速度比民航客機還快,從北京到上海只需一小時,當這樣的交通工具成為現實,無疑將是人類交通史上一次重要突破,想想都令人興奮。
這就是馬斯克在 2013 年提出的「超級高鐵」概念,利用真空管道和磁懸浮技術,實現上千公裡時速的交通運輸,一度被認為是未來交通方式的發展方向。
一家叫做 Hyperloop One 的美國公司(現已更名為 Virgin Hyperloop)從 2016 年開始嘗試將這個項目變成現實。就在前幾天, Virgin Hyperloop 的「超級高鐵」宣布完成了首次載人測試。
這似乎意味著那個比飛機還快的地面交通工具距離我們更近了,可「超級高鐵」自誕生之初就備受質疑。
除了 Hyperloop One,還有幾家公司來推進類似的項目,中國航天科工研發的「超級高鐵」,最終目標更是實現 4000 公裡 / 小時的超音速「近地飛行」。
然而沒有任何一個「超級高鐵」項目已經達到接近商用的水平,這個具有顛覆性的交通工具,到底是創新還是騙局?
上周在美國拉斯維加斯的沙漠中,Virgin Hyperloop 的「超級高鐵」進行了首次載人測試,首次搭乘的兩位乘客,分別是 Virgin Hyperloop 的首席技術官 Josh Giegel 和乘客體驗總監 Sara Luchian。
這次測試的膠囊艙是丹麥建築師 Bjarke Ingels 參與設計的 Pegasus Pod,可以搭載兩名乘客,配備了賽車常用的五點式安全帶,Virgin Hyperloop 希望最終的膠囊艙能容納 23 名乘客。
測試在一條直徑 3.3 米、長達 500 米的管道中進行,膠囊艙實測時花了 15 秒就達到了終點,折合過來時速達到了 172 公裡 / 小時。
這個速度還不如高鐵,距離 Virgin Hyperloop 設想中超過 1000 公裡的時速更相距甚遠,據稱這一方面是因為考慮到乘客的安全和乘坐的舒適度,另一方面則是 500 米的隧道還不足以完全加速。
儘管如此, Virgin Hyperloop 依然認為這是「超級高鐵」一個重要的裡程碑,稱之為「像登月一樣的成就」,執行長 Jay Walder 表示:
這是一個完整的、可以正常工作的「超級高鐵」,它將人放到真空環境中運輸,目前還沒有其他機構能做到。
至於乘坐的感受,Josh Giegel 表示加速時的感覺和飛機起飛類似,而 Sara Luchian 稱「完全沒有坐過山車的感覺」,即便加速很快也不會感到不適。
其實在此之前,Virgin Hyperloop 已經在這條管道中進行了 400 多次無人測試。迄今為止最高的速度記錄是 2017 年測試中達到的 386 公裡 / 小時。
如果進行速度更快的載人測試,就必須搭建一條更長的真空管道。Virgin Hyperloop 估計,要加速到設想中的 700 mph(1126 公裡 / 小時),至少還需要 2 公裡的的軌道。
因此不久前 Virgin Hyperloop 宣布斥資 5 億美元,在西維吉尼亞州建造測試場地。同時表示爭取在 2025 年為「超級高鐵」取得安全認證,並在 2030 年投入商業運營。
早在 2016 年,Virgin Hyperloop 就和杜拜道路和運輸局達成合作,計劃建設一條連接杜拜和阿布達比的超級高鐵,能將一個多小時的車程可以縮短為 12 分鐘。
今年年初,Virgin Hyperloop 還公布了 11 條可能在未來建設的超級高鐵線路規劃。相距 600 公裡的洛杉磯和舊金山,未來的通勤時間可能只需要 35 分鐘。
理想很豐滿,可以回到現實中,Virgin Hyperloop 這些藍圖似乎有些過於樂觀了,因為「超級高鐵」的可行性現在還沒完全得到驗證。
在馬斯克 2013 年發布的一份《Hyperloop Alpha》白皮書中,首次披露了這種以管道為基礎的亞超音速運輸系統,並指出「超級高鐵」將成為繼飛機、火車、汽車、船舶之後的「第五種交通方式」。
由此拉開了「超級高鐵」項目的建設潮流,目前至少有六家超級高鐵公司,可馬斯克並未參與其中,目前也沒有任何一家實現商用。
當然不能因此就說「超級高鐵」不可行,畢竟 SpaceX 的星鏈計劃也是在一片質疑聲中和多次延期後,在最近開始了公測。
對於一項交通工具來說,最基礎的要求就是安全、可靠、舒適、和經濟。不妨從這幾個維度來看看「超級高鐵」是否可行,即便只是理論上的。
關於「超級高鐵」的安全性,卡內基・梅隆大學土木與環境工程副教授 Constantine Samaras 認為還有很多問題需要解決,在上千公裡時速的高速運行中,一切故障和意外造成的危險也將被放大。
物理學家、超導磁懸浮概念的聯合提出者詹姆士・鮑威爾曾表示,軌道的細微誤差,都可能造成嚴重災難。
整套系統非常脆弱,哪怕一個點失敗,都可能引發災難。比如有人在管壁穿孔,或地震導致管道稍微移位,都可能導致乘客艙崩潰。
不過目前的 Virgin Hyperloop 並沒有披露太多超級高鐵在安全設施上的細節。
其實管道運輸在 19 世紀就已經出現,不過是用於小件的貨物運輸。但在空氣的壓縮過程中會產生大量的熱量,如果要用於運輸人需要做更多的改進。中國工程院院士王夢恕也曾指出,將隧道抽成真空對於乘客來說存在不小的安全隱患。
因此對於這種全新的交通工具,光是在驗證安全性上就要花費大量時間。布魯金斯大學基礎設施專家 Adie Tomer 認為,「超級高鐵」的安全測試或許會比製藥行業的 10-20 年更長。
而在技術的可靠性上,業內專家普遍認為「超級高鐵」面臨兩大問題:確保高速運動下磁浮系統的動力學穩定性和直線驅動效率。
超級高鐵之所以能實現「亞音速」,是因為在真空環境中大大降低了空氣阻力,但同時也帶來了新的的技術難題。
按照中國中車首席專家楊穎的解釋,高鐵的拐彎半徑約為 7 公裡,但如果時速達到上千公裡時,拐彎半徑就需要幾十公裡,因此超級高鐵幾乎只能在直線軌道上行駛,這也會大大加大路線規劃和鋪設的難度。
▲目前看到的超級高鐵測試軌道似乎都是筆直的.
