ハイパーループ：高速鉄道の未来が形作られる

鉄道の重要性

現代は内燃機関、飛行機、そして近年では電気モーターが主流だったと考えるかもしれません。しかし、産業革命は鉄道という別の技術の上に築かれました。

鉄道や列車は、商品を内陸へ輸送する低コストの方法を作り出し、生産性を大幅に向上させました。

今日に至るまで、あらゆる産業経済は、海上貿易によって支えられている沿岸地域以外への製造業の維持を鉄道に依存しています。鉄道は特に、鉱石、鉄鋼、自動車といった原材料や大量の工業製品の輸送に不可欠です。

場合によっては、極端な形をとることもあります。 モーリタニアのサハラ砂漠の中央にある鉄鉱山の中心地と704キロメートルの列車を結ぶ437キロメートル（3マイル）の鉄道線200～300台の貨物車両を搭載し、一度に合計25,000トン以上の資材を運びます。

出典： CNN

鉄道の主な利点は、陸上輸送手段としては最もエネルギー効率に優れた輸送手段であるという点です。そのため、何百万トンもの貨物を輸送する場合、鉄道が好まれる選択肢となっています。

出典： ボーリング・カンパニー – 2013年ハイパーループ白書

鉄道は依然として産業にとって重要な役割を担っていますが、多くの国では個人の移動手段としては後回しにされています。鉄道は飛行機よりも遅く、車や高速道路よりも柔軟性に欠けます。そのため、地下鉄や大都市圏の一部の通勤電車を除けば、鉄道は都市間の移動手段としてはあまり認識されていません。

既存の従来の人々の輸送手段は、鉄道、道路、水上、航空の 4 つの独自のタイプで構成されています。

これらの輸送手段は、比較的遅い（例：道路と水）、高価（例：飛行機）、または比較的遅いと高価の組み合わせ（例：鉄道）のいずれかである傾向がある。

イーロン·マスク

もちろん、これは変化する可能性があり、ある程度はヨーロッパ、特に中国が高速鉄道網に巨額の投資を行ってきた。

出典： Reddit

しかし、高速鉄道の現在の技術では、ほとんどの航空旅行よりも 3 倍遅く、交通量の多い地域、比較的短い距離、および旅行にもっと時間を費やしてもよい乗客にしか実現不可能です。

列車と鉄道の完全な再考は、現在の形で最初に提案されたように、それを変える可能性がある。 イーロン・マスクが2013年に発表したホワイトペーパー現在では「ハイパーループ」という愛称で呼ばれています。

（ハイパーループ以外の鉄道技術と将来の潜在的技術に関するより詳しい概要については、以前の記事「リニアモーターカー、ハイパーループ、そして鉄道の未来。 "）

超高速チャレンジ

低速から時速200～300km（125～185マイル）までの速度域では、列車にとって最大の課題は、安全かつ快適に線路上に留まることです。これは過去XNUMX世紀にわたって解決されてきた課題であり、高速列車には最先端の製造技術とメンテナンス技術が求められるものの、現在では十分に理解されている技術となっています。

速度を上げると、他のいくつかの問題が起こり始めます。

鉄道摩擦と解決策としての磁気浮上

最初の問題はレールとの摩擦です。これは「通常の」高速列車でも既に問題となっています。これを解決するには、列車を線路に接触させるのではなく、線路上に浮上させる必要があります。

これは、一連の磁石が列車を上方および前方に押し上げるという、磁気浮上（マグレブ）技術の原理です。

出典： エネルギー省

これは、非常に低い温度で冷却する必要がある超伝導磁石を必要とするため、課題のない解決策ではありません。

費用はかかりますが、実現可能です。現在、上海、北京S1、長沙（中国）、そして日本のリニモなど、商業用のリニアモーターカー路線がいくつか運行されています。韓国の仁川空港のリニアモーターカーは2023年から運行停止となっています。

超高速における空気抵抗の壁

二つ目の問題は空気抵抗です。速度が上昇するにつれて空気抵抗は指数関数的に増加するため、高速鉄道やリニアモーターカーは可能な限り空気力学的に優れた形状を採用せざるを得なくなります。

空気抵抗によって生じるさらなる問題は、列車が時速 1,000 km (620 mph) に達するとソニックブームが発生し、周囲の人々や建物、そして鉄道インフラ自体にとって非常に望ましくない事態が発生することです。

このため、高速磁気浮上技術の上限は時速600キロメートル（時速372マイル）程度と考えられている。 これは中国の最新の磁気浮上式鉄道の設計目標である.

