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美国“钢铁侠”马斯克研发超级高铁 时速1220公里

2016-05-12 07:51 大数据实验室

高铁现在已经是中国的“名片”,数亿中国人享受着由此带来的便利。近日有消息传出,美国研发超级高铁,其速度将高达令人吃惊的1200公里每小时,而中国高铁时速在运营时一般不超过400公里。据悉,美国研发超级高铁,这种列车如同“炮弹”一般在真空管道中运行,因而速度极快。不过美国研发超级高铁却不在本国建造,而是选择了欧洲国家斯洛伐克。专家表示,这种“超级高铁”存在许多尚未能攻克的技术难题,其最大的问题是空气阻力。




美国超级高铁研发公司Hyperloop Transportation日前宣布与斯洛伐克政府签订协议,共同探索建设一个连接斯洛伐克首都布拉迪斯拉发、奥地利维也纳和匈牙利布达佩斯的 Hyperloop超级高铁系统,这使得斯洛伐克有望成为首个使用这种未来交通工具的国家。如果Hyperloop在中欧地区成功搭设,从布拉迪斯拉发到维也纳再到布达佩斯全程用时将从现在的8小时大幅缩短至43分钟。

美国亿万富豪埃隆·马斯克2013年公布了这种“超级高铁”初始设计方案。根据方案,“超级高铁”使用磁悬浮列车在接近真空的管状轨道中行驶,时速甚至接近音速。如果这一线路建成,从美国加利福尼亚州洛杉矶行驶至旧金山仅需30分钟左右,时间仅为飞机的一半。

据设计师介绍,这种高空管道运输的交通工具像一个“胶囊”,每一个胶囊被放置于管道中,像炮弹一样被发射至目的地。而项目发起人马斯克说,他拿出“超级高铁”设计方案,是因为不满加州政府上马的高铁项目“既费钱又低效”。

超级高铁概念图

超级高铁概念图

被很多人视为现实版“钢铁侠”埃隆·马斯克早已功成名就,他参与创建的在线支付平台Paypal、电动汽车公司特斯拉和太空技术公司SpaceX目前都运营良好。但是,这位永不满足的科技狂人最近又有惊人举动——他提出的最新交通项目“Hyperloop”志在让从洛杉矶到旧金山的时间缩短至半小时内。

Hyperloop类似一种“超级高铁”:摩擦力很小,只需轨道上方安装的太阳能电池板就能提供动力;使用小型客舱,可以“随时发车”,无需像等飞机那样遵循固定的时刻表。

12日公布的“超级高铁”设计方案长达57页。马克斯在电话会议上说,有别于传统铁路,“超级高铁”是种新的交通方式。根据设计,“超级高铁”系统使用巨大、近乎真空的管道把主要城市相连接。在管道内部,车厢悬浮于空中,时速可达1126公里。按照设想,北京到纽约只需2小时。

“真空管道运输”的想法最初是由机械工程师达里尔·奥斯特在上世纪90年代提出来的,而1997年他获得这项技术的专利。“超级高铁”的运输方式类似老式建筑内部用于传输文件的气压管道,但这回被运送的是人。车厢在起点被弹射出去,因磁力一路前行,途中不会像飞机那样遭遇气流颠簸。

马斯克说:“我没想借它大赚特赚,但我希望见到它变成现实。如果我做出示范,可能对此有所帮助。”

如果“超级高铁”的设想出自别人口中,可能难以受到重视。但马斯克则不同,他有把奇思妙想变成现实应用的一系列成功记录。

马斯克说,设计构想来自一个工作小组,小组成员由太空探索技术公司和特斯拉汽车公司的员工组成。

他说,乘坐“超级高铁”感觉好像坐飞机,“旅行顺畅,仿佛驶在空中”。马斯克先前称“超级高铁”是介于“协和式飞机、轨道炮和空气球台”之间的跨界交通系统。

马斯克提出的设计草图

根据设计,“超级高铁”每30秒发一班,每辆搭载28人,每趟运行成本大约20美元。他说,如果一切顺利,7到10年内,首批旅客将搭乘“超级高铁”在洛杉矶和旧金山之间通行。按照计划,对于距离不超过1500公里的任何两个大城市而言,“超级高铁”都是非常经济的交通方式。例如,洛杉矶和旧金山之间的建造成本为60亿美元,单程票价可相应定为每张20美元。