當然也可以選擇在轉彎時減速,那這樣也就失去了超級高鐵本來的速度優勢。同時在轉彎時乘客可能會承受比飛機起飛時更大的橫向加速度,並因此產生不適感。
至於超級高鐵用到的另一項關鍵技術 —— 磁懸浮技術,目前已經在中國、日本等多個國家的高鐵中投入使用,目前最快的實驗速度在 600 公裡 / 小時左右。
▲ 日本磁懸浮列車,最高時速達到 603 公裡 / 小時.
但這只是實驗速度,實際運行還達不到。日本時速 505 公裡的超導磁懸浮幹線也要等到 2027 年才通車。
而要在 1000 公裡時速以上運行的磁懸浮技術,目前在全球範圍內也還沒可商用的成熟技術,甚至連實驗數據都沒有。可見 Virgin Hyperloop 想在十年內投入市場基本不太現實。
即便技術問題全部得到解決,建設成本可能是更大的挑戰。
Virgin Hyperloop 2016 年曝光的一份文件顯示,超級高鐵的每英裡的的建設成本在 8400 萬美元至 1.21 億美元之間,遠高於高鐵。
前兩年 Virgin Hyperloop 還公布過一份可行性報告,指出美國密蘇裡州的超級高鐵每年可節省 4.1 億美元,卻對建設成本諱莫如深。
此外 Virgin Hyperloop「膠囊艙」的運力是遠低於高鐵,如果要覆蓋成本可能需要非常高的票價,而這也是當年的超音速客機失敗的重要原因。
你可能會說,超級高鐵可以用更密集的發車頻次來降低成本。但超級高鐵每次上下車都要進行一次大氣抽空和調壓減壓,這就要花費不少時間。
至於有什麼技術可以壓縮這個流程的時間?或許有,但還沒看到哪個超級高鐵項目披露出來。
上述這些問題正是超級高鐵被不少業內人士懷疑是騙局的重要依據。中國工程院院士王夢恕曾直言超級高鐵這個概念很大程度是吹牛,還處於幻想階段。
總之,技術上不可行,安全上不可行,可靠性不可行,經濟上不可行,環境上更是不可行。靠興趣去研究國家和人民不需要的東西,最後會一事無成,頭破血流,毫無價值。
總的來說,現在的超級高鐵項目即使不是騙局,距離商用還有不小距離。不過這背後的「超導磁懸浮 + 真空管」技術,的確有研究價值,甚至成為未來交通運輸系統中重要的一環。
其實在 2017 年,中國航天科工集團就公開了正在研發的「超級高鐵」項目,基於高溫超導磁懸浮技術和真空管道技術,逐步實現 1000 公裡 / 小時、2000 公裡 / 小時、4000 公裡 / 小時的最大運行速度,不過航天科工並沒有給出具體的時間表。
而西南交通大學的牽引動力國家重點實驗室,則是我國最早研究真空管道高溫超導磁懸浮技術的機構之一。據西南交大的首席教授張衛華介紹,在 1500 米可模擬不同低氣壓環境的真空管道內,高溫超導磁懸浮模式的測試速度已經超過音速。
目前西南交大的「多態耦合軌道交通動模試驗平臺」已經在 9 月份獲得國家批准,最快在明年 4 月就能達到 1500 公裡試驗時速。
張衛華認為,高速磁懸浮軌道交通將成為未來軌道交通技術發展的主攻方向。實際上中國這個「超級高鐵」項目亮相後同樣受到不少爭議,而在這兩年也鮮有媒體報導了。
原鐵道部部長、中國工程院院士傅志寰曾在一次演講中談到對超級高鐵的看法。他認為即便超級高鐵存在爭議,也遠沒到落地的階段,但也有必要研究,因為未來交通的圖景會有超級高鐵的一席之地。
人類文明的繁榮和進步,離不開越來越快速的交通工具。從馬車到汽車,從汽車到火車,從火車到飛機,每一次交通工具的革新都伴隨著長時間的技術研發和試驗。
超級高鐵也一樣,它本身並不是一個騙局,但卻可能需要數十年時間才有望成熟應用。而那些用不成熟的超級高鐵技術包裝成的商業項目,的確有「畫餅」的嫌疑,但只要是泡沫總有破裂的一天。