Hyperloopin mahdoton matka-aikataulu

Perjantaina 3.3.2017 Maikkarin 7-uutisissa kerrottiin Hyperloopin edustajien keskusteluista Suomen elinkeinoministeri Mika Lintilän sekä liikenne- ja viestintäministeri Anne Bernerin kanssa. Suunnitelmissa olisi kuljettaa ihmiset ja rahti 28 minuutissa Helsingistä Tukholmaan. Alla oleva graafi on pysäytyskuva uutisista:

Helsingistä Tukholmaan 28 minuutissa.

Tässä vaiheessa insinööri minussa heräsi. Hetkinen, voiko tuo olla mahdollista? Googlen kartta kertoo, että suorin mahdollinen etäisyys Turun, Marianhaminan ja Norrtäljen kautta on noin 415 kilometriä. Hyperloopin putki olisi väistämättä jonkin verran pidempi -- etenkin, jos se kulkisi vielä Lohjan ja Salon kautta. Saaristo ja merenpohja todennäköisesti lisäisivät matkaa vielä vähän.

415 km matkaa, 28 minuuttia aikaa. Onnistuuko?

Elon laskuoppi antaa keskinopeudeksi 415 km/28 min = 14,8 km/min eli 889 km/h, mikä on hieman vähemmän kuin äänennopeus ilmassa. Tämä on vielä realistista.

Vaunut vaativat kiihdytyksen ja jarrutuksen. Käytetään arvoa 5 m/s2 eli noin puolet maan vetovoiman kiihtyvyydestä (puoli g). Moni matkustaja kokisi tämän epämukavana, mutta ei vielä vaarallisena. Tällä kiihtyvyydellä/hidastuvuudella 250 m/s nopeuden (900 km/h) saavuttaminen kestäisi 50 sekuntia, minkä aikana vaunu ehtisi liikkua 6,25 kilometriä. Pyöristetään kiihdytys/jarrutus minuuttiin, niin jäljelle jää 26 minuuttia matka-aikaa ja 403 km matkaa eli huippunopeudeksi tulisi 15,5 km/min eli 930 km/h.

Ilmeisesti matka-aika on laskettu näitä lukuja käyttäen. Mutta väliasemat romuttavat koko idean, koska silloin vaunujen pitää kiihdyttää ja hidastaa jokaisen väliaseman kohdalla. Helsingissä tarvitaan vain kiihdytys ja Tuhkolmassa vain hidastus, joten kohdellaan niitä yhtenä. Sen lisäksi tulee kuusi väliasemaa (Espoo, Lohja, Salo, Turku, Ahvenanmaa, Norrtälje) eli yhteensä seitsemän kiihdytys/jarrutus-kertaa.

Kuudella väliasemalla matkustajille pitää jättää aikaa poistumiseen ja kapseliin astumiseen. Oletetaan, että tämä onnistuu 30 sekunnissa, sillä kapselit ovat pieniä. Matka-ajasta pitää siis nipistää kolme minuuttia, jolloin jäljelle jää 25 minuuttia. Tässä ajassa kapselin pitäisi edetä (vähintään) 415 kilometriä kiihdytyksineen ja jarrutuksineen.

Helsinki, Espoo ja Lohja ovat niin lähellä toisiaan, että kapseli tuskin ehtisi saavuttaa huippunopeuttaan. Emme tiedä etäisyyksiä tarkalleen, joten otetaan varmuuden vuoksi optimitapaus, jossa kuusi asemaa ovat tasaisin (415/7=59 km) välimatkoin. Jokainen väli pitäisi selvittää 25 min/7 eli 214 sekunnissa. Jos tästä 100 sekuntia kuluu kiihdytyksiin ja jarrutuksiin, matkanopeudelle jäisi 114 sekuntia. Siinä ajassa vaunu liikkuisi 258*114 = 29,45 km ja kiihdytys/jarrutus vielä 12,5 km lisää eli noin 42 km. Se ei riitä, puuttumaan jää 17 kilometriä.

Vaaditaan vähintään 5,15 m/s2 kiihtyvyys, jotta vaunu ehtisi asemalta toiselle 214 sekunnissa vuoroin kiihdyttäen ja vuoroin jarruttaen. Matkustajille tällainen kyyti olisi erittäin epämukavaa. Tukholmassa kapselista nousisi vihreän pahoinvoivia asiakkaita, joista osalla olisi vielä kahvit rinnuksilla.

Yllä olevat laskut on tehty pikaisesti perusfysiikalla ja niissä voi olla virheitä. Epäilemättä LVM on laskenut asian tarkemmin. Lopputulos on kuitenkin sama: 28 minuutin matka-aika kuudella välipysähdyksellä on teoriassakin mahdoton.

Emme tiedä, miten Hyperloop tulisi käytännössä toimimaan. Tyhjiöputken rakentaminen merenpohjaan olisi erittäin vaikeaa ja kallista. Miten hoidetaan vuodot ja lämpölaajeneminen? Entä jos matkustajat eivät pystykään poistumaan 30 sekunnissa seuraavan vanun tieltä? Tyhjiöputki tekee metrossa käytettyjen sivuraiteiden rakentamisen vaikeaksi.

Ja viimeinen kysymys on tietenkin raha: kuinka paljon matkustajia tai rahtia tarvitaan, jotta arviolta 19 miljardin euron putki kannattaa rakentaa?

