ระบบขนส่งไฮเปอร์ลูป#1 แนวคิดไฮเปอร์ลูปของอีลอน มัสก์

Wiz Khalifa – See You Again ft. Charlie Puth (YouTube) 

แด่ผู้ที่ชื่นชอบความเร็ว!

เราอาศัยอยู่ในโลกที่มีการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีอย่างรวดเร็ว ทุกวันนี้เราตระหนักดีถึงความต้องการยานพาหนะที่มีความเร็วมากขึ้นเพื่อลดเวลาในการเดินทาง ลดการปล่อยมลพิษสู่บรรยากาศ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ลดต้นทุนการก่อสร้างและการดำเนินงาน ความต้องการเหล่านี้นำไปสู่การพยายามคิดค้นและพัฒนาเทคโนโลยีการขนส่งแบบใหม่ที่มีความเร็วและประสิทธิภาพสูงขึ้น

Maglev Train

ภาพแสดง Yamanashi Maglev Train ของญี่ปุ่นที่วิ่งเร็วที่สุดในโลก (newatlas.com)

รถไฟแม็กเลฟ (Magnetic Levitation Train หรือ Maglev Train) เป็นระบบขนส่งระบบรางที่นำเทคโนโลยีพลังแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnets) มาพัฒนาใช้กับรถไฟความเร็วสูง 

รถไฟ Maglev เป็นรถไฟที่ลอยได้และมีความเร็วสูงมาก  400-500 กม./ชม. หรือสูงกว่า สถิติความเร็วสูงสุดของรถไฟ Maglev เป็นของญี่ปุ่น 603 กม./ชม.  รถไฟ Maglev ไม่ต้องมีเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิส จึงไม่ปล่อยมลพิษ เป็น “Green Transportation”  และรถไฟ Maglev ไม่มีพนักงานขับรถ แต่ใช้ระบบเครือข่ายที่มีโปรแกรมคอมพิวเตอร์คอยควบคุมกำหนดเส้นทางสิ่งต่างๆ ให้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมาก 

โดยสรุปรถไฟ Maglev เป็นรถไฟที่วิ่งเร็วที่สุด ปลอดภัยที่สุด เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่สุด มีประสิทธิภาพสูงสุด แต่แพงที่สุด!

 physics-and-radio-electronics.com

แม่เหล็กถาวร (Permanent magnets) มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเสมอ แต่แม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnets) มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเฉพาะเมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ขดลวดที่พันรอบแกนเหล็ก ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆแกนเหล็กนั้น ถ้าทิศทางของกระแสไฟฟ้าเข้าสลับขั้ว (alternating current)  สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเป็นแบบสลับขั้วเหนือใต้เช่นกัน (alternating magnetic field)

energy.gov

รถไฟ Maglev ทำงานโดยใช้พลังแม่เหล็กไฟฟ้า 2 ชุด ชุดหนึ่งใช้ในการยกตัวรถไฟให้ลอยตัวเหนือราง อีกชุดหนึ่งสร้างแรงขับเคลื่อนให้รถไฟพุ่งไปข้างหน้า

ชุดที่ 1 : Electromagnetic Levitation

จากรูปข้างบนซ้าย ขั้วแม่เหล็กที่เหมือนกัน (N-N) ของแม่เหล็กที่ติดบนตัวรถไฟกับแม่เหล็กที่อยู่บนรางวิ่ง สร้างแรงผลัก (repulsion) ไปยกตัวรถไฟให้ลอยตัวเหนือรางเล็กน้อย ประมาณ 5 นิ้ว ทำให้ไม่มีแรงเสียดทานที่เกิดจากล้อกับราง ทำให้รถไฟ Maglev สามารถวิ่งด้วยความเร็วสูงมาก ให้การเดินทางที่เงียบ ราบเรียบ และลดการใช้พลังงานลงอย่างมาก

ชุดที่ 2 : Electromagnetic Propulsion

รถไฟ Maglev ขับเคลื่อนด้วยสนามแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้น โดยการจ่ายกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ (alternating current) เข้าสู่ขดลวดที่กำแพงทั้งสองด้านของทางวิ่งรถไฟ และจ่ายให้กับแม่เหล็กขนาดใหญ่ (Superconducting magnets) บนตัวรถไฟ ผลิตชุดของสนามแม่เหล็กสลับ (alternating magnetic field) ระหว่างขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้

รูปแสดง guideway wall กำแพงทางวิ่งของรถไฟ Yamanashi Maglev ในประเทศญี่ปุ่น (instructables.com)

 physics-and-radio-electronics.com   

จากรูปข้างบน รถไฟ Maglev ถูกผลักไปข้างหน้าเนื่องจากแรงผลัก (replusion) ของขั้วแม่เหล็กที่เหมือนกัน (N-N หรือ S-S) และถูกดึงไปข้างหน้าเนื่องจากแรงดึงดูด (attraction) ของขั้วแม่เหล็กที่ตรงข้ามกัน (S-N หรือ N-S) การทำงานร่วมกันนี้สร้างแรงขับเคลื่อนให้รถไฟพุ่งไปข้างหน้าอย่างรวดเร็ว

