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为实现时速1000km,中国超级高铁走到哪一步了?

作者:壹零社爱科学

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路面之下

最近,国内“车路云”概念伴随着多个高额投资项目,一度在二级市场涨得风生水起,再加上今年年初以来特斯拉FSD入华时间表渐近的消息,“车路云”或者说“车路协同”,与市场更熟悉的单车智能都在今年迎来了一个新高潮。但未来城市除了车辆在地面的智能驾驶和低空飞行外,未必没有其他交通方式,比如“超级高铁”。

11年前,已经在科技圈出名的马斯克将自己提议已久的Hyperloop(超级高铁/超级环路)的概念摆上台面,敬请有志之士共同探索。在他公开的57页设计文件中,所谓超级高铁就是要以航空级别的速度运送符合空气动力学的交通工具,穿过几乎真空的管道,运送人类或货物,最高时速可以达到800英里(1287公里),这些管道要么架在高空,要么沉入地下——可以把它想象成世界最快的磁悬浮列车,只不过要放进真空的管道中高速运行。

马斯克还算了笔账,如果超级高铁只搭载乘客的话,耗资仅为60亿美元,如果要搭载人、货物和车辆,则造价为75亿美元,主要区别在于交通工具的选择和隧道的建造。不过他也表示,这种交通工具只适合距离小于1000英里(1609公里)的城市之间,超过这个路程还是乘坐飞机更合适。

为实现时速1000km,中国超级高铁走到哪一步了?

当时舆论对此还是很怀疑的,因为仔细想想,800英里的时速都已经赶上了音速,如果这个设想成真,那么从洛杉矶到旧金山只需要30分钟,比普通商用喷气式飞机快两倍、比火车快四倍。

但它又确实有落地的可能,虽然最初实践这一概念的并非马斯克本人。

02

国内超级高铁早有雏形

2014年,硅谷知名投资人皮什瓦尔(Pishevar)和前 SpaceX工程师巴姆布罗甘(BamBrogan) 等人联合创办了超级高铁初创企业“Hyperloop One”。两年后,Hyperloop One在美国内华达州的沙漠进行了第一次试验,在两秒内达到了时速180公里的速度;2017年,又在一条总长500米、直径3.3米的真空测试跑道中完成了世界首个的全系统超级高铁测试,最高时速约310公里,在1.9秒内完成了零百加速。

另一位拥有“钞能力”的科技爱好者、维珍集团(Virgin Group)的创始人理查德·布兰森在Hyperloop One的试验成功后立刻投资了该企业,改名为维珍超级高铁(Virgin Hyperloop)。

可惜当时所计划的建设项目最后都没了后续,比如维珍超级高铁原本计划兴建一条连接迪拜和阿布扎比的超级高铁,如果建成,理论上一个多小时的车程可以缩短为12分钟。甚至到了2022年末,前前后后花了近十亿美元,公司都已经要倒闭了,还没有任何项目、在全世界任何地方正式开建运营。而维珍超级高铁唯一一次载人测试的最高时速,也只有100英里(161公里),远低于最初的设想。

为实现时速1000km,中国超级高铁走到哪一步了?

不过2020年那次载人试验仍然被认为是“超级高铁”概念一个重要的里程碑,虽然只有两位乘客,在以磁悬浮轨道、真空钢管为基础的运输系统中,以107英里(172公里)的时速行驶了535米,15秒就结束体验了。

除了维珍超级高铁,日本学界、加拿大TransPod公司都曾以超级高铁为目标,只不过都是雷声大雨点小,抛开成本、资金不说,技术路线都还没有定论。

但是在铁路线更完备、对于交通基建更擅长的中国,超级高铁的落地实践已经不经意间跑到了前列。

今年2月,中国航天科工三院在山西大同的超导磁悬浮试验线上,完成了超导磁悬浮“高速列车”在低真空管道中实现了稳定悬浮的试验,并且在这条总长2公里,管道直径近6米的试验线中刷新了之前的速度记录,还验证了车辆、管道和轨道的良好协同,以及强劲的动力系统和安全控制系统,算是为以后上千公里每小时的超级高铁奠定了技术基础。

为实现时速1000km,中国超级高铁走到哪一步了?

