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发布时间:2020-09-23 08:34

  高速公路经常堵车,飞机容易受天气的影响,有没有哪种交通方式,比汽车、火车、飞机、船更为安全、快速、不易受天气影响,就连地震发生也可以照常运行?美国连环创业家伊隆·马斯克认为,通过真空管道进行点对点传送的“超级环路”交通系统,将会在未来成为第五种常用的交通方式。

  今年八月,美国连环创业家伊隆·马斯克向公众宣布了一项名为Hyperl oop的超级环路方案,结果引起了一场全球范围的讨论,支持者称其“胶囊运输”模式颠覆了现有的交通运输体系,揭开了未来长距离运输的新篇章,反对者则认为这套方案在成本估算方面太过乐观,看起来很美,但实践起来将困难重重。

  马斯克设想的超级环路,在中国又被称为“超级高铁”,不过它和我们京沪线上来回奔驰的和谐号不同。他的超级环路系统,关键在于铺设一条密闭的钢制低压管道,乘客座舱将被设计成“胶囊”状放置其中,通过内置的气压转换装置,像发射炮弹一样将其“打”至目的地(右上图)。

  1972年,美国兰德公司的工程师R·M·索尔特提出了一种“极高速运输系统”方案,该方案将运输乘客的电磁悬浮汽车置于地下真空的密封管道中,从而让乘客在短时间内快速地到达目的地。此外,一家位于美国科罗拉多州的ET3公司也已经开始着手一项名为“真空管道高速交通系统”的研发,其原理与Hyperloop类似。

  不过,索尔特和ET3的方案,前提都需要一个接近真空的管道。然而,作为一个公共交通系统,即便只连接有限的几个城市,也需要建设多个出站口,迎来每天数以千计乘客的进进出出,在这种条件下,很难让整个系统保持真空。而一旦在数千公里长的轨道上出现小漏洞或小裂纹,整个系统就得停运。

  鉴于此,马斯克在超级环路方案中适当降低了门槛,把“真空管道”改成“低压管道”,管道每隔一段距离安装一部真空泵,不断抽取管道中的空气,让管道保持低压状态,即便有些小泄漏,管道内的气体也会被真空泵抽出来。同时,由于处于低压状态,空气阻力也比较小。

  根据方案,超级环路的“胶囊”状座舱将被安装在铬镍铁合金制作的滑板上(右图),这种滑板质地很薄,既耐高压又耐高温,已经在SpaceX公司的太空产品中被广泛使用。舱体前部还有两个像协和喷气式客机那样的进气口,管道内的空气将被一个电动漩涡机不断压缩,经过压缩的气体一部分进入滑板下方喷口,在滑板与运输管道内壁间制造气垫,使座舱悬浮在管道中间,另一部分则转化为列车前进的推动力。

  马斯克的方案赢得了一部分支持者,在这些支持者看来,目前还停留在纸面上的超级环路,因为拥有众多优点,代表着未来长距离交通运输的发展方向。

  具体来说,超级环路在安全性方面具有一定的优势。由于行驶的管道是密封的,超级环路可以克服大雪、雷电等各种恶劣天气的影响。此外,管道铺设在高架之上,不像在地面跑的高铁那样对地震那么敏感,不需要使用大量的伸缩接头来克服由热胀冷缩或者地震引起的位移问题,也不存在脱轨的风险。

  此外,超级环路系统的主体是两条可同时双向运作的低压架空管道,相对于铁路轨道,它的优势在于可以通过高架桥铺设在地面之上,从而尽量减低对环境的影响,同时减少对土地资源的占用,也不需要像普通高铁系统那样,增设阻止动物、人或者汽车横穿轨道的防护围栏。马斯克称,铺设管道的高架将沿着非常笔直的加州5号高速公路修建,只有在高速公路急转弯时才会略微偏离。保持管道直线,可以减少列车转弯时离心力对乘客的影响。

  能源系统方面,超级环路将由铺设在管道顶端的太阳能面板供电,系统内部也装有电池组,可以将富余的电能储蓄起来供夜晚和阴天使用。对于美国最大的太阳能发电系统供应商、坐拥SolarCity公司的马斯克而言,超级环路的光伏自主供电问题可能不会是什么大问题。

  不过,上述种种优点,可能都不是乘客最关心的——大多数坐在12306网站前买火车票的人,最关心的是火车票多少钱以及旅程需要多久,至于驱动高铁前进的电力究竟是火电、水电或光伏发电则相对不那么重要。

  对比普通高铁与超级环路的建造成本,马斯克做了他自己的估算,以普通高铁每小时164英里(约260公里)的标准计算,从旧金山到洛杉矶要2.5小时,算上施工成本和各类环评费用及“买路钱”,工程预算在600亿至1000亿美元之间,根据成本推算,估计车票在105美元左右。相比之下,建设同等距离的超级环路仅需60亿至100亿美元左右,推算票价只要20美元。

  在设计方案中,每个舱体最多可以搭载28位乘客,发车间隔2分钟。高峰时段发车间隔可缩至30秒,保证同时有40部车运作。车体的理想速度是每小时760英里(约1220公里),极端速度可达到每小时800英里/时(1288公里),仅次于音速。按照这个速度,从旧金山到洛杉矶,只需要半个多小时。

