UST - giải pháp vận chuyển tốc độ cao mới với chi phí thấp
Đường sắt là một loài hình vận chuyển có giá khá hợp lý nhưng chi phí để xây dựng hạ tầng đường ray lại rất đắt đỏ. Hệ thống đường ray đơn, đệm từ trường và đường ray tốc độ cao còn đắt đỏ hơn. Chi phí bị đẩy lên cao 1 lần nữa khi xây dựng các công trình phụ như cầu, hầm, các tuyến đường quanh núi hoặc bao phủ các địa hình phức tạp. Đây cũng chính là lý do khiến hệ thống vận chuyển trên cáp treo của nhà phát minh người Nga Anatoly Unitsky có nhiều tiềm năng triển khai nhất. Qua đây, chúng ta hãy tìm hiểu đôi nét về hệ thống đường ray tiên tiến này.
Hệ thống đường ray bằng dây cáp: Unitsky String Transport (UST)
UST sử dụng đường ray bằng thép/bê tông, được gia cố bởi hàng trăm sợi cáp căng chạy dọc từ tháp này sang tháp kia với khoảng cách xấp xỉ 30m. Không giống đường sắt thông thường, UST có thể bắt qua các dãy núi và những địa hình phức tạp khác như sống suối, sa mạc, rừng rậm theo 1 đường thẳng mà ít ảnh hướng đến môi trường cũng như cảnh quan thiên nhiên trên mặt đất.
Độ cao tối ưu cho các tháp hỗ trợ của UST là vào khoảng 5 - 6m so với mặt đất hoặc 10 - 20m ở địa hình gồ ghề. Nếu không bị giới hạn đầu tư, độ cao của tháp có thể tăng đến 100m hoặc hơn.
Video cho thấy quá trình xây dựng lắp đặt hệ thống UST và thử nghiệm với một chiếc xe tải có bánh xe đã được chuyển đổi trong buổi trình diễn gần đây tại Nga.
Chi phí xây dựng thấp hơn:
Hệ thống UST có thể được xây dựng với lượng vật liệu tối thiểu cho mỗi km và với chi phí chuẩn bị trên mặt đất thấp nhất. Với hệ thống UST, chúng ta không cần xây dựng cầu vượt, đường hầm hay những công trình khác. Theo Unitsky, giá xây dựng và lắp đặt mỗi km đường ray dây treo sẽ dưới 50.000USD, mức giá này rẻ hơn nhiều so với chi phí thiết lập hệ thống đường ray đôi ở Úc (không bao gồm hạ tầng mặt đất như nhà ga, sân bãi) là 4,12 triệu AUD (3,45 triệu USD) cho mỗi km. So với chi phí xây dựng đường tàu điện ngầm thì UST chỉ bằng 1/10.
Unitsky dự đoán chi phí hoàn tất lắp đặt hệ thống UST tốc độ cao sẽ rẻ hơn từ 3 đến 10 lần cho mỗi km so với đường sắt thông thường, hệ thống đệm từ trường, hệ thống đường ray đơn hoặc đường cao tốc.
Khả năng đạt vận tốc 350 - 500km/h:
Bề mặt đường ray rất phẳng, những dây cáp căng đảm bảo độ võng từ 1 - 5cm giữa 2 tháp hỗ trợ vì vậy, dự đoán tốc độ chạy tàu hiện tại có thể đạt 350km/h và sẽ là 500km/h với những cải tiến trong tương lai.
Các phương tiện trên mặt đất khi chạy với vận tốc cao đều gặp phải vấn đề khí động học. Áp lực do không khí di chuyển bên dưới sẽ khiến phương tiện bị nhấc lên khỏi mặt đất. Những chiếc xe đua công thức 1 hay những phương tiện có vận tốc cao khác sử dụng tấm chắn gió và những đặc điểm thiết kế đặc biệt để ép gió từ trên xuống dưới nhằm duy trì độ ổn định của xe. Tuy nhiên, với hệ thống UST, phương tiện không cần quá nhiều điều chỉnh khí động học. Chỉ cần phần trước của phương tiện có hình dáng giúp tối thiểu lực cản của gió là đủ và không khí bên trên lẫn bên dưới có thể di chuyển tự do phương tiện di chuyển với tốc độ cao.
