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轨道前沿丨Hyperloop:历史、现在与未来

作者:   来源:  热度:92  时间:2018-03-01
《连线》杂志发表了一系列文章来介绍最新的技术与网络文化。本文是Hyperloop篇,作者为ALEX DAVIES。由36氪编译。Hyperloop,是由埃隆·马斯克率先提出的理论化的运输系

《连线》杂志发表了一系列文章来介绍最新的技术与网络文化。本文是Hyperloop篇,作者为ALEX DAVIES。由36氪编译。

Hyperloop,是由埃隆·马斯克率先提出的理论化的运输系统。将人或货物装进一个吊舱里,通过管道进行长距离运输。磁悬浮和大型真空泵将消除烦人的摩擦和空气阻力,让这些公交车大小的吊舱能以接近1马赫(1225.08千米/小时)的速度前进。支持者们说,这不仅仅速度够快。与现在的飞机、火车和汽车相比,Hyperloop可能会更便宜、更环保。

就像许多类似的构想一样,它现在还非常简单,仅仅停留在表面上。建造管道和吊舱应该不难,但要让Hyperloop成为现实,仅仅是一些优秀的工程师和一些财富是不够的。这需要考虑大量法律层面的问题,监管之间的角力,以及获得政治倾向和公众的支持。你应该知道,想要建设基础设施,是非常困难的。

第一个Hyperloop

Hyperloop的想法始于2012年,特斯拉和SpaceX的首席执行官埃隆·马斯克将其作为一种新型交通工具,其速度将是一架飞机的两倍,而且完全由太阳能驱动。当时,马斯克没有提供任何工程细节。直到2013年8月,他发表了一份57页的白皮书,概述了他对该系统如何运作的技术思考。

从本质上来说,Hyperloop的核心就是要消除两件能让普通车辆减速的事情:摩擦和空气阻力。为了消除前者,你可以让吊舱在它的轨道上悬浮,就像一列磁悬浮列车。马斯克最初建议用空气轴承来做这件事,在舱底喷出一些空气。如今,大多数高铁的工程师们已经决定采用被动磁悬浮技术来实现这一点。在标准的磁悬浮系统耗电量大、价格昂贵的情况下,该系统会在吊舱上使用一系列永久性磁铁。当这些磁铁在轨道上移动的时候,它们就会产生一个磁场,把吊舱推高,而不需要电流。一个互补的磁体系统(想想两个磁体互相推挤)会让这些吊舱每隔几英里就有一个推力——几乎完全没有摩擦力和空气阻力意味着你不需要一个恒定的推进系统。

至于空气阻力,这就是管道的用武之地。这些管道环绕着吊舱移动的空间,所以你可以用真空泵把几乎所有的空气都吸走——这样的空间很小,里面的物理条件就像是在20万英尺的高空上。因此,就像一架巡航飞机一样,Hyperloop只需要一点点的能量来维持“吊舱”的运行速度。用更少的能量来加速就能够让你更快,也更环保。而且考虑到能源成本,这也可能会更便宜。

在解释了这一切之后,马斯克说他太忙了,没有时间自己做。他同时掌管着特斯拉和SpaceX,没有时间改造另一个行业。所以他鼓励任何有兴趣的人去尝试。让我们来实现Hyperloop吧,他说。

然后就出现了Hyperloop,或者说是Hyperloop行业。在马斯克的白皮书在互联网上发表后不久,一些公司就涌现出来,将工程师和风险投资人聚集在一起,以解决实际问题。从一开始,总部位于洛杉矶的Virgin Hyperloop One 就成为了最具竞争力的竞争者,有大量的风险资本支持,数百名员工,一个完整的银行账户,以及内华达州沙漠的测试轨道。去年12月,该公司在内华达州的沙漠中进行了一次时速240英里的测试。