虽然没有具体的数据,但考虑到这条去年11月才完工的超导磁悬浮试验线,是目前世界上最长、最大的超级高铁试验线,需要走的路还有很多,试验应该还在初步阶段。

不过大陆的技术路线还是比较明了的,也是大方向上的“磁悬浮+低真空”模式。磁悬浮是区别于高铁列车轮轨制式的一种列车制式,重庆大学土木工程学院专家陈建功介绍,由于磁悬浮列车的牵引力是电磁力而非摩擦力,与轮轨高铁相比,高速磁浮的其主要优势在于速度更快、能耗更小、阻力更低、对线路的磨损更小。但列车的动力可以来自电磁力,也可以来源于高温超导。

高温超导高速磁浮是磁悬浮的另一种技术路线,其与电磁悬浮技术的主要区别是,依靠液氮而非电源实现悬浮、驱动。大陆高铁技术研发的佼佼者西南交通大学从1997年开始就在专攻这一领域,随着超导材料的进步,技术研发一定会加速迭代。

还有一个技术重点是保持管道的真空。马斯克的设想比较简单:对管道抽取真空,用磁悬浮技术将交通运输仓悬浮,交通运输仓尾部有涡轮提供动力,“由于列车前进的阻力非常小,所以只需要很小的动力就能使列车获得高速度”。

但是在现实中,这个系统如果要用来载人,那么在管道真空的同时,既要保证交通运输仓中的保压增氧,还要考虑乘客上下车的细节过程。如何在高温高压环境下维持真空状态、如何实现高速列车的安全停车和启动都还有待探讨。

03

从概念到商业推广

光是关注技术还不够,投资、政策支持和商业模式的成熟发展缺一不可。不然马斯克也不会公布了自己的概念设计蓝图后,却认清了这个模式的商业化之难,转而走向了更务实的城市隧道方案,而不是上来就追求高速。

马斯克创立的The Boring Company(无聊公司也可译为钻洞公司,下简称TBC)追求的不能再叫“超级高铁”,而是“隧道交通”。无聊公司自称要建立一个全新的地下三维立体轨交系统,让城市的空间有无限延伸的可能,用的是传统隧道技术,成本远低于维珍超级高铁每英里 8400万美元至1.21 亿美元的建设成本。

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但问题是,这个隧洞现在真正落地运营的只有位于内华达州拉斯维加斯建立的环线,还只有特斯拉的车能行驶,其他牌子的汽车根本不兼容。就算这样,2021年竣工的拉斯维加斯环线都已经成功运送超200万次乘客了,不失为一个典型案例。

拉斯维加斯环线目前有包括机场在内的五个站点,在最初的计划中,该环线应该是一个拥有29英里隧道和51个站点的地下交通系统,现在已经计划着要扩建至65英里以及69个站点。

怎么运送这些车?最开始TBC设计的是电动雪橇运输计划,把车辆放在一个类似雪橇的运输板上,以200km/h的速度在隧道中行进,到站点了就用类似电梯井的装置把车送上去;后来又改成汽车加装导向轮,像四驱车一样在隧道中行驶,但这个方式要司机自己花钱加装,转弯的时候体验也不够好,所以就被抛弃了。

目前隧道中汽车主要是以FSD(特斯拉完全自动驾驶技术)的方式行进,但在狭窄的隧道中,FSD失灵该怎么办?造成事故后出现拥堵又该怎么疏通?

TBC的项目能做成,最重要的一点就是商业模式上不再仅仅依赖于政府补贴和私人投资,而是和当地政府合作,共同投资和运营。但现在来看,TBC最大的潜力可能不是建立三维交通网,而是挖隧道。与目前地铁所需的隧道不同,马斯克挖掘的是直径12英尺(约3.7米)的“小隧道”,再用上自己改良的隧道掘进机,TBC能比任何一家公司更快、更便宜地修建隧道。但怎么从“小隧道”升级到“超级高铁”,落地时间表就不一定了。

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