美国亿万富翁传奇人物埃隆·马斯克提出Hyperloop（超级回路）设想的时候，很多人还认为那只是个科学幻想，事实证明了，确实有人在为这个“幻想”实实在在地努力。
“超级回路”并不是新设想
如果没有奥巴马在2009年关于高铁技术的那场演讲，美国加利福尼亚州旧金山至洛杉矶新建高铁计划也许还要延迟。经过艰难的磨合与推进，加州高铁新建工程近期终于启动。
然而，在技术达人埃隆·马斯克看来，高达684亿美元的造价、平均264公里的时速、长达2.5小时的旅程，与飞机和汽车相比，性价比实在不高。因此，2013年，他提出了一种“超级回路”（Hyperloop）新型交通方式设想，并做了技术可行性分析，通过互联网开放式平台，分享研究成果，希望借助众筹的力量，将这一颇具辉煌前景的设想实施落地。
根据马斯克技术白皮书提供的数据，“超级回路”列车平均时速可达970公里/小时，而最高运行速度为1200公里/小时，环保节能无污染，利用太阳能作为供应能源，从洛杉矶至旧金山500公里的距离，只需要35分钟就可到达，而造价约为60亿至75亿美元，是轮轨式高铁造价的10%。
人气和影响力直追乔布斯的埃隆·马斯克，点燃了“超级回路”的火种。然而，他并不是第一个提出这个概念的人。如果向上追溯，最早提出真空管道列车概念的时间是1812年，首次提出这个概念的人是英国机械工程师兼发明家乔治·梅德赫斯特；到了1864年左右，英国伦敦修建了一条“水晶宫气动铁路”，通过蒸汽机驱动直径6.7米的巨型风扇为列车提供动力；1870年在美国纽约开通运营“海滨气动运输系统”，通过埋在地下的管道，利用压缩空气驱动列车运行；1910年，美国火箭专家罗伯特·戈达德首次为真空管道列车命名；第一个提出真空管道设想并申请专利的人是德国工程师赫尔曼·肯佩尔，他是基于磁悬浮列车技术原理提出的这个观点，并于1934年申请了专利。而“真空管道运输”商标名称则是机械工程师达里尔·奥斯特于20世纪90年代提出，并于1997年获得专利。
由上可知，埃隆·马斯克只是重新提出了类似的概念，并命名为“超级回路”。最重要的是，他并非空想家，而是实干家，努力将这项技术真正变成现实，并呼吁更多的有识之士参与这项伟大的运输革命，这是他的过人之处。
真空管道不需严格真空
“超级回路”是在实现局部真空的密封管道中，悬浮在空气垫之上，通过直线电机和空气压缩机提供动力，驱动加压之后的旅客舱快速移动，进而实现高速行车的目的。
“超级回路”的技术原理与“真空管道列车”类似，但是与后者最大的不同之处就在于管道的密封性要求有差异。“真空管道列车”对管道的密封要求严格，要达到真空级别，摈弃一切空气阻力，实现起来非常困难。而“超级回路”则要求将管道减压到1毫巴（100帕斯卡）即可，这样在技术上容易实现。
旅客舱驱动原理图
然而，旅客舱在局部真空管道中高速运行，与飞机速度不相上下，管道中残留的空气就成了最大的阻碍，解决办法是在旅客舱的前面安装进气风扇和空气压缩机，将旅客舱前面的空气吸入后，分流到后面，进而减少空气阻力。沿着管道底部布置的直线电机，为旅客舱提供动力，旅客舱底部与管壁之间形成0.5到1.3毫米的空气垫，使得旅客舱悬浮在空气垫上，只需要克服空气阻力，就可以实现高速运行。
在旅客舱高速运行过程中，由于空气摩擦会产生很多热量，需要设置冷却系统进行降温，同时，还可以通过旅客舱头部的风扇和空气压缩机实现列车制动。在列车启动加速之际，施加在乘客身上的加速度是0.5g，是飞机起飞和降落加速度的2至3倍，在一定程度上向乘客提出了挑战。在基础设施方面，“超级回路”的管道既可以架设在桥梁之上，也可以下钻地下，既能够节省用地，也可以实现与周边环境的协调。
需要解决的难题还很多
“超级回路”的设想很丰满，但是现实很骨感，从想象到技术实现，需要付出艰辛的努力，有一大堆技术难题需要攻克。
首先是旅客舱高速运行控制方向的难题。我们都知道，轮轨式高铁列车利用铁路轨道进行导向，磁悬浮列车通过设置在线路两侧的电磁铁进行导向，即使是汽车，也通过驾驶员的方向盘进行导向。那么没有司机的旅客舱，是通过何种方式进行导向的呢？在高速运行经过弯道之际，如何避免旅客舱撞击管壁造成行车事故？根据研究结果显示，当旅客舱以230米/秒高速运行之时，仅仅偏离中心线1毫米，就会带来可怕的撞击和振动。我们不难想象，乘客在这种环境中旅行的感受，肯定和面临飞机失事是同一种心理。
“超级回路”试验轨道
