管道中的超级高铁

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  没有最快,只有更快。这句话用来形容高速发展的交通运输系统再合适不过了。1804年世界上第一辆火车诞生的时候,其时速只有8公里。而在今天高铁时速达到300公里时,人们早已习以为常。而在不远的将来,很有可能诞生“超级高铁”,这种提法更让人觉得疯狂。因为超级高铁将远远打破现在这种速度极限,打个比方来说,按照超级高铁的运行速度,从北京到上海,一个小时就可达到。而设计这个超级高铁的人,就是众所周知的“科技狂人”艾伦·马斯克。
  超级高铁的设计图
  艾伦·马斯克,42岁,美国亿万富豪。身穿飞行盔甲的钢铁侠的原型就是这哥们。2013年8月12日,马斯克召开了一个媒体电话会议,并在其公司网站上正式对外公布了“超级高铁”项目的初始设计方案,马斯克将其命名为“超级回路”。根据方案,超级回路管道中的运输仓将以1200公里的时速高速穿行于城市间。
  按照马斯克的想法,现在的火车太厚重了,而超级回路里面的车厢非常轻。根据马斯克的设计,超级回路将连接1500公里以内、人口流动量较大的城市。在此距离以内,超级回路,不需要较长的起落时间,比飞机更具优势。如果里程超过1500公里,管道的建设成本将会过高,超级回路将不具优势。
  简单来讲,马斯克设计的这个超级回路实质就是一个低气压高速管道运输系统。在这个管道里,由于这样一个低气压的环境,摩擦力会减小,列车运行时受到的空气阻力会减小,从而能够实现设计中所设想的高速度。被送入管道的车厢被称为“胶囊”,因为它的个头确实不大。每一个这样的胶囊车厢前面都配有一个电动的涡轮压缩机,这个压缩机可以吸入空气进行压缩,再通过电子脉冲给每一个胶囊车提供推动力。除此之外,在管道上方会有很多块太阳能板,这些太阳能板可以把太阳能转化为电能,进而为整个管道提供所需要的电力。
  说完管道,我们看看车厢。作为小个头车厢,“胶囊”的高度为1.1米,宽度是1.35米,在设计方案里,每一个车厢可以坐28人。整个车厢是一种流线型设计。列车运行期间,其前方的电动压缩风机可以将前部挤压的空气传送到车尾和车底,这样既减少阻力,同时还可以在胶囊的底部制造出一种“气垫”的效应,可以将这个仓体悬浮在管道中间。这样,车厢在管道里如同一颗炮弹一样被高速打出。
  那么对于乘客来说,车厢的设计充满人性化。首先是门的打开方式,因为车厢的高度仅有1.1米,所以任何一个正常身高的人如果按照现在车厢车门的设计来看,都必须得弯下腰才能进入车内。因此,车厢门被设计为向上打开的模式。而且虽然运行时间大大缩短,但是考虑到为使旅客在途中不寂寞,所以在每一个座位上都配备了娱乐设施。
  而对于广大乘客来说,交通运输工具最令人关注的还是其安全性。在马斯克的设计当中,由于整个管道是密闭的,因此超级回路会很少受到天气的影响。当然,没有任何一款交通工具可以拍着胸脯保证自己是100%的安全。除了天气,还有其他的自然灾害的影响。比如,万一地震了怎么办?超级回路也有这方面的考虑。在设计方案中,管道被安置在一个一个桥塔之上,每一个桥塔上都有一个可以调节的横向减震器。发生地震之后,这个减震器可以吸收地面的震动,从而保证整个管道不会受到大的损坏。
  一旦付诸实施,那么每天在这个胶囊管道中就会有很多车厢运行,万一其中一辆车出现问题,发生事故又该怎么办呢?这一点也不怕。每一辆胶囊车在设计中会有一个紧急刹车的装置,同时还有发动机驱动的车轮,换言之,在这个管道当中每天运行的那么多车里,一旦有一辆车发生了问题,那么其他胶囊车会自动紧急刹车;同时,整个管道里会迅速增压,就使得整个管道变成正常压力环境,那么之后这个胶囊就会用自身携带的发动机驱动车轮,运行到安全地带。所有的胶囊车里都会储备空气,这样能够足够保证在最坏的情况下,车厢里的乘客可以更加安全。
  问题还是不少
  2013年8月15日,马斯克创办的Space-X公司公布了惊人的“草蜢”火箭测试视频。视频中,火箭在空中停留一段时间后,又顺利返回原点。这表明了马斯克团队已初步掌握了可重复利用的火箭技术。目前,陆地上最快的无人交通工具是2003年4月在美国霍洛曼空军基地试验的火箭滑车,时速为10430公里。但是处于烧烤模式下的火箭车明显不适合人类搭乘。那么融合了类似火箭发射和胶囊技术的超级回路是否能成为安全的交通工具呢?