結局のところ、より空気力学的なプロファイルは役立つかもしれませんが、空気抵抗は従来の鉄道輸送の速度を永久に制限することになります。

このため、ハイパーループのコンセプトの中核には、磁気浮上式鉄道がレールの摩擦に対して行ったのと同じことを空気抵抗に対して行う、つまり問題を取り除くというアイデアがあります。

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ハイパーループの初期コンセプト

ハイパーループのアイデアは、磁気浮上列車を真空チューブ内に配置し、空気をほぼ完全に除去するというものである。

これにより空気抵抗が完全になくなり、時速1000キロメートルの速度が可能になります。この速度であれば、ロサンゼルスからサンフランシスコまでわずか30分で移動できる可能性があります。

ハイパーループのような設計では、理論的にはさらに高速な移動が可能であり、最高速度は時速 4,000 km (2,500 mph) に達するとされています。

主な利点

ハイパーループを支持する最も有力な論拠は、速度は飛行機と同等であるにもかかわらず、飛行機よりも電車のように乗車して使用される可能性が高いということだ。

それは、荷物に関する制限が大幅に緩和されるだけでなく、空港での煩雑なセキュリティチェックや搭乗手続きも緩和されることを意味する。これらの手続きは、特に短距離や中距離の飛行の場合、旅行自体と同じくらい時間がかかることが多い。

したがって、ハイパーループがすぐにパリ-北京間の航空便と競合することはないでしょうが、より短い距離であれば、はるかに速い移動手段を提供できる可能性があります。

この影響をさらに悪化させているのは、ハイパーループの駅が都市中心部にずっと近い場所に建設される可能性があることだ。ハイパーループの列車/カプセルは できる 時速1,000kmで走行するだけでなく、低速で走行することも可能です。そのため、遠方の空港から大都市の中心部まで移動する必要性が減り、総移動時間もさらに短縮されます。

安全性も議論の余地がある。ハイパーループの安全性がどのように扱われるかはまだ不明だが（下記参照）、飛行機での移動よりもはるかに安全であることが証明される可能性もある。

最後に、この点でもまだ非常に不確実ですが、インフラ整備のコストは航空旅行よりも低い運航コストによって相殺される可能性があります。また、地域の電力網や太陽光発電の利用も、こうした移動に伴う炭素排出量の削減につながり、将来的に炭素税が導入された場合、航空券の総価格に大きな影響を与える可能性があります。

出典： ヴィジョナス

技術的な制限

真空工学の課題

ハイパーループのコンセプトは原理的にはシンプルですが、実際に実現するのは非常に複雑です。多岐にわたるエンジニアリング作業に加え、最終的に選定すべき材料や設計についても疑問が生じます。

最大の課題は、必要な真空状態の生成と維持です。当初のホワイトペーパーでは、0.015psi（100Pa）を想定していましたが、これは火星の圧力の約1分の6、地球の圧力の1分の1000に相当します。

工業用真空ポンプの効率は圧力が低下すると指数関数的に低下するため、チューブ圧力のさらなる低減による利点は、ポンプの複雑さの増加によって相殺されてしまいます。

このようなレベルの真空も安全に取り扱う必要があり、制御不能な再加圧は壊滅的な事故を引き起こす可能性があります。

通常の加圧ステーションに接続するための適切なエアロックとドッキング システムも必要になります。

エネルギー供給

低圧環境では、継続的なエネルギー供給が必要になります。初期設計では、ハイパーループチューブに複数のソーラーパネルを設置し、バッテリーと組み合わせることでエネルギーを供給し、「自己発電」を実現することが想定されています。

