Hyperloop: el sueño (casi) imposible de Elon Musk

Elon Musk es un gran innovador capaz de embarcarse en los más increíbles proyectos para el beneficio, según él, de la humanidad. Aprovechando el dinero, la experiencia y las conexiones de sus primeros proyectos, Zip2 y PayPal, ha lanzado varias ideas para cambiar el rumbo del futuro:  como la constructora de cohetes SpaceX, el fabricante de automóviles eléctricos Tesla Motors, la empresa de energía fotovoltaica SolarCity, y otras como The Boring Company (túneles para hacer desaparecer el tráfico rodado) o Halcyon Molecular (envejecimiento y salud) o Neuralink (enlace mente-ordenador).

El último y quizá más ambicioso de sus proyectos es la tecnología Hyperloop. Con ella, quiere crear un nuevo sistema de transporte público de alta velocidad para ahorrar en tiempo y dinero. Hace unos días, Musk anunció en su cuenta de Twitter que ya tenía “permiso verbal” para la primera línea en el corredor que lleva desde Nueva York a Washington DC; un recorrido de más de 300 kilómetros que espera hacer en apenas 29 minutos con velocidades punta de más de 1.200 km/h. Esta tecnología podría revolucionar el transporte y hacerlo más rápido, económico y ecológico; lamentablemente hay muchas razones para pensar que en el mejor de los casos tardará décadas en materializarse, si llega a existir alguna vez.

Para empezar, Musk tendrá que luchar contra dos obstáculos a los que se enfrentan todos los grandes proyectos de infraestructura: la política y la financiación. La ruta anunciada es una de las más transitadas de los Estados Unidos, pero también cruza una de las zonas más pobladas del país. Para lograrlo, deberá obtener permisos de cientos de administraciones municipales, estatales y federales, además de licencias de paso de propietarios privados.  Así, es un megaproyecto que parece diseñado para excitar las pasiones de las siglas inglesas: NIMBY (“no en mi patio trasero”).

En las últimas décadas, las infraestructuras estadounidenses se han deteriorado porque este tipo de proyectos es muy difícil de cuadrar en el ámbito político. Sobre todo, si necesita financiación pública o si el gobierno federal tiene que involucrarse mediante expropiaciones, lo cual es una receta para el sobrecoste y el retraso.

Luego está la economía. La propuesta inicial estimaba que la construcción de un sistema Hyperloop desde Los Angeles a San Francisco (unos 600 km) se amortizaría en unos 20 años. Esto sería posible gracias a la estimación de 7,4 millones de pasajeros por año en cada sentido y con unos precios entre 20 y 25 dólares por trayecto (sin contar costes de operación).

Muchos especialistas en infraestructuras creen que es imposible costear por ese precio el diseño, desarrollo, construcción y puesta a punto de un nuevo modo de transporte. Sin embargo, el coste de construcción sería mucho más elevado en un sistema subterráneo.

Aunque en última instancia los principales obstáculos son tecnológicos, Hyperloop dista mucho de ser un diseño maduro. Su encarnación actual tiene graves problemas de seguridad que tendrían que ser resueltos antes de ponerlo en marcha. Además, las características del diseño imponen la necesidad de nueva tecnología que costará tiempo y dinero desarrollar.

Cápsulas impulsadas a través de un tubo

La idea original consiste en eliminar el aire, uno de los principales inconvenientes de las grandes velocidades, usando cápsulas dentro de un tubo sometido a vacío parcial. La tubería tendrá unos dos metros de diámetro, aunque podría hacerse mayor si se quisiera combinar el sistema de pasajeros con el transporte de mercancías.

Las cápsulas son impulsadas por motores eléctricos lineales. Asimismo, “vuelan” sobre un colchón de aire generado por ventiladores que sólo tocan el tubo en las fases de aceleración y frenado. En estas condiciones, y con una aceleración de 0,5 g, pueden alcanzar velocidades máximas de 1.200 km/h sin que se produzca estampido sónico. Cada cápsula llevaría 28 pasajeros  y pesaría unas 50 toneladas.

En la ruta Nueva York-Washington habría dos paradas intermedias y el tiempo de viaje entre extremos rondaría los 30 minutos. En conjunto, un proyecto futurista más barato, eficiente y rápido de construir que alternativas como el tren de alta velocidad convencional o los trenes de levitación magnética (Maglev) como el que está en Japón.

El proyecto está en sintonía con los ideales de Silicon Valley, ya que que Elon Musk respalda el proyecto sobre el principio de 'hardware abierto' y publica todos sus diseños. De hecho, cuenta con una comunidad de ingenieros que están interesados en avanzar en las investigaciones.

Experimentos para poner a punto el Hyperloop

Para poner a prueba las capsulas procedentes de un concurso abierto, han creado un tramo experimental de tubería de poco más de 1 kilómetro de longitud y 1,6 metros de diámetro en Hawthorne (California). Además, un segundo tramo experimental, de 8 km de largo y 2 metros de diámetro, está en construcción en Nevada. Por otro lado, en junio de 2016, se llevó a cabo la primera prueba de propulsión en una vía abierta. Pero no es el único: en julio de 2017 tuvo lugar la primera demostración de los diseños ganadores del concurso de cápsulas en el tramo experimental en condiciones de vacío.

Ya en estas pruebas asomaron las duras realidades de la física: de los 9 diseños presentados sólo 3 pasaron los análisis previos y, de estos, solo uno consiguió completar el recorrido del tramo experimental. Incluso lo que funcionó bien tuvo problemas de diseño, como el sistema de vacío en el tubo de pruebas.