Lisätty 6.3.2017: Helsinki-Tukholma-projektin kuvaus (heinäkuu 2016).
Ilmeisesti putki on tarkoitus toteuttaa niin, että kukin vaunu kulkee lähtöasemalta suoraan pääteasemalle, eikä pysähtele matkalla. Tämä ratkaisee joitakin ongelmia (kuten aikataulun ja toistuvat kiihdytykset/jarrutukset), mutta herättää uusia teknisiä ja kaupallisia kysymyksiä kuten sen, miten vaunu voidaan vaihtaa pääputkesta jarrutusputkeen täydessä 930 km/h vauhdissa.

Joka tapauksessa point-to-point-mallissa tekstissä esitetty pohdinta aikatauluista menettää merkityksensä. 

Hyperloop: Helsingistä Tukholmaan tunnissa

Hyperloop-tekniikalle haetaan parhaillaan sijoittajia ja kaupunkeja, joita kiinnostaisi testata uudenlaista ihmisten sekä tavaroiden liikuttamista. Eräänlaisena mainoslupauksena on ollut "Tunnissa Helsingistä Tukholmaan".

Innostus kaiken uuden edessä on ymmärrettävää ja toivottavaakin, ilman sitä mikään ei kehittyisi. Tietotekniikka on kuitenkin totuttanut meidät odottamaan suuria mullistuksia myös vanhan maailman asioihin, ja se ei yleensä toimi. Fysiikan lakeja ja reaalimaailman muita rajoituksia ei voi kiertää yhtä helposti kuin piisirulle voi ahtaa entistä enemmän logiikkaportteja (siis mikroprosessoreita ja muistipiirejä). Sähköautojen hidas yleistyminen on tästä oiva esimerkki.

Hyperloopissa rahti ja ihmiset sijoitetaan pieniin umpinaisiin vaunuihin tai sukkuloihin (pod), jotka kulkevat noin 1000 km/h nopeudella alipaineistetussa putkessa. Liikkuminen on hyvin energiatehokasta, koska vierintä- ja ilmanvastusta ei ole. Kyseessä on vähän kuin 2000-luvun versio rautateistä -- tosin yhteydet ovat vain päästä päähän, eivätkä sukkulat voi vaihtaa putkesta toiseen rautatievaihteiden tapaan. Point-to-point-yhteydet ovat iso rajoitus.

Entä mitä Hyperloop käytännössä muuttaisi? Helsingistä pääsee nyt jo lentokoneella tunnissa Tukholmaan ja halvimmat Norwegianin lennot maksavat 20 euroa/suunta.

Iltalehden uutisen mukaan tuntiin voisi sisältyä kolme välipysähdystä Turussa, Maarianhaminassa ja Uppsalassa. Silloin tunnin matka-aika kuulostaa optimistiselta, koska välipysähdykset vievät aikaa ihmisten poistuessa ja asettuessa paikoilleen. Lisäksi fysiikka asettaa rajoituksia vaunun hidastamiselle ja uudelleen kiihdyttämiselle jokaisen aseman kohdalla.

Lentomatkailussa on kaksi riesaa: turvatarkastukset ja liittymäliikenne. Jälkimmäisen suhteen Hyperloop olisi voitolla, koska asemat voisi rautateiden tapaan rakentaa kaupunkien keskustaan. Turvatarkastukset ovat hankalampi juttu.

Lentokenttien tarkastukset ovat perusteellisia, koska kansainväliset sopimukset pakottavat niihin. Suomen ja Ruotsin välinen Hyperloop olisi omissa käsissämme. Pohjoismaissa junamatkustajia ei tarkasteta (muualla kyllä, esimerkiksi Espanjassa), mutta vedessä tai maan alla kulkeva putki olisi houkutteleva terroristikohde, joten ainakin Keski-Euroopassa ja Yhdysvalloissa tarkastukset olisivat samanlaisia kuin lentokentillä.

Hyperloopin tekniikan toimivuudessa on vielä epäselvyyksiä, mutta yksi realiteetti on ehdoton: talous. Aivan uutta tekniikkaa käyttävän järjestelmän rakentaminen meren pohjaan (tai pikemminkin sen alle) maksaisi vähintään 10 miljardia euroa. Jotta investointi kannattaisi, matkustajia pitäisi olla valtavasti. Löytyisikö Helsinki-Tukholma-välille niin paljon kysyntää, että putki maksaisi joskus itsensä takaisin?

Ensimmäistä putkea on suunniteltu Los Angelesin ja San Franciscon välille. Siellä väestöpohjaa on riittävästi ja maan päälle rakentaminen on halvempaa. Maanteiden ja ilmatilan ruuhkista huolimatta Hyperloop säästää matka-aikaa vain vähän, sillä Los Angelesissa ei ole oikeaa keskustaa ja liittymäliikenne on sen vuoksi väistämättä hidasta.

Mielestäni ajatus Helsinki-Tukholma Hyperloopista on täysin epärealistinen. Järkevämpää olisi pohtia Helsinki-Tampere tai Helsinki-Pietari-reittejä. Keskustasta toiseen kulkeva nopea yhteys kytkisi kaupungit yhteen ihan uudella tavalla ja tekisi maantieteelle saman mitä internet on tehnyt tietoliikenteelle.

Viime kädessä kaikki voi kaatua siihen, että Suomi on yksinkertaisesti liian pieni maa joukkoliikenteen kärkihankkeisiin. Paitsi, että meiltä puuttuu rohkeutta ja innostusta, meiltä puuttuvat joukot.

Niinpä Hyperloop on Suomelle lähinnä Hypeloop.

Lisäys 8.8.2016: HS Nytissä laaja kirjoitus Hyperloopin realistisuudesta.

Lisäys 20.2.2017: Lisää analyysiä Hyperloopin teknisistä riskeistä Tekniikka & Talous -lehdessä.