「超級迴路」高鐵真要來了？

「超級迴路」高鐵真要來了？

作者： 王麟

新聞背景

日前，美國超級高鐵公司 Hyperloop One 在內華達沙漠里展示了它將如何以接近聲速的速度，用管道膠囊運送人和貨物。Hyperloop 滑車在2秒內加速至 400英里每小時的速度，然後撞擊在91米外的沙堆里。

三年前，美國億萬富翁傳奇人物埃隆·馬斯克提出Hyperloop（超級迴路）設想的時候，很多人還認為那只是個科學幻想，而日前的新聞證明了，確實有人在為這個「幻想」實實在在地努力。

「超級迴路」並不是新設想

（埃隆·馬斯克）

如果沒有奧巴馬在2009年關於高鐵技術的那場演講，美國加利福尼亞州舊金山至洛杉磯新建高鐵計劃也許還要延遲。經過艱難的磨合與推進，加州高鐵新建工程近期終於啟動。

然而，在技術達人埃隆·馬斯克看來，高達684億美元的造價、平均264公里的時速、長達2.5小時的旅程，與飛機和汽車相比，性價比實在不高。因此，2013年，他提出了一種 「超級迴路」（Hyperloop）新型交通方式設想，並做了技術可行性分析，通過互聯網開放式平台，分享研究成果，希望藉助眾籌的力量，將這一頗具輝煌前景的設想實施落地。

根據馬斯克技術白皮書提供的數據，「超級迴路」列車平均時速可達970公里/小時，而最高運行速度為1200公里/小時，環保節能無污染，利用太陽能作為供應能源，從洛杉磯至舊金山500公里的距離，只需要35分鐘就可到達，而造價約為60億至75億美元，是輪軌式高鐵造價的10%。

人氣和影響力直追喬布斯的埃隆·馬斯克，點燃了「超級迴路」的火種。然而，他並不是第一個提出這個概念的人。如果向上追溯，最早提出真空管道列車概念的時間是1812年，首次提出這個概念的人是英國機械工程師兼發明家喬治·梅德赫斯特；到了1864年左右，英國倫敦修建了一條「水晶宮氣動鐵路」，通過蒸汽機驅動直徑6.7米的巨型風扇為列車提供動力；1870年在美國紐約開通運營「海濱氣動運輸系統」，通過埋在地下的管道，利用壓縮空氣驅動列車運行；1910年，美國火箭專家羅伯特·戈達德首次為真空管道列車命名；第一個提出真空管道設想並申請專利的人是德國工程師赫爾曼·肯佩爾，他是基於磁懸浮列車技術原理提出的這個觀點，並於1934年申請了專利。而「真空管道運輸」商標名稱則是機械工程師達里爾·奧斯特於20世紀90年代提出，並於1997年獲得專利。

由上可知，埃隆·馬斯克只是重新提出了類似的概念，並命名為「超級迴路」。最重要的是，他並非空想家，而是實幹家，努力將這項技術真正變成現實，並呼籲更多的有識之士參與這項偉大的運輸革命，這是他的過人之處。

需要解決的難題還很多

「超級迴路」的設想很豐滿，但是現實很骨感，從想像到技術實現，需要付出艱辛的努力，有一大堆技術難題需要攻克。

首先是旅客艙高速運行控制方向的難題。我們都知道，輪軌式高鐵列車利用鐵路軌道進行導向，磁懸浮列車通過設置在線路兩側的電磁鐵進行導向，即使是汽車，也通過駕駛員的方向盤進行導向。那麼沒有司機的旅客艙，是通過何種方式進行導向的呢？在高速運行經過彎道之際，如何避免旅客艙撞擊管壁造成行車事故？根據研究結果顯示，當旅客艙以230米/秒高速運行之時，僅僅偏離中心線1毫米，就會帶來可怕的撞擊和振動。我們不難想像，乘客在這種環境中旅行的感受，肯定和面臨飛機失事是同一種心理。

其次，如何保證旅客艙安全制動？到目前為止，「超級迴路」列車的制動方式依舊處於概念和初步模擬階段，能否實現高速行車的快速制動，是保證乘客生命財產安全的關鍵所在。就拿輪軌式高速動車組而言，採用的都是複合制動系統，意味著有多達9種制動方式可以分級或者混合使用。而列車從制動到停車的距離，與列車的速度成正比，一般而言，時速120公里及以下的列車，制動停車距離約為800米，而時速300至350公里的高鐵列車，制動停車距離長達5至6公里。與此類比，時速1200公里的「超級迴路」列車的制動距離該是多少，我們不難估算出來。輪軌式高鐵動車組實施全方位的緊急制動，也需要數公里才能停下，「超級迴路」列車僅僅憑著稀薄空氣提供的制動力，要想安全停車，就過於樂觀了。

第三就是乘客的旅行心理問題。我們很多人都有或多或少的幽閉恐懼症，在一個密封的空間，既不能隨便移動，也不能飲食，甚至不能上衛生間，談不上舒服，想看外面的風景更是不可能。一旦突發疾病，臨時處置都很困難。在這種幽閉的環境里，最適合冒險刺激，而不適合長途旅行。因此，解決乘客的旅行心理，給他們提供舒適的乘車環境，也是必須要考慮的問題。

三家公司在為夢想打拚

技術天才埃隆·馬斯克一呼百應，全球有很多技術英才摩拳擦掌，為實現這項運輸革命而殫精竭慮。到目前為止，全球一共成立了三個「Hyperloop」技術公司在為夢想打拚。

