Hyperloop 内幕解析 · The Deal With the Hyperloop

原文:https://waitbutwhy.com/2015/06/hyperloop.html · 2015-06-15

从怀胎数周、正在孕育那个 700 磅重的 SpaceX 大宝宝的过程中稍事休息,写一篇小文章,聊聊最近关于 Hyperloop 超级高铁的重磅消息。

Hyperloop 是 Elon Musk 的又一个脑洞产物,它能在大约半小时内把人从洛杉矶送到旧金山——而且是在地面上。这个念头最初闯进 Musk 脑袋里,是在加州公布他们那个被吹得天花乱坠的连接洛杉矶和旧金山的「高速铁路」计划时。他说:1

当加州的「高速」铁路获批时,我相当失望,我知道很多人也一样。硅谷和 JPL 的家园——干着诸如索引全世界的知识、把探测器送上火星这种令人惊叹的事——怎么会去修一条既是全世界每英里造价最贵之一、又是全世界最慢之一的子弹头列车?

Musk 并不是对加州生气……只是失望而已(加州方面报告说这「其实伤人得多」)。Musk 说加州「在所有错误的方向上冲击纪录」,要建的是美国历史上最贵的公共工程项目2(684 亿美元),要到 2029 年才建成,而且时速只有 220 英里,而日本、中国、意大利以及其他国家早就造出了更快的列车。为什么美国终于要加入高铁俱乐部,却似乎瞄准的是平庸?Musk 对美国抱有更高的期待:

一个覆盖全州的大众交通系统,其背后的动机是好的。有一个替代飞行或开车的选项当然很棒,但显然前提是它要真的比飞行或开车更好。而这条铁路既更慢、运营成本更高(如果没有补贴)、安全性还比飞行差两个数量级,那还有谁会去坐?如果我们要在一个新的交通系统上做一笔巨额投资,那么回报按理说也应该同样巨大。跟现有的替代方式相比,理想情况下它应该:

更安全
更快
更便宜
更方便
不受天气影响
可持续地自供能
抗震
不打扰沿线的居民

真的存在这样一种新的交通方式吗——继飞机、火车、汽车和轮船之后的第五种方式——既满足这些标准,又切实可行?

最后一句是关键。Musk 想的不是一辆更快的火车——他想的是一种全新的交通方式。

于是他和几位 SpaceX 的工程师从殖民火星的日程里挤出几天,从零开始思考加州到底应该拿这些时间和钱做什么。他们想出了一个 Musk 称之为 Hyperloop 的东西,并把这个概念写进了如今已经名声大噪的白皮书里。它是这么运作的:

主体是一根直径 7 英尺 4 英寸(2.23 米)的钢管,将两座城市连接起来——在他们举的例子里,是洛杉矶和旧金山。钢管离地约 20 英尺(6 米)高,由每隔约 100 英尺(30 米)一根的混凝土立柱支撑。乘客坐在一个能容纳 28 人的小型舱体里出行。会有两根这样的管子并排,这样环线就可以双向运行。下面是它大概的样子,为了展示,管子有一部分被切开了:

设想是,舱体会从洛杉矶嗖的一下窜到旧金山,只需要 35 分钟(相比之下,规划中的加州高铁要 3 小时 10 分钟)。它的最高时速为 760 英里/小时(1,220 公里/小时),这个速度会在长直段达到。在弯道较多的路段,它会以 300 英里/小时(483 公里/小时)的速度行驶,而从洛杉矶到旧金山的平均速度为 598 英里/小时(962 公里/小时)。

推进

在琢磨超级高铁 (Hyperloop) 怎么才能跑这么快时,马斯克和他的工程师们撞了几堵南墙。传统的轮子和车轴根本不用考虑,因为在超高速下会太不稳定、效率也太低。用一股空气推动舱体(就像那种在楼与楼之间传递邮件和包裹的气动管道)也行不通,因为对于这么大、这么快的系统来说,摩擦会大得离谱。真空的思路很诱人,但又不能搞完全真空的系统,因为要让这么大的系统做到真正密封是不可能的。

他们最后找到了一个可能的解决方案:一个含有少量空气的近真空管道。舱体会浮在一层薄薄的气垫上,有点像气垫球桌,只不过这次空气是从球(舱体底部)里往外喷,而不是从桌面(管子)里喷。为了避免空气在舱体前面"堆积"(就像注射器推液体那样)的问题,舱体前端的泵会把空气从前面抽到后面去。

当然,整个系统会是太阳能供电、电力驱动的。管道顶部会铺满太阳能板,Musk 说这些板子「产生的能量将远远超过运行所需」。推进方式和 Model S 一样——电磁感应。只不过这次,不是那种圆滚滚的「面包卷小香肠」式电机,而是把它「摊平铺开」——管道内壁装定子面板,舱体外侧装转子面板,定子「推」着转子把舱体往前甩。管道里的这些「电机」(定子面板)只需要稀疏地布置几处。因为几乎没有摩擦力,大部分时间舱体只是靠惯性滑行。

