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超级高铁能否成为全球第五大交通工具?

近年来,你可能听其他人说起过所谓超级高铁技术。不少人对超级高铁充满期待,只是不清楚它到底能否或者说什么时候可以落地。

这个话题很大,但本文希望帮助大家把握主线、快速了解关于超级地铁的一切。

超级高铁技术从何而来?

2013年,埃隆·马斯克在一篇研究论文中率先提出了这个概念,这也让超级高铁的概念首次进入公众视野。这篇论文将超级高铁定位为“继飞机、火车、汽车和船舶之外的第五大交通工具。”

其实超级高铁的基本思路并不新鲜。机械工程师乔治·梅德赫斯特早在18世纪就提出了以加压或真空管道建设铁路,极大提升人员及货物运输速率的想法并获得了相关专利。

加压管的想法在一步步迭代当中得到持续完善和发展。商业上最成功的例子当数上世纪六十年代的磁悬浮列车。这种电动列车行驶在两组磁轨之上,一组用于排斥并驱动列车悬浮于轨道之上,另一组则以悬浮状态下极低的摩擦力优势将列车快速推进向前。

此外,SpaceX公司还赞助了一年一度的超级高铁舱竞赛,组织方希望参赛者能够设计并构建起一套超级高铁原型方案。其中几支获胜的团队如今已经发展成职能齐全的初创公司。

然而,目前还不存在商用性质的超级高铁,不少企业也仍在钻研专有设计。换句话说,人们对于超级高铁系统还有各种不同的观点,而他们的系统与埃隆·马斯克设想中的超级高铁仍有很大差异。 可以说,目前超级高铁方案的技术或参数还没有趋同的迹象。另外,随着研究的发展与创新速度的提高,超级高铁所能利用的技术成果也在保持着高速变化。

超级高铁技术如何起效?

超级高铁能否成为全球第五大交通工具?

超级高铁内部工作原理图

超级高铁系统是一根长长的水平管道,车舱由电磁力顶起以保持悬浮并在真空管道内行进,因此能够大大降低空气摩擦与阻力。这种低压、低能耗的运输系统有望显著提升运输效率、降低运输成本。

而直线感应电机,则负责把车舱高速推进向前。

在管道之内,车舱会以每小时数百公里的速度行进,在两地之间运送乘客和货物。而且与传统火车不同,超级高铁沿途不设停靠点。工程师们可以在地上或地下建造管道,着重缩短乘客的等待时间、提高轮换频率。

我们为什么需要超级高铁?

城际与国际运力已经过载,公交车司机严重短缺。在很多城市,拥挤的机场已经无法满足需求,而乘坐火车的金钱与时间综合成本又往往太高。

超级高铁技术有哪些优势?

与其他运输形式相比,超级高铁技术具有以下几项显著优势:

这项技术能够以超过每小时1000公里的速度推进乘客或货物,可达高铁的3倍、传统铁路的10倍以上。

想象一下,从旧金山到洛杉矶长达559公里的旅程只需要30分钟。从法兰克福到阿姆斯特丹的超级高铁行程为439公里,仅需要50分钟——目前的车程约为4小时26分钟。

总之,它在速度上向飞机看齐,成本又比现有高铁更低。

超级高铁能够提供低能耗的长途旅行选择,其依靠电力甚至太阳能即可运行。地面超级高铁顶棚上的太阳能电池板可以持续产生能量,并通过管路配合电池储备大量电力。

此外,通过超级高铁运输货物还能降低由卡车运输带来的高碳排放量。

超级高铁不易受到雨、雪、风及地震等恶劣天气乃至自然灾害的影响,也不会像高铁那样在夏季的高温下出现铁轨弯曲问题。

建设隧道层的难度要远低在常规道路上新增车道。据波音公司的估算,超级高铁的车站可以小至两个停车位的面积,因此可以轻松被纳入市中心、停车场及住宅区。

超级高铁的管道上方或下方还可建造其他交通通路,例如人行道、可变车道、非机动车道及自行车道等。

城市规划者可以通过设计,将未来可能出现的飞行出租车、自动驾驶汽车和超级高铁整合起来。

超级高铁的问题:有哪些缺点?