全体として、これらの速度の同等の代替手段である飛行機と比較した場合、エネルギー消費は大きな問題にはならないはずです。

しかし、これによりハイパーループの経済的根拠が薄れる可能性があり、磁石を超伝導状態に保ち、チューブを真空状態に保つための高エネルギー消費によって、インフラのコストを考慮に入れなくても、この輸送手段は通常の鉄道路線よりもはるかに高価になる可能性が高い。

近真空環境における材料の課題

真空によって引き起こされるもう 1 つの問題は、多くの材料が非常に低い空気圧で異なる挙動を示すようになることです。

特に、コンクリート内の従来の鉄筋は真空に近い状態では歪んだり割れたりする可能性があり、標準的なコンクリートは内部の空気圧がゼロに近づくと崩壊する可能性があります。

おそらく新しい材料が必要になるでしょうが、すでにいくつかはテストされています (下記参照)。

振動と乗り心地の問題

ハイパーループの初期テストで明らかになったもう一つの潜在的な故障点は、時速600キロを超えると強い振動が発生することだ。

対処されなければ、これらの振動により、乗客の体験は身体的に耐え難いものになり、さらには耐えられないものになり、通常の使用ではハイパーループのコンポーネントが損傷する可能性もあります。

乗客の安全と緊急時のプロトコル

このような速度で移動している場合、当然ながら安全性が最大の懸念事項となります。最高速度での衝突は、乗客全員、そしておそらく衝突現場周辺の人々も即死させるでしょう。

このため、ハイパーループは、交通事故や交差点などから保護されるよう、地下か地上十分高い場所に建設せざるを得なくなるだろう。

また、この速度での旋回は非常に困難となるため、線路はほぼ完全に直線かつ平坦でなければなりません。そのため、山岳地帯でのこのアイデアの導入には限界があるかもしれません。

同様に、地震やその他の自然災害も、移動中のハイパーループ車両が速やかに電源を切るために、時間内に検知される必要がある。

もう一つの懸念は、機内での緊急事態への対処方法です。おそらく飛行機と同様に、必要な医療援助を提供するために最寄りの駅まですぐに移動する必要があるでしょう。

車両が途中で何らかの理由で立ち往生したり動けなくなったりした場合に備えて、迅速な再加圧システムと乗客用の定期的な避難場所も線路設計に組み込む必要があります。

初期試験

このアイデアはイーロン・マスクの人気のおかげですぐに熱狂的な支持を集め、ハイパーループ・ワン（旧ヴァージン・ハイパーループ）によって開発が進められていた。しかし、 この会社は2023年に完全に閉鎖されるお金がなくなった後。

この挫折により、多くの人がこの構想は時期尚早に終わり、夢物語だと主張した。しかし、ハイパーループのような他の構想が前進しているため、これは時期尚早だった。

ヨーロッパとアメリカ

ハイパーループ事業を展開している企業の一つはオランダの ハートハイパーループは、2024年XNUMX月にハイパーループ車両の試験に成功したと発表した。これは車両が走行し、真空が維持されていることの証明に過ぎないが、最初のステップである。その後、 2024年XNUMX月に回線切り替えテストに成功.

その イタリアのハイパーループTT 2023年にプロトタイプのカプセルを公開し、イタリアの航空宇宙産業の大手レオナルドおよびWeBuild（イタリア最大のエンジニアリング請負業者）との合弁事業に署名した。 のために ヴェネツィア・メストレとパドヴァ 「ハイパートランスファー」この試験路線により、イタリアとHyperloopTTは世界のほとんどの競合他社よりも優位に立つことになるだろう。

全体的に同社は貨物輸送に重点を置いており、最近では 実現可能性調査 549km（341マイル）のルートは、 ブラジル人 サントス港からサンパウロへ、カンピナスやサン・ジョゼ・ド・リオ・プレトなどの主要都市を通過しています。

この双方向システムは、時速5,600キロ（時速600マイル）で370日あたりXNUMXTEUを輸送し、輸送時間を数時間または数日からわずか数分に短縮します。

西側諸国でこのテーマに関して比較的活発に活動しているもう一つの企業は マスクのボーリング・カンパニー同社は、2022年に最後のハイパーループテストを実施する予定だ。しかし、現時点では、同社は特定の目的地間で自動車を高速で輸送する、よりシンプルな「ループ」に重点を置いているようだ。

