管道中的超级高铁Hyperloop会是第五种交通方式吗?

该领域发展得的基石是它对出行零排放的承诺

在一次全球超级高铁(Hyperloop)会议期间,布拉德·斯沃茨威尔特(Brad Swartzwelter)向自己发出了一个挑战——如果会议结束时我还没有让他们相信这是这个时代最棒的交通工具,那么我就认输。

已到中年、留着灰白山羊胡但体型健壮的斯沃茨威尔特说话的时候,他会稍微斜眼看着对方,而在阐述对Hyperloop的设想时,他的眉毛越挑越高。

这是一个巨大的交通网络,运输舱将以每小时700英里(约1126公里)的速度在减压管道中运行。

在这个话题上,斯沃茨威尔特总是自信满满,而要说为什么他能坚持下来,并且重复着向别人解释自己的观点,也许是因为他关注这个领域的时间比其他任何人都要长。

让我们把时间倒退至上世纪90年代。斯沃茨威尔特就职于美国铁路公司,但火车晚点、等待变轨、效率低下的服务等情况让他变得越来越沮丧。

所以,他开始寻找更好的方法来运送乘客。经过多年的探索,他偶然发现了真空高速列车的概念,这是火箭科学家罗伯特·戈达德(Robert Goddard)在20世纪初就提出的一个古老想法。

瑞士地铁公司(SwissMetro)可以说是上世纪90年代为实现真空列车做出真正努力的唯一之选,但它已于2010年解散。即便如此,斯沃茨威尔特还是被这种出行方式深深吸引,他认定自己找到了解决世界交通问题的真正答案。

像飞机一样快、像火车一样方便、比单轨城铁更环保。按照斯沃茨威尔特的预测,真空列车融合了每种运输方式的优点,同时不会带来它们当中的任何缺点。

2003年,斯沃茨威尔特写了一本名为《比飞机更快:美国长期交通问题的解决方案》的书。他曾相信,这本书会让读者接受在近真空的管道中运行磁悬浮列车的“天才”方式,并从根本上改变美国的交通状况。

事实证明,这种情况没有发生。如今,Hyperloop依旧未形成规模,到目前为止,仅限于无载客情况下的测试阶段。

但像斯沃茨威尔特这样的人却越来越多,无论是在经济上还是情感上,他们已把资金或精力投入到了发展Hyperloop当中。

当然,有的人肯定会说Hyperloop是不切实际的的产品,但无论是出于对人类居住环境的关心、潜在的商业机会,还是对下一个伟大的交通创新的纯粹热情,Hyperloop最狂热的支持者都觉得它比以往任何时候都更接近现实。

这就不得不提拥有300名员工的Virgin Hyperloop One。该公司得到了全球约12家投资者的支持,其中包括维珍航空和迪拜港口运营商DP World,而据报道,其在印度的首个大规模项目即将开工建设。

而由两名没有任何交通经验的众筹者创办的Hyperloop交通技术公司目前正在法国进行全面测试,其大部分员工的工资仅以股票形式支付。

总的来看,世界上只有约六家正规的Hyperloop公司存在,这屈指可数的几家企业正试图把一个百年的狂热梦想变成现实。

但如果向外行人描述超级高铁——用数万英里长的管道以每小时数百英里的速度运送乘客,他们的回答估计是:简直疯了。除此之外,人们最常见的反应还有“为什么有人想要这么做”以及“谁来买单”。

这也许正是小型的超级高铁先进研究非盈利组织(HARP)举办Hyperloop论坛的原因,希望借此成为超级高铁知识的交流中心。

可如果说从参会者中能看出什么迹象的话,那就是真正赞同超级高铁项目的人并不多,至少现在还没有。而名单显示,在为期两天的会议期间,大约60名与会者中,约有一半是发言人或小组成员。

HARP的新任主席、美国国家大气研究中心退休科学家史蒂夫·科恩(Steve Cohn)在参加完一个小组讨论后表示,该组织由大约15名核心成员组成,他们几乎每周都进行视频聊天。但他们几乎没有足够的资金来举办每年的会议和维持其网站运行。

这使得HARP营造的氛围更像是一个爱好者活动,很难让人感受到这会是一个数十亿美元的新兴产业。

“我们就像是一群热爱科技的志愿者。”科恩用平静、温和的声音说道。

在超级高铁圈子里,人们经常提到的是莱特兄弟第一次实现人类操控飞机飞行的时刻。Virgin Hyperloop One的“飞行时刻”是在2017年5月12日,它的机器在管道中首次实现每小时70英里的磁悬浮行驶。

但就像一个多世纪前莱特兄弟的创举一样,这一事件也几乎没有引起公众的注意。

“尽管我们很热情,甚至说是戴着有色眼镜,但我们毕竟是科学家,最后必须靠实际成果说话。”科恩解释道。

事实上,有着像科恩这样非常理性和有成就的科学家的参与,这使得将Hyperloop斥为疯子之举变得越来越像是一种偏见。

至少,它证明了在这个不靠谱的创业点子都能获得大量风险投资的时代,还是有其他一些因素在起作用。

那么,到底Hyperloop真的是像斯沃茨威尔特所说的那样,能成为几代人以来最伟大的交通突破?还是说这只是另一个用来圈钱的骗局?

