超級高鐵離我們有多遠?

2018/12/04


      讓列車在減壓管道裏高速行駛的超高速運輸系統——「超級高鐵(Hyperloop)」受到全世界的關注。除美國SpaceX創始人埃隆·馬斯克為技術設計提供援助外,中國和印度也都在推動實用化構想。日本方面,慶應義塾大學的一支團隊正致力於基礎技術的開發,且影響力在不斷擴大。

       

  

      超級高鐵將採用比普通地鐵更小的專用車輛,以約1200公里的時速在經過減壓的管道裏行駛。馬斯克2013年公佈了基本構想,受到廣泛關注。如果得以實現,從洛杉磯到600公里外的舊金山只需30~40分鐘。

   

     運輸車輛的速度越快,受到的空氣阻力就越大。飛機在超過1萬米的高空飛行,原因之一就是這裡空氣稀薄,受到的阻力小。而超級高鐵對管道內進行減壓,使得車輛在地面上也能以較小的阻力行駛。

  

      維珍超級高鐵一號(Virgin Hyperloop One:簡稱維珍超鐵)和Hyperloop運輸技術公司(HTT)對建設超級高鐵表現出濃厚興趣。但尚未確立基礎性技術,SpaceX從2017年1月起定期舉辦競賽活動,各種創意展開激烈競爭。

   

      對於超級高鐵的行駛技術,目前正在開展的有兩種類型的研究,一是像普通列車那樣採用輪式行駛,另一種則是磁懸浮型。採取輪式行駛的話,即使只是超過新幹線的速度,也需要具備減輕軸承負荷和摩擦、噪聲的技術,如果採用磁懸浮的話,則要面對怎樣讓其懸浮起來的課題。

      

設想利用磁力使車輛懸浮起來,由螺旋槳推進

           

      慶應大學是超級高鐵競賽活動中唯一一支來自日本的團隊。儘管沒有獲獎,但在2017年8月的競賽中成為首個完成比賽的隊伍,馬斯克稱讚其「系統設計給人留下了非常完美的印象」。

   

      慶應大學團隊採用磁懸浮的方式。雖然日本的磁懸浮中央新幹線正在推進實用化,但在比賽時,由於場地上只鋪設了價格比較便宜的鋁軌道,因此無法採用與磁懸浮中央新幹線相同的原理。

    


         

      慶應大學團隊採用的是,通過改變磁場讓即便是像鋁那樣沒有磁性的物質也可以有電流通過,並使其與磁鐵産生相互作用。通過在車輛上安裝具有強力磁性的圓盤狀永磁鐵並讓其前進時,軌道上會有臨時性的電流通過,從而産生能讓車輛懸浮起來的推力。

   

      作為推動車輛前進的推進力,目前正在試驗兩種方式。慶應大學團隊在2017年完成比賽時使用磁力推動車輛前進。將永磁鐵安裝到車輛的特定部位並讓其旋轉,就與流經軌道的電流産生相互作用,形成了推力。

    

      團隊還計劃在2019年夏天的比賽裏採用螺旋槳推進方式,就像螺旋槳飛機一樣向後方吹送空氣,利用反作用力前進。受飛機在空氣稀薄的高空也能飛行的原理啟發,團隊認為對管道進行一定減壓的話,同樣也能發揮螺旋槳的作用。

   

      在今年7月的比賽中,德國慕尼黑工業大學的團隊採用輪式行駛的車輛,憑藉466公里的時速奪得冠軍,在一年時間裏把原有記錄大幅提高。慶應大學團隊是把車輛懸浮起來,速度提升空間很大,團隊顧問狼嘉彰充滿自信地表示「將在下屆比賽中創造出500公里的時速」。

     

      Hyperloop運輸技術公司著眼於正式商業運行,計劃在中國和阿聯酋(UAE)建設10公里左右的線路。維珍超鐵也已和印度地方政府達成協定,準備建設連接孟買和浦那的超級高鐵。目前受到期待的是到2030年左右超級高鐵會像飛機和新幹線那樣作為交通工具獲得普及。

   

      在建設超高速鐵路方面,日本JR東海計劃到2027年將最高時速約500公里的磁懸浮中央新幹線投入運營。超級高鐵也需要設置軌道和側壁,可以利用與磁懸浮中央新幹線相類似的原理。但如何處置減壓後的管道成為超級高鐵面臨的特有課題。

   

      如果對管道進行減壓,車輛內部和管道之間會存在氣壓差異,不能像普通列車那樣只需打開車門就可以讓乘客上下。為此,需要像太空站對接那樣引入將車輛與外部在正常大氣壓下連通的方法。

      

      日本經濟新聞(中文版:日經中文網)科學技術部 大越優樹

   

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