Hyperloop Transportation Technologies采用了一种分散化的工作方式。几乎所有的工程师都在其他公司(像波音,NASA,和SpaceX这样的地方)工作。在他们有空闲的时候,就一起工作,来解决人类和Hyperloop之间的工程问题。该公司计划在中欧、韩国和印度建立网络。类似的,还有rLoop,一个基于reddit的社区,他们研究"高科技去中心化"任务中的各种工程问题。

此外,埃隆·马斯克也回来了。他在SpaceX的总部举办了一系列学生工程竞赛的项目。去年夏天,他证实自己想要建造一个自己的Hyperloop。但他的计划特别模糊,但他认为管道系统将会在他的另一家新公司——无聊公司(Boring Company)创建的隧道中得到良好的利用。

虽然许多公司都在使用同样的技术(被动磁悬浮,大型真空泵)来实现Hyperloop,但不久之后,这个年轻的行业就开始分崩离析。前 SpaceX 公司工程师布罗根·班布罗根(Brogan BamBrogan)与人联合创办了Hyperloop One,但由于与公司发生了一场奇怪而激烈的法律纠纷,离开了这家公司。然后自己创办了超级高铁公司Arrivo,不过现在他正在研究自己构想下的Hyperloop系统。他把管子抛在了一边,认为它太贵了。“如果我想从一个城市到另一个城市,我更愿意乘飞机,而不是选择一个低压的金属管,”这是一个有价值的提醒,"Hyperloop"不是一项发明,而是一种技术的巧妙组合,这些技术结合在一起可以使某些东西变得非常快速和有趣。

Hyperloop的未来

如果你真的想要体验一下Hyperloop,那你就得建一个Hyperloop。有许多人许下了宏伟的愿景:这个领域的公司已经宣布计划在加利福尼亚、科罗拉多、东海岸、印度、斯洛文尼亚、迪拜和阿布扎比建造Hyperloop系统。Hyperloop One希望在2020年实现商业化运营。

在接下来的几年里,我们将会看到真实问题的答案,这并不是一个关于“Hyperloop能否实现的问题”,正如班布罗根所说,"这在物理定律的范围内, 但是很难让它变得有趣。"真正的问题应该是“从资本的角度,从运营的角度,从安全的角度来看,它能与我们现在运输体系竞争吗?”这是由田纳西大学的运输研究中心主任大卫·克拉克(David Clarke)所提出的。

克拉克的意思是,想要真的有成效,Hyperloop必须提供更好的服务、更低的定价和更加安全的体验。只有这样才能吸引乘客当前的交通方式,比如飞机、火车,以及个人汽车等等。这些系统可能并不完美,但它们已经建立了用户基础,或多或少有利可图,并且足够安全,可以让人们乘坐,监管机构也很高兴。想要建立Hyperloop系统的公司必须知道如何与世界各地的政府合作,也必须知道如何建立他们需要运行的基础设施,并如何获得认证和资金支持。

这就是为什么第一个Hyperloop系统很可能会针对特定的用例,从而来最小化可能遇到的阻碍。比如建立在机场与市中心或公共交通枢纽之间,或者将货物从港口运送到内陆配送中心,这样卡车就不必堵在已经拥挤不堪的地区了。如果一开始就像建立长途运输系统,会让事情变得更加困难。

要想在竞争中取胜,Hyperloop必须先找到一种方法,绕过监管比较敏感的地区。运营这些公司的人坚持认为,这看起来并不会特别困难,他们已经在与急切的政府合作,来建立Hyperloop系统了。为了让事情变得更简单一些,Hyperloop One举办了一场比赛,通过这场比赛,他们获得了在加拿大(连接多伦多、渥太华和蒙特利尔)、佛罗里达(奥兰多到迈阿密)和印度(孟买到金奈)等地区建设Hyperloop的可能性。但是Hyperloop One尚未宣布任何实际的开工计划。当然,如果出现了当地居民抗议、难以获得土地、建设成本上升等问题,这些承诺是否会成立还有待观察。