「ループはハイパーループへの足がかりです。ループは都市内の移動を目的としています。」

ハイパーループは都市間の輸送を目的としており、時速150マイルよりもはるかに速く走行します。」

イーロン·マスク

India

インド工科大学マドラス校のスタートアップ企業であるTuTr Hyperloopは、ナビムンバイのジャワハルラール・ネルー港湾公社（JNPT）とパルガル地区に計画中のヴァダヴァン港を結ぶ独自のハイパーループ設計に取り組んでいる。

この非常に野心的なプロジェクトは、これまでインドが遅れをとっていた高速鉄道の分野でインドをリードすることになるだろう。 これまでの取り組みは失敗と広く考えられてきた.

China

ハイパーループが最近最も進歩しているのは、高速鉄道に熱心な中国だ。

8月の2024では、 磁気浮上式鉄道は最近、山西省の低真空環境にある長さ2キロメートル（1.2マイル）のパイプラインで試験を完了した。中国航天科技集団（CASIC）が実施した。

T-Flightと改名されたハイパーループは現在時速387マイルを達成しており、目標の時速621マイルに到達する計画となっている。

出典： South China Morning Post

2025年半ば、複数の報道機関は、中国のエンジニアらも初期設計コンセプトの技術的問題を迅速に解決していると報じた。

そのような修正方法の1つは、 AI誘導サスペンションシステム レーザー誘導センサー これらの振動の最悪の部分に対抗するコイルの不均一性や橋梁の変形など、線路に小さな欠陥があっても、磁気浮上ポッド内で激しい乱気流が発生する可能性があります。

CASICの科学者らは、このサスペンションシステムにより垂直方向の振動が45.6パーセント減少し、鉄道車両の乗り心地と品質を評価する尺度であるスパーリング指数の閾値2.5を下回る快適性スコアが達成されたと述べた。

もう一つの修正 真空管に使用する材料を変更しています中国鉄道工程コンサルティンググループ（CREC）チームは、エポキシコーティングされた鉄筋と波形鋼板の伸縮継手で密閉された鋼鉄コンクリート管設計を開発しました。

この斬新な組み合わせは、鋼鉄の引張強度とコンクリートの圧縮耐久性を融合し、氷点下の冬から45℃（113°F）の夏まで、厳しい条件下でもチューブの気密性を維持します。

チューブの内側には低炭素鋼のグリッドが使用されており、特に速度が時速1,000キロメートルを超えたときに、既存の磁気浮上式鉄道の設計を悩ませる渦電流（電流の循環ループ）を軽減します。

真空の影響に対抗するため、玄武岩繊維コンクリート、ガラス繊維強化材、および事前真空養生も使用しました。

何よりも素晴らしいのは、プレハブのチューブセグメントは従来の全鋼管よりも最大 60% 低いコストを実現し、拡張が容易になることが期待されることです。

それでも、長距離にわたる熱膨張や、迅速かつ信頼性の高い緊急対応の設計などの問題は依然として検討中です。

ハイパーループの未来

経済的実行可能性

ハイパーループシステムの最終的な設計、そして実際の性能とメンテナンス要件がいかに不確実であるかを考えると、その潜在的な経済的実現可能性を判断するのは困難です。しかし、既に議論されている要素がいくつかあります。

• ハイパーループ システムは、いくつかの重要な要件を満たすルートに設置する必要があります。
  • 途中で停車する場所がほとんどないか、まったくない、ポイントツーポイントの交通手段。
  • 構築される高価なインフラストラクチャを最大限に活用できるようにするために、トラフィック負荷が大きくなります。
  • 高度と全体的な方向の両方において、ステーション間の相対的な直線。

さらに、ハイパーループの線路は他の既存の鉄道とは互換性がないため、ハイパーループの駅は重要な観光スポット（ダウンタウン、空港、港など）の近く、または他の高速鉄道駅の近くにある必要があります。