起个名儿

当你翻遍《比飞机更快》那本书,却发现没有一处用到了“Hyperloop”这个词。这是因为它在这本书出版的2003年并不存在。除了斯沃茨威尔特,也几乎没有人把超级高铁当回事。

十年之后,埃隆·马斯克(Elon Musk)创造了这个词。

在一份2013年白皮书(如今已成为传奇、Hyperloop业内人士称其为“阿尔法”的文件,意为首要资料)中,马斯克写下了与斯沃茨威尔特类似的描述。他认为美国铁路基础设施成本过高、速度较慢,并相信一定有更好的办法。

马斯克用57页的篇幅重新提出了真空列车的想法,用词上充满了他非正式的未来科技风格。

但不得不说的是,马斯克发布的这份文件在当时更像是从理论上提出一种技术挑战的可能性,谁也没想到他自己也有意参与进来,打造自己的Hyperloop。

我们后来看到了他的基础设施和隧道建设公司The Boring Company,也知道了马斯克的加州高铁项目。

马斯克几乎独自推动了真空列车理念的复兴

那么,到底什么是Hyperloop呢?虽然没有确切的定义,但一般认为这是一种通过低压管道进行高速运输的交通形式。关于超级高铁涉及到的物理学原理在此就不做详细介绍,但从概念上来说,它极其简单。

飞机就是一个好例子。飞机为什么速度快?除了动力因素外,就是飞得高的原因了。

但也不是越高越好,客机一般都飞在6000米高空,却不超过12600米。按照地理学的定义,这是平流层的顶端,再往上飞,就进入了对流层。飞机飞到平流层这个高度,因为没有空气的阻力,所以它能飞得平稳而快速,而且还省油。

Hyperloop以及类似的真空列车提议,都是为了在地面管道中模拟上述的低压环境。而白皮书中给出的预测速度是超过每小时700英里,这个数字仍然被Hyperloop的支持者广泛引用。Virgin Hyperloop One给出的估值是600英里/小时,也有提出能达到670英里/小时的企业。

无论数字是多少,他们都认为自己的产品可以比现有高铁快好几倍。(然而,人们离实现这一目标还有很大差距。目前288英里每小时的速度纪录还是在小管子里用一个和人差不多大小的驾驶舱创造的)

此外,究竟要让什么东西在管道里移动?用什么方法降至接近真空的状态?又要如何保持这种水平?这些问题就是“阿尔法”文件发布后出现的那少数几家公司需要辩论与试验的内容了。

细节有待讨论,所谓的好处则不仅限于高速行驶。

行业相关人士认为,如果Hyperloop真的能像设想的那样成为现实,那么它将以比电动车更少的能源达到高速状态。换句话说,超级高铁暗示了交通技术的一个不妥协的未来——比大型喷气式飞机更快的同时,实现零排放。

读到这里,估计有人又要说出“简直疯了”这句话。但在美国康奈尔大学教授理查德·格迪斯(Richard Geddes)看来,如果说这是一种乱来的行为,那在1903年看到莱特兄弟第一次驾驶飞机时估计也会是相同的评价。

对有些人来说疯狂的举动,却是另一些人正在努力的目标。而往往是后者起到了推动世界发展的作用。

“从1919年到1969年的50年间,我们经历了摇摇欲坠的第一次世界大战时期的双翼飞机,到超音速喷气式飞机,再到载人登月。”斯沃茨威尔特说,“但最近50年里,我们在原地踏步。”他觉得是时候行动起来了。

“现实无所谓冷酷无情”

“今后的50年里,我会开着电动车到当地的Hyperloop车站。从丹佛去特莱瑞德滑雪,晚饭前就能回来。”斯沃茨威尔特接着说,“而无缝连接的数百条轨道可以让人们去任何城市都很方便。”

并不是每一个支持Hyperloop的人都和斯沃茨威尔特想法一致,但给出的回答也差不多。这样的愿景也许过于美好,但我们也要当心不要被技术乐观主义所蒙蔽。

HTT美国可行性研究负责人查克·迈克尔(Chuck Michael)在一份报告中说,他们的系统最高速度“理论上”可达760英里每小时,间隔时间40秒的高速轨道每天能运输16万名乘客,所有这些都比最先进的高铁网络有了数量级的提升。

