1、1未来公交 在“超级回路”中疾行美国人艾伦马斯克最近公布了一项具有未来派色彩的新型交通系统设计方案“超级回路” ，引起全世界的热议。从工作原理上看，马斯克的超级回路系统和美国 ET3 公司的 Vactrain 方案有较高的相似度。 疯狂的创业狂人 马斯克被称为“疯狂的创业狂人” 。他是一位出生于南非的美国企业家，今年 42 岁。他因为在贝宝（Paypal，全球最大的网上支付系统） 、特斯拉（Tesla）电动汽车、太空探索技术（SpaceX）和日光城（Solar City）新能源等项目上表现出的技术和商业天才现今正风光无限。他的粉丝们放言：“一百年后大家会记住马斯克而遗忘乔布斯” 。 这位创业狂
2、人的新点子接二连三。2012 年 7 月 12 日，在与美国科技新闻博客潘多日报 （Pando Daily）创始人萨拉莱西座谈时，马斯克谈到，当下轮船、飞机、汽车和火车 4 种交通工具面临革命，第五种交通模式“超级回路”系统更有前途。他透露， “超级回路”系统具有不受天气影响、不发生交通事故、两倍于商业客机的速度、低能耗等特点，其工作原理是：在低压密封管道中用电动机来推动载人密封舱到达目的地。 其实马斯克的方案并非全新的创意，为克服轨道交通固有的摩擦力和空气阻力，前人也曾绞尽脑汁。早在 1812 年，英国工程师乔治麦德赫斯特在一本书里，就提出了在气密管道中用空气推送人和货物的设想。2上世纪初，
3、美国火箭专家戈达德第一次描述了想象中的真空环境下的高速火车。瑞士曾试图打造一个贯穿瑞士主要城市的超高速地下电磁悬浮列车 Swissmetro，时速能达到 500 公里，但是由于缺乏资金支持，在2009 年 11 月宣布废弃。美国 ET3 公司也曾有一个关于超高速火车Vactrain 的方案，时速高达 6000 公里。 在管道中疾速运行 2012 年底开始，马斯克从特斯拉电动汽车公司和 SpaceX 航空公司调兵遣将，成立了一个非正式团队，紧锣密鼓地开展超级回路系统的研究。8 月 12 日，马斯克在特斯拉和 SpaceX 公司网站上正式公布了“超级回路”系统的设计图。 马斯克在介绍方案的设计背景
4、时，表现出了对计划建设中的加州高铁的失望之情：684 亿美元的造价，264 公里的平均时速，两个半小时的旅程、105 美元左右的单程票价，与飞机（往返票价 158 美元，全程 75分钟）或汽车（往返票价 115 美元，全程 5.5 小时）相比，优势可怜。他认为，新时代的交通系统应具备更安全、更快速、更低成本、更方便、不受天气限制、持续自我供电、抗地震和不破坏沿线环境等优势。要想兼具这些优势，就需要建立专门的管道，营造一个特殊环境。戈达德、兰德公司等先行者的构想没有成功，是因为方案中存在一个或数个纰漏例如磁悬浮和长距离真空管道的高成本让人望而生畏，相比之下“超级回路”才是破题方向。 超级回路系统
5、的实现，是将密封舱置于不完全真空钢铁管道中，密封舱漂浮在由舱底橇板产生的 0.51.3 毫米的空气层上，由线性电机对3密封舱进行加速或减速，电驱动扇叶和空气压缩机将空气传递到尾部，旅客感受到的 0.5G 加速度比商业航班还低，最高时速 1220 公里，从洛杉矶到旧金山 500 多公里的路程，只需 35 分钟。 最高时速可达 1220 公里 按设计方案，密封舱拟载员 28 名（还可以载 3 辆汽车） ，出发间隔2 分钟（最快可提高到 30 秒） ，运行中每两个密封舱之间的间隔距离大约37 公里。按投入运营一共 40 个密封舱计算，从洛杉矶到旧金山往返途中有 34 个密封舱在飞驰，还有 6 个在始
6、发站和终点站上下乘客（耗时 5 分钟） 。 密封舱头部呈流线型，1.35 米宽，1.1 米高，边角呈圆形，前横截面积 1.4 平方米（能载汽车的密封舱横截面积更大） ，全重 31003500公斤。舱内的空气压缩机作用极其关键，一来减少舱体前方的空气阻力，二来为舱体下方的撬板提供空气。因为在超级回路系统管道内运行的舱体面临一个叫做“坎特罗威茨极限”的技术难题，马斯克把这个极限描述为管道与管道舱体区域的特定比率。这个问题不解决，舱体会顶着整个管道系统内的空气柱（虽然非常稀薄）往前跑，阻力可想而知，大家想象一下堵住注射器的出口然后推动活塞的感觉吧！怎么解决？或放慢舱体速度，或加大管道直径。 “超级回
7、路”的解决之道则是在密封舱前端装上电动风扇，用风扇将舱前的空气转移到舱后。有专门的水柜对舱体产生的热量进行冷却，蒸汽会被妥善保存，到站后水柜会被自动更换。 密封舱的悬挂系统因为成本和技术原因，不适合采用磁悬浮和传统的轮轴系统，而是利用了一个物理特性即舱体下部的撬板与管壁之4间的距离变得很小后，缝隙间的流场将呈现出高度的非线性反应。这种反应产生的回复力将舱体推离管壁，密封舱的动力系统然后就驱动着轻浮在管道表面上的舱体前进了。 系统的推动力来自线性电机产生的驱动力，这种技术很成熟，我国广州地铁四号、五号和六号线就是采用的这种线性电机。电机每 112 公里就驱动密封舱加速一次，因为不是全程布设动力系