其次，如何保证旅客舱安全制动？到目前为止，“超级回路”列车的制动方式依旧处于概念和初步模拟阶段，能否实现高速行车的快速制动，是保证乘客生命财产安全的关键所在。就拿轮轨式高速动车组而言，采用的都是复合制动系统，意味着有多达9种制动方式可以分级或者混合使用。而列车从制动到停车的距离，与列车的速度成正比，一般而言，时速120公里及以下的列车，制动停车距离约为800米，而时速300至350公里的高铁列车，制动停车距离长达5至6公里。与此类比，时速1200公里的“超级回路”列车的制动距离该是多少，我们不难估算出来。轮轨式高铁动车组实施全方位的紧急制动，也需要数公里才能停下，“超级回路”列车仅仅凭着稀薄空气提供的制动力，要想安全停车，就过于乐观了。
第三就是乘客的旅行心理问题。我们很多人都有或多或少的幽闭恐惧症，在一个密封的空间，既不能随便移动，也不能饮食，甚至不能上卫生间，谈不上舒服，想看外面的风景更是不可能。一旦突发疾病，临时处置都很困难。在这种幽闭的环境里，最适合冒险刺激，而不适合长途旅行。因此，解决乘客的旅行心理，给他们提供舒适的乘车环境，也是必须要考虑的问题。
三家公司在为梦想打拼
技术天才埃隆·马斯克一呼百应，全球有很多技术英才摩拳擦掌，为实现这项运输革命而殚精竭虑。到目前为止，全球一共成立了三个“Hyperloop”技术公司在为梦想打拼。
其一是“超级回路运输技术公司”（HyperloopTransportationTechnologies，简称HTT），他们雄心勃勃，除了想要承建旧金山至洛杉矶的“超级回路”之外，还将目光瞄向了国外，并与斯洛伐克政府签订了一项承建合同，线路衔接伯拉第斯拉瓦、维也纳和布达佩斯，并在2016年3月开始进行实质性研究。为了加快研发进展，在2015年5月，HTT公司宣布在加州岸谷小镇修建长8公里的试验线路，并于当年11月破土动工，在未来的32个月内，完成1.5亿美元的投资，而公司的负责人则保守预测，“超级回路”若想投入实用，要在十年之后了。
“超级回路”结构图
然而，另一家公司比HTT公司走得更快，这就是“超级回路一号”公司（Hyperloopone），前身是“超级回路技术”公司，为了避免与HTT公司名字混淆，改成了现在的名字。该公司准备承建洛杉矶到拉斯维加斯的“超级回路”线路，并在美国内华达州修建了长约5公里的试验线路，在2016年5月11日首次在室外测试列车的推进系统并取得了成功，从零公里加速到96公里只用了1秒钟。按照该公司的计划，“超级回路一号”公司将于2016年年底对完整的推进系统进行全面测试，这项测试意味着“超级回路”告别了“纸上谈兵”，开启了漫长的攻坚之旅。计划最早在2019年可以开展货物运输，到2021年开始实施载人试验。
除了这两家主要的公司互相竞争之外，埃隆·马斯克主创的SpaceX公司也参与到了“超级回路”的技术研发之中，提出准备修建1.5公里的试验轨道，并在2016年2月18日向社会公开了《SpaceX公司“超级回路”试验轨道说明书》，列举了需要通过集思广益才能解决的系列技术难题，向实用性迈开了至关重要的一步。
值得一提的，还有加拿大的TransPod公司，专门攻关“超级回路”中的核心设备——旅客舱。2016年3月，TransPod公司对外宣布，要研发全尺寸的“超级回路”旅客舱，并在当年12月的柏林博览会上亮相。该公司研发计划雄心勃勃，他们将旅客舱的目标速度设定为1000公里/小时，采用计算机自动控制，通过太阳能提供能源，预计到2020年，商用的旅客舱就可以下线投入使用。
延伸
中国“超级回路”
——设想更务实
作为一种久负盛名的新型交通模式，我国与“超级回路”类似的“真空管道运输”的研究也在进行中。据报道，首先将“真空管道磁悬浮”概念引进中国的是西京学院真空管道交通研究所所长张耀平，他毕业于西南交通大学，担任国家自然科学基金“真空管道高速磁浮交通基础研究”项目负责人。而西南交大和北京交大也都在对“真空管道运输”项目进行前期研究。
西南交通大学教授沈志云院士认为，由于高铁列车在敞开的稠密大气中高速运行，需要克服占比总阻力90%以上的空气阻力，使得高铁列车的速度不能无限提高，最高只能止于400公里/小时，速度再高在经济上就很不划算了。若想将列车速度提高到400公里/小时以上，则可以采取“真空管道列车”，并对其原理进行了较详尽的阐述。
沈院士重提的这种新型高铁模式，不同于“超级回路”的真空管道磁悬浮列车，而是不增加很多投资，不新建专用线路，在既有高铁线路上就能实施的一项新技术。简略而言就是将既有高铁或者新建的高铁线路上部加盖，两侧设置隔音墙，予以密封，处理好结构薄弱环节，然后将管道抽成相对真空，就可以轻松实现动车时速600公里的超高速度。
前路漫漫，上下求索，也许在不久的将来，中国的“超级回路”列车也会变成现实。
文 / 王麟