其一是「超級迴路運輸技術公司」（Hyperloop Transportation Technologies，簡稱HTT），他們雄心勃勃，除了想要承建舊金山至洛杉磯的「超級迴路」之外，還將目光瞄向了國外，並與斯洛伐克政府簽訂了一項承建合同，線路銜接伯拉第斯拉瓦、維也納和布達佩斯，並在2016年3月開始進行實質性研究。為了加快研發進展，在2015年5月，HTT公司宣布在加州岸谷小鎮修建長8公里的試驗線路，並於當年11月破土動工，在未來的32個月內，完成1.5億美元的投資，而公司的負責人則保守預測，「超級迴路」若想投入實用，要在十年之後了。

然而，另一家公司比HTT公司走得更快，這就是「超級迴路一號」公司 （Hyperloop one），前身是「超級迴路技術」公司，為了避免與HTT公司名字混淆，改成了現在的名字。該公司準備承建洛杉磯到拉斯維加斯的「超級迴路」線路，並在美國內華達州修建了長約5公里的試驗線路，在2016年5月11日首次在室外測試列車的推進系統並取得了成功，從零公里加速到96公里只用了1秒鐘。按照該公司的計劃，「超級迴路一號」公司將於2016年年底對完整的推進系統進行全面測試，這項測試意味著「超級迴路」告別了「紙上談兵」，開啟了漫長的攻堅之旅。計劃最早在2019年可以開展貨物運輸，到2021年開始實施載人試驗。

除了這兩家主要的公司互相競爭之外，埃隆·馬斯克主創的SpaceX公司也參與到了「超級迴路」的技術研發之中，提出準備修建1.5公里的試驗軌道，並在2016年2月18日向社會公開了《SpaceX公司「超級迴路」試驗軌道說明書》，列舉了需要通過集思廣益才能解決的系列技術難題，向實用性邁開了至關重要的一步。

值得一提的，還有加拿大的TransPod公司，專門攻關「超級迴路」中的核心設備——旅客艙。2016年3月，TransPod公司對外宣布，要研發全尺寸的「超級迴路」旅客艙，並在當年12月的柏林博覽會上亮相。該公司研發計劃雄心勃勃，他們將旅客艙的目標速度設定為1000公里/小時，採用計算機自動控制，通過太陽能提供能源，預計到2020年，商用的旅客艙就可以下線投入使用。

真空管道不需嚴格真空

「超級迴路」是在實現局部真空的密封管道中，懸浮在空氣墊之上，通過直線電機和空氣壓縮機提供動力，驅動加壓之後的旅客艙快速移動，進而實現高速行車的目的。

「超級迴路」的技術原理與「真空管道列車」類似，但是與後者最大的不同之處就在於管道的密封性要求有差異。「真空管道列車」對管道的密封要求嚴格，要達到真空級別，擯棄一切空氣阻力，實現起來非常困難。而「超級迴路」則要求將管道減壓到1毫巴（100帕斯卡）即可，這樣在技術上容易實現。

然而，旅客艙在局部真空管道中高速運行，與飛機速度不相上下，管道中殘留的空氣就成了最大的阻礙，解決辦法是在旅客艙的前面安裝進氣風扇和空氣壓縮機，將旅客艙前面的空氣吸入後，分流到後面，進而減少空氣阻力。沿著管道底部布置的直線電機，為旅客艙提供動力，旅客艙底部與管壁之間形成0.5到1.3毫米的空氣墊，使得旅客艙懸浮在空氣墊上，只需要克服空氣阻力，就可以實現高速運行。

在旅客艙高速運行過程中，由於空氣摩擦會產生很多熱量，需要設置冷卻系統進行降溫，同時，還可以通過旅客艙頭部的風扇和空氣壓縮機實現列車制動。在列車啟動加速之際，施加在乘客身上的加速度是0.5g，是飛機起飛和降落加速度的2至3倍，在一定程度上向乘客提出了挑戰。在基礎設施方面，「超級迴路」的管道既可以架設在橋樑之上，也可以下鑽地下，既能夠節省用地，也可以實現與周邊環境的協調。

延伸閱讀

中國「超級迴路」

設想更務實

作為一種久負盛名的新型交通模式，我國與「超級迴路」類似的「真空管道運輸」的研究也在進行中。據報道，首先將「真空管道磁懸浮」概念引進中國的是西京學院真空管道交通研究所所長張耀平，他畢業於西南交通大學，擔任國家自然科學基金「真空管道高速磁浮交通基礎研究」項目負責人。而西南交大和北京交大也都在對「真空管道運輸」項目進行前期研究。

西南交通大學教授沈志雲院士認為，由於高鐵列車在敞開的稠密大氣中高速運行，需要克服佔比總阻力90%以上的空氣阻力，使得高鐵列車的速度不能無限提高，最高只能止於400公里/小時，速度再高在經濟上就很不划算了。若想將列車速度提高到400公里/小時以上，則可以採取「真空管道列車」，並對其原理進行了較詳盡的闡述。

沈院士重提的這種新型高鐵模式，不同於「超級迴路」的真空管道磁懸浮列車，而是不增加很多投資，不新建專用線路，在既有高鐵線路上就能實施的一項新技術。簡略而言就是將既有高鐵或者新建的高鐵線路上部加蓋，兩側設置隔音牆，予以密封，處理好結構薄弱環節，然後將管道抽成相對真空，就可以輕鬆實現動車時速600公里的超高速度。

前路漫漫，上下求索，也許在不久的將來，中國的「超級迴路」列車也會變成現實。

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