  除了这些优点,超级环路还具有无噪音、无污染等特点,更重要的是,从技术角度看,这项计划完全可行,加州大学洛杉矶分校物理学教授西蒙评论道,“看上去几乎所有问题用现有的技术都可以解决,不需要什么全新的发明”。

  有人指出,旧金山离5号洲际公路有80英里远,现有计划只说超级环路的高架将沿着5号洲际公路修建,但方案中并没有阐述它将如何穿越整个旧金山湾区。事实上,出于安全等因素考虑,超级环路不可能以每小时1200多公里的超高速穿越旧金山和洛杉矶市中心,再加上其他一些交通因素,实际完成整个旅程的时间,可能会比马斯克估算的时间长不少。

  除了被指责时间估算过于乐观,超级环路的成本也受到了很多质疑。不少建设领域专家指出,马斯克没有考虑到在旧金山湾区建设地下隧道或者桥梁轨道的成本,而总的工程造价可能是马斯克宣称的60亿美元的10倍多。

  不仅如此,麻省理工学院航天航空教授汉斯曼还指责超级环路的实际能耗可能并不像马斯克描述的那样少,相反可能要比普通高铁更多。

  “马斯克的管道高铁项目没有违背任何物理定律”,汉斯曼说,“不过,马斯克的成本估算太过乐观,(建设超级环路低压管道的成本)会非常昂贵。我认为管道高铁需要解决的最大问题之一是能源。不仅列车驱动需要能源,维持管道的低压状态也需要耗费大量能源。”而且,高铁在管道内告诉运动会产生大量的热量,要为高铁降温就需要增加额外的冷却系统,而冷却系统又会让交通工具整体重量增加,从而降低运输效率。

  对于这一点,马斯克本人也承认,“在1000英里以内,连接两个人口流动量较大的城市,比如从洛杉矶到旧金山,或者纽约到华盛顿,超级环路是比飞机更好的选择,因为它不需要较长的起落时间。而1000英里以上的路程,管道的建设成本将会过高,相对不那么适用。”

  饱受争议的还有超级环路的载客量。超级环路理论上每小时最多能够搭载3360名乘客,而普通高铁每小时最多能够运送1.2万名乘客,不仅比不上高铁,超级环路的载客量只能与城市里行驶的普通公交车做比,只有BRT的一半多。而且,超级环路的速度接近音速,有可能引起失重,也可能让身处其中的乘客觉得非常不舒服。

  加州的政治家们也表示,他们正在按部就班地实施他们自己的加州高铁建设计划,超级环路在短期内实现的机会非常渺茫。“我觉得那是一个富有吸引力的概念,但梦想和现实之间有很长一段距离,在加州实施规模宏大的基础建设项目非常困难”,加州众议院运输委员会主席邦尼·罗文塔尔此前对媒体表示,“会有复杂的融资、环境保护、地震断层和土地收购等问题,而这些还只是问题清单上的一小部分。”

  倘若得不到政府支持,马斯克就得“自掏腰包”或是向业界融资。不过这两种途径难度都不小。即便是比较乐观的估算,60亿美元的建造成本也已经超过了特斯拉、SpaceX和SolarCity的开支总和,这对马斯克而言是一笔不小的负担。

  正在筹建的加州“高铁”时速为204公里,这样的速度在马斯克的眼中简直就是龟速,他设想的“超级环路”系统,速度超越了高铁、磁悬浮、民航客机,时速可达1220公里。

  不管超级环路计划最终是蓝图还是空想,提出这项计划的马斯克都堪称是个传奇人物。在他身上贴有三张标签:贝宝、特斯拉、龙,每个名字都是响当当。

  马斯克生于南非,1995年从斯坦福辍学后和弟弟开发了一个在线。后来,他与人合伙创办了贝宝(PayPal ),开创先河的网上第三方安全支付平台。仅仅3年,PayPal用户达1.1亿。2002年10月,eBay以15亿美元的价格收购PayPal,马斯克则通过这桩收购获得了“第一桶金”。

  2003年,马斯克创立了特斯拉电动车公司。当时电动汽车还停留在概念层面,性能饱受诟病,但特斯拉推出的第一款电动跑车TeslaRoaster却让人眼前一亮--解决了高容量电池和高性能电机等关键技术问题后,TeslaRoaster单次充电可行驶393公里,而且从启动加速到时速96公里只需3.7秒,比保时捷传奇车型911还少0.7秒。由于高性能、高售价,特斯拉又被誉为汽车中的“苹果”。眼下,特斯拉在北京的零售店尚未确定何时开业,但其新车型ModelS已向国内潜在消费者启动小规模预定。

  至于“龙”,说的是马斯克2002年自掏腰包创立的SpaceX--2012年5月31日,SpaceX的“龙”太空舱成功与国际空间站对接后返回地球,开启了太空运载的私人运营时代。有人这样评价他,“世界上掌握了航天器发射回收技术的只有四个:美国、俄罗斯、中国,还有埃伦·马斯克。”

  和一般观念中的“航天=烧钱”不同,SpaceX的理念是“廉价航天”。在这一理念的指引下,他只花了3亿美元的研发费用,就成功将“龙”太空舱装上猎鹰9号火箭送往太空,而美国的渐进一次性运载火箭(EELV)的研发费用高达35亿美元。此外,猎鹰9号火箭的标准发射费用为5400万美元,而在美国火箭发射市场占据垄断地位的联合发射联盟(ULA),平均每次发射需4.35亿美元。

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