8、统，所以造价便宜。为了避免管道转弯过多造成的减速和乘客不适感，设计人员对超级回路系统的经行路线和速度进行了优化，以求得在运营速度上的最大化。密封舱从洛杉矶启程后，途中速度变化如下：1.洛杉矶格雷普韦恩南段平均时速为 480 公里，耗时 167 秒；2.洛杉矶格雷普韦恩北段平均时速为 890 公里，耗时 435 秒；3.沿 5 号州际高速公路段平均时速为 1220 公里，耗时 1518 秒；4.沿 580 号州际高速公路段平均时速为 890 公里，进入旧金山湾区后减速为 480 公里。全程总共耗时 2134 秒，约合 35 分钟，沿途经过圣何塞、圣迭戈、萨克拉门托和弗雷斯诺四地，均是人口超过百万
9、的大城市。 服务寿命可达百年 超级回路系统的管道用钢铁制成，内径 2.23 米，剖面面积 3.91 平方米，管道中的气压为 1 毫巴，约为海平面气压的 1/1000，火星气压的1/6。管道上方铺有 4.25 米宽的太阳能电池板，按每平方米 120 瓦的发电能力计算，全长 563 公里的电池板发电的峰值功率能达到 28.5 万千瓦，整个系统用起来绰绰有余。考虑到天气对太阳能电池的限制，系统用电5池储存额外的电能。为支撑系统管道，每 30 米有一个 6 米高的支承塔，沿途 2.5 万个柱子使管道的材料费用和误差达到最小化，管道表面和连接处的焊接要平滑。 密封管道内出现的紧急状况是系统安全性关注的重
10、点。为此每个密封舱都能用无线电设备和车站联系。万一行进途中出现断电情况，密封舱的生命支持系统靠两块以上的锂电池就能运行。密封舱漏气减压怎么办？如果少量漏气，舱内环境控制系统会自动加压，支撑着密封舱挺到下一站；如果大量漏气，舱内的氧气面具会像飞机上一样自动提供给乘客。加利福尼亚是美国地震高发区，地震的危险如影随形，支承塔上的管道因为不是被刚性固定在塔架上，可以极大地缓解地震造成的破坏。应对地震的手段还包括遥控密封舱，开动紧急刹车系统。通过种种安全技术手段，超级回路系统一经建成，就可以有 100 年的服务寿命。 节省巨额征地费用 因为超级回路系统支承塔大部分沿着美国 5 号和 580 号州际高速公
11、路布设，所以节省了巨大的买地费用，而且密封性系统对沿途环境和人居影响很小，太阳能电池的环保意义很大。马斯克算了笔经济账，全系统完成需要 6075 亿美元。如果不算运营资本，投入的建设资金约在 20年内收回按两地之间每年 740 万人的客流量，单程票价 20 美元计算的话，听来比较乐观。 马斯克在阿尔法版方案中把超级回路系统称为开源项目，希望集思广益，汇集各种创意对项目不断进行完善，这种“发动群众”的做法目前收到了两个重要反馈： 69 月 12 日，工业设计家瑟奇鲁克斯在新技术和发明网站上公布了对超级回路系统终点站的优化设计。阿尔法版方案中，密封舱到达洛杉矶和旧金山后，利用旧式的转车台调整密封舱
12、方向；鲁克斯采用的是类似缆车的终点环形回路方案，不仅显得更优雅，而且使乘客上下车时间增加了 20%。 9 月 20 日，Ansys 公司（宾夕法尼亚州一家工程仿真软件研发商）在探索频道网站，公布了对密封舱经受的剪切力和舱体空气动力学模型进行的流体力学仿真建模的报告，结果显示密封舱需要做大的改进，以避免超声波气流，管壁和密封舱之间的距离也需要加大。该公司的运输专家桑迪普索瓦尼认为，超级回路系统有挑战性，但是看来可行。 自马斯克在网上公布自己的系统设计方案后，自然收获了无数小伙伴的惊呆表情，更有大批运输专家和经济学家提出质疑和批评，很多人说六七十亿美元的投资对于设计、研发、建设和试验一种全新的交通
13、运输方式是不够的。 方案公布次日，美国华盛顿邮报就以超回路无可取之处为题泼了冷水，大众运输博客作家阿隆利维说：“全支承塔设计是个槽点而不是亮点，看看世界各地的公路和铁路高架桥建设，就能知道这种设计有多昂贵。 ”加州伯克利大学的经济学教授迈克尔安德森认为“1000 亿美元才靠谱” 。又过了一天， 赫芬顿邮报网站发文天文数字专家认为超回路系统造价不现实 。8 月 18 日， 纽约时报刊文超回路系统真的只需要 60 亿美元吗，批评者们说 No 。 8 月 17 日出版的英国经济学人杂志，则从政治角度对超级回路7系统进行了考量，认为筹备中的加州高铁已经吸收了大量的政治和经济资源，用完全不同的设计思路取代加州高铁是不合时宜的，而且也是加州经济难以承受的。 面对林林总总的声音，马斯克清楚地知道，只有成功地完成一个小尺寸的超级回路验证项目，才能有效化解很多阻力，而且还能提高成本核算的准确性，所以开发一个超回路系统的概念验证模型很有必要。8月 13 日早上的电话记者招待会上，马斯克宣布：将要研制一个超级回路系统的样机，如果资金有充足保证，他相信花 7 年的时间就能拿出商业版的超级回路系统。兼有梦想家和赌徒特质的马斯克，这次还会像以前一样笑到最后吗？我们拭目以待。
