比飞机还快的“超高速渠道列车”完成首次载人测试

速度比民航客机还快,从北京到上海只需一小时,当这样的交通工具成真,无疑将是人类交通史上一次重要突破。这就是马斯克在2013年提出的“超高速渠道列车”概念,利用真空渠道和磁浮技术,进行上千公里时速的交通运输,一度被认为是未来交通方式的发展方向。

一家叫做Hyperloop One的美国公司(现已更名为Virgin Hyperloop)从2016年开始尝试将这个项目变成现实。就在前几天,Virgin Hyperloop的“超高速渠道列车”(Hyperloop)宣布完成了首次载人测试。

(Source:Virgin Hyperloop)

这似乎意味着那个比飞机还快的地面交通工具距离我们更近了,但“超高速渠道列车”自诞生之初就备受质疑。

除了Virgin Hyperloop,还有几家公司来推进类似的项目,中国航天科工研发的“超高速渠道列车”,最终目标更是实现4,000公里/ 小时的超音速“近地飞行”。

然而没有任何一个“超高速渠道列车”项目已经达到接近商用的水平,这个具有颠覆性的交通工具,到底是创新还是骗局?

“超高速渠道列车”完成首次载人测试,要解决的问题还不少

上周在美国拉斯维加斯的沙漠中,Virgin Hyperloop的“超高速渠道列车”进行了首次载人测试,首次搭乘的两位乘客,分别是Virgin Hyperloop的首席技术官Josh Giegel和乘客体验总监Sara Luchian。

这次测试的胶囊舱是丹麦建筑师Bjarke Ingels参与设计的Pegasus Pod,可以搭载两名乘客,配备了赛车常用的五点式安全带,Virgin Hyperloop希望最终的胶囊舱能容纳23名乘客。

测试在一条直径3.3米、长达500米的渠道中进行,胶囊舱实测时花了15秒就达到了终点,折合过来时速达到了172公里 / 小时。

这个速度还不如高铁,距离Virgin Hyperloop设想中超过1,000公里的时速更相距甚远,据称这一方面是因为考虑到乘客的安全和乘坐的舒适度,另一方面则是500米的隧道还不足以完全加速。

尽管如此,Virgin Hyperloop依然认为这是“超高速渠道列车”一个重要的里程碑,称之为“像登月一样的成就”,首席执行官Jay Walder表示:

这是一个完整的、可以正常工作的“超高速渠道列车”,它将人放到真空环境中运输,目前还没有其他机构能做到。

至于乘坐的感受,Josh Giegel表示加速时的感觉和飞机起飞类似,而Sara Luchian称“完全没有坐云霄飞车的感觉”,即便加速很快也不会感到不适。

其实在此之前,Virgin Hyperloop已经在这条渠道中进行了400多次无人测试。迄今为止最高的速度记录是2017年测试中达到的386公里 / 小时。

如果进行速度更快的载人测试,就必须搭建一条更长的真空渠道。Virgin Hyperloop估计,要加速到设想中的700 mph(1,126公里 / 小时),至少还需要2公里的的轨道。

(Source:Virgin Hyperloop)

因此不久前Virgin Hyperloop宣布斥资5亿美元,在西维吉尼亚州建造测试场地。同时表示争取在2025年为“超高速渠道列车”取得安全认证,并在2030年投入商业运营。

早在2016年,Virgin Hyperloop就和迪拜道路和运输局完成合作,计划建设一条连接迪拜和阿布达比的超高速渠道列车,能将一个多小时的车程缩短为12分钟。

今年初,Virgin Hyperloop还公布11条可能在未来建设的超高速渠道列车线路规划。相距600公里的洛杉矶和旧金山,未来的通勤时间可能只需要35分钟。

理想很丰满,可以回到现实中,Virgin Hyperloop这些蓝图似乎有些过于乐观了,因为“超高速渠道列车”的可行性现在还没完全得到验证。

是创新还是骗局?

在马斯克2013年发布的一份《Hyperloop Alpha》白皮书中,首次披露了这种以渠道为基础的亚超音速运输系统,并指出“超高速渠道列车”将成为继飞机、火车、汽车、船舶之后的“第五种交通方式”。

由此拉开了“超高速渠道列车”项目的建设潮流,目前至少有6家超高速渠道列车公司,但马斯克并未参与其中,目前也没有任何一家实现商用。

当然不能因此就说“超高速渠道列车”不可行,毕竟SpaceX的星链计划也是在一片质疑声中和多次延期后,在最近开始了公测。

对于一项交通工具来说,最基础的要求就是安全、可靠、舒适、和经济。不妨从这几个维度来看看“超高速渠道列车”是否可行,即便只是理论上的。

(Source:Virgin Hyperloop)