此外,还有一些麻烦:这些公司需要向公众证明,通过管道进行旅程是安全的。如果其中一个支撑架在地震中倒塌了怎么办?Hyperloop工程师们说,如果突然出现了空气阻力,吊舱会减速。但是,猛地减速通常会出现严重的碰撞,如果正好这个吊舱在破裂的管道附近,会不会飞出去?监管机构是否会坚持认为,这些“吊舱”应该像汽车一样符合碰撞标准?或者是所有乘客都要系上安全带?无论答案如何,首先要考虑的是建立一个Hyperloop来运输货物,而不是运输人类。

更多的问题:将这些吊舱提升到最高的速度需要多少能量?用可再生能源来做这件事的构想很伟大,但是怎么生产并储存足够的太阳能来运行所有的吊舱?

然后是钱。Virgin Hyperloop One首席执行官罗伯·罗伊德(Rob Lloyd)表示,修建一英里的双向轨道需要花费1000万美元,花费还不到加州“双轨”高速铁路系统的三分之一。马斯克最初的报告估计,在洛杉矶与旧金山之间建设一条Hyperloop将耗资60亿美元,票价设定在20美元就能够收回投资以及支付运营成本了。当然, 那是五年前的事了, 并没有考虑到相关公司的工程变化,而且马斯克向来对工程的时间和成本估计都非常“不靠谱”。事实是,我们还不知道维持一个运行中的Hyperloop需要多少成本,这需要保持数百英里长的管道几乎不受空气的影响。这需要我们建设出来,才能把这一切搞清楚。

One More Thing:Hyperloop设想简史

在2013年的一篇技术论文中,埃隆·马斯克是第一个注意到可能会出现“Hyperloop”革命的人。随着Hyperloop公司接近商业化,相关的细节已经发生了变化,但最基本的技术——在一个近乎真空的管道里悬浮吊舱——仍然是不变的。

在马斯克鼓励人们都去实现Hyperloop的时候,人们纷纷想要将他的想法融入现实世界。例如,法国工业设计师Serge Roux设想了一个两层楼的圆形Hyperloop车站,比马斯克提出的转盘式装置更优雅。

在马斯克提出Hyperloop想法不到一年,第一家公司就出现了, 一个Hyperloop产业诞生了。 首批参与者之一是 Hyperloop Transportation Technologies。 它的早期渲染图描绘出了管道在现实生活中的样子。

马斯克很快改变了他“因为太忙而不能帮助实现Hyperloop”的想法。 2015年, 他建立了一个测试轨道, 并开始举办学生竞赛, 寻找最好的吊舱设计。 麻省理工学院的一位早期获奖者设想了一个550磅重的铝、碳纤维和聚碳酸酯的设计, 它们使用钕磁铁进行悬浮,还构想出了用于低速运动的轮子, 以及用于停车的液压制动器。

2016年11月,Virgin Hyperloop One也展示了一个系统的渲染图,在这个系统中,吊舱能够自动驾驶。他们会在街上找到你,把你带到最近的入口,然后带你去目的地。当然,他们想象这一切发生在迪拜。

在2017年的TED演讲中,埃隆·马斯克展示了他对管状旅程的设想:汽车会自动驾驶(当然),从街上乘电梯到地下隧道,然后驾驶电动雪橇,以124英里每小时的速度行驶。马斯克解释说,我们所知道的Hyperloop将会出现在在更长的城际旅程中,在那里,接近超音速的速度更有价值。

随着Hyperloop概念的发展,它看起来越来越不像马斯克最初的设想。最大的分歧来自于布罗根·班布罗根,他与人共同创建了 Virgin Hyperloop One。现在正在经营自己的公司—— Arrivo。 他很喜欢悬浮的吊舱,但是他认为管道的安装不值得,将会增加成本和复杂性。在他的设想中,"Hyperloop"看起来很像上世纪80年代以来的磁悬浮列车。

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