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科技未来之:超级高铁

 爱雅阁 2015-09-09
【导语】近来,已在线上支付、私人航天和电动汽车3个领域发起革命的企业家埃伦·穆斯克(Elon Musk)再放猛料:他将在8月12日公布“超级高铁”(Hyperloop)计划。届时,人类将见证第5大交通的第一声婴啼,还是看淡又一朵由火车衍生的浪漫涟漪的消散?这次我们来聊聊超级高铁和其他疯狂程度毫无逊色的列车狂想。

1.“钢铁侠”穆斯克想再来场革命?

若非出自穆斯克之口,超级高铁计划像极了传销组织的大忽悠。

超级高铁究竟是什么?按照穆斯克的设想,这将会是汽车、轮船、火车和飞机之后第五大交通方式。但目前,除了将它称之为“协和式飞机、轨道炮和空气曲棍球台的结合体”外,穆斯克本人再无透露超级高铁计划的细节。从他在去年的谈话中透露的蛛丝马迹来看,有很大可能是在真空管道中运行的高速磁悬浮列车。


(真空管运输系统并非新概念,在美国已被申请专利)

现有的真空管运输系统(Evacuated Tube Transport,简称ETT)概念与穆斯克的超级高铁最接近。真空管道运输技术的原理是在地面或地下建一个密闭的管道,用真空泵抽成真空或部分真空,并超导磁悬浮列车置于真空管道内。由于管道内真空,因此行车阻力就会大大减小,可有效降低能耗,用少量的能量能就完成全程运行。同时,气动噪声也可大大降低,符合环保要求。


(ETT车站想象图)

真空管道运输技术的原理虽很简单,但实现起来却很困难。1922年德国工程师赫尔曼·肯培尔在提出磁浮列车概念时,同时也提出了真空管道的设想。但至今在世界范围内连像样的真空管道试验研究都没有,有的只是一些设想方案。


(ETT车箱想象图)

按照穆斯克的设想,超级高铁的平均速度达到飞机的两倍,搭乘费用要比飞机票和任何其它交通方式都要便宜得多。超级高铁上可以安装太阳能面板,让它自行供电,并将多余的能量保存起来,使得它可以全天候无需使用电池即可运行。


(另一项类似概念的结构示意图)

2.那些年科学家嘴里跑过的火车

上述猜想终归只是猜想,超级高铁是什么,要看穆斯克葫芦里卖的什么药。且静待8月12日谜底揭晓。届时,无论公布的计划靠谱与否,穆斯克都将成为“满嘴跑火车”的男人,希望这次的“满嘴跑火车”不是贬义。

火车诞生至今衍生出了数不清的奇思妙想,其中的多数化作涟漪消失于时光长河。下文略取其中一瓢,展示人类想象力的剪影——而浏览这些奇葩的设计,不免心中隐约浮起一丝对穆斯克的担忧:这个男人的计划,会不会也是终将被后人淡忘的一时狂想。

3.铁轨飞机:飞机+火车的杂交后代

上个世纪30年代,英国的一位发明家班尼曾经制造出一种“跨界”交通工具――“铁轨飞机”系统。


(“铁轨飞机”悬吊在钢梁上,靠螺旋桨提供动力)

该项目一度被称赞为“英国大脑的神奇产物”,并被指望像在此之前100年出现的火车一样,给现代出行方式带来一场革命。当年,研究人员在郊外准备用一条120米的轨道对它进行测试,并设想让铁轨飞机以超过160公里的时速行驶。


(铁轨飞机的海报:火车在下,“飞机”在上)

但遗憾的是,由于无人愿意站出来投资,铁轨飞机并未投入正式运营。测试用的铁路线在1941年被拆毁,当作废品卖掉,以便满足战时对钢材的需求。1954年班尼悄无声息地去世,铁轨飞机残骸也在野外渐渐生锈。

4.昙花一现的列车炮

几乎所有科技产物,都曾经被用做杀人机器,列车也不例外。从一战的巴黎大炮到二战的K5列车炮、多拉炮,“列车炮”这一怪异的兵器曾活跃于战场。


(巴黎大炮能够从德法边境一炮打到巴黎;值得一提的是,本段提及的3款列车炮均为德军出品)

在特定的战场中,列车炮曾获得过不俗的战果。以K5列车炮为例,其参与的战役最有名的莫过于1944年的安琪澳战役。K5列车炮凭借精准的射控系统和异常准确的命中率,将美军压缩在小小的滩头堡达四个月之久。最后,当美军发动进攻击溃德军并俘虏了K5列车炮,才终于知道造成美军在安琪澳沙滩重大伤亡的元凶就是这门炮。

(如今有两台K5列车炮被保存在博物馆)


(图为多拉炮模型;德军为免被缴获将其拆毁,因而多拉炮没有留下彩色照片)

5.核能超豪华列车

追求列车的速度和豪华自古有之,早在1979年,美国电视台NBC就为自家电视剧设计过一款以核能为能源的超级列车。


(NBC花费巨资打造核能列车的模型,但惨遭收视率滑铁卢,播出9集即遭腰斩)

传说中的Supertrain内部设施豪华,游泳池、电影院、钢琴表演台、购物中心应有尽有,简直可以媲美大型游轮,而乘坐Supertrain从纽约到洛杉矶只需要36小时,考虑到两地相距近4000公里,这在当时已经是相当快的速度了。


(Supertrain的速度虽然早已实现,但其豪华程度至今仍停留在纸面上;图为一名英国设计师设想的豪华列车内部)