Siendo un tramo de pruebas 300 veces más pequeño que el recorrido comercial previsto, se trata de una de las mayores cámaras de vacío del mundo solo superada por instalaciones como la Space Power Facility de la NASA (SPF, que prueba naves espaciales), el criostato del consorcio ITER o el Large Hadron Collider (LHC). De construirse el Hyperloop entre Nueva York y Washington, sería la instalación de este tipo más grande del mundo. Y aunque la empresa gusta aclarar que es un simple “vacío parcial”, lo cierto es que se trata de un vacío del 99,9%, equiparable al del espacio exterior. Esto se complica cuando, además, se combina con un tubo de 300 km y cápsulas con pasajeros en su interior (que tendrán que ser presurizadas).

Una megatubería de 300 kilómetros

Para empezar hay dificultades operativas: el tramo de pruebas de Hawthorne necesitó entre 30 y 45 minutos para obtener el vacío suficiente cada vez que entraba una nueva cápsula. El problema es que las bombas encargadas de conseguirlo tendrían que ser muy potentes para reducir esos tiempos, algo que también aumentaría su consumo energético sería importante.

Por ejemplo, el SPF de la NASA tiene 30 metros de diámetro y 37 de altura; su volumen total es de 23.500 metros cúbicos de aire y sus bombas de vacío tardan entre 8 y 12 horas en extraer todo el aire. Mientras, el criostato del ITER, que está lleno de instrumentos y tiene menos de 8.500 metros cúbicos de aire, tarda entre dos y tres veces más en llegar a ese punto.

Pero una tubería de Hyperloop, de 300 kilómetros y un diámetro de 2 metros, contendría aproximadamente 3,8 millones de metros cúbicos de aire, 160 veces el volumen del SPF. Para reducir el consumo, el proyecto inicial en California preveía generar energía montando paneles solares sobre el tubo, pero esto es imposible en un sistema bajo tierra.

Además, un tubo sometido a vacío tiene problemas estructurales serios, ya que si la presión exterior es demasiado alta puede implotar. La tubería tendría que ser muy resistente, lo que implica una pared gruesa: millones de toneladas de acero. La seguridad es un problema serio, ya que un golpe en la pared de un sistema sometido a vacío puede lanzar una implosión en cadena a lo largo del tubo que sería fatal para cualquier cápsula en las proximidades. Claro que no tanto como una perforación que dejara entrar aire: si una columna de aire penetrara en la tubería a la velocidad del sonido, resultaría fatal para cualquier cápsula que encontrara.

Una ruptura de la tubería propagaría dos ondas de choque, una en cada sentido; bastaría con un golpe, un balazo (hablamos de Estados Unidos) o un terremoto. Para evitar este tipo de accidente, o tener que vaciar el tubo entero cada vez que entra o se detiene una nueva cápsula, habría que desarrollar válvulas que mantengan el vacío pero dejen pasar las cápsulas aislando tramos del recorrido. Algo complicado que llevará tiempo.

No es lo único que habría que desarrollar, puesto que una tubería de acero de 300 km está sometida a expansión y contracción térmica. Por ello, si la tubería es de una sola pieza los extremos deberán ser deslizantes; mientras que si se intenta repartir en distancias más cortas, habrá que crear sellos móviles a prueba de vacío con la certeza de que el fallo de uno de ellos supondría una catástrofe. Enterrar el tubo minimiza el problema al reducir los cambios de temperatura, pero no lo elimina. De hecho, crea otros nuevos: ¿cómo excavar un túnel de 300 kilómetros de largo?

El doble que el túnel más largo jamás construido

El túnel más largo del mundo es el Acueducto Delaware, excavado entre 1939 y 1945 y con una longitud de 137 kilómetros. Sus tubos, de 4,1 metros de diámetro, llevan la mitad del agua que consume la ciudad de Nueva York. El segundo es el Túnel de Agua de Päijänne, en Finlandia, con 120 km, 16 metros cuadrados de sección y construido entre 1982 y 1992. Por otro lado, el túnel de pasajeros más largo es la Línea 3 del metro de Guangzhou, en China, que tiene más de 60 kilómetros de longitud y es el octavo en el listado de los más largos del mundo.

Enterrar la línea Washington DC-Nueva York supondría doblar la longitud del túnel más largo jamás construido, bien con tuneladoras (de la mano de The Boring Company), o bien abriendo una zanja y soterrándolo después. Y aunque la geología del trayecto no es de las más complicadas, un túnel de esta longitud no se ha construido jamás. Asimismo, los antecedentes indican que su construcción será también mucho más larga de lo previsto.

Para que el proyecto culmine hará falta superar muchos obstáculos: como saltar barreras políticas y económicas que han retrasado o cancelado proyectos más modestos. También habrá que construir una cámara de vacío de magnitud más grande que la mayor existente. Pero no es lo único: hay que desarrollar nueva tecnología para mantener el vacío por tramos y garantizar la seguridad de pasajeros e instalación. Y, por último, excavar un túnel el doble de largo que el récord absoluto mundial.

No obstante, Elon Musk acostumbra a prometer cosas que parecen imposibles para luego cumplirlas. Lo ha hecho con Space X y Tesla, por lo que no se puede descartar que Hyperloop llegue a buen término. Pero esta vez lo tiene muy difícil, al menos para cumplir los plazos que maneja (para el 2020-21). Porque con la física nadie puede jugar.