超級高鐵

超級高鐵（Pneumatic Tubes）是一種以“真空鋼管運輸”為理論核心的交通工具，具有超高速、高安全、低能耗、噪聲小、污染小等特點。因其膠囊形外表，被稱為膠囊高鐵，也稱飛行鐵路、飛速鐵路（簡稱“飛鐵”），其列車稱為飛行列車。採用磁懸浮+低真空模式。

2017年5月12日美國超級高鐵1號公司（Hyperloop One）首次在真空環境中對其超級高鐵技術進行了全面測試，利用磁懸浮技術，實現了70英里（113公里）的時速。7月測試達到310千米時速。

2017年8月29日，中國航天科工公司在武漢宣布，已啟動時速1000公里“高速飛行列車”的研發項目，後續還將研製最大運行速度2000公里和4000公里的超級高速列車。

2018年4月，特斯拉公司、SpaceX CEO埃隆·馬斯克宣布，旗下“超級高鐵乘客艙”將進行測試，目標運行速度為音速的一半，並在1.2公里內完成剎車。

基本介紹

• 中文名：超級高鐵
• 外文名：Hyperloop
• 計畫時速：有不同規格
• 理論時速：最高可達2萬公里
• 前期試驗：速度僅有322公里/每小時
• 發源地：美國
• 別稱：膠囊高鐵、飛行鐵路、飛速鐵路

構思構想

按照設計師的構想，工程人員將在地面上搭建作用類似鐵路軌道的固定真空管道，在管道中安置“膠囊”座艙。研發企業在網站上介紹，“膠囊”座艙形狀近似太空艙，單體重183公斤，比一輛汽車還輕，長約4.87米，能容納4到6名乘客，或36公斤貨物。

“真空管道運輸”的想法最初是由機械工程師達里爾·奧斯特在上世紀90年代提出來的，而1997年他獲得這項技術的專利。

有著“科技狂人”之稱的美國電動汽車公司Tesla CEO伊隆·馬斯克（Elon Musk）對這一概念進行了豐富，提出了“超級高鐵”的理念，對這種運輸概念貢獻了更多的設計細節，而ET3公司的真空管道運輸項目，也是在這種想法的基礎上設計的。

馬斯克在2013年的科技大會上公布了這一計畫。馬斯克說，這個系統不會崩潰也很安全，對各種複雜天氣免疫。它的速度會比子彈頭列車快1倍，也可以達到兩倍于飛機的速度。同時，它將能夠自己補充能量，在系統中裝上太陽能電板後，獲得的能量將超過整個系統消耗的能量。並且，該系統還有存儲能量的設施，在不使用電池板的情況下，能夠行駛一周時間。據稱馬斯克興起開展這個項目的原因或許就是他認為美國加利福尼亞州的真空高鐵就是個廢物，這條真空高鐵是世界上最慢最貴的。

設計者稱，該項目的動力供應採用的是磁懸浮技術。整台梭子處於一個幾乎沒有摩擦力的環境中，以某種炮彈射裝置發射出去，無間斷地駛往目的地。儘管真空管道運輸能夠達到讓人難以置信的速度，但是乘客卻只能感受到很小的爆發加速力。

在出行成本方面，ET3公司稱，相比昂貴的機票價格，他們的項目能夠把從舊金山至紐約的旅行費用降低至100美元。這是因為，真空管道運輸的造價將很便宜，只有高速公路的1/4，高鐵的1/2。按照預想的規劃，這樣的管道或許可以“附著”到既存的高速鐵路架橋上，以節省路線資源與基礎設施搭建成本。

更可貴的是，這種運輸工具更清潔、環保。設計者稱，真空管道運輸比其他任何傳統的交通工具耗費的能源都少，真空管道運輸每千瓦時的運輸量要比火車的運輸量多1倍。

研發過程

美國電動汽車公司特斯拉和美國科技公司ET3都公布了“真空管鋼運輸”計畫，特斯拉將其命名為“超級高鐵”，ET3因列車外觀酷似膠囊因而稱之為“吃膠囊”列車。根據ET3公司的介紹，工程人員會在地面上搭建作用類似鐵路軌道的固定真空管道，在管道中安置“膠囊”列車。“膠囊高鐵”列車形狀像太空艙一樣，單體重183公斤，比一輛汽車還輕，長約4.87米，可以容納4到5名乘客。