结果就是,从洛杉矶到旧金山,人均能耗史上最低:

舱体本身得很小——宽 4.43 英尺(1.35 米),高只有 3.61 英尺(1.10 米)。没法站起来。以下是白皮书里的一些早期草图:

内部是两列共 14 个座位:

不会有窗户(外面裹着一根钢管,开窗也没意义)。但 Musk 说舱内会显示「优美的风景」,而且每位乘客都有自己的娱乐系统。

这事关通勤

超级高铁 (Hyperloop) 的目的不是让度假更方便。它主要是一种通勤方式——也就是说,住在洛杉矶的人以后可以像在洛杉矶找工作一样轻松地跑去旧金山上班,反之亦然。设想中的 Hyperloop 有一个版本只载人,但白皮书里还提出了可能的第二个版本——能同时装下三辆全尺寸汽车。这样一来,你可以在洛杉矶直接把车开进舱里,在车里待 35 分钟,然后在旧金山把车开出来。

整个系统总共 40 个舱体。每个舱体都在一个 80 分钟的连续循环里运行:洛杉矶到旧金山 35 分钟,旧金山站停 5 分钟,回洛杉矶 35 分钟,洛杉矶站停 5 分钟,然后循环往复。40 个舱体各自跑 80 分钟一圈,意味着每 2 分钟就有一班发车。这足以实现每小时 840 人往返通勤的目标,轻松承接洛杉矶与旧金山之间每年 600 万人次的客流。

路线

白皮书主要聚焦在洛杉矶到旧金山这条线,途中管道可以分出若干支线以服务多个站点:

和加州规划中的高铁不一样,Hyperloop 不会占用多少现有土地——因为它会直接建在 I-5 公路的 中央分隔带 里(I-5 是连接洛杉矶和旧金山的主要高速公路)。

马斯克认为 Hyperloop 这种交通方式适合连接距离小于 900 英里(1500 公里)的两地。他相信航空运输的长远未来将是电动、高空、超音速的飞机,而对于超过 900 英里的距离,那种航空旅行会比 Hyperloop 更快、更便宜。但如果距离更短,马斯克说「搞一架超音速飞机就没什么意义了,因为你几乎所有时间都花在慢慢爬升和下降上,真正在巡航速度上飞的时间少得可怜。」

成本

在白皮书里,马斯克对建造 Hyperloop 的预期成本做了拆解,算出的数字是 60 亿美元(能运载汽车的版本是 75 亿美元)。这笔钱的大头是管道,而胶囊舱的造价相对便宜。如果马斯克的估算八九不离十,那这比加州高铁的 684 亿美元 便宜得多。建造成本更低意味着票价更低,马斯克估计 Hyperloop 单程票价约为 20 美元。

质疑

不出所料,并不是每个人都买 Hyperloop 的账。很多人对马斯克的成本估算嗤之以鼻——《经济学人》说这些估算「恐怕逃不过每一个宏大基础设施项目似乎注定要遭遇的成本膨胀」。还有人对马斯克描述的那种安静、平稳、完美无瑕的乘客体验挑起了眉毛,怀疑坐在一个没窗户、没法站立的舱里可能更像地狱。至于洛杉矶到旧金山这条线,还有个小小的问题:加州高铁的规划早已在推进中——想让州政府中止这个任务,那将是一场政治噩梦。

一颗火花

关键在于,马斯克的 Hyperloop 构想以及那份白皮书,并不是用来落地执行的真正设计——它们只是让我们瞥一眼 我们能做什么。我确信马斯克自己也很想把这个项目扛起来,但他说他现在实在腾不出精力,因为他把心思都扑在特斯拉和 SpaceX 上了。他想做的,是提醒大家什么是可能的,并激发别人去创新。

后来这真的成了现实——一群工程师、设计师、建筑师和承包商受 Musk 白皮书的启发,联合成立了 Hyperloop Transportation Technologies,这是一家众筹公司,使命就是把 Hyperloop 变成现实。他们的第一次尝试是连接洛杉矶和拉斯维加斯(沿着 I-15 高速公路的路线),他们预计可以在 2025 年完工,比加州高铁提前 4 年。

为了进一步推动 Hyperloop 的创新,SpaceX 最近还发起了 SpaceX Hyperloop Pod 大赛,「面向大学生和独立工程团队,设计并建造最棒的 Hyperloop 舱体。」SpaceX 正在洛杉矶总部建造一条 1 英里长的测试轨道,一年后,也就是 2016 年 6 月,各团队将在轨道上展示他们的原型。

这是他们为大赛制作的一段美味的 13 秒广告: