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我們應該如何看待馬斯克心心念念的“超循環”技術

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每到假期,出行就成了困擾“現充”的一大難題(肥宅有快樂水和外賣就夠了)。手速稍有不怠,可能就需要加價求助黃牛,或者購買昂貴的全價機票了。

如果有一種交通運輸方式,可以讓你以1000公里每小時的速度穩平快地抵達目的地,是不是就能解決運力的問題呢?沒錯,說的就是“科學狂人”馬斯克曾經心心念念、大搞特搞的“超循環”技術。具體來說,就是使用巨大的真空管,降低摩擦阻力,從而高速地移動人和貨物。

不過,最近搞事的不是馬斯克,而是政府官員。

上個月,加拿大運輸部就發布了一個招標公告,由政府出資請研究機構評估所謂的“超循環”技術(hyperloop)。

一旦該技術落成,從加拿大東岸到西岸,橫跨整個北美洲只需要三個小時,比飛機還要快。

(超循環測試設施)

加拿大政府表示,超循環概念和技術發展的非常迅速,但公布出來的工程細節、安全要求、乘客乘坐質量以及資金和運營成本等信息卻非常有限。

因此他們花錢主要是想搞清楚兩個問題:

一是該技術對乘客和附近社區是否可行且安全;

二是與成熟的高鐵技術相比,它的成本如何?

為此,超循環技術創業公司Transpod的聯合創始人SebastianGendron評價政府對超循環技術應用的態度“過于害羞”……不過,就和高鐵技術剛剛興起時一樣,更多的人對這類新技術保持謹慎。比如倡導建立“加拿大版高鐵”的保羅蘭根,就認為加拿大交通部用公款研究超循環技術是搞錯了重點,因為這就是“科幻小說”——

“為什么不去使用已經被證明是安全的、存在了半個世紀的技術呢?讓超循環技術存在在動畫片中就好。”

對此,加拿大交通部的回應是“寧可殺錯,不可放過”,它們只是試圖在一項可能改變運輸業游戲規則的技術上保持領先罷了。

我們無力現在就解決這種“部級困惑”,否則早就去找加拿大交通部領顧問費用了好嗎?!不過,我們試圖讓吃瓜群眾們用幾分鐘的時間,對這項未來的技術同樣保持敏銳的嗅覺。

到底是抱團炒作,還是運輸業的“未來之光”,今天我們就來扒開“超循環”的神秘外衣。

拳打高鐵,腳踢飛機:“超循環”技術及其現狀

“超循環”概念的歷史,可以追溯到1799年。英國一位名叫喬治麥赫斯特的工程師獲得了一項通過空氣在密閉管道中運送乘客和貨物的專利。到了19世紀,倫敦還真的造出了一個氣動鐵路隧道。直徑有6.7米,由蒸汽機提供動力,并且成功運營了一年多。

此后,盡管有眾多國家和城市試圖深入這項技術,比如瑞士就曾在2000年代初計劃在低壓環境下運行這種“磁懸浮”列車。中國也曾計劃在2010年推出時速1000公里的真空磁懸浮列車,但最終都沒取得什么成果。

真正開始廣為人知并有所突破,要數2012年馬斯克在博客上發布的一個腦洞。他大量借鑒了18世紀工程師羅伯特·戴維的“真空管道運輸”理念,計劃打造一種密封的管道,一個吊艙可以在這個系統中高速自由運行,空氣阻力幾乎可以不計。

(Elon Musk 的設計草稿)

Musk和SpaceX很快在次年2013年8月發布了第一個“超循環”運輸概念Hyperloop Alpha,并計劃在接下來的時間投入60億美元,在洛杉磯到舊金山灣區之間,按照5號州際公路的軌跡,打造一個這樣的“第五類運輸路線”。乘客只需花費35分鐘,就可以去到560公里以外的地方。

但事情的進展并沒有想象中順利,截止到2018年,SpaceX公司也只在洛杉磯下方打造了一個大約2英里長(約3公里)長的實驗性隧道,讓特斯拉X汽車按照預定軌道行駛。僅這就消耗了1000萬美元。

但是馬斯克的“帶貨能力”太強,很快學界和產業界“一拍即合”,不少人覺得這是個好主意,很快涌現出了不少搞“超循環管道列車”的創業公司。其中最為知名的是Hyperloop Transportation Technologies(HTT)和 Hyperloop One。

HTT在2016年獲得了美國高科技控股集團Angelo Investments1500萬美元的投資,并在當年推出了他們的列車概念。如今,HTT已經擁有了800多名工程師和研究人員,2018年2月,還與德國利莫奇市簽訂了協議,來推動超循環技術的發展。

而Hyperloop One成立于2014年,成功籌集了超過1.6億美金,其中就包括英國最大的私營企業維珍集團創始人的“重大投資”。2016年,更名為“維珍超環1號”的這家公司進行了第一次超循環技術的現場實驗,證明該公司的技術方案能夠在一秒鐘內將雪橇從0英里時速加速到110英里。去年,又完成了500米的測試線(DevLoop)里完成了加減速,時速達到380公里。2018年,他們還拿下了印度政府孟買-浦那“超循環列車”的合約。

其他選手還有印度的DGWHyperloop、荷蘭的Hardt Global Mobility、西班牙的Zeleros、波蘭Hyper Poland(被公認是歐洲移動行業最好的初創公司之一)……

超循環技術已經吸引了不少“最強大腦”和金主爸爸們投身其中,學界的注意力也不容輕視。

2015年,SpaceX宣布贊助一項關于超循環系統吊艙的設計競賽——Hyperloop pod competition,僅用了一個月就收到了來自700多個小組提交的初步設計方案。其中,麻省理工學院的方案被評為優勝者,華盛頓大學小組獲得了安全子系統獎,德爾夫特大學則榮獲POD創新獎,緊隨其后的則是威斯康星大學麥迪遜分校, 弗吉尼亞理工大學,以及加州大學歐文分校。

當然啦,既然是全球技術競速,那么中國自然也必須有姓名。早在2017年,中國航天科技集團(China Aerosspace Science And Industry Corp)就宣布,在武漢啟動對超循環運輸系統的研究和開發工作。

2018年,西南交通大學牽引動力國家重點實驗室啟動的“多態耦合軌道交通動模試驗平臺”,也將開啟對時速1500公里真空管道高溫超導磁懸浮直道試驗。

總而言之,專家和創業機構們眾口一詞,這項工作將讓超音速“近地飛行”成為可能,30年后,人類的交通出行可能會和火箭一樣快!

不管你信不信,反正我有點想信了。

看起來很美:揭秘未來技術背后的陰影

那么,聽起來神乎其神的“超循環”運輸洗系統究竟是怎么實現的呢?

就現狀來看,基本就是一個中心,兩種模式。

一個中心,指的是實現方式。

目前,Space X Hyperloop One和HTT采用的是架空管道的設計。也即是說,將這個運輸系統建立在地面上,類似于高鐵和輕軌那樣。

這樣做的好處是,能夠避免地面活動或地質沉降對管道帶來影響,另一方面也可以避免土地征用問題,降低建造成本,還能夠讓管道保持直線,降低轉彎離心力可能造成的隱患。

(HTT計劃在2020年迪拜世博會前,在迪拜阿布扎比開通的線路)

兩種模式,則指的是設計理念。

馬斯克最早主張使用“超循環”技術,就是因為商用的常溫超導磁懸浮方案,不僅貴,而且速度相比“超循環”也不夠理想。

因此,他的打算是,將線性電機鋪設在軌道上,為列車持續補充都動力。而列車的車鼻會有一個電動壓縮機風,在列車運行時會不斷將高壓空氣由車鼻傳送到車尾,這樣隨著運行中空氣阻力逐漸累積,就會在車底制造一股氣墊,列車就能被托在管道中間啦。

但HTT則采用的是被動磁懸浮技術。只需在軌道中安裝無動力線圈環路,將永磁鐵植入到列車車廂中,列車達到一定速度車廂就會自動浮起來,創造出懸浮效果。

(被動磁懸浮技術原理示意圖)

基本上目前主流的“超循環”系統模型就是這“一個中心,兩種模式”基礎上建構起來的。由此,我們不難發現一些極容易被反對者詬病的問題:

第一:乘坐體驗難以保障。

如果單純運送貨物,經濟效應可能很難達到讓人滿意的效果;但如果運送人類,像大佬們期待的那樣成為通勤標配,就要考慮到乘客的體驗因素了。“超循環”管道不同于隧道,是一個狹窄、沒有任何窗戶的密封艙,很容易讓人感到壓抑。而且,超過飛機的行駛速度也會讓空氣因壓縮而產生振動和碰撞,所以噪音很大。據體驗過馬斯克測試管道的人稱,顛簸情況還是時有發生。至少目前看來,“超循環”作為第五類運輸方式,恐怕需要遠超于其他交通設備的普及時間來讓乘客們撤下心防。

第二:安全風險尚不明確。

不同于其他成熟的交通運輸方式,在面對風險時都有了流程基本健全的應急方式,“超循環”技術應該如何處理設備故障、事故,進行緊急疏散等等,這些實際問題和后勤保障都是未知數。

而且,即使管道最初是光滑的,地面設施也可能隨著地震活動而移動。在高速環境下,即使偏離直線的微小偏差也會增加相當大的抖振。而一旦發生停電等,這種系統的脆弱性也可能淪為恐怖分子的誘人目標。這些不可抗力因素都會影響到項目的實施。

2000年初瑞士就試圖推進低壓環境下的磁懸浮列車(“超循環”的雛形),但因為瑞士圣加侖、蘇黎世、巴塞爾和日內瓦等城市對這項技術的可行性研究得出了不同結論,導致“空中飛車”從未建成。

第三:成本太大,經濟上不可行。

盡管真空管道運輸的超循環技術是為了對抗昂貴的磁懸浮技術而火起來的,但它本身依然帶著前輩的“原罪”,那就是貴。

兩院院士、機車車輛動力學專家沈志云指出,超循環運輸系統想要達到時速6500,在技術上不存在太大問題。但其實現成本太高:“這么長的隧道,還需要抽氣,地鐵修一公里需要八個億。真空管道一公里十個億也下不來。”

因此,目前交通運輸工具最重要的四點:安全、實用、經濟、可靠,“超循環”是一條都達不到。

所以說,道路漫長,完全沒有必要像部分媒體那樣,還沒搞懂“超循環”技術廠商到底想搞什么事,就開始為這項縹緲的技術鼓與呼。

超級玩具還是超級噱頭:“超循環”的前景究竟在哪兒?

相比于人工智能這樣可以快速進入應用領域的前沿技術,人們對于“超循環”技術的關注和期待,或許并不來自于其現狀和發展進程。而是作為一個窗口,成為影響其他關鍵領域的“最強輔助”。

比如說材料學的突破。回看HTT在2015年發布的計劃,沒有一個是實現了的。但是,這家公司為了打造出能夠在真空中承受高壓強的轎廂,開發出了一種新型復合材料Vibranium,這種材料比鋁輕,但比鋼的強度提高了10倍。而且還可以嵌入傳感器,將材料的實時狀態無線傳輸給地面。在智能鐵軌、車路協同、智慧城市的建設等方面都很有想象空間。

再比如促進磁懸浮的發展。目前高鐵已經是大氣環境中火車發展的最高境界,升級空間到此為止。而磁懸浮每小時400-500公里,多年來一直處于技術瓶頸階段,有專家吐槽“它的起點就是它的終點”。與之相比,超循環技術理論上能達到2萬公里,研究人員在技術細節上的探索,很可能又一次推動地面運輸的速度革命,把磁懸浮列車帶到新的發展維度中。

而且,研究如何保證真空環境中的氣壓穩定,防止電極破壞導致運輸系統癱瘓,構建適宜人類乘坐的大氣環境,讓車廂內外變得舒適,也是非常有價值的。目前,該項目就被部署到了以色列的火星模擬基地,也許,未來人類的星際交通,就要靠“超循環”來負責了。

(科學家設想的火星交通設施,神似“超循環”系統)

總結一下,超循環技術雖然目前的應用進度條只加載了極小的一部分,但人們已經能從不明覺厲的種種線索之中,短平快地get到它的特殊價值。

盡管細節不甚清晰,但輪廓卻鐵鉤銀畫。或許馬斯克、HTT等的初期探索提供了種種的笑料與槽點,但正如哲學家丹尼爾·丹尼特所說,科學的本質就是在眾目睽睽之下犯錯。

正是這無數的不合理,成就了科學的尊嚴與浪漫,也埋藏著不可估量的寶藏。

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