ปัจจุบันมีเพียง จีน ญี่ปุ่น และเกาหลีใต้ ที่นำเทคโนโลยีพลังแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnets) มาพัฒนาใช้กับรถไฟความเร็วสูง เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างที่สูงมาก เพราะเทคโนโลยีนี้ไม่เข้ากันกับรางของรถไฟธรรมดาที่มีอยู่ ทำให้ต้องก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานใหม่หมด จีนเป็นประเทศแรกที่เปิดให้บริการรถไฟพลังแม่เหล็กความเร็วสูง (high-speed maglev train) ในเชิงพาณิชย์มาตั้งแต่ปี 2004 นับตั้งเปิดให้บริการมา ผู้ประกอบการประสบปัญหาการขาดทุนอย่างหนักจากเงินลงทุนที่สูงมากนั่นเอง 

High-Speed Rail or Bullet Train

รถไฟความเร็วสูง (High-speed rail) หรือรถไฟหัวกระสูน (Bullet Train) เป็นรถไฟที่วิ่งด้วยความเร็วมากกว่า 200 กม./ชม. สำหรับระบบรางเดิม และมากกว่า 250 กม./ชั่วโมง สำหรับระบบรางใหม่ รางวิ่งของรถไฟความเร็วสูงโดยมากมีความกว้าง 1.435 เมตร

ภาพแสดง “S้hinkansen Bullet Train” ของญี่ปุ่น (en.wikipepia.org)

ญี่ปุ่นเป็นประเทศแรกที่เปิดให้บริการรถไฟความเร็วสูงในเชิงพาณิชย์ ชื่อว่า รถไฟหัวกระสุนชิงกันเซ็น (Shinkansen Bullet Train) รถไฟความเร็วสูงของฝรั่งเศสวิ่งได้เร็วที่สุดในโลก 575 กม./ชม. มีโครงการระบบขนส่งรถไฟความเร็วสูงเกิดขึ้นในหลายๆประเทศในทวีปเอเชียและยุโรป สำหรับทวีปยุโรปเป็นลักษณะเครือข่ายรถไฟความเร็วสูงระหว่างประเทศ 

จีนเป็นประเทศที่มีอัตราการเติบโตของระบบการขนส่งรถไฟความเร็วสูงอย่างรวดเร็วในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา ปัจจุบันประเทศจีนมีเครือข่ายทางรถไฟความเร็วสูงยาวที่สุดในโลก นับเป็น 2 ใน 3 ของเครือข่ายทางรถไฟความเร็วสูงทั้งหมดในโลก การเกิดขึ้นของรถไฟความเร็วสูงในประเทศจีน ช่วยลดเวลาการเดินทางลงอย่างมาก ทำให้เกิดเปลี่ยนแปลงทางเศรษฐกิจและสังคมของจีน จากการศึกษาของธนาคารโลกพบว่า “นักเดินทางที่มีรายได้หลากหลายเลือกที่จะเดินทางด้วยรถไฟความเร็วสูง เพื่อความสะดวกสบาย ความปลอดภัย และการตรงต่อเวลา” 

เราอาจสงสัยว่าทำไมประเทศสหรัฐอเมริกายังไม่มีระบบขนส่งรถไฟความเร็วสูง ที่จริงแล้วอเมริกามีโครงการก่อสร้างรถไฟความเร็วสูงสายแรกของประเทศมาตั้งแต่ปี 2008 นั่นคือ “โครงการก่อสร้างระบบการขนส่งรถไฟความเร็วสูงของรัฐแคลิฟอร์เนีย (California High-Speed Rail; CHSR) แต่โครงการนี้ถูกเลื่อนมาหลายครั้งจากปัญหาความขัดแย้งต่างๆได้แก่ การถูกฟ้องร้อง การประท้วง ปัญหาด้านวิศวกรรม อุปสรรคทางธรณีวิทยา ระบบราชการ การแทรกแซงทางการเมือง จากความล่าช้าของโครงการทำให้งบประมาณของโครงการที่เคยประเมินไว้เมื่อปี 2008 ในวงเงิน 40 พันล้านดอลลาร์ เพิ่มขึ้นมาเป็น 98 พันล้านดอลลาร์ในปี 2018

California High-Speed Rail (CHSR)

แผนที่แสดงเส้นทางการก่อสร้างระบบการขนส่งรถไฟความเร็วสูงของรัฐแคลิฟอร์เนีย (CHSR)