“膠囊”列車“漂浮”在處於真空的管道中，由彈射裝置像打射炮彈一樣啟動座艙，無間斷地駛往目的地。由於運行空間真空，沒有摩擦力，“膠囊大玩具”車廂運行速度最高可能達到每小時5000公里。這樣算下來，從美國紐約到洛杉磯只要36分鐘，紐約到北京只需2小時，環球旅行只需要3個小時。

據媒體報導，特斯拉公司將在公布“超級高鐵”的具體方案，ET3計畫在年底建成一個長4.8公里、時速為6500公里、用於試驗的模擬系統。

2013年，Elon Musk提出超級高鐵計畫，他認為超級高鐵可以1200公里的超高時速遠距離運送乘客。

2013年8月12日，馬斯克將自己提議已久的另一個超高速城際運輸“超級迴路”（Hyperloop）擺上了台面。就此前而言，“超級迴路”系統還只是個想法，馬斯克正計畫為這個想法申請專利。

他表示，“超級迴路”是由太陽能供電的超高速城市運輸系統，乘客可以在30分鐘內由洛杉磯到達舊金山。而在2013年，乘客乘坐飛機由洛杉磯到達舊金山也需要1個小時。

根據官方檔案，美國洛杉磯到舊金山的高鐵工程將耗資近700億美元，但馬斯克表示，建造洛杉磯到舊金山的“超級迴路”運輸系統，如果該系統只搭載乘客，耗資僅為600億美元，如果該系統要搭載人、貨物和車輛，造價也僅為750億美元。不過，馬斯克同時表示，這種交通工具只適合距離小於1609公里的城市之間。

與此同時，一家位於美國科羅拉多州的ET3公司已經開始著手對此進行研發。該公司早前發布了一個叫做Evacuated Tube Transport的項目構想，其原理和實現的效果就是“超級迴路”追求的目標。

據介紹，超級高鐵前幾次的試驗中，速度僅有322公里/每小時。

2016年1月，Hyperloop Technologies的新晉CEO羅博·洛依德表示，Hyperloop Technologies的第一條超級高鐵管道已經開始在拉斯維加斯北部地區破土動工。測試用軌道全長2英里（約合3.2公里），如果一切按計畫正常進行，將有望在2016年底進行載人測試。

美國創業公司Hyperloop One的超級高鐵推進系統首次戶外測試成功，3米長的實驗“滑車”在鋪設好的軌道上運行了2秒鐘，最終速度達到400英里每小時後（約合640公里/小時），撞擊到91米外的沙堆減速停車。
此次推進系統測試位於拉斯維加斯北邊的內華達沙漠。如果按照最終構想，超級高鐵將在密閉真空管道或低壓管道中行駛，時速最高可達760英里(約合1230公里/小時)。不過Hyperloop One的執行長羅布·勞埃德（Rob Lloyd） 表示，全面的測試需要等到2016年年底進行。
“這次主要是測試硬體和系統，目標是在兩秒內加速到400英里每小時，在2016年年底，我們希望進行完整的測試，利用我們的加速管道。”Hyperloop One的聯合創始人兼首席科技官布羅甘·巴姆布羅甘(Brogan BamBrogan)透露。

乘坐超級高鐵的乘客並不會感受到加速，因為加速是逐漸進行的，當達到最高時速760英里/小時時，舊金山和洛杉磯之間的旅程只需要30分鐘。

屆時測試還將在這片沙漠進行。研究小組將建造一個3英里長的軌道，一個電纜塔將支撐管道懸浮在地面上方。“這裡就是超級高鐵的誕生地。” 巴姆布羅甘稱。

此前在洛杉磯，Hyperloop One還測試了不同的懸浮方法，主要是基於被動磁懸浮技術，這種技術被套用於歐洲和亞洲的高速磁懸浮列車。勞埃德認為，“如果這次測試獲得的成果可以被複製和套用，超級高鐵2019年就可以實現裝載貨物，2021年將實現運輸乘客。”