荷兰Hardt Hyperloop公司的马斯·格兹(Mars Geuze)则在展示中向人们呈现出一种“距离不再重要的世界”。

Hypernet的约翰·惠特科姆(John Whitcomb)在PPT上给出了hyperloop每年可以为7600亿美元的市场提供服务的假设,不过,这家公司现阶段还只是个“纸上”公司,没有任何实际产品。

总的来说,几乎所有参加Hyperloop会议的人都认为这种形式的交通终将到来,只不过是时间早晚的问题。

今年3月,Daily Beast的一篇文章说“Hyperloop撞上了‘冰冷、严酷的现实’,这一想法以失败告终”,但HARP交通设施负责人大卫·普林-米尔(David Pring-Mill)否定了这种说法。

很久以前,普林-米尔觉得马车是交通界冷酷无情的现实,一眨眼,铁轨铺到各个大陆,再一眨眼,飞机这种带着翅膀的铁盒子开始在世界各地飞来飞去。“也许我们只需再眨一次眼,管道中的高速舱就将成为新的现实。”普林-米尔给出了这样的答案。

带上绿色眼镜

在对Hyperloop的各种宣传当中,它确实回答了一个现实而紧迫的问题,那就是不会如飞机旅行一样对环境有害。

一名乘客在一趟航班上所占的二氧化碳份额相当于一些人一整年生活中涉及的污染排放量。而一次跨国飞行可能导致排放多达一吨的二氧化碳,这还是平均到每个人身上的数值。

此外,当这些排放发生在高海拔位置时,危害会随之加剧,因此对环境的实际影响可能比二氧化碳排放本身糟糕好几倍。

当然,据彭博社报道,现阶段飞机的污染排放只占到1.3%,但在接下来的20年里,客机、私人飞机、运输机和军用机全算进去,这一数字有可能会达到4.4%。

此外,长途旅行作为碳排放的一个领域,我们至今还没有任何更好的创新办法来减少其污染。考虑到电池的重量,重型飞机不太可能在保证足够动力的情况下有效地进行长途飞行。

就连空客负责电气化的人也表示,“在未来几十年里,长途航班的零排放解决方案可能仍然难以实现。”

也就是说,目前唯一的解决办法就是少飞,而且要少很多才行。

考虑到全球航空业的实力、它雇佣的人数以及它每天为上千万人提供的便利,这样的要求并非易事。

航空是增长最快的排放源,对此没有简单的解决办法

根据国家或大陆的不同,交通运输排放总量目前约占总排放量的四分之一至三分之一。据粗略估算,科恩认为一个覆盖主要陆地、设施完善的Hyperloop网络可以将交通领域的排放量降低28%,主要取代的会是长途卡车和飞机业务。

可以说,不论企业采取何种策略或者使用哪种类型的磁悬浮技术,Hyperloop想要继续发展的基石就是它对出行零排放的承诺。

在这之后,Hyperloop还将面临新的挑战。为了使这些减排成为现实,意味着必须建立起管道网络,并对成千上万英里的通道进行管理。

不仅如此,为了及时实现能源节约,进而避免气候灾难,这些管道必须在陆地上迅速建成。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)警告称,要想将全球升温控制在1.5摄氏度以内,就必须在2050年前将排放减少到接近于零的水平。如果不这样做,上亿人将面临与气候相关的风险,如极端天气、洪水、高温和饥荒。

留给人类的时间只有差不多30年,如何在这期间完成Hyperloop网络建设将是其面临的又一大难题。

“空间充足,但土地有限”

就像高速公路和铁路一样,建造超级高铁的地点也有三种选择:地面上、高架桥上或地下隧道。而在早期,人们倾向于选择隧道,主要有两个原因。

首先,在地下可以挖掘更长的直线隧道,这对实现Hyperloop的高速行驶至关重要。

原因在于,运输舱在700英里每小时(离音速不远)行驶速度下,即使是看似微不足道的转弯角度也会产生极其巨大的重力变化,普通乘客可承受不了这样的状态。另外,这种情况随着海拔的升高,驾驶舱能够实现的最高时速反而会下降。

换个角度来看,依照Virgin Hyperloop One工程师的说法,要想使行驶速度为600英里每小时的Hyperloop完成90度的转弯,那么大约需要铺设6英里的通道才行。

其次,陆地上遇到的各种天气也可能是个问题,至少可以说这会增加发生意外的几率。

加拿大Hyperloop公司TransPod的瑞恩·简森(Ryan Janzen)就表示,当运输舱飞速通过时,管道的振动可能会产生一种紊流(更不用说恶劣天气了),或许还会降低它的移动速度。

