China: comboio maglev atinge 700 km/h em 2 segundos num teste experimental

Num circuito de testes fechado, no norte da China, uma equipa de engenheiros elevou discretamente a um novo patamar de velocidade uma tecnologia ferroviária radical.

A experiência mais recente durou apenas instantes, mas poderá influenciar a forma como pessoas e mercadorias se deslocam entre cidades nas próximas décadas.

Novo recorde da China: 700 km/h em 2 segundos

Investigadores chineses confirmaram um impressionante ensaio de alta velocidade numa pista experimental de levitação magnética supercondutora, construída a pensar em futuros sistemas do tipo Hyperloop.

Num percurso de cerca de 400 metros, um veículo protótipo passou da imobilidade aos 700 km/h em aproximadamente dois segundos, antes de voltar a ser controlado em segurança.

Atingir 700 km/h ao longo de apenas algumas centenas de metros demonstra que a engenharia já consegue alcançar não só velocidades máximas extremas, mas também acelerações extremas.

Integrada num programa de investigação mais vasto em torno da cidade de Datong, a pista funciona simultaneamente como demonstrador e laboratório de testes de esforço. Nela, os engenheiros podem observar o que acontece quando um veículo de várias toneladas é acelerado de zero até à velocidade de um avião comercial numa distância equivalente ao comprimento de um campo de futebol.

A equipa chinesa apresenta este ensaio como uma etapa intermédia rumo ao objetivo final de atingir 1 000 km/h num tubo de baixa pressão, uma configuração semelhante, em termos gerais, ao que muitas pessoas conhecem como Hyperloop.

Como a levitação magnética supercondutora torna isto possível

A física dos comboios que «flutuam»

No centro do sistema encontram-se ímanes supercondutores. Arrefecidos a temperaturas muito baixas, estes materiais especiais conseguem transportar correntes elétricas enormes sem resistência elétrica.

Essa característica permite aos ímanes produzir campos magnéticos extremamente fortes e estáveis, com perdas mínimas de energia.

Num sistema de levitação magnética supercondutora, esses campos interagem com ímanes ou bobinas especiais instalados na pista. O veículo eleva-se ligeiramente acima da via e fica, na prática, a flutuar, eliminando quase todo o atrito mecânico.

Com o atrito praticamente eliminado, a maior parte da energia pode ser usada para acelerar a massa, em vez de ser gasta no contacto entre carris e rodas.

A resistência que subsiste resulta sobretudo do ar. É por isso que os conceitos de Hyperloop propõem a circulação em tubos onde a pressão do ar é drasticamente reduzida.

O desafio brutal: não é a velocidade, mas a transição

Atingir uma velocidade elevada não é, por si só, o único problema. A parte mais complexa consiste em chegar a essa velocidade e voltar a abrandar sem danificar o equipamento nem prejudicar os passageiros.

Passar da imobilidade aos 700 km/h em cerca de dois segundos exige um controlo extremamente rigoroso das forças eletromagnéticas.

Os engenheiros têm de conduzir e equilibrar fluxos colossais de potência elétrica numa escala de milissegundos. Qualquer desalinhamento ou atraso pode provocar instabilidade, vibrações ou oscilações perigosas.

Os investigadores comparam este grau de controlo ao dos sistemas de potência pulsada usados em reatores experimentais de fusão ou em catapultas eletromagnéticas para aeronaves instaladas em navios de guerra de nova geração.

• A potência tem de subir e descer quase instantaneamente.
• Os campos magnéticos têm de permanecer rigorosamente alinhados com o veículo em movimento.
• As cargas térmicas nos componentes têm de ser mantidas dentro de limites seguros.
• O conforto dos passageiros tem de continuar aceitável, apesar da elevada aceleração.

Os ensaios em Datong fornecem à China dados reais sobre estas transições, em vez de dependerem apenas de simulações informáticas.