Với sự kết hợp giữa thép, bánh xe có rãnh bằng hợp kim của phương tiện và mặt đường ray bằng thép/bê tông cứng sẽ giúp phương tiện đạt được tốc độ cao mà không cần quá nhiều năng lượng. Ví dụ: phương tiện được trang bị một động cơ đơn giản 80kW (107 sức ngựa) có thể vận chuyển được 20 hành khách với tốc độ 200 - 259km/h. Với động cơ 200kW, tốc độ có thể đạt ngưỡng 400km/h - đánh bại siêu xe Bugatti Veyron với đồng cơ hơn 700kW.
Một số thông tin liên quan đến UST:
* Anatoly Unitsky bắt đầu phát triển hệ thống UST vào năm 1977, ngoài ông và nhóm nghiên cứu thì có hơn 100 người khác cũng tham gia vào dự án. Trong suốt thời gian phát triển, số người hợp tác cũng ông đã lên đến 500 người.
* Mô hình thử nghiệm đầu tiên đã được lên kế hoạch xây dựng tại Khabarovsk, miền đông nước Nga. Tuy nhiên, dự án đã bị hủy sau khi các chuyên gia từ đại học kỹ thuật đường sắt Maxcơva đưa ra các phân tích tiêu cực về hệ thống.
* Các phương tiện sẽ không hoàn toàn di chuyển theo phương nằm ngang trên hệ thống đường ray cáp treo UST. Trong trường hợp phương tiện cần leo dốc, bánh xe sẽ được điều chỉnh để tăng độ ma sát và cho phép chạy trên mặt nghiêng 1 góc từ 45 - 60 độ.
* Vì dây cáp có độ căng lớn nên trở ngại đặt ra là làm thế nào để phương tiện rẽ vào một chỗ ngoặt? Những sợi cáp cong mềm hơn là một giải pháp, tuy nhiên, nếu muốn bẻ lái 1 góc 90 độ, chúng ta buộc phải thiết lập những đường ray cứng nhưng không căng để phương tiện có thể vào di chuyển vào ra dễ dàng.
* Unitsky cho rằng sự kết hợp giữa độ cứng và độ căng của cáp sẽ khiến cấu trúc đường ray UST chống được tác động của gió và thậm chí gió xoáy trong nhứng cơn cuồng phong.
* Nếu động đất hay tấn công khủng bố phá vỡ 1 tháp hỗ trợ trong hệ thống UST, đường ray vẫn không bị gián đoạn. Điều đặc biệt ở đây chính nhờ cấu trúc nhịp cầu kép và một thiết bị nới cáp đặc biệt. Dây cáp được nới ra, giảm bớt độ căn gây đứt cáp, hệ thống treo của phương tiện di chuyển bên trên sẽ tự động nâng khiến hành khách hầu như không cảm thấy gì thay đổi.
* Unitsky hiện đang sống tại New South Wales, Úc. Tại đây, công ty của ông đang cố gắng đưa hệ thống UST ứng dụng vào ngành khai thác mỏ. Những đường ray trên mặt đất cho xe gồng vận chuyển khoáng sản sẽ được thay thế bằng UST do địa hình phức tạp tại khu vực mỏ làm cản trở hoạt động khai thác.
Video mô phỏng hoạt động của UST như một hệ thống vận chuyển trong thành phố và ngoại thành.
Video cho thấy hàng loạt công nghệ do Unitsky phát minh và đã được cấp bằng sáng chế trong suốt 33 năm về hệ thống UST.
Được biết Unitsky đã vừa hoàn tất việc gây quỹ tại Úc và dự định sẽ xây dựng một đường thử với tỉ lệ lớn hơn. Mô hình thử nghiệm phải có độ dài ít nhất là 2km và để kiểm tra tốc độ cao, đường ray phải dài khoảng 8km. Giai đoạn tiếp theo của dự án như điều chỉnh thiết kế của đường ray, thử nghiệm tốc độ cao với chế độ tăng/giảm tốc, hệ thống điều khiển và khả năng vận hành trong những điều kiện không tiêu chuẩn sẽ tiêu tốn khoảng 15 triệu USD và mất khoảng 2,5 đến 3 năm.