马斯克说,与飞机和火车相比,“超级高铁”受地震影响较小,也不易发生事故,因为它不会从天空掉落,也不会脱轨。

这一项目需要解决的一大难题是空气阻力。按照设计方案,列车的速度必须达到每小时600英里(约960千米)以上的亚音速。目前与上述速度最接近的地面交通工具是日本的超导磁悬浮“子弹头”火车,其时速据称最高可达361英里(约581千米),而“子弹头”的发明者之一吉姆·鲍威尔(Jim Powell)认为这一速度是开放式轨道火车的极限,因为“时速超过300英里(约483千米)之后,空气阻力问题就会变得非常严重,而且会造成巨大的噪音”。

如果抽空管道中的所有空气、形成真空管道,空气阻力问题就能得以解决。流体动力学专家乔治·梅兹(George Maise)指出:“真空管道内空气阻力为零,事实上也就没有了速度限制。”问题是,马斯克已经公开表示Hyperloop并非真空,但在管道内持续产生接近超音速的高速气流又要消耗巨大的能量——仅用太阳能电池板显然不够。

除了管道内部的问题之外,Hyperloop的路线也不会让马斯克省心。规划高速公路和铁路的工程师也会遇到这样的问题,而马斯克面临的问题更为棘手——Hyperloop必须打造一条从洛杉矶直通旧金山的路线,而且这条路线越直越好,绝不能动不动猛拐大弯儿,因为高速之下的转弯不但非常困难还会让乘客非常难受。鲍威尔在研究中发现,乘客在车辆转弯时最多能承受十分之一重力的侧向力,也就是Hyperloop在以600英里时速运行时的转弯半径至少要达到40英里(约合64千米)。所以,Hyperloop基本只能走直线,因此很可能难免穿过一些居民区。

如何才能让Hyperloop在尽量走直线的同时又避免扰民呢?科罗拉多州的ET3公司提出了“高架管道”模型——它像大家熟悉的“轻轨”一样,把管道架在数米高的混凝土支柱上。

但是上述模型也仅仅是猜测,谁也不知道马斯克的葫芦里到底装着什么药。“半小时从洛杉矶到旧金山”的Hyperloop,甚至比SpaceX打造私营飞船和火箭更疯狂。如果是别人提出这样的设想,恐怕很多人都会当笑话听,不过马斯克的理想难免令人有所期待——因为他总能让“不可能”的事情成真。

美国超级高铁项目公布后,一些加州议员回应称,该项目短期内不太可能开建,也难以给公众带来任何利益。这些反对该项目的加州议员们表示,他们正在加紧推进旧金山与洛杉矶之间的传统高铁项目,并将于2029年通车。

“我觉得这是个了不起的创意,但从设想到落实仍有很长的路要走。”加州议会装配运输委员会主席邦尼·洛温塔尔(Bonnie Lowenthal)说。她还补充道:“在加州开展大型基建项目非常困难。我们有着非常复杂的资金来源、而且要考虑环境保护、地震断层和土地征用问题——这也只是其中的一小部分问题而已。”

根据计划,铁路线上将会布满太阳能电池板,为列车提供能量

加州高铁项目立项至今已经好几年时间,初步预算68亿美元,而将来的总投资会超过数百亿。引发了一些批评人士的不满,所以他们十分欢迎马斯克的创意——倘若该项目能够获得民间资本的支持,便会更受欢迎。

加州议会装配运输委员会副主席泰德·盖尼斯(Ted Gaines)说:“我认为,通过民间方案来提升运输效率蕴含着巨大机遇。”作为共和党人的盖尼斯表示,他会支持马斯克的项目,但他怀疑民主党人恐怕不会考虑现有高铁项目之外的其他选择。

加州高铁局主席丹·理查德(Dan Richard)表示,要建设一套运输系统,除了技术之外,还有很多事情要做。“如果马斯克真的要发展Hyperloop技术,那么等到他落实这项技术时,我们将很愿意与之分享实际的项目建设经验,包括如何跨越地震带,如何降低对农业、商业和社区的影响,以及如何保护敏感环境和物种。”他说。


(来源:金融投资家俱乐部





 

陆晨 博士


名师主讲金融建模课程——以MATLAB为工具


2016年5月27—29日    上海



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