关于“超高速渠道列车”的安全性,卡内基梅隆大学土木与环境工程副教授Constantine Samaras认为还有很多问题需要解决,在上千公里时速的高速运行中,一切故障和意外造成的危险也将被放大。

物理学家、超导体磁浮概念的联合提出者詹姆士鲍威尔曾表示,轨道的细微误差,都可能造成严重灾难。

整套系统非常脆弱,哪怕一个点失败,都可能引发灾难。比如有人在管壁穿孔,或地震导致渠道稍微移位,都可能导致客舱崩溃。

不过目前Virgin Hyperloop并没有透露太多超高速渠道列车在安全设施上的细节。

其实渠道运输在19世纪就已经出现,不过是用于小件的货物运输。但在空气的压缩过程中会产生大量的热量,如果要用于载人需要做更多的改进。中国工程院院士王梦恕也曾指出,将隧道抽成真空对于乘客来说存在不小的安全隐忧。

因此对于这种全新的交通工具,光是在验证安全性上就要花费大量时间。布鲁金斯大学基础设施专家Adie Tomer认为,“超高速渠道列车”的安全测试或许会比制药行业的10~20年更长。

而在技术的可靠性上,业内专家普遍认为“超高速渠道列车”面临两大问题:确保高速运动下磁浮系统的动力学稳定性和直线驱动效率。

超高速渠道列车之所以能实现“极音速”,是因为在真空环境中大大降低了空气阻力,但同时也带来了新的的技术难题。

根据中国中车首席专家杨颖的解释,高铁的转弯半径约为7公里,但如果时速达到上千公里时,转弯半径就需要几十公里,因此超高速渠道列车几乎只能在直线轨道上行驶,这也会大大加大路线规划和铺设的难度。

目前看到的超高速渠道列车测试轨道几乎都是笔直的。(Source:Virgin Hyperloop)

当然也可以选择在转弯时减速,那这样也就失去了超高速渠道列车本来的速度优势。同时在转弯时乘客可能会承受比飞机起飞时更大的横向加速度,并因此产生不适感。

至于超高速渠道列车用到的另一项关键技术──磁浮技术,目前已经在中国、日本等多个国家的高铁中投入使用,目前最快的实验速度在600公里/ 小时左右。

日本磁浮列车最高时速达到603公里/ 小时。(Source:Yosemite,CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

但这只是实验速度,实际运行还达不到。日本时速505公里的超导体磁浮干线也要等到2027年才通车。

而要在1,000公里时速以上运行的磁浮技术,目前在全球范围内也还没可商用的成熟技术,甚至连实验数据都没有,可见Virgin Hyperloop想在十年内投入市场基本不太实际。

即便技术问题全部得到解决,建设成本可能是更大的挑战。Virgin Hyperloop 2016年曝光的一份文件显示,超高速渠道列车的每英里的的建设成本在8,400万美元至1.21亿美元之间,远高于高铁。

(Source:Virgin Hyperloop)

前两年Virgin Hyperloop还公布过一份可行性报告,指出美国密苏里州的超高速渠道列车每年可节省4.1亿美元,却对建设成本讳莫如深。

此外,Virgin Hyperloop“胶囊舱”的运力远低于高铁,如果要覆盖成本可能需要非常高的票价,而这也是当年超音速客机失败的重要原因。

你可能会说,超高速渠道列车可以用更密集的发车频率来降低成本,但超高速渠道列车每次上下车都要进行一次大气抽空和调压减压,这就要花费不少时间。

至于有什么技术可以压缩这个流程的时间?或许有,但还没看到哪个超高速渠道列车项目披露出来。

第五种交通方式,离我们还有多远?

上述这些问题正是超高速渠道列车被不少业内人士怀疑是骗局的重要依据。现在的超高速渠道列车项目即使不是骗局,距离商用还有不小距离。不过这背后的“超导体磁浮+真空管”技术,的确有研究价值,甚至成为未来交通运输系统中重要的一环。

2017年,中国航天科工集团就公开了正在研发的“超高速渠道列车”项目,基于高温超导体磁浮技术和真空渠道技术,逐步实现1,000公里/ 小时、2,000公里/ 小时、4,000公里/ 小时的最大运行速度,不过航天科工并没有给出具体的时间表。

人类文明的繁荣和进步,离不开越来越快速的交通工具。从马车到汽车,从汽车到火车,从火车到飞机,每一次交通工具的革新都伴随着长时间的技术研发和试验。

超高速渠道列车也一样,它本身并不是一个骗局,但却可能需要数十年时间才有望成熟应用。而那些用不成熟的超高速渠道列车技术包装成的商业项目,的确有“画饼”的嫌疑,但只要是泡沫总有破裂的一天。

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