Supertrain约111公里的时速如今早就在现实中实现,看来NBC的编剧还是不够胆大。其被腰斩的结局,或许正应了“人有多大胆,地有多大产”的谶言。

6.时速500公里的日本“新”新干线

Supertrain的收视率惨败导致的结果是:从此再也没有以未来列车为主题的科幻作品荣登银幕。但在现实中,对于列车速度的追求从未停止。


(该型号的车头长达15米、长着长而扁的“鼻子”)

上个月,日本最新式的磁悬浮新干线列车“L0型”向媒体公开,该列由5辆车厢组成的新型磁悬浮列车商业行驶速度为每小时500公里,将在2014年后开通的中央磁悬浮新干线中投入使用。

该型号磁悬浮列车并没有司机,列车由远程的计算机控制行驶。如果磁悬浮列车遇到动物闯进铁轨等危险,“鼻子”前端的摄像机会自动识别并化解危险。


(英国正在全国铺网中的HS2高速列车时速约360公里,与中国高铁类似)

7.公路列车:自动驾驶的另一种可能

严格说,公路列车并非真正行驶在轨道上的列车。而是一种借鉴了列车思想的自动驾驶系统。其理念与谷歌自动驾驶的原理完全不同:由经验丰富的老司机驾驶引导车带领一串私家车自动行驶,私家车的司机就能够像坐上列车那样无需担心路况,享受旅途了。


(搭上“公路列车”的司机可以抽空看看新闻、喝杯咖啡)

该名为SARTRE(安全环境公路列车)的项目正在欧洲稳步研发测试中,大规模推广后,将成为欧洲的一个重要里程碑:改善道路安全,改善道路空间的利用率,提高在长途旅行中的驾驶舒适性,减少燃料消耗和二氧化碳排放量。


(“公路列车”原理图;当然,车辆也可以在任何时候离开车队)

8.看似容易其实不靠谱的太空列车

去年初,美国科学家提出了一项“太空列车”的构想,能够大大降低发射航天器的成本,从而使太空旅行得以实现。太空列车的原理与穆斯克的“超级高铁”类似,其主体是真空管道中运行的磁悬浮列车。


(太空电梯其实可以也看作沿垂直轨道向上运行的列车)

唯一与地面上的高铁不同的是,太空列车的轨道的一端高高地伸进太空。按照构想,在计划的第一阶段,列车将在一条长达108千米的真空管道内加速,最终能够加速到时速28800公里,从而脱离地球引力飞向太空。甚至,该项目还煞有介事地指出四川贡嘎山是一个适合发射的地点。


(太空列车发射瞬间;在该计划的第二阶段,管道的出口将直接架设到距离地面2万米以上的高空)

但是,太空列车的原理虽然简单合理,但有不少无法解决的工程问题,最直接的难题是:上百千米的管道可没那么容易架到空中去。因此,相比直接用电磁轨道将列车射太空,不如将其作为航天器加速发射的一个中间过程。使用可重复利用的轨道代替一次性的火箭,还是能一定程度降低进入太空的费用门槛。


(磁悬浮助推航天器发射步骤示意图,该创意借鉴自航母上的弹射器)

9.跨越生死的“安乐死过山车”

与“跨越生死”相比较,“跨越天地”的太空列车和太空电梯也就算不了什么了。利用过山车实施安乐死,可说是人类寄托在列车上的最为疯狂的期待:


("安乐死过山车"设计模型)

英国的一个皇家艺术学院博士生兼游乐园前雇员曾设计过一款“安乐死过山车”。按设计者的说法,该装置能够以人道精神、充满优雅和愉悦地带走一个人的生命。在飞驰过轨道的过程中,乘客将获得各种独特的体验:从快乐到紧张,从视野变窄到丧失意识,最终因为大脑所需的氧气被榨干而愉悦地死亡。

相比上文各式狂想面临的技术瓶颈,"安乐死"过山车需要逾越的是伦理的红线,也许终将只能停留在模型阶段吧。

10.超级高铁反思:有时候请慢下来

科学技术大可组织一场纸面上的派对,各式奇思妙想酿造出来自未来的酒精。然而,一旦参与其中的读者结束不用负责任的思想宿醉,就要牢记科技在实践时不能再有信口开河的浪漫。


(希望“钢铁侠”穆斯克不要被全世界的关注冲昏头脑)

回到穆斯克的超级高铁,在其大谈超级高铁的前后数日,Tesla公司的股价如过山车般暴涨又暴跌。这次少有的股价暴跌由一份看衰Tesla电动汽车未来销量的分析报告导致。暴跌对与穆斯克无疑是一次警示:诸如超级高铁的言论充其量只是偶尔给股价打打鸡血的营销手段,而Tesla的车还得踏踏实实卖,SpaceX的火箭还得老老实实试验。道路很长,钢铁侠慢慢来。

科技进步的彼端,不一定是更高更快更强的原始冲动,也可以是一种“慢下来”的生活理念。同样修建一条“管道”,通行其中的除了“超级高铁”,也可以是低碳环保的自行车。

伦敦的一位设计师就曾经提出一个名为SkyCycle的项目,建议在半空中建造空中自行车道,仅供自行车辆使用,这样既可以保证自行车行人的安全,提高效率。也能缓解地面交通的压力。


(空中自行车道概念图)

【结语】最后说八个字:“大胆想象 小心实践”。科技的奇妙设想多多益善,哪怕如“太空列车”不靠谱、如“安乐死过山车”疯狂;而大规模实践则要慎之又慎,私人公司自负盈亏、自赌输赢未尝不可,但倾全国之力上马拍脑门项目,岂不祸害?

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