虽然超级高铁技术承诺作为第五大交通工具存在,但也有着自己的几大短板:

超级高铁的建筑与基础设施成本很难确定。例如,车舱舱口与舱门的密封部件需要满足严苛的要求,而且必须接受定期维护——即使是桥梁、火车轨道及日常道路等精度要求较低的设施在维护上都有着种种问题,超级高铁带来的全新维护挑战绝对不容忽视。

征地同样困难重重。NASA发布的一份超级高铁商业可行性报告显示,其每英里建设成本约在2500万美元到2700万美元之间,还不包括土地收购支出。这几乎可以堪比建设一条从赫尔辛基通到斯德哥尔摩的海底隧道,毕竟这项工程每英里成本也就是6400万美元。

相比之下,加州高铁的建设成本每英里为6300万到6500万美元之间;在欧洲,成本则为每英里4300万美元。这些数字中包含征地成本,但不包括高铁列车。

安全至关重要。Delft超级高铁公司于2020年7月发布了一份报告,认为欧洲超级高铁系统在每乘客-公里的死亡人数方面至少要能够达到欧洲商业航空公司的水平。这份报告与设计无关,单从原则层面探讨潜在的安全需求:

1. 消防安全

虽然低压环境能够防止管道内发生火灾,但车舱内的火灾才是真正的威胁。报告中推荐一套系统,能够在检测到烟雾时自动释放雾气与灭火剂。

2. 通信系统挑战

如何在超级高铁的车舱内部与之间保持通信?钢制密封管会把无线信号彻底锁死。另外,由于行进速度过高,车舱总会在不同通信区域间往来切换,进一步提高了基站切换失败与暂时信号丢失的可能性。

一种选择是使用Li-Fi,这是一种使用光而非无线电频率进行数据传输的移动无线技术。Li-Fi比射频通信更简单,而且可以使用类似于遥控器的装置轻松调制。其LED灯光强度很高,因此可以实现可观的数据传输速率。

Li-Fi确实能够在不易支持Wi-Fi的环境下使用,包括各类客舱、医院及某些危险环境。

然而,网络安全仍是超级高铁面临的重大威胁。如果使用光线进行数据传输,那么通信信号很容易遭到黑客进行物理拦截。

3. 紧急疏散

超级高铁的疏散工作极难进行,因为负压管的设计出口数量有限,导致乘客很难安全离开高铁管路。

这里提出两个初步想法:

1)管内疏散,即设置一段局部加压的管道,乘客可以通过该管道走向最近的紧急出口。

2)附近的车舱能够接载乘客,借此加快疏散过程。

或者,也可以将内部安全避难所与管内疏散相结合,共同构成联合疏散体系。

4. 安全性

超级高铁技术制造商预计,车舱的发车速度为每30秒到2分钟一班。然而,车舱之间的间隔越短,发生事故的累积风险就越大。另外,车舱的频繁发车也会对客流的持续性提出要求,导致运营商难以执行严格的旅客及行李检查。

通往超级高铁之路

尽管自动驾驶高铁已经在全球大部分地区取得了成功,但目前仍有不少保守派认为高铁不够安全,他们更倾向于选择速度虽慢但自己更为熟悉的传统火车。

而超级高铁要想成功,需要克服的心理抵触恐怕还要比普通高铁大上许多倍。

面对各家企业推出的专有技术,我们也不禁也提到更多疑问:

• 未来,不同厂商的车舱能否在对方的管道内穿行? • 由谁负责在世界范围内建造管道? • 企业要如何购买超级高铁占用的土地?

超级高铁技术拥有令人信服的巨大潜能,有望给世界人民带来一种快速移动且不受地域限制的未来生活方式。如今,工程、设计与软件的累积创新与融合正在创造几十年前难以想象的交通载体,相信超级高铁终有一天会以符合或颠覆我们预期的方式来到大家身边。

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