chuẩn) của Trung Quốc vào tháng trước.
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 Trung Quốc đã giải quyết những “cơn ác mộng” của Hyperloop với sự kết hợp táo bạo giữa ống thép-bê tông chân không thấp, bộ giảm chấn từ tính điều khiển bằng AI, xây dựng chính xác quân sự và kinh nghiệm phong phú từ các dự án đường sắt cao tốc khác.
Một trong những khuyết điểm chết người của Hyperloop là phụ thuộc vào ống kim loại đắt đỏ. Giải pháp của Trung Quốc: các dầm composite hình chữ N kết hợp vỏ thép và bê tông bịt kín chân không.
Bên trong, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một mê cung những các thanh thép gia cố phủ epoxy và vật liệu gia cường sợi thủy tinh để trung hòa lực cản từ - một sáng chế quan trọng giúp giảm tổn thất năng lượng hơn một phần ba.
Bên ngoài, họ sử dụng các mối nối thép dạng sóng để thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ, trong khi các lưới căng thẳng được điều chỉnh bằng laser đảm bảo sự căn chỉnh chính xác trong phạm vi 0,05mm trên quãng đường dài.
"Thép chống lại lực kéo; bê tông chịu nén. Cùng nhau, chúng tạo thành một pháo đài kín khí", ông Xu và các đồng nghiệp viết.
Các thử nghiệm cho thấy ống bê tông duy trì được tính toàn vẹn cận chân không mặc dù có mùa đông lạnh giá và mùa hè lên tới 45 độ C (113 Fahrenheit) - một thành tựu trước đây được cho là không thể đối với bê tông.
Ở tốc độ 1.000 km/h (621 dặm/giờ), lực cản từ tăng theo cấp số nhân. Các nhóm của Musk trước đây đã gặp khó khăn với dòng xoáy từ thép. Nhóm của ông Xu đã thiết kế lại lõi: các cuộn dây siêu dẫn được tái định vị để tối ưu hóa dòng từ tính, trong khi các lưới thép carbon thấp thay thế cho thép gia cường truyền thống.
Các mô-đun đường ray được hiệu chỉnh bằng laser, chế tạo sẵn với độ chính xác 0,1 mm, đã loại bỏ nguy cơ dao động.
Trung Quốc đã thành công trong dự án mà Elon Musk đã thất bại với tuyến đường sắt đệm từ chân không tốc độ cực cao. Ảnh: CREC.
Đối với chân không, nhóm nghiên cứu cũng đã điều chỉnh lại bê tông. Bê tông thông thường sẽ bị vỡ trong môi trường chân không. Điều này có thể được giải quyết bằng một hỗn hợp gồm sợi bazan, tro silica và quá trình xử lý chân không trước, theo nhóm của ông Xu.
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.
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 phương tiện đã tăng tốc đến tốc độ cao, bay lơ lửng hoàn hảo ở độ cao 22 cm, và di chuyển trên đoạn đường dài 2 km mà không bị lệch đáng kể.
Các cảm biến quang học trong các bức tường ống phát hiện chuyển động vi mô, kích hoạt các điều chỉnh thời gian thực đối với dòng điện siêu dẫn. Các khoang chống chịu áp suất và cửa không khí khẩn cấp đã giải quyết những nỗi lo an toàn từng ám ảnh dự án Hyperloop.
"Thử nghiệm này đại diện cho một cột mốc quốc tế là lần xác minh tích hợp đầu tiên của hệ thống treo điện động lực siêu dẫn với mục tiêu đạt tốc độ 1.000 km/h trong môi trường chân không thấp, thành công trong việc chứng minh nhiều công nghệ quan trọng cấp hệ thống", nhóm của ông Xu viết.
Tầm nhìn của ông Musk về Hyperloop đã chết vì độ phức tạp của nó. Cách tiếp cận của Trung Quốc dựa trên tính mô-đun. Các đoạn ống chế tạo sẵn được sản xuất hàng loạt, giảm chi phí tới 60%. Các máy bơm chân không phân tán giảm sử dụng năng lượng, trong khi các thuật toán AI dự đoán nhu cầu bảo trì.
Dự án của Trung Quốc không chỉ giới hạn trong một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm - đó là một hệ thống có thể mở rộng, với kế hoạch mở rộng chiều dài trong những năm tới, theo các nhà nghiên cứu.
Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thử thách. Việc thương mại hóa phương tiện di chuyển 1.000 km/h đòi hỏi hàng trăm tỷ nhân dân tệ cho một tuyến đường Bắc Kinh-Thượng Hải – một canh bạc ngay cả đối với Trung Quốc. Sự giãn nở nhiệt trong các ống dài hơn và các quy trình khẩn cấp cho hành khách vẫn chưa được thử nghiệm.
Nhưng thông điệp rõ ràng đã được đưa ra: Trung Quốc đang viết một cái kết thứ hai cho giấc mộng Hyperloop mà Musk bỏ lại. Và có thể cái kết này sẽ thành công.