โครงการก่อสร้างรถไฟความเร็วสูงของรัฐแคลิฟอร์เนีย (California High-Speed Rail) เกิดขึ้นจากความคาดหวังว่ารถไฟความเร็วสูงจะช่วยแก้ปัญหาการจราจรที่แออัด และปัญหามลพิษทางอากาศที่เกิดจากรถยนต์ โครงการนี้มีระยะทางทั้งหมด 1,300 กิโลเมตร แบ่งการก่อสร้างออกเป็น 2 เฟส 

เฟส 1 เป็นการก่อสร้างเส้นทางเชื่อมระหว่างเมืองซานฟรานซิสโกกับเมืองลอสแอนเจลิส ระยะทาง 840 กม. รถไฟความเร็วสูงจะวิ่งด้วยความเร็ว 200-350 กม./ชม. ภายในเวลาน้อยกว่า 3 ชั่วโมง 

เฟส 2 เป็นการก่อสร้างเส้นทางขยายไปทางเหนือ จากเซ็นทรัลวัลเลย์ขึ้นไปยังเมืองแซคราเมนโต ซึ่งเป็นเมืองหลวงของรัฐแคลิฟอร์เนีย และเส้นทางขยายไปทางใต้ จากเมืองลอสแอนเจลิสลงสู่เมืองซานดิเอโก ระยะทาง 450 กม.

latimes.com

หลังจากโครงการก่อสร้างล่าช้าจากกำหนดเดิมถึง 13 ปี ในปี 2017 เริ่มมีการดำเนินการก่อสร้างบางส่วนของโครงสร้างพื้นฐานที่เซ็นทรัลวัลเลย์ (Central Valley) และโครงการนี้ได้ใช้จ่ายเงินไปแล้วกว่า 6 พันล้านดอลลาร์

twitter.com

เมื่อต้นปี 2019 ประธานาธิบดีโดนัลด์ ทรัมป์ ได้ทวีตข้อความจะบังคับให้รัฐแคลิฟอร์เนียยกเลิกโครงการรถไฟความเร็วสูง หลังจากโครงการนี้ใช้จ่ายเงินหลายพันล้านดอลลาร์ไปโดยเปล่าประโยชน์ และเรียกร้องให้รัฐแคลิเฟอร์เนียคืนเงิน 3.5 พันล้านดอลลาร์ ที่กองทุนรัฐบาลกลางเคยให้โครงการนี้ไป และยังเรียกโครงการนี้ว่าเป็น “ภัยพิบัติสีเขียว”

ต่อมาในเดือนพฤษภาคม 2019 รัฐบาลทรัมป์ได้ประกาศเพิกถอนข้อตกลงที่รัฐบาลกลางเคยทำไว้กับรัฐแคลิฟอร์เนียเมื่อปี 2010 ว่าจะสนับสนุนเงินอีกเกือบพันล้านดอลลาร์ให้กับโครงการรถไฟความเร็วสูงของรัฐแคลิฟอร์เนีย เนื่องจากรัฐแคลิฟอร์เนียล้มเหลวในการดำเนินงาน โครงการไม่มีความคืบหน้า มีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างที่สูงเกินไป และขอบเขตของงานไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของรัฐบาลกลาง

ซึ่งผู้บริหารของรัฐแคลิฟอร์เนียได้ออกแถลงการณ์โต้กลับ “การตัดสินใจของรัฐบาลทรัมป์เป็นการกระทำที่ผิดกฎหมาย เป็นการแก้แค้นทางการเมือง มันเป็นเงินของรัฐแคลิฟอร์เนียที่ได้รับการจัดสรรจากสภาคองเกรส และเราจะดำเนินการฟ้องร้อง”

Coldplay – Paradise (Youtube) 

ช้างน้อยตัวนี้เดินทางสารพัด Transportation เหนื่อยเนอะกว่าจะถึงบ้าน รอไฮเปอร์ลูปก่อนนะ แป๊ปเดียวถึง

Elon Musk’s Hyperloop Concept (2012)

youtube.com

ปัจจุบันโลกเรามีโหมดการขนส่งอยู่ 4 แบบคือ การขนส่งทางถนน, ทางรถไฟ, ทางน้ำ และทางอากาศ 

เมื่อปี 2012 อีลอน มัสก์ (Elon Musk) ผู้ก่อตั้งบริษัท SpaceX และ Tesla ได้เดินทางไปเยือนรัฐแคลิฟอร์เนียและได้ประกาศแนวคิด “ไฮเปอร์ลูป (Hyperloop)” โหมดการขนส่งที่ห้า มันจะเป็นการเดินทางผ่านทางท่อ! ห้องโดยสารจะเป็นแบบแคปซูลวิ่งลอยตัวในท่อเกือบสูญญากาศที่อยู่เหนือหรือใต้พื้นดิน ไฮเปอร์ลูปจะวิ่งด้วยความเร็วใกล้เสียง (transonic speed) 1,220 กม./ชม. หรือ 760 ไมล์/ชม. ซึ่งจะพาผู้โดยสารจากเมืองซานฟรานซิสโกไปเมืองลอสแอนเจลิส ระยะทาง 840 กม. ภายในเวลาเพียง 35 นาที

