211service.com
Hyperloop Pod Squad
På en brennende varm lørdag i mai gikk 20 ingeniørstudenter inn i MITs Edgerton Center og brøt rett forbi en elegant solcellebil. I løpet av dagen var det ingen som en gang så på et vidunder som en gang ble hyllet som en revolusjon innen transport. I stedet ble deres oppmerksomhet rettet mot noe enda mer forbløffende – et kjøretøy med potensial til å få solcellebilen til å se like primitiv ut som en Ford Model T.
Alle øyne holdt seg festet på et lite bord som holdt kulminasjonen av nesten ett års arbeid: en åtte fot lang metallramme på toppen av lange aluminiumski med små hjul i begge ender. Som konkurrenter i SpaceX Hyperloop Pod-konkurransen la elevene siste hånd på en småskala prototype av poden de hadde designet for å suse passasjerer og last gjennom et vakuumrør i et høyhastighets bakketransportsystem forestilt av gründer og SpaceX-sjef Elon Musk. Alt teamet trengte å gjøre for å fullføre var å koble til noen ledninger, teste noen få sensorer og feste et beskyttende karbonfiberdeksel. Da ville poden være klar for sin første høyhastighets testkjøring, planlagt til januar 2017, når den vil bli skutt ned en spesialbygd bane i 240 miles per time mens SpaceX-ingeniører vurderer ytelsen.
Hyperloop-teammedlemmene Greg Monahan, Sabrina Ball, Derek Paxson, Chris Merian og Lakshya Jain utfører siste kontroller på poden.
Da SpaceX annonserte sin Hyperloop Pod-konkurranse i juni 2015, fanget en omtale av konkurransen i MITs Graduate Career News-e-post oppmerksomheten til Sabrina Ball, SM ’16. Innen 24 timer hadde Ball og seks andre maskiningeniørstudenter kastet planene sine om å bruke det kommende året på å jobbe med vindturbiner. De begynte å rekruttere et studentteam som kunne lage et foreløpig design innen midten av høsten, presentere det ved årets slutt og bygge en testpod for en konkurransedemo seks måneder senere.
Vi visste at med en så kort behandlingstid, fra ingenting til en designpod som er bygget på ni måneder, trengte vi folk som hadde minst et grunnlag av ferdigheter, sier John Mayo, SM '16, prosjektleder for MIT Hyperloop Team og en av dets grunnleggende medlemmer. De kunne ikke finne ut hvordan man tegner i CAD eller hvordan man bruker en maskin uten tidligere erfaring. Vi hadde rett og slett ikke tid til det i timeplanen vår. De fikk snart selskap av et annet team på tre aero-astro-studenter som allerede hadde gått sammen for å takle utfordringen. Gruppen vokste raskt til rundt 20 og begynte å jobbe.
Flexure bremsefester.
Den originale Hyperloop på 6 milliarder dollar konsept skissert av Musk i 2013 foreslått å flyte en passasjerbærende kapsel i aluminium på luftlagre – som et airhockeybord snudd, sier Mayo – og skyte den gjennom et stålrør som nesten all luften hadde blitt sugd ut for å skape lufttrykk omtrent en tusendel av standarden atmosfærisk trykk ved havnivå. Måten poden svevde over banen på ville praktisk talt eliminere friksjon og lavtrykksmiljøet ville redusere motstandskraften, slik at poden i teorien kunne cruise med opptil 760 miles per time, like under lydhastigheten. Musk hadde forestilt seg at solcelledrevne motorer innebygd i røret ville bruke magnetiske felt for å periodisk akselerere poden, som deretter ville kysse i et nesten friksjonsfritt og luftmotstandsfritt miljø, slik at passasjerene kunne foreta den 382 mil lange turen fra Los Angeles til San Francisco på omtrent en halvtime.
I begynnelsen antok MIT Hyperloop-teamet at banen ville bli designet rundt Musks opprinnelige plan og bare ville tillate et luftbærende system. De begynte å utvikle en pod med luftlagre, men de møtte alvorlige strømforbruksproblemer og var bekymret for at lagrene ikke ville henge poden høyt nok til å fjerne ujevnheter og bulter i sporet.
venstre: MIT-studenter jobbet raskt med å designe en prisvinnende bil for Elon Musks høyhastighets bakketransportkonsept.
midten: En CAD-tegning av poden.
høyre: Raghav Aggarwal, som var ansvarlig for bremsedesign, holder hydraulikkplaten for bremsekontrollen.
venstre: MIT-studenter jobbet raskt med å designe en prisvinnende bil for Elon Musks høyhastighets bakketransportkonsept.
midten: En CAD-tegning av poden.
høyre: Raghav Aggarwal, som var ansvarlig for bremsedesign, holder hydraulikkplaten for bremsekontrollen.
venstre: MIT-studenter jobbet raskt med å designe en prisvinnende bil for Elon Musks høyhastighets bakketransportkonsept.
midten: En CAD-tegning av poden.
høyre: Raghav Aggarwal, som var ansvarlig for bremsedesign, holder hydraulikkplaten for bremsekontrollen.