こうした制約に加え、必要とされる高度な技術や、通常の高速列車よりもさらに複雑なインフラも相まって、収益性の高い路線には限界が生まれる可能性がある。

おそらく、現在航空会社が大規模に運航している都市間の交通だけがハイパーループを正当化するだろう。

逆説的だが、より高価で複雑なハイパーループは、より単純な磁気浮上式鉄道よりも経済的に有望かもしれない。磁気浮上式鉄道は、長距離路線では飛行機と競合するには遅すぎるが、従来の高速鉄道と競合するには高価すぎるという厄介な立場に陥っており、この問題によりこれまでその導入は厳しく制限されてきた。

ハイパーループは電気で動くシステムであるため、コストは電気料金に連動します。航空機による移動よりも脱炭素化が容易なため、炭素税の軽減につながる可能性があります。

ハイパーループの候補地

車や電車ではなく、より高価な飛行機による交通手段を代替するという経済的要件から、ハイパーループは、建設が容易で人口密度の高い地域、あるいは少なくともある程度近接した大都市圏の間に最初に導入される可能性が高いと考えられます。これらの基準を満たす可能性のある地域としては、以下のものが挙げられます。

• アメリカの西海岸と東海岸。
• 北西ヨーロッパ平原（フランス/オランダからポーランドまで）
• ロシア西部、特にサンクトペテルブルク-モスクワ-カザン軸。
• 中国の東海岸。
• インドの主要な人口密集地
• 中東、特にクウェート、カタール、UAE、ドバイ線。
• ブラジルの海岸線。

将来、ハイパーループ構想は月面で展開されるかもしれません。逆説的ですが、宇宙空間は地球よりもハイパーループを建設しやすい場所でしょう。特に月のように空気のない場所では、真空状態を最初から作り出す必要がなく、自然に真空状態が存在します。

これはすぐに実現するものではないが、地球の衛星を産業化する中国の長期計画の一部である可能性がある。 ハイパーループをマスドライバーに再設計するとともに.

ハイパーループに役立つ技術はどれでしょうか?

もちろん、ハイパーループ システムが実際に稼働するのを見るためには、さらなる研究、試作、投資が鍵となるでしょう。

関連技術の独自の進歩によって、ハイパーループの実現可能性も大幅に高まる可能性がある。

一つの可能​​性は より優れた超伝導材料、特に高温（理想的には室温）超伝導体超伝導磁石システムの複雑さを軽減することで、磁気浮上式鉄道は大幅に安価になり、保守が容易になり、運用に必要なエネルギーも少なくて済むようになる。

ハイパーループは急角度で曲がることができないため、完全に地中に埋まるか、従来の高速鉄道よりもさらに多くのトンネルが必要になるため、より優れたトンネル掘削技術も役立つだろう。

振動の低減に AI が活用されていることからもわかるように、人工知能は、より優れた材料の開発、自動運転列車、予測メンテナンス、接続性、自動列車制御とデジタル信号、リアルタイム更新など、さまざまな面で大きく貢献する可能性があります。

鉄道関連技術への投資

航空宇宙や電気自動車に比べると注目度ははるかに低いものの、高速鉄道、磁気浮上式鉄道、そして将来的にはハイパーループは、人類の移動手段と経済に革命を起こす最前線に立っています。

これまで中国が先頭に立ってきたが、世界の他の国々もこれに注目し、同様に鉄道輸送力を大幅に拡大することを目指している。

鉄道関連企業に興味がない場合は、次のようなETFを検討することもできます。 SmartETFs スマート交通・テクノロジー ETF (MOTO), iShares 米国交通 ETF (IYT)または SPDR S&P 輸送 ETF (XTN)これにより、戦略的に重要な運輸・鉄道産業をより多様な形で活用できるようになります。

結論

ハイパーループは、イーロン・マスク氏が2013年にこのアイデアを提唱して以来、激しい議論が交わされてきたが、それ以来、何度も失敗を繰り返してきた。

すでに何度も宣言されてきたこのコンセプトの終焉は、時期尚早に宣言されたように思われる。実際には、より真剣な取り組みの多くは現在前進しており、最大の技術的制約も徐々に解決されつつある。