Hyperloop One稱，乘坐超級高鐵的乘客並不會感受到加速，因為加速是逐漸進行的，當達到最高時速760英里/小時時，舊金山和洛杉磯之間的旅程只需要30分鐘。與傳統交通工具相比，開車需要6小時，傳統火車更是要整整一天。

運行方式

美國科羅拉多州一家名為“ET3”的公司正在建造一個三英里長的、時速高達4000英里的真空管道交通系統。負責具體細節設定的設計師戴睿·奧斯特是美國佛羅里達州的機械工程師，為了能夠專心致力於真空管道運輸的研究與開發工作，奧斯特夫婦辭去了其他可以獲得較高薪水的職位。

據了解，ET3公司正在致力於研製一個名為“高空管道運輸”的項目，按照設計師的預想，它將能達到每小時6500公里的驚人速度。乘客坐真空管道的話，從美國的紐約到洛杉磯僅需要5分鐘，從紐約到北京也只花費2小時，而來個環球游也就6個小時。

據設計師介紹，這種高空管道運輸的交通工具像一個“膠囊”，每一個膠囊被放置於管道中，像炮彈一樣被發射至目的地。

為了讓公眾了解更多信息，該公司還在網站上公布了“膠囊”設計的更多細節：每一個“膠囊”重達183kg，長16英尺（4.87米），能容納4至5名乘客，還有存放行李的貨廂。連線兩個目的地的管道跟高速鐵路一樣，會搭建在地上。

工作原理

超級高鐵採用“磁懸浮+低真空”模式。高速飛行列車是利用低真空環境和超聲速外形減小空氣阻力，通過磁懸浮減小摩擦阻力，實現超聲速運行的運輸系統。

“超級迴路”系統是一套全新的高速運輸體系，該運輸系統並非以火車廂而是以“鋁製膠囊”為運輸工具，將“鋁製膠囊”置於鋼鐵管道之中，然後像發射炮彈一樣將它發射至目的地。

突破氣阻

國家自然科學基金《真空管道高速磁浮交通基礎研究》項目負責人張耀平說，高鐵已經是大氣環境中火車發展的最高境界，升級空間到此為止。磁懸浮每小時400-500公里，它的起點也就是它的終點。而真空管道磁懸浮一開始時速即能達到600-1000公里，理論上還可達到2萬公里，從起步到完善，將會像汽車、飛機剛剛誕生一樣，有10倍以上的速度提升空間。因此，研究真空管道磁懸浮列車，不僅將又一次帶來地面旅行的速度革命，而且將把磁懸浮列車帶到正確的發展方向上。

諸多質疑

美國麻省理工學院航空航天學教授漢斯曼提出，雖然“超級迴路”本身不違背物理學基本原理，但這個計畫可行性還是不夠：馬斯克的預算太過於樂觀，而且鋁製膠囊列車本身還有很多技術困難需要突破。

洛杉磯時報的專欄作家喬恩更表示，高鐵工程完工之後，“超級迴路”可能還不見蹤影。也有分析人士認為，馬斯克的預算成本可能偏低，因為在大都市建造這種城際交通系統需要取得授權，爭取授權就需要支付潛在成本，或者將面臨相關的環境和毀滅人類訴訟。

三大難題

西南交通大學超導與新能源研究開發中心首席教授趙勇看來，“超級高鐵”系統所需要的真空管道技術和磁懸浮技術，目前已經有了一些比較成熟的研究，但要攻克的難點還有很多。其中的技術難點主要集中在3個方面。首先是真空管道的低成本建設，即如何以低成本實現、維持一個大體積的低真空空間。未來的“超級高鐵”要實現載人，怎么建造站台，能夠既方便乘客上下車，又維持管道的真空狀態，就是一個尚未破解的難題。另外兩個難點則來自動力系統和磁懸浮技術。“‘超級高鐵’需要採用直線牽引技術，但目前這一技術的功效尚不能滿足其動力需要，有待改進。其次，目前的磁懸浮技術對於‘超級高鐵’而言，也不夠穩定。”