  尽管马斯克发布的设计图纸足够详尽,但随之而来的质疑声也不绝于耳。理论上的可行性距真正的实践到底有多远?首先还是安全问题,有人认为超级回路应对恐怖袭击能力较差。尽管超级回路囊括完善的系统,可一旦系统发生动力故障,如何解决将不得而知。另外,如果超级回路系统遭到恐怖分子控制,或者对管道系统发射攻击型远程火箭,其杀伤力和破坏力远超过其他几种交通方式。
  第二个问题涉及散热。能量分析专家指出,乘客舱压缩空气,向下或者逆向排出,都会产生巨大的热量,这将导致乘客舱和相应的仪器设备遭受损坏。马斯克的解决方案是在每一个车厢里添加一个水箱,用水箱来吸收热量,并转化为水蒸气。但是,乘客舱仅有几立方米的空间,具体运行时,热量转换率不高,这意味着必须增大水箱容量,但是马斯克并没有考虑到这些因素。
  管道高速运输的概念在好莱坞电影中已经被完美诠释出来。2012年上映的电影《全面回忆》讲述了在21世纪末期全球爆发化学武器战争,造成人类只剩下部分区域可以居住,其中两个最大的地区相隔地球两端。当时,往复两端的飞机已不复存在。两地之间靠穿过地心的天梯相连接,而这种高速管道运输是两地来往的主要交通工具。乘客在管道内高速下降至地心处,开始经历重力调转,随即进一步上升到地球另一端的目的地。
  让超级高铁照进现实
  不仅是马斯克的超级回路,其他一些管道研究的科学家也无限接近将理念照进现实。位于美国科罗拉多州的ET-3公司已经在管道高速运输领域取得了实质性的进展。ET-3公司网站首页上的话可以完美解释管道运输实现后的完美效果:“在地球上实现太空穿梭”。这家公司正在建造一个5公里长,时速高达6500公里的实验性真空管道运输系统。项目工程师戴睿·奥斯特解释说:“ET-3项目是将太空飞行带到地球,消除交通工具行进中的摩擦,让每位乘客都可以随时享受高速而高效的交通运输,而不仅仅是过去几个宇航员才能体验的项目。”
  根据奥斯特的介绍,这种高空管道运输的交通工具像一个胶囊,每一个胶囊被放置于一个管道中,像炮弹一样被发射出去,整个线路处于一个几乎没有摩擦力的磁悬浮环境当中。胶囊就像《阿凡达》电影里靠磁悬浮飘在空中的哈利路亚山。
  列车通过某种弹射装置发射出去,不间断地驶往目的地。如果胶囊高铁真的可以实现,那么分处地球两端的中国北京和美国纽约的人完全可以在24小时内穿梭、工作和生活。当然,ET-3公司的胶囊高铁项目也面临巨大的实际困难。如何保证列车在短时间内从静止加速到高速运行,同时避免乘客因速度过快而感到身体不适也是科学家考虑的关键。
  超级高铁另一个诱人的卖点就是票价比现有的方式便宜得多。奥斯特表示,真空管道运输是一种无空气、无摩擦的运输方式。因此比火车飞机更安全,也更便宜,消耗的能源也要少得多。马斯克的超级回路方案中,只是将运输管道环境设置为低压环境,而ET-3则更大胆地将管道设计为真空状态,无限降低阻力,行驶速度也就更快。
  但如此苛刻理想化的建造条件想要在全球范围内的大城市之间实现也绝非易事。实现ET-3系统最关键的是每个国家建造的管道都要统一标准,只有这样才能把整个交通网连接起来。不过从幻想到梦想,也许就差一步。
  从历史的角度来看,每一个带来巨大改变的发明创造最初都是从梦想开始的,而梦想最初也都是从幻想开始的。而在实践之前,也一定伴随着各种质疑。超级高铁的确还停留在设计图纸上,但是我们丝毫不怀疑它的可行性。从梦想到现实,也只差一步。而人类的进步,正是一次又一次地迈出了这一步。
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