Στην πόλη Jinan της ανατολικής Κίνας, ένα σιδηροδρομικό σύστημα που επιταχύνει βαριά αντικείμενα ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου, χρησιμοποιώντας καθαρή ηλεκτρομαγνητική δύναμη, λειτουργεί εδώ και πάνω από δύο χρόνια. Ωστόσο, ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα παραμένει: πώς διατηρείται ο έλεγχος;
Ο ηχητικός κρότος που παράγεται στο επίπεδο του εδάφους θα μπορούσε να τυφλώσει ή να καταστρέψει παραδοσιακούς αισθητήρες, ενώ η παραμικρή ανακρίβεια λόγω ελλιπών δεδομένων θα μπορούσε να οδηγήσει σε καταστροφή σε υπερηχητικές ταχύτητες. Το σύστημα, γνωστό ως ηλεκτρομαγνητικό έλκυστρο, έγινε πρωτοσέλιδο το 2023, όταν έγινε ο πρώτος μεγάλης κλίμακας ηλεκτρομαγνητικός εκτοξευτής που έσπασε το φράγμα του ήχου, επιταχύνοντας δοκιμαστικά οχήματα ενός τόνου πέρα από Mach 1.
Όπως αναφέρουν ο Xu Fei και οι συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Προηγμένης Τεχνολογίας Ηλεκτρομαγνητικής Κίνησης, η εμπειρία ήταν σαν να οδηγείς ένα αυτοκίνητο με δεμένα μάτια με πάνω από 1.200 χλμ/ώρα. “Όταν οι γραμμικοί κινητήρες επαγωγής λειτουργούν σε υπερηχητικές ταχύτητες – περίπου 340 μέτρα (1.120 πόδια) ανά δευτερόλεπτο – σε υψόμετρα κάτω των 100 μέτρων και θερμοκρασίες κάτω των 30 βαθμών Κελσίου (86 Φαρενάιτ), ασταθείς αεροδυναμικές δυνάμεις που προκαλούνται από κρουστικά κύματα μπορούν να δημιουργήσουν σοβαρές διαταραχές στον δρομέα,” έγραψαν. “Αυτή η διαταραχή μπορεί να επηρεάσει τις συσκευές ανίχνευσης ταχύτητας και θέσης, οδηγώντας τελικά σε αποτυχίες στον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα,” πρόσθεσαν οι ερευνητές στη δημοσίευσή τους.
Άλλες χώρες, συμπεριλαμβανομένων των Ηνωμένων Πολιτειών και της πρώην Σοβιετικής Ένωσης, προσπάθησαν να λύσουν το πρόβλημα για δεκαετίες, αλλά απέτυχαν. Το σύστημα εκτόξευσης στο αμερικανικό αεροπλανοφόρο, για σύγκριση, επιτυγχάνει μέγιστη ταχύτητα περίπου 78 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Η κοινή αντίληψη πίστευε ότι ο τρόπος για να λυθεί αυτό το πρόβλημα ήταν η προσθήκη νέου υλικού. Ωστόσο, αυτοί οι εξωτερικοί αισθητήρες – και τα σήματά τους – αποδείχθηκαν εύθραυστοι.
Η ομάδα του Xu ακολούθησε μια διαφορετική προσέγγιση και δίδαξε στο σύστημα να “ακούει” τον παλμό της δικής του τροφοδοσίας. Η καινοτομία των Κινέζων επιστημόνων ήταν μια μέθοδος εκτίμησης ταχύτητας χωρίς αισθητήρες, η οποία εξήγαγε δεδομένα ταχύτητας από μικροσκοπικές, εφήμερες αλλαγές στην τάση σε πολλαπλά τμήματα της ράγας. Καθώς το έλκυστρο κινούνταν κατά μήκος της τροχιάς, περνούσε πάνω από τμηματικές ηλεκτρομαγνητικές σπείρες, καθεμία από τις οποίες τροφοδοτούνταν διαδοχικά. Ο τρόπος που η τάση άλλαζε σε αυτές τις σπείρες περιείχε κρυμμένες ενδείξεις σχετικά με την ταχύτητα, όπως έγραψαν οι ερευνητές.
Η ομάδα ανέπτυξε έναν αλγόριθμο που συνδύαζε δεδομένα από πολλά γειτονικά τμήματα, ακυρώνοντας θόρυβο και παραμόρφωση και επαναβαθμονομώντας δυναμικά τον εαυτό του σε πραγματικό χρόνο. Στη συνέχεια, ο αλγόριθμος συνδύαζε δύο ανεξάρτητες εκτιμήσεις ταχύτητας από διαφορετικούς ηλεκτρικούς άξονες και τους έδινε έξυπνα βάρος, προσφέροντας το πιο αξιόπιστο δυνατό αποτέλεσμα. Το αποτέλεσμα ήταν ακρίβεια παρακολούθησης ταχύτητας εντός 1,1% σε πειράματα πραγματικού κόσμου που διεξήχθησαν σε ταχύτητες έως 370 μέτρα ανά δευτερόλεπτο – αρκετά καλό για σταθερή λειτουργία σε υπερηχητικές ταχύτητες, όπως διαπίστωσαν οι ερευνητές.
Σύμφωνα με τη δημοσίευση, η μόνη αδυναμία που εντοπίστηκε ήταν ότι η μέθοδος απέτυχε όταν το έλκυστρο γλιστρούσε με ακραία ταχύτητα μετά την διακοπή της τροφοδοσίας. “Αυτό θα είναι το επόμενο βήμα της μελέτης μας,” έγραψαν οι ερευνητές. Ο Xu και οι συνεργάτες του ανήκουν επίσης στο Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων Μηχανικών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, το οποίο δήλωσε ότι η εγκατάσταση εξυπηρετεί πλέον την ώθηση της Κίνας στην υπερηχητική πτήση, τα προηγμένα υλικά και τα συστήματα εκτόξευσης επόμενης γενιάς στο διάστημα.
