本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
在不久前的朦朧時期,埃隆·馬斯克接過了美國遠見卓識領導者的衣缽,這顯然是我們科技億萬富翁的特權。這在很大程度上是因為他目前的公司——SolarCity、SpaceX 和 特斯拉——都開始蓬勃發展。但這也是因為這位南非出生的美國企業家有一種特別隨意的想象更豐富——更美好——未來的方式。這個人去年夏天對一種他稱之為 超級高鐵 的東西的思考,引發了一場科技部落格和推特的狂潮。馬斯克最終會解決 既不吸引人但又至關重要的公共交通 問題嗎?就像他似乎已經解決了電動汽車、私人太空飛行和廉價太陽能的難題一樣?(好吧,不完全是,但你知道我的意思。)
8月12日,在自稱通宵達旦之後,馬斯克揭示了他一直在談論的 超級高鐵 究竟是什麼——在特斯拉和 SpaceX 的工程師的兼職幫助下。事實證明,這是一個巧妙的各種想法的拼湊,這些想法自 19 世紀以來就一直在流傳——所有這些想法都旨在讓人們在 35 分鐘內從洛杉磯到達舊金山。設想一個可以載客的吊艙,一排排坐好,然後將其放入管道中,在那裡它可以像槍膛裡的子彈一樣加速到高速。但是,不要將管道做成真空,因為 真空系統 非常容易搞砸,考慮到自然界普遍的厭惡等等。管道也不應該是正常壓力,就像過去的 пневматическая 郵件管道一樣,因為推動所有這些空氣在數百公里的範圍內膨脹會帶來太多的能量,更不用說管道壁上產生的巨大摩擦力了。
馬斯克的解決方案是作弊:將一對鋼管做成低壓,大約 100 帕斯卡,或者“火星大氣壓的 1/6”,他在 概述超級高鐵概念 的提案中寫道。而且,為了解決氣流這個小問題,讓吊艙配備一個孔和一個電池供電的風扇和壓縮機,以便將前方的空氣吸入,然後用作吊艙 28 個滑雪板下方的旅行墊——想想空氣曲棍球——。哦,我沒有提到 Inconel 滑雪板嗎?這些支柱由一種超級合金製成,這種超級合金更常見於宇宙飛船和 核電站蒸汽發生器 上——這應該讓您瞭解這種超級金屬可以承受的溫度和壓力——幫助吊艙以每小時 1,220 公里的速度在管道中滑行,大約每 110 公里從特斯拉用來製造其 驚人的汽車 的那種線性感應電機獲得一次助推,這些電機沿著管道壁扁平地鋪設。這些電機以及吊艙上的電池將由鋪設在管道頂部的高效光伏電池充電,產生估計 57 兆瓦的電力,幾乎是馬斯克計算的超級高鐵執行所需電力的三倍。“你必須把電力傾倒到某個地方,”馬斯克在與記者舉行的 30 分鐘電話會議上討論這個宏偉的構想時指出。
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在短短 35 秒內即可達到最高速度,對大約 28 名乘客(如果我們要購買豪華車型,可能包括三輛“全尺寸”汽車)沒有危及生命的重力壓力。整個數十億美元的管道將至少放置在 25,000 個六米高的橋墩(內部裝有阻尼器以防止地震)上,大約每 30 米放置一個,這些橋墩將遵循與 I-5 相同的路線,將土地和許可證購買成本控制在估計的 10 億美元以內。洛杉磯市中心和舊金山之間的總旅行時間為 35 分鐘。埃隆計算出您乘坐超級高鐵的票價約為 20 美元,儘管每個吊艙的成本約為 135 萬美元。
到目前為止,一切都很好,並且沒有違反物理定律,如果可能違反了經濟學定律。但是,也有一些顯而易見的缺陷。即使在低壓下,仍然存在可怕的空氣阻力,即摩擦力,會加熱管道內部的空氣,這就是為什麼每個吊艙都需要攜帶大約 800 公斤的水在船上,嚴格來說是為了冷卻目的(對於那些非公制型別的人來說,這幾乎是一噸)——增加重量,也許還有不穩定性,所有這些水在快速加速下晃動。到旅程結束時,這些水將變成蒸汽,並且在某種程度上,很像 Better Place 失敗的電池更換系統,那些重達一噸的冷卻水筒將被更換掉。這是一項壯舉,我們可能需要考慮其他冷卻液。
空氣滑雪板在較低速度下也會開始失去光澤,因此吊艙可能需要輪子才能起飛和著陸。沿管道排列的線性加速器將需要自己的電池組,以防斷電,以便系統中已有的每個吊艙都可以完成其旅程——而且(委婉地說)如果其中一個吊艙突然在這個部分真空管道內減壓,將會發生什麼情況,這一點有點不清楚。 1 g 的乘客體驗也可能不適合所有人(考慮到過山車會使尋求刺激的人承受大約 0.5 g 的壓力),儘管正如馬斯克在與記者舉行的電話會議上指出的那樣,大部分壓力會壓在乘客身上。
這個超級迴圈概念源於馬斯克對 加州高鐵 計劃的失望,該計劃的平均速度為 264 公里/小時,比其他火車慢,而且每英里的成本更高,估計總費用接近 700 億美元。當然,這與加州的土地價格以及美國的規章制度有關。超級高鐵本身並沒有為政治僵局、鄰避主義或高地價提供任何解決方案。事實上,認為連線洛杉磯和舊金山所需的超級高鐵的所有土地僅花費 10 億美元幾乎是荒謬的。如果超級高鐵的物理科學並非荒謬地迴圈,那麼在社會科學方面幾乎完全是真空。
最終,超級高鐵的成本可能低於 非常真實的世界高鐵 提案,因為它存在於真空中,這是一種保護性氣墊,由任何 僅存在於紙上 的工程提案創造。我讚揚這種創新思維,但也缺乏遠見,讓我們記住這並不是一個新想法。這是一箇舊想法,正如馬斯克甚至承認的那樣,它從未找到建造的方法。
就目前而言,沒有人真正計劃建造超級高鐵,甚至埃隆也沒有,儘管他可能會資助一個原型。“我想我不得不暫時擱置它,”馬斯克在電話會議上沉思道。“這不會是立即的。”也許埃隆的某位 超級富有的朋友——谷歌的謝爾蓋·布林或他的 PayPal 聯合創始人彼得·蒂爾——可以將他們的一些財富從其他虛榮專案(如布林的 實驗室人造肉 或蒂爾的 海上家園)轉移出來,為馬斯克移動的開發提供資金。“如果其他人做演示,那將非常棒,”馬斯克補充道,暗示如果他是唯一做超級高鐵的人,那麼這將是他任務清單上非常靠後的位置,可能至少需要十年才能完成。
考慮到 大眾科學 的一位最初的編輯,阿爾弗雷德·伊利·比奇,在 1870 年在紐約市下建造了一條 氣動管道列車。這絕非易事。如果我們真的想,我們 21 世紀的公民肯定可以在 I-5 高速公路上建造一條氣動管道列車,不是嗎?
或者我們可以直接 讓協和飛機迴歸,或者其他一些超音速飛機,然後忘記管道吧。正如馬斯克指出的那樣,“只要有足夠的高度和正確的幾何形狀,地面上的音爆噪音就不會比目前的客機更響亮。”也許他會建造那個來代替。或者,正如他寫的關於弄清楚真正的遠端傳輸一樣:“請有人來做這件事。”