Da teoria a uma realidade próxima do Hyperloop

O Hyperloop deixa de ser apenas uma expressão da moda

Hyperloop é uma designação abrangente para sistemas que impulsionam cápsulas através de tubos de baixa pressão, recorrendo à levitação magnética e a motores elétricos lineares. Elon Musk popularizou o termo há uma década, mas muitos projetos ficaram parados à medida que se acumularam custos, obstáculos legais e dificuldades técnicas.

O trabalho desenvolvido na China aproxima o conceito de equipamentos que efetivamente se movem, afastando-o das imagens apelativas geradas por computador.

A linha experimental de 2 km em Datong, validada em 2023, constitui a base deste esforço. Serve também de plataforma de testes para a infraestrutura de baixa pressão necessária para reduzir a resistência do ar e alcançar, em terra, velocidades de cruzeiro semelhantes às da aviação.

Ao demonstrar que é possível comandar e controlar uma aceleração extrema, os engenheiros chineses enfrentaram uma das maiores dúvidas que pairavam sobre o transporte do tipo Hyperloop.

Se os comboios conseguirem entrar e sair dos tubos rapidamente, sem percursos de aceleração com quilómetros de comprimento, será muito mais fácil adaptar futuros trajetos entre centros urbanos densos à geografia real.

Uma estratégia nacional com várias vias de investigação

A aceleração até aos 700 km/h não é uma demonstração isolada. Faz parte de um plano nacional mais amplo, que inclui várias linhas de investigação concorrentes e complementares.

Em 2020, a gigante do material circulante CRRC Qingdao Sifang testou um protótipo de levitação magnética concebido para atingir 600 km/h, em parceria com mais de trinta instituições, entre as quais a Universidade de Tongji.

Outras equipas dedicam-se a supercondutores de alta temperatura, capazes de funcionar com níveis de arrefecimento menos extremos, o que poderá reduzir os custos de operação e a complexidade da infraestrutura.

Alguns projetos integram a levitação e a propulsão nas mesmas unidades supercondutoras. Outros mantêm-nas separadas, uma opção que, em determinadas condições, pode simplificar a manutenção ou melhorar a fiabilidade.

Vista de fora, esta experimentação paralela pode parecer redundante, mas permite aos responsáveis comparar o desempenho, os custos e as margens de segurança antes de adotarem uma norma industrial única.

Para além dos comboios: lançar foguetões e testar voos em terra

Uma pista sobre carris para chegar aos céus

As mesmas plataformas de lançamento eletromagnético que impulsionam cápsulas de levitação magnética podem também servir ambições aeroespaciais.

Os engenheiros equacionam utilizar aceleradores sobre carris para dar um forte impulso inicial a aeronaves pesadas ou até a foguetões, antes de os respetivos motores assumirem a propulsão.

Os primeiros segundos de um lançamento ou de uma descolagem são, normalmente, os que exigem mais energia. Os motores têm de levantar um veículo com os depósitos cheios a partir da imobilidade, contrariando ao mesmo tempo a gravidade e a resistência do ar.

Se sistemas de levitação magnética em terra fornecerem esse primeiro impulso, os projetistas podem reduzir a quantidade de combustível ou de oxidante a bordo e libertar capacidade para carga útil.

Estas soluções híbridas poderão fazer sentido para aviões espaciais reutilizáveis ou para aviões de carga que circulem entre centros dedicados, construídos em torno destas pistas de lançamento.

Um túnel de vento mais barato para o século XXI

As linhas de levitação magnética supercondutora também funcionam como laboratórios de alta velocidade para as indústrias aeroespacial e de defesa.

Materiais, escudos térmicos, sensores e antenas de comunicação podem ser submetidos repetidamente a ensaios controlados de alta velocidade, sem os custos de lançamentos completos de foguetões ou de voos de teste supersónicos.

Este tipo de ciclo de testes em terra permite encurtar os ciclos de conceção. Os engenheiros podem ajustar a geometria, testá-la no espaço de dias e recolher dados reais sobre vibrações, aquecimento e comportamento dos sinais a velocidades extremas.