在地下,管道则能够屏蔽上述所有干扰,甚至在地震期间都不成问题。

我们看到的每一幅清晰的管道渲染图都只是为了展示产品的形态,现实中,Hyperloop会使用很厚且不透明的钢材料打造

但是,(说Hyperloop时总得有个“但是”)挖掘隧道困难、缓慢又昂贵,所有这些都与最初的设想正好相反。

“有一种叫作‘1x、3x、10x’的概测法可以用来估算项目成本,也就是说高架管道项目的成本是地面项目的3倍,隧道的成本是地面项目的10倍。”科罗拉多大学矿业学院教授、专门研究隧道挖掘的迈克尔·穆尼(Michael Mooney)解释道。

在当今世界上,主要交通项目中使用的最先进隧道掘进机(TBM)的掘进率是每天100英尺左右。这是一个什么概念?假设每天24小时不停地挖掘,一年365天,那么从华盛顿特区到纽约市,一个TBM大约需要32.5年的时间才能把隧道打通。

当然,这个例子比较极端,真的挖隧道的话肯定不会只用一台机器,不过,考虑到Hyperloop网络的规模,很难想象一个需要成百上千条通道的项目能在不到几十年的时间里就完成。

对于任何对Hyperloop的未来感到兴奋的人来说,诸如此类的现实发人深省,但似乎很少有人对此感到不安。

马斯克认为,他的挖掘公司可以更快、更便宜地铺设隧道,每英里造价只有100万美元,比行业标准便宜几十倍,比城市铁路项目更是便宜了数百倍。

“请先就此打住。”穆尼回应说,“我想我们离每英里100万美元成本的阶段还有很长的路要走。”

这张2013年的照片显示的是在伦敦铁路项目中,正在挖掘隧道的一台掘进机的一侧

还有一点值得一提,那就是在美国,土地所有权可是延伸到地核的。你不能像开飞机一样在别人的地底下挖隧道。

要么把别人的地下土地资产买下,要么牺牲运行速度在陆地上建通道,又或是如斯沃茨威尔特的提议,对法律进行修改,让土地所有权只延伸到一定的深度。

先不论哪种选择的可行性更高,采取任何行动都需要时间,而其中每一种方法都会耗费大量时间资源。

“空间充足,但土地有限。只有在太空才不怕被起诉。”斯沃茨威尔特给出了这样的评论。

现状核实

“我们正处在试图理解什么是重要的阶段。”科恩在一次座谈会上说道。也许,我们可以把这句话理解成是在感叹人们对Hyperloop还知之甚少。

最持怀疑态度的HARP成员伊恩·萨顿(Ian Sutton)是个例外。他曾是一名安全工程师,现在正在写有关这个主题的技术书籍,并称Hyperloop是对现实的检验。

“我的看法是,在公众看到(全面运作的)Hyperloop之前,他们并不买账,只是说说而已。”萨顿警告道。

这与科罗拉多州交通部负责人肖莎娜·卢(Shoshana Lew)的观点相呼应,她说“在给人们增加建筑负担之前先展示成果”是一个很好的做法,而“秘密地进行所有的实验和演示起不到帮助”。

从这个意义上说,Hyperloop是一个极其困难的解决方案。

在萨顿的“现实检查”中,他看到了该领域面临的几个主要挑战,包括但不限于:安全性,不仅仅是确保交通安全,还要说服公众;可扩展性;大量资金支持,包括如何处理不可避免的成本超支;设施网络的建设以及土地征用等法律方面的挑战。

最后,萨顿给出结论,说“HARP的一个最重要作用就是要让该行业更谨慎一点”。

大量资金从哪里来?Hyperloop交通技术公司联合创始人德克 阿尔霍恩(Dirk Alhorn)与普京握手

让对Hyperloop充满热情甚至是疯狂的人更谨慎?这是否从一开始就与成为超级高铁梦想家的初衷背道而驰?

惠特科姆认为管道应该是方形的,而不是圆形的,但这仅仅因为他自己不喜欢圆形的管子;有人认为管道应该分段打造,这样就能根据需求重新布局线路;或者化学家艾尔·瓦勒(Al Whaller)的观点,即管道不应该充满空气,而应该用氢气或氦气,因为这类气体密度较低,因此电阻较低。(尽管氢气易燃,而氦气非常昂贵)

“在这种公司工作最棒的事情就是我们正在发明一种全新的交通方式。”HTT的另一名员工威尔·科恩斯(Will Kerns)表示,“我们可以从所有其他交通方式的错误中吸取教训。”

“我们已经有了第五种交通方式——管道运输。”瓦勒提出了他的观点,“我们只是还没有把它推广出去。”

对于Hyperloop主义者来说,过去是失败的,现实是错误的,那么,未来会是成功的吗?(文章&图片来源:Jalopnik,作者:Aaron Gordon)