Luftlagre som du kjøper fra hyllen har vanligvis gaphøyder på 10 til 100 mikron, sier Derek Paxson, SM '16, en av de tre originale aero-astro-studentene på teamet. For å få disse til å fungere, må underlaget de sykler på være fire ganger flatere enn det. Du må ha ufullkommenheter i størrelsesorden singular mikron, som er veldig, veldig små. Det er virkelig upraktisk å gjøre det i stor skala.
Men da SpaceX ga ut testbanespesifikasjoner i oktober innså elevene at de kanskje ikke trengte å stole på luftlager. Banen ville være laget av en ledende aluminiumslegering som kunne magnetiseres, så de kunne også vurdere magnetisk levitasjon, et system som allerede kan få tog til rundt 375 miles i timen uten et trykkløst rør. Maglev ville tillate større gaphøyder og kutte ned på strømbehovet. Men var det fornuftig å skrinlegge den luftbærende planen de hadde brukt måneder på å lage?
Sabrina Ball posisjonerer en sidekontrollmodul.
De brukte to uker på å evaluere fordeler, ulemper og gjennomførbarheten til begge tilnærmingene, og bestemte seg deretter for å designe et maglev-system som holder poden flytende 15 millimeter over banen. De utstyrte bunnen av poden med to 80 tommer lange magnetski laget av flere mindre magneter med vekslende polariteter. Når poden beveger seg over sporet, skaper magnetene skiftende magnetiske felt, og induserer elektriske strømmer som flyter i løkker. Disse såkalte virvelstrømmene produserer sitt eget magnetfelt, som frastøter det som produseres av magnetene og skyver poden oppover. Ingen motor er nødvendig for å holde poden flytende så lenge den beveger seg med fem meter per sekund eller raskere. I konkurransen vil et SpaceX-kjøretøy presse podene de første 1600 fotene. Det burde akselerere MITs 268 kilo tunge pod til omtrent 100 meter per sekund, slik at den kan kysse resten av veien på egen hånd.
Å bytte design krevde at hele mannskapet gikk fra å vite nesten ingenting om maglev til å bli eksperter. Siden de kom til avgjørelsen tidlig i november, hadde de omtrent 10 uker på seg til å ferdigstille designet. Det var ganske raske 180, sier Paxson, som nå jobber ved transportstartupen Hyperloop One, en av lagets sponsorer.
En opphengsfjær og demper.
En sidekontrollmodul med en seksjon av skinnen.
Den brå endringen ga resultater. I januar i fjor vant MIT-teamet beste overordnede design i designfasen av konkurransen, og beseiret 123 andre lag fra hele verden. Studentene ble deretter opptatt med å bygge prototypen sin, og ble ferdige i god tid før demoen som var planlagt i august. Men andre deltakere ønsket mer tid, så SpaceX forskjøv testingen av pod-design til januar 2017, da 22 lag vil reise til SpaceX-campus i Hawthorne, California, for å sende prototypene sine ned en nærliggende testbane på 1,5 km på opptil 240 miles per time.
MIT Hyperloop-teamet avduker sin småskala prototype i mai 2016. Forreste rad fra venstre: Philippe Kirschen, Josh Chen, Sabrina Ball, Derek Paxson, John Mayo, Sarthak Vaish, Nargis Sakhibova, Georgiana Vancea, Yiou He. Bakre rad: Aleksandr Rakitin, Nick Baladis, Chris Merian, Chuan Zhang, Rachel Dias Carlson, Max Opgenoord, Raghav Aggarwal, Greg Monahan, Stephanie Chen, Dan Dorsch, Nick Schwartz, Charlie Wheeler, Colm O'Rourke, Abe Gertler, Shawn Zhang , Scott Viteri, Peter Chamberlain, Philip Caplan, Rich Li, Gregory Izatt, Josh Nation og Lakshya Jain. Andre teammedlemmer som ikke er avbildet: Evan Wilson, Cory Frontin og Geronimo Mirano.
I mellomtiden har MIT-konkurrentene laget datamodeller for å praktisk talt teste podens ytelse. De simulerte en endeløs linje med spor ved å montere en aluminiumskive på en motor for å få den til å snurre. Ved å plassere magneter som ligner de på poden nær den snurrende skiven, kan de måle løfte- og dragkraften som genereres, og samle inn virkelige data for datamaskinmodellene deres. Testresultatene ser lovende ut. Vi var innenfor omtrent 5 prosent av de forutsagte verdiene, noe som gjør at jeg føler meg trygg på at dette faktisk kommer til å fungere, sier Ball, som jobbet på kjøretøydynamikkteamet og bygde en betydelig del av podens sidekontroller. Jeg synes vi sykler fint akkurat nå.
Denne januar, selv om MIT-poden når 240 miles i timen, bremser grasiøst før den treffer en skumgrop på slutten av testbanen, og hevder konkurranseseier, vil poden fortsatt være et stykke unna Musks opprinnelige visjon. Konkurranseboksene er tross alt ikke laget i full skala eller designet for å frakte ekte passasjerer. Men teammedlemmene er optimistiske.
Det er nesten sikkert at konstruksjonen bak en hyperloop kan skje. Teknologien bak er fullt mulig, sier Mayo.