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なぜ今、第5の交通モードが必要なのか？
私たちが現在利用している主要な交通手段は、飛行機、電車、自動車、船の4つです。しかし、これらのモードにはそれぞれ「遅い（道路や水上）」「高価（飛行機）」「遅くて高価（鉄道）」といった課題が残っています。
特に、カリフォルニア州で承認された「高速鉄道」プロジェクトは、多くの人々に失望を与えました。シリコンバレーやJPL（ジェット推進研究所）のような革新的な地で建設されるにもかかわらず、その鉄道は世界で最も高価な部類に入る上に、最も遅い部類に入るものであったからです。この計画された列車は、飛行機と比較して「遅く、運行コストが高く、安全性も2桁劣る」と指摘されています。
もし私たちが新しい交通システムに大規模な投資を行うのであれば、それに匹敵する大規模な見返りが必要です。理想的な新しい交通システムは、以下の基準を満たすべきだと提唱されました
- より安全であること
- より速いこと
- 低コストであること
- より便利であること
- 天候に左右されないこと
- 持続可能な自己発電が可能であること
- 地震に強いこと
- 経路沿いの人々に支障をきたさないこと
この理想を追求した結果、「ハイパーループ（Hyperloop）」という新しい交通モード、すなわち「第5の交通モード」の設計コンセプトが誕生しました。
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Hyperloopの衝撃的な約束：LA-SF間を35分で、わずか20ドル
ハイパーループは、特に1500 km（約900マイル）未満の交通量の多い都市間を結ぶ場合に最適なソリューションであると考えられています。これ以上の長距離になると、超音速飛行機の方が速度とコストの面で有利になる可能性があるとされています。
この設計研究では、カリフォルニア州のロサンゼルス（LA）とサンフランシスコ（SF）間をターゲットルートとしています。
| 項目 | Hyperloop (旅客専用) | 既存のカリフォルニア高速鉄道 |
| 片道所要時間 | 35分（郡境から郡境まで） | 2時間38分 |
| 平均速度 | 760 mph (1,220 km/h) | 164 mph (264 km/h) |
| 片道チケット価格 | 20ドル（+運営費） | 105ドル（参考） |
| 総建設費用 | 60億ドル未満 | 684億ドル（提案された費用） |
| 提案された輸送能力 | 年間740万人（片道あたり） | N/A |
ハイパーループの旅客専用バージョンは、提案されているカリフォルニア高速鉄道の総費用に比べて9%未満のコストで実現可能であるとされています。
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2. Hyperloopの核心技術：チューブ内の超高速移動の秘密
ハイパーループは、地上または地下に建設された特殊な環境を持つチューブを利用した超高速移動システムです。このシステムを実現するために、従来の交通システムが抱えてきた致命的な欠陥を克服する革新的な技術が採用されています。
課題①：チューブ内の空気抵抗と低圧環境の選択
超高速移動を実現するためには、空気抵抗を克服する必要がありますが、地上付近の空気は音速に近づくと粘着性のある糖蜜のように感じられるほど抵抗が増大します。
• ハードな真空を避ける理由： チューブ内を「ほぼ完全な真空」にすることも考えられますが、700マイル（往復）にも及ぶ大規模なチューブで真空を維持することは信じられないほど難しいという問題があります。わずかな漏れや小さな亀裂一つでシステム全体が停止してしまいます。
• 低圧システムの採用： ハイパーループは、代わりに低圧システムを採用しました。チューブ内の圧力は、火星の大気圧の約1/6に設定されます（100パスカル）。この低圧環境により、海面と比較して空気抵抗が1,000分の1に減少します。このレベルの低圧であれば、標準的な商業ポンプでも空気漏れに容易に対処でき、システム本来の堅牢性が保たれます。
課題②：カントロヴィッツ限界（Kantrowitz Limit）の克服
空気を含むチューブ内を超高速で移動するカプセル（ポッド）がある場合、チューブとカプセルの断面積比率がある最小値よりも小さくなると、流れがチョーク（詰まり）を起こします。これは、カプセルがまるで注射器のプランジャーのように振る舞い、システム内の空気の塊全体を押し出さざるを得なくなる現象です。
この自然の速度限界を「カントロヴィッツ限界」と呼び、これを克服しない限り、チューブの直径を巨大にするか、速度を落とすしかありません。
• 解決策： カプセルの機首に電動コンプレッサーファンを搭載します。このファンは、カプセルの前方にある高圧の空気を積極的に吸い込み、カプセルの後方へ移送します。これにより、「注射器の頭にポンプを付けて圧力を積極的に緩和する」ような効果が得られ、チョークの発生を防ぎます。
課題③：時速1,100 km以上での低摩擦浮上
時速700 mph（約1,130 km/h）を超える速度では、従来の車輪はうまく機能しません。
• エアベアリングサスペンションの採用： ハイパーループは、磁気浮上（Maglev）がコスト的に法外であるため、エアホッケーのテーブルと同じ基本原理を利用したエアベアリング（空気浮上）を採用しています。
• カプセル側で空気を生成： 重要な点として、空気を発生させるのはチューブ側ではなく、カプセル側です。これにより、チューブの構造を可能な限り低コストでシンプルなものに保つことができます。
• 浮上とコンプレッサーの連携： 機首のコンプレッサーは、空気の流れを管理するだけでなく、圧縮した空気をエアベアリングに供給し、カプセルをチューブの表面から約0.5～1.3 mmの薄い空気のクッションで浮上させます。このエアベアリングはマッハ1.1の速度でも非常に低い摩擦で機能することが実証されています。
