Trong suốt gần 2 thế kỷ, các nhà khoa học và kỹ sư đã nỗ lực hiện thực hoá giấc mơ về loại phương tiện chạy trong ống chân không. Giấc mơ này đã được tỷ phú Elon Musk khơi dậy vào năm 2013 với Hyperloop, ước tính tiêu tốn 6 tỷ USD đến 10 tỷ USD, hứa hẹn sẽ cách mạng hoá hoạt động di chuyển, với những con tàu đi giữa các thành phố với tốc độ 1.000 km/h.
Dù đạt được những thành tựu lớn trong ngành xe điện, hệ thống vệ tinh ngoài không gian và tên lửa, Hyperloop đã sụp đổ. Hyperloop đối mặt với những thách thức không thể vượt qua đó là: chênh lệch áp suất lớn hơn 200 lần so với khoang máy bay, bê tông dễ bị rò rỉ, lực cản từ trường lớn và kỹ thuật cần sự hoàn hảo đến từng milimét để tránh gây tai nạn.
Trong khi đó, ở nửa bên kia thế giới, Trung Quốc đã “giải mã” được giấc mơ này và viết lại những quy tắc vận hành. Năm 2024, Trung Quốc đã công bố thử nghiệm dự án tương tự với tàu đệm từ dài 2 km tại huyện Dương Cao, tỉnh Sơn Tây. Siêu dự án này đã được trình bày chi tiết trong một bài báo vào tháng trước trên tạp chí Railway Standard Design.
Xu Shengqiao, kỹ sư trưởng tại China Railway Engineering Consulting Group (CREC), đã tiết lộ cách các kỹ sư Trung Quốc gỡ bỏ 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 do AI điều khiển, có kết cấu có sự chính xác cao đạt tiêu chuẩn quân đội và kinh nghiệm từ các dự án đường sắt cao tốc khác.
Một trong những sai sót nghiêm trọng mà Hyperloop của Elon Musk gặp phải là phụ thuộc quá nhiều vào các ống kim loại đắt tiền. Giải pháp của Trung Quốc là sử dụng dầm composite chữ N kết hợp vỏ thép và bê tông hút chân không.
Bên trong ống, nhóm đã tạo ra một “mê cung” gồm cốt thép phủ epoxy và cốt sợi thuỷ tinh để cân bằng lực cản từ. Đây là một cải tiến quan trọng giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng đến hơn 1/3. Bên ngoài, nhóm sử dụng các mối nối giãn nở bằng thép gợn sóng để giúp ống thích ứng với sự thay đổi của nhiệt độ, trong khi các lưới căng được căn chỉnh bằng laser để đảm bảo khoảng cách chỉ ở mức 0,05 mm trên đoạn đường dài hàng km.
Xu cho biết, thép chịu được lực căng, bê tông chịu được lực nén nên kết cấu này sẽ tạo thành một “pháo đài” kín khí.
Các cuộc thử nghiệm cho thấy các ống chân không vẫn duy trì được kết cấu nguyên vẹn bất kể là ở nhiệt độ cao (45 độ C) hay thấp. Đây là một kỳ tích từng được coi là không thể đối với bê tông.
Với tốc độ tàu chạy 1.000 km/h, điện trở từ tăng đột biến theo cấp số nhân và dự án của Musk đã gặp nhiều khó khăn với dòng điện xoáy từ thép. Các kỹ sư Trung Quốc đã thiết kế lại phần lõi, dùng các cuộn siêu dẫn và định vị lại để tối ưu hoá từ thông (magnetic flux), trong khi lưới thép carbon mức độ thấp dùng để thay thế thanh cốt thép truyền thống.
Các mô-đun đường ray được hiệu chuẩn bằng laser, được tinh chỉnh với độ chính xác 0,1mm, đã loại bỏ các rủi ro dao động. Đối với khoảng trống, các nhà nghiên cứu cũng điều chỉnh lại kết cấu của bê tông. Bê tông thông thường sẽ vỡ vụn trong môi trường chân không. Theo nhóm của Xu, điều này có thể được giải quyết bằng cách kết hợp bazan, khói silic và dùng công nghệ tiền khử trùng chân không.
Các thử nghiệm đã chứng minh rằng bê tông mà họ sử dụng 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 nê một cột mốc quan trọng. Trong một ống chân không mức độ thấp, một phương tiện đã tăng tốc lên tốc độ cao, lơ lửng hoàn hảo ở độ cao 22 cm và đi trên một quãng đường dài 2 km với độ lệch gần bằng không.
Hệ thống cảm biến với sợi quang trong thành ống phát hiện ra các chuyển động nhỏ, kích hoạt lệnh tinh chỉnh theo 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 vốn là nỗi ám ảnh với Hyperloop.
Dự án của Musk đã bị bỏ dở quá phức tạp. Cách tiếp cận của Trung Quốc là sử dụng nguyên tắc modularity (thiết kế hệ thống dựa trên việc chia nhỏ hệ thống thành các module riêng biệt). Các đoạn ống đúc sẵn sẽ được sản xuất hàng loạt, giúp cắt giảm chi phí 60%. Việc bơm chân không phân tán cắt giảm mức sử dụng năng lượng, trong khi các thuật toán AI sẽ dự đoán nhu cầu bảo trì.
Theo các nhà nghiên cứu, dự án của Trung Quốc không chỉ giới hạn ở một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, mà là một hệ thống có thể mở rộng quy mô trong những năm tới.
Dự án vẫn còn gặp nhiều rào cản. Việc thương mại hoá tàu 1.000 km/h cần đến hàng trăm tỷ USD để xây dựng tuyến đường Bắc Kinh - Thượng Hải. Hơn nữa, sự giãn nở nhiệt trong các ống dài hơn và cách giải quyết một số trường hợp khẩn cấp vẫn chưa được kiểm nghiệm.
Song, đây cũng là một thông điệp rõ ràng đến “giấc mơ” bỏ dở của Musk về việc Trung Quốc đang viết nên một cái kết “có hậu”.
Tham khảo SCMP