ハイパーループの経済的実現可能性については、まだ実際のユースケースで確認されていないため、依然として疑問が残る。しかし、空港や航空会社と直接競合することを考えると、一見「高速列車」と誤解される可能性もあったが、より有望な未来が開けるかもしれない。

超伝導ソリューションのリーダー

アメリカンスーパーコンダクターコーポレーション

AMSC は、電力網、船舶、風力エネルギー向けのエネルギー ソリューションを提供する企業です。一般的に、システムの電力消費量や規模が大きいほど、過熱を防ぐために超伝導技術が必要になります。

AMSCはその名前にもかかわらず、超伝導システムだけでなく、たとえば風力タービンのギアドライブトレインも提供しており、国内の磁気浮上式鉄道の部品の重要なパートナーとなる可能性があります。

同社は、電化とデジタル化（AIデータセンターを含む）のトレンドだけでなく、米国の製造能力の国内回帰や、高まる地政学的リスクに対応して英語圏の海軍が近代化する必要性など、複数の成長ドライバーに乗っています。

出典： アメリカンスーパーコンダクターコーポレーション

電源分野では、AMSC の受注が着実に増加しています。これは、電力網の変動から保護すること、再生可能エネルギーの断続的な性質に電力網が対処できるようにすること、および産業現場での電力供給と制御を求める半導体工場によって推進されました。

風力タービン部門では、AMSC は主に電気制御システム (ECS) に力を入れています。歴史的に、2MW 風力タービンを備えた ESC は同社にとって強力な部門でしたが、徐々に衰退してきました。AMSC は、インド市場に特に焦点を当て、新しい 3MW タービン設計による回復を目指しています。

出典： アメリカンスーパーコンダクターコーポレーション

AMSCは軍艦向けに、「AMSC高温超伝導磁気機雷対策システム」を提供しています。これは、艦艇の磁気特性を変化させ、機雷から艦艇を守るシステムです。このシステムは米国、カナダ、英国の海軍に販売されており、これまでに75万ドル相当の受注を獲得しています。

総じて、AMSCは超伝導技術を現在実現可能なニッチな用途に活用することで最大の成果を上げており、将来的にはさらなる進歩も見込めるだろう。また、投資家は、同社の株価が過去に極端なボラティリティを経験してきたことにも留意すべきであり、それに応じたリスク計算を行う必要がある。

交通機関への投資

シーメンスAktiengesellschaft (SIE.DE)

シーメンスは、エレクトロニクス、重工業、インフラ、モビリティ、ヘルスケアの分野で事業を展開する産業分野の強力な企業です。

出典： ジーメンス

同社の IoT 分野における活動は、自動化 (デジタル産業全体の 62%) やスマート インフラストラクチャなど、複数の分野にわたっています。

ヘルスケア分野では、主に画像処理、分析、ロボット工学に重点を置いていますが、モビリティ分野では主に列車や鉄道のインフラに重点を置いています。

同社は、世界的な人口減少と「グローカリゼーション」（最終市場に近い産業能力の「リショアリング」）による自動化に大きなチャンスがあると見ている。 送電網における再生可能エネルギーの存在感の増加により、これらの断続的で変動性の高い電源を処理できる「スマートグリッド」の需要も増加しています。

シーメンスは、活動しているニッチ分野において非常に強力な競争相手であり、ファクトリーオートメーション、鉄道オートメーション、グリッドオートメーション、および垂直産業用ソフトウェアの分野で第 1 位にランクされています (1,300 人のサイバーセキュリティ専門家を含む)。

出典： ジーメンス

シーメンスは、電化、国内回帰、IoT、自動化、鉄道、そして産業プロセス全体における技術レベルの向上から恩恵を受ける位置にいる銘柄です。

同社は鉄道機器製造のリーダーとして、この分野への投資から直接利益を得るだけでなく、再工業化の傾向からも間接的に利益を得ることになるだろう。

同社は幅広い技術を有しており、すでにデジタル化が進んでいる他の業界で培った自動化や IoT の経験を活かして、スマート鉄道の構築の最前線に立つことになるでしょう。