O que isto significa para os viajantes e as cidades

Uma nova geografia para a vida quotidiana

Se os corredores de levitação magnética e Hyperloop atingirem as velocidades previstas, o planeamento urbano poderá mudar de forma considerável.

Os estudos sobre estes sistemas citam frequentemente tempos de viagem como os seguintes:

• De Pequim a Xangai em cerca de uma hora, em vez das mais de quatro horas necessárias nos atuais comboios de alta velocidade.
• De Los Angeles a São Francisco em menos de uma hora, transformando duas áreas metropolitanas rivais num único mercado de trabalho alargado.
• De Paris a Berlim em cerca de duas horas, concorrendo diretamente com a aviação de curta distância.

Os padrões das deslocações pendulares poderiam alargar-se, à medida que as pessoas considerassem viver a centenas de quilómetros do local de trabalho, mantendo ainda assim viagens porta a porta comportáveis.

As companhias aéreas poderiam enfrentar forte concorrência em rotas onde o embarque, a segurança e a circulação das aeronaves em terra já consomem uma parte significativa do tempo.

Riscos, conforto e aceitação pública

Estes números entusiasmantes levantam também questões difíceis sobre o risco e os fatores humanos.

A aceleração e a desaceleração têm de respeitar limites toleráveis para um passageiro comum, e não apenas para um piloto de caça treinado. Para garantir conforto em viagens longas, isso significa normalmente manter as forças bem abaixo de 1 g.

A travagem de emergência num tubo de vácuo exige uma conceção cuidadosa. Os sistemas de portas à prova de falhas, a gestão da pressão e as vias de evacuação têm todos de ter em conta que os passageiros viajam em corredores longos e fechados, com pontos de acesso limitados.

As redes elétricas também têm de suportar picos de procura breves e intensos durante a aceleração inicial dos comboios. Por isso, cresce o interesse em grandes baterias, armazenamento à escala da rede e planeamento rigoroso dos horários, para evitar a desestabilização das redes locais.

Além da engenharia, a perceção pública influenciará qualquer implementação. As pessoas terão de sentir que usar estes tubos e pistas é tão banal, no dia a dia, como embarcar num avião ou entrar num metro.

Termos e cenários essenciais a compreender

O que significa realmente um «tubo de baixa pressão»

Nas discussões sobre o Hyperloop fala-se muitas vezes de tubos de vácuo, mas a maioria dos projetos reais procura criar «baixa pressão», e não um vácuo perfeito.

Os engenheiros apontam geralmente para uma pressão semelhante à registada entre 30 e 50 km de altitude, muito acima da altitude normal de cruzeiro dos aviões. Nesses níveis, a densidade do ar diminui o suficiente para reduzir drasticamente a resistência, enquanto a manutenção do tubo se torna mais acessível e menos delicada do que num vácuo quase total.

Bombas, vedantes e válvulas de segurança têm de manter estável esse longo tubo à passagem dos comboios, durante a abertura das portas nas estações e perante pequenas fugas ao longo de anos de funcionamento.

Um exemplo prático: mercadorias antes de passageiros

Muitos analistas esperam que as mercadorias utilizem estes sistemas antes das pessoas.

Contentores, encomendas e componentes de elevado valor toleram interiores mais espartanos e perfis de aceleração ligeiramente mais intensos do que os seres humanos.

Começar pelo transporte de mercadorias permite aos operadores resolver problemas iniciais, aperfeiçoar os planos de manutenção e recolher dados sobre a fiabilidade a longo prazo. Depois de o sistema demonstrar o seu desempenho com carga, os reguladores poderão sentir-se mais à vontade para certificar o serviço de passageiros.

O salto da China até aos 700 km/h em 2 segundos não garante, por si só, esse resultado, mas reforça a perspetiva de que os princípios físicos e os sistemas de controlo subjacentes estão a sair do laboratório e a entrar na prática da engenharia.