Auf der Erde mit Schallgeschwindigkeit reisen – das kann wirtschaftlich nur in einer Vakuumröhre funktionieren. An der praktischen Umsetzung der Hyperloop-Idee wird unter anderem im niederländischen Delft gearbeitet, mit Vakuumpumpen von Busch.
Wie lässt sich der Verkehr der Zukunft möglichst energiesparend und umweltschonend organisieren? Die bekannten Transportmittel stoßen an ihre Grenzen oder erweisen sich mit zunehmender Nutzung als ebenso zunehmende ökologische Belastung. SpaceX-Gründer Elon Musk schlägt eine ganz neue Lösung vor: den Hyperloop. Elektromagnetisch angetriebene Züge sollen mit Schallgeschwindigkeit unterwegs sein und dabei praktisch ohne Luftwiderstand durch Vakuumröhren flitzen.
Hängendes Schweben
Für die Umsetzung dieser Idee setzt Musk auf die Tech-Nerds dieser Welt. Er hat für die Entwicklung der technischen Ansätze einen Wettbewerb ausgeschrieben, an dem sich vor allem Universitäten und Studentengruppen beteiligen. Eine davon arbeitete an der TU Delft in den Niederlanden. Sie hat mit ihrem Fahrzeugkonzept im Jahr 2017 die „1st SpaceX Hyperloop Competition“ gewonnen. Aus dieser Gruppe ist dann ebenfalls in Delft das Startup-Unternehmen Hardt entstanden.
Neben der Vakuumröhre ist die reibungsfreie elektromagnetische Fortbewegung das entscheidende Kernstück der Hyperloop-Idee. Sie wurde prinzipiell bereits bei der Magnetschwebebahn verwirklicht, die – ursprünglich in Deutschland entwickelt – heute in China im Einsatz ist. Doch die Delfter Jungingenieure haben deren Ansatz entscheidend modifiziert. Ihr Fahrzeug, oder „Pod“, schwebt nicht auf einem Magnetfeld über der Schiene. Stattdessen ist die Schiene oben, der Pod hängt darunter und wird dort von einem Permanentmagneten an Bord des Fahrzeugs gehalten. Zugleich wirkt ein Elektromagnet dem Permanentmagneten entgegen und lässt einen kleinen Spalt zwischen Schiene und Fahrzeugaufhängung entstehen. Spulen in der Schiene sorgen für den Energieeintrag und die Fortbewegung.
Erfolgreicher Test
Bisher wurde diese Anordnung erfolgreich in einer 30 Meter langen Vakuumröhre mit einem Durchmesser von drei Metern getestet. Für die Evakuierung wurde ein Vakuumsystem von Busch verwendet. Es entleert den 130 Kubikmeter messenden Hohlraum in rund 40 Minuten bis zu einem Vakuumniveau von 1 Millibar. Dies entspricht einem Vakuum von 99,9 Prozent. Die Versuche in diesem Aufbau haben gezeigt, dass die Technologie grundsätzlich funktioniert.
Das Fahrzeuginnere ist übrigens eine Druckkabine, wie wir sie von Flugzeugen kennen. Da in der Vakuumröhre kein Sauerstoff zum Atmen vorhanden ist, greift Hardt auf Technologien aus der Luft- und Raumfahrt zurück, um die Passagiere mit Atemluft zu versorgen. Noch in diesem Jahr soll eine drei Kilometer lange Teststrecke in Betrieb genommen werden, auf der das Fahrzeug auch mit hohem Tempo fahren kann. Die Vakuumversorgung dafür, diesmal wesentlich aufwendiger, wird wieder von Busch bereitgestellt.
Mit 1000 km/h durch die Röhre
Superschnelles Bahnreisen im Vakuum
Was hat Geschwindigkeit mit Vakuum zu tun?
Ein Radfahrer mit einer Geschwindigkeit von 30 Stundenkilometern muss viermal so stark strampeln wie einer, der nur mit 15 km/h unterwegs ist. Im Verhältnis zum Tempo steigt der Luftwiderstand also im Quadrat an. Deshalb erreicht etwa ein Supersportwagen mit 1000 PS nicht viel mehr als das Doppelte der Höchstgeschwindigkeit einer bescheidenen Familienkutsche. Der bei hohem Tempo enorme Luftwiderstand ist nichts anderes, als die Kollision des Fahrzeugs mit den Gasmolekülen der Luft und die Kraft, die benötigt wird, um sie „beiseitezuschieben“. Im Vakuum ist keine Verdrängung nötig, der Widerstand entfällt. Da ein elektromagnetisch „schwebendes“ Fahrzeug auch keinen Rollwiderstand aufweist, kann die Antriebsenergie in einer Vakuumröhre praktisch vollständig in Geschwindigkeit verwandelt werden.
Ein Radfahrer mit einer Geschwindigkeit von 30 Stundenkilometern muss viermal so stark strampeln wie einer, der nur mit 15 km/h unterwegs ist. Im Verhältnis zum Tempo steigt der Luftwiderstand also im Quadrat an. Deshalb erreicht etwa ein Supersportwagen mit 1000 PS nicht viel mehr als das Doppelte der Höchstgeschwindigkeit einer bescheidenen Familienkutsche. Der bei hohem Tempo enorme Luftwiderstand ist nichts anderes, als die Kollision des Fahrzeugs mit den Gasmolekülen der Luft und die Kraft, die benötigt wird, um sie „beiseitezuschieben“. Im Vakuum ist keine Verdrängung nötig, der Widerstand entfällt. Da ein elektromagnetisch „schwebendes“ Fahrzeug auch keinen Rollwiderstand aufweist, kann die Antriebsenergie in einer Vakuumröhre praktisch vollständig in Geschwindigkeit verwandelt werden.