อีลอน มัสก์ ได้สรุปคุณสมบัติของไฮเปอร์ลูป (Hyperloop) ดังต่อไปนี้ มันจะเป็นระบบขนส่งประหยัดพลังงาน ไม่สร้างมลพิษทางอากาศ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพราะสร้างพลังงานขึ้นเองจากแสงอาทิตย์ และมีการจัดเก็บพลังงานสำหรับการทำงานตลอด 24 ชั่วโมง สามารถรับแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว ทนทานต่อสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา มีความปลอดภัยกว่าเนื่องจากไม่มีอุบัติเหตุการชนกัน มีความเร็วเป็นสองเท่าของเครื่องบิน 

อีลอน มัสก์ กล่าวว่าเขาได้แรงบันดาลใจในการคิดค้นระบบขนส่งไฮเปอร์ลูป เนื่องจากเขาไม่เห็นด้วยกับโครงการรถไฟความเร็วสูงของรัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งเขาวิพากษ์วิจารณ์ว่าเป็นหนึ่งในระบบขนส่งที่ช้าที่สุดในโลกและแพงเกินไป อีลอน มัสก์ ได้ประเมินค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างระบบขนส่งไฮเปอร์ลูประหว่างเมืองซานฟรานซิสโกกับเมืองลอสแอนเจลิส ระยะทาง 840 กม. ว่าจะอยู่ที่ 6 พันล้านดอลลาร์ เพียง 10% ของค่าใช้จ่ายในโครงการก่อสร้างรถไฟความเร็วสูงของรัฐแคลิฟอร์เนียเฟสแรก ซึ่งอยู่ที่ 68 พันล้านดอลลาร์ ณ ปี 2012

grist.org

แนวคิดไฮเปอร์ลูป (Hyperloop) ของอีลอน มัสก์ ได้ก่อให้เกิดความตื่นเต้น ตามมาด้วยเสียงวิจารณ์มากมาย เพราะมันเป็นเทคโนโลยีที่ไม่เคยมีมาในโลกนี้ นักวิทยาศาสตร์และผู้เชี่ยวชาญด้านการขนส่งหลายคน ตั้งข้อสงสัยในค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างไฮเปอร์ลูปที่ อีลอน มัสก์ ประเมินไว้ว่าต่ำเกินไป และความเสี่ยงในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ ต่างเห็นว่าแนวคิดไฮเปอร์ลูปของ อีลอน มัสก์ ไม่มีทางที่จะทำให้เป็นจริงได้ในทางปฎิบัติอย่างสิ้นเชิง มันเป็น Elon Musk’s dream! 

หลัง อีลอน มัสก์ เสนอแนวคิดไฮเปอร์ลูป (Hyperloop) ผ่านมา 7 ปี ได้เกิดโครงการไฮเปอร์ลูปในหลายประเทศ แม้นจะยังอยู่ในขั้นของการทดสอบและพัฒนา แต่ทำให้เราเห็นว่ามีคนรุ่นใหม่จำนวนมากที่มีความเชื่อมั่นในเทคโนโลยีนี้ และมีความมุ่งมั่นที่จะทำให้ระบบการขนส่งไฮเปอร์ลูปเกิดขึ้นบนโลกนี้ พวกเขาเชื่อว่า ” It can be realistic! “

JP Cooper – September Song (Youtube)

หมายเหตุ :

Subsonic speed ความเร็วต่ำกว่าเสียง

Transonic speed ความเร็วใกล้เสียง ประมาณ 1,000–1,500 กม./ชม. ไม่ค่อยมีการสร้างอากาศยานที่บินด้วยความเร็วระดับนี้ เนื่องจากทำให้เกิดแรงต้านอากาศสูงมาก 

Supersonic speed ความเร็วเหนือเสียง ประมาณ 1,500–6,200 กม./ชม. ได้แก่ ความเร็วของเครื่องบินคอนคอร์ด (2,200 กม./ชม.) ซึ่งถูกยกเลิกการให้บริการในเชิงพาณิชย์ในปี 2003 เนื่องจากต้นทุนสูงและมีผู้โดยสารน้อย เครื่องบินขับไล่ของกองทัพอากาศก็บินด้วยความเร็วเหนือเสียง

Hypersonic speed ความเร็วเหนือเสียงระดับสูง ประมาณ 6,200-12,400 กม./ชม.ได้แก่ ความเร็วของจรวดส่งยานกระสวยอวกาศขององค์การนาซ่า 

• Facebook
• Twitter
• Line