3. 構造と経済性：太陽光発電と高架システム
効率的な推進システム
カプセルの加速に必要なエネルギーは、カプセルに搭載されたバッテリーではなく、外部のリニア電気モーターから供給されます。これは、テスラ・モデルSに搭載されているような誘導モーターを平らに引き延ばしたものです。
• このリニアモーターは、カプセルを高亜音速（High Subsonic Velocity）まで加速させ、その後約70マイル（110km強）ごとに再加速（リブースト）を提供します。
• カプセルの加速に必要なリニアモーターは、チューブの全長のうちわずか約1%しか必要としないため、コストを抑えることができます。
高架構造によるコスト削減と耐震性
カプセルやリニアモーターと比較して、チューブ本体の建設コストが最も高価になります。
• 土地取得の回避： チューブを高架のパイロン（支柱）州間高速道路I-5号線に沿って進むことで、直線的な経路を維持しつつ、土地利用を最小限に抑えます。
• 建設効率： チューブのセクションはあらかじめ工場で製造され、所定の位置に設置して溶接されます。
• 地震対策と熱膨張： 地上型の高速鉄道が地震の影響を受けやすいのに対し、ハイパーループはチューブをパイロンに剛性的に固定せず、パイロン内部に設置された調整可能なダンパー（減衰装置）によって、地震のリスクを劇的に軽減し、熱膨張・収縮のための伸縮継手（Expansion Joints）の必要性を回避できます。
持続可能な自己給電能力
ハイパーループは、そのエネルギーを自給自足できるように設計されています。
• チューブ上の太陽光パネル： チューブの上面全体にソーラーパネルを設置することで、ハイパーループは運行に必要なエネルギーを遥かに超える電力を生成できます。
• 電力の貯蔵： 夜間や曇りの日が続いた場合に備えて、エネルギーはバッテリーパックに貯蔵されます。また、このエネルギーは圧縮空気の形で貯蔵し、必要に応じて電気ファンを逆回転させて発電することも可能です。
システム全体が必要とする平均電力は21 MWですが、ソーラーアレイはピーク時で382 MW（旅客専用チューブの場合）もの電力を生成可能であり、必要量を大幅に上回ります。
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4. 運行と安全性：旅客輸送の具体的な設計
カプセル（ポッド）の概要
ハイパーループは、旅客専用バージョンと、旅客＋車両輸送バージョンの2種類が検討されています。
| 項目 | 旅客専用カプセル | 旅客＋車両カプセル |
| 定員 | 28名 | 3台の車両＋乗客 |
| 運行頻度 | 平均2分ごと（ラッシュ時30秒ごと） | 旅客専用と同じ頻度 |
| 巡航速度 | 760 mph (1,220 kph) | 760 mph (1,220 kph) |
| チューブ直径 | 7フィート4インチ（2.23 m） | 10フィート10インチ（3.30 m） |
| カプセル総費用 | 135万ドル未満 | 152.5万ドル未満 |
ステーションでの乗降と安全管理
ステーション（駅）は、空港よりもシンプルで実用的なものとなるように意図されています。
• スムーズな流れ： 短い移動時間と頻繁な出発により、空港のような混雑した状況とは対照的に、乗客が継続的に流れることが想定されています。
• セキュリティ： 安全とセキュリティは最重要であり、空港のTSA（運輸保安庁）と同様のチェックが行われますが、待ち時間を減らすためにプロセスは大幅に合理化される見込みです。
• ローディングプロセス： 到着したカプセルはエアロックに入り、ステーションの気圧と等しくされた後、乗り換えエリアに移動します。乗客は降車し、手荷物ポッドは迅速に取り外されます。その後、カプセルはターンテーブルで回転され、次の出発に備えて乗客と事前に搭載された手荷物ポッドがセットされます。
究極の安全性と信頼性
ハイパーループは、車両、推進システム、エネルギー、ルート全体が統合された単一のシステムとして設計されています。
• 天候への免疫： チューブ内を移動するため、風、氷、霧、雨といった天候の影響を受けません。
• 人為的ミスの排除： 推進システムはチューブに統合されており、安全な速度でのみ加速されます。人による制御エラーや予測不可能な天候要因が排除されるため、既存の交通手段よりも本質的により安全であるとされています。
• 緊急時の対応： ほとんどの距離は惰性走行で進むため、停電してもカプセルは継続的な電力を必要としません。停電が発生した場合でも、線形加速器に備蓄されたエネルギー貯蔵により、全てのカプセルは目的地まで安全に停止できます。また、カプセルは機械的な非常ブレーキシステムも装備しています。
• カプセル内の減圧： 万が一、カプセルが減圧した場合でも、予備の空気供給システムが作動し、短時間で目的地に到達するまでの圧力を維持します。重大な減圧の場合は、飛行機と同様に酸素マスクが展開されます。
このシステムは、100年間の耐用年数にわたって、商業航空輸送の安全基準に匹敵するか、それを上回る安全レベルを維持するように設計される予定です。
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オープンソースとしてのHyperloop
ハイパーループは、ロサンゼルスとサンフランシスコ間の交通を35分で結びつけ、安価で高速な新しい交通手段として実現可能性が示されました。
この設計文書は、Linuxのようなオープンソースの設計コンセプトとして公開されており、設計をさらに進化させ、実現に向けてコミュニティからのフィードバックを求めています。
旅客専用バージョンと、車両・貨物輸送を可能にする旅客＋車両バージョンの両方が詳細に設計されており、より多用途なシステムがわずかなコスト増（旅客専用の25%増）で実現可能です。
ハイパーループは、移動時間を劇的に短縮し、旅費を削減することで、私たちの移動のあり方を根本的に変える可能性を秘めた、まさに交通の未来と言えるでしょう。