外國研發

美國

2017年3月21日，“超級鐵路交通技術公司”（HTT，Hyperloop Transportation Technologies）表示，他們已經開始建造“超級高鐵”的乘客艙，並預計將於2018年年初完工。按照預定計畫，“超級高鐵”的列車每日可以運送16.4萬名乘客，每40秒就可發車一次。這種新式交通系統能夠加速到時速1220公里，超過絕大部分飛機的最高時速。2018年4月16日上午，超級高鐵開發商Hyperloop Transportation Technologies（HTT）宣布訊息稱，準備在法國土魯斯（Toulouse）建設測試軌道.

2017年5月12日美國超級高鐵1號公司（Hyperloop One）首次在真空環境中對其超級高鐵技術進行了全面測試，利用磁懸浮技術，在位於內華達州的測試場地，實現了70英里（113公里）的時速。7月測試達到310千米時速。

美國超級高鐵1號公司還試圖進軍芬蘭和瑞典：

據英國《每日郵報》7月6日報導，美國超級高鐵1號公司（Hyperloop One），將在歐洲建成世界首架規模完備的“超級高鐵”(Hyperloop)，連線芬蘭首都赫爾辛基和瑞典首都斯德哥爾摩，速度可達每小時700英里(約合1126公里/時)。赫爾辛基和斯德哥爾摩相距310英里(約合500公里)，乘飛機需要1小時，乘船則需要16小時才可到達。超級高鐵建成後，可以將往返時間縮短至28分鐘。

2018年2月19日，埃隆·馬斯克獲得了華盛頓政府的批准，可以在紐約和華盛頓特區之間挖掘一個地下隧道，建立一條連線紐約和華盛頓（約363公里）的超級高鐵，將穿越這兩座城市之間的時間縮短到29分鐘。

埃隆·馬斯克的計畫是：每日可以運送16.4萬名乘客，每40秒就可發車一次。這種新式交通系統能夠加速到時速1220公里，超過絕大部分飛機的最高時速。3年後形成實際運力，10年後建成連結全美重要城市的超級高鐵網路，這樣任何美國兩個最遠的城市之間的旅行時間將不超過4小時。

2018年4月，馬斯克宣布，旗下“超級高鐵乘客艙”將進行測試，目標運行速度為音速的一半，並在1.2公里內完成剎車。

2018年7月，超級高鐵公司（Hyperloop Transportation Technologies，HTT）公布將在中國貴州省銅仁市建設一條10公里長的超級高鐵線路。該項目融資將通過公私合作的形式進行，同時，銅仁市交通旅遊開發投資集團計畫投資50%的資金。

俄羅斯

2016年5月中旬，俄羅斯交通部部長馬克西姆·索科洛夫(Maxim Sokolov)在索契舉行的新聞發布會上表示，目前俄羅斯在技術上已經有了技術儲備，有很大興趣建造一條類似埃隆-馬斯克的超級高鐵那樣的大規模運輸項目。而俄羅斯新聞網站RBC隨後報導，這條類似超級高鐵的運輸項目將貫穿俄羅斯東西南北。而聖彼得堡國立交通大學官員扎伊采夫稱，這條超級高鐵第一部分將連線莫斯科和聖彼得堡，兩地相距近650公里。

俄羅斯是世界上國土面積最大的國家，因此這項類似超級高鐵的交通運輸項目將是一個浩大的工程。不過俄羅斯鐵路公司正考慮與美國超級高鐵1號公司（Hyperloop One）合作，後者將可能為俄羅斯提供技術支持。訊息稱目前他們已經和Hyperloop One成立了一個工作組，按照目前西方的技術標準，這段連線莫斯科與聖彼得堡的超級高鐵將花費210億美元，“但在俄羅斯，這項工程的造價頂多在120億美元（約合789億元人民幣）左右”，扎伊采夫表示。

此外，扎伊采夫還透露，該運輸項目已經獲得國際經濟開發服務運營商Gordon Atlantic的支持。目前已開發出承擔座艙重量的磁懸浮技術。

中國研發

西南交大

西南交通大學為主，團隊涉及其它單位的。

2004年12月29日，一場有8名“兩院”(中國科學院、中國工程院)院士參與、多名國內權威專家出席的研討會召開。眾多學界權威參與此次會議的主要議題是——真空管道高速交通。簡而言之，就是建造一條與外部空氣隔絕的管道，將管內抽為真空後，在其中運行磁懸浮列車等交通工具，由於沒有空氣摩擦的阻礙，列車運行速度令人瞠目結舌，可大大縮短地球表面任意地點間的時空阻隔。管道由於是密封的，因此可以在海底及氣候惡劣地區運行而不受任何影響。

2007年，西南交通大學張耀平成功申請國家自然科學基金項目“真空管道高速磁浮交通基礎研究”（項目編號：50678152）。

2009年，趙勇同其他專家合著《速車系統概論》，對於真空管道交通進行了深入討論，這是世界上第一本系統論述真空管道磁浮技術的專著，研發中心正在針對第二代真空管道磁浮車的實驗模型進行研究。

2011年，西南交通大學教授趙勇帶領的團隊研發出世界第一套“真空管道磁浮車實驗系統”。這是全球第一個同時結合真空管道、磁懸浮及線性驅動的完整真空管道試驗設備。

2013年3月，在趙勇的帶領下，他的團隊於2013年3月便研製出了最初的高溫超導磁懸浮（HTS）測試環線，後來再加入真空管道，成為世界上首個真空管道運輸（ETT）系統。

2014年，西南交大建成了真空管道超高速磁懸浮列車原型測試平台。不過礙於實驗環線的半徑僅有6米，當時測試車輛的最高速度只達到了50公里/小時。

2015年底，第二代高速環線設備建成，研發團隊將軌道鋪在管壁上，形成“壁掛式”磁懸浮列車，能有效解決實驗室中軌道半徑太小所帶來的離心力問題，常壓下的實驗車平均時速已經提升至82.5公里。且團隊成功將管道真空的極限壓強降到了1335帕（一個大氣壓等於101325帕）——這相當於抽掉了管道中99%的空氣。

航天科工

2017年8月29日，中國航天科工公司在武漢宣布，已啟動時速1000公里“高速飛行列車”的研發項目。據悉，藉助航天系統工程豐富的實踐經驗和技術積累以及國際一流的超聲速飛行器設計能力，航天科工後續還將研製最大運行速度2000公里和4000公里的超級列車。

中國航天科工

中國航天科工

中國航天科工相關負責人還透露，高速飛行列車工程項目實施注重發揮各方面優勢建立國家隊，聯合了國內外20多家科研機構，成立了國內首個國際性高速飛行列車產業聯盟，目前團隊擁有相關領域的200多項專利。

據悉，中國航天科工是全球首個提出超聲速地面運輸系統的集團公司。當前，世界上對外宣布開展大於1000公里/小時運輸系統研究的公司主要有三家，包括美國的HTT公司、Hyperloop One公司以及中國航天科工集團公司。

在航天科工集團三院高速飛行列車項目技術負責人毛凱看來，航天科工在技術方面的優勢適合這一項目的研究和推進。“首先是航天科工的技術工程能力，其次是超音速飛行的設計能力，第三個是仿真、建模和大系統的實驗能力。同時，國家也在不斷強調和倡導軍民融合和技術轉化。”

毛凱：我們在全球首個提出超聲速這樣的目標。

毛凱：首先要實現1000公里每小時的時速，在國內建立城際間的飛行網。第二步要實現2000公里每小時的時速，在國家主幹線，特別是圍繞五大經濟區，北京、上海、成都、廣州、武漢，建立國家型的飛行網。第三步我們要實現4000公里每小時這樣的飛行速度，將來去支撐一帶一路，在一帶一路形成這樣的飛行網。

北京交通大學

2017年9月3日，北京交通大學國家超級高鐵實驗室計畫在煙臺開發區先期建設一條長度1公里的超級高鐵試驗線和中試車間，加強真 空管道高速磁浮交通技術研究，爭取在超級高鐵技術取得重大突破，積極推動產業 化進程。