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來源：互聯(lián)網(wǎng)

超級高鐵（Hyperloop）是一種以“真空鋼管運輸”為理論核心的交通工具，采用磁懸浮+低真空模式，被定位為“下一代交通工具”。

超級高鐵為膠囊形外表，也被稱為膠囊高鐵，也稱飛行鐵路、飛速鐵路（簡稱“飛鐵”），其列車稱為飛行列車。此外，高鐵車輪因不斷與軌道接觸，導致旋轉部件更換頻繁，而超級高鐵因磁懸浮設計不會產(chǎn)生摩擦，將大為節(jié)省運營成本。具有超高速、高安全、低能耗、噪聲小、污染小等特點。

20世紀初期，美國學者羅伯特提出“真空管道運輸”的設想。美國機械工程師達里爾·奧斯特于1999年為這一概念申請了專利，于2010年成立了公司。2013年，美國埃隆·馬斯克再次提出了超級高鐵的理念。2017年8月29日，航天科工集團在武漢宣布，已啟動時速1000公里“高速飛行列車”的研發(fā)項目，后續(xù)還將研制最大運行速度2000公里和4000公里的超級高速列車。

發(fā)展簡史

時代背景

在美國，氣動管道在 1800 年代開始普及，作為地面交通的替代方案。裝有字母的膠囊以大約 20 或 30 英里/小時的速度通過管道被推吸，通常是在大城市地下的隧道中。電報比氣動管道快得多，但其傳送的最后步驟效率低下且昂貴，因為電報需要從電報局手工傳送到最終目的地。由于電話和傳真的激烈競爭，該系統(tǒng)于 1984 年關閉。隨著卡車在 20 世紀初出現(xiàn)用于送貨，美國城市早在幾十年前就普遍放棄了氣動管。

理論背景

制約輪軌交通往更高速度提升主要有輪軌阻力、空氣阻力和噪聲三大因素，超級高鐵被定位為“下一代交通工具”，它利用磁懸浮技術與地面脫離接觸，并在近真空管道線路中運行，以強大的加速能力和高速巡航能力實現(xiàn)超高速運行，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。此外，高鐵車輪因不斷與軌道接觸，導致旋轉部件更換頻繁，而超級高鐵因磁懸浮設計不會產(chǎn)生摩擦，將大為節(jié)省運營成本。

設想構思

鐵路磁懸浮技術的研究源于德國，其設想起源于20世紀20年代。

1904年，現(xiàn)代火箭之父羅伯特·哥達德（Robert Goddard）提出在波士頓至紐約之間建超級高鐵，其后歐洲、美國的工程師也一直在推動該技術的發(fā)展。

1922年，德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車的專利。

20世紀初期，美國學者羅伯特提出“真空管道運輸”的設想。是一種以“真空鋼管運輸”為理論核心設計的交通工具。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。

2013年，特斯拉（Tesla)創(chuàng)始人、SpaceX公司CEO埃隆·馬斯克再次提出了超級高鐵的理念。當年，馬斯克在名為《超級高鐵緣起》的白皮書中提出，超級高鐵是一種以“真空管道運輸”為理論核心設計的交通工具，借助巨型真空管城際運輸系統(tǒng)，使用豆莢式乘坐艙（pods)在密封管內運送乘客和貨物，時速最高有望達到750英里（約1220 km)。

追求高速是軌道交通發(fā)展永恒的主題之一，而高速磁懸浮交通則是軌道交通的一種新型制式，也是引領軌道交通技術發(fā)展的方向之一。超高速將是21世紀地面高速運行的需求，而石油資源的短缺和環(huán)保的要求將使航空和公路運輸在未來有可能成為奢侈品。

發(fā)展階段

20世紀80年代（1980~1989年），美國機械工程師達里爾·奧斯特致力于研究“真空管道運輸”的可行性，并于1999年為這一概念申請了專利，于2010年成立了公司。

2016年春天，美國Hyperloop one公司測試了自行設計的推進系統(tǒng)，在拉斯維加斯郊外的一個測試設施中，驅使一座雪橇行駛了100碼，用時1小時。

2016年5月中旬，俄羅斯交通部部長馬克西姆·索科洛夫（Maxim Sokolov）在俄羅斯南部城市索契（Sochi）舉行的新聞發(fā)布會上表示，俄羅斯在技術上已經(jīng)有能力建設“超級高鐵”那樣的大型交通項目，俄羅斯有很大興趣建造這種類似于“超級高鐵”的運輸系統(tǒng)，俄羅斯新聞網(wǎng)站RBC隨后報道，這種類似于“超級高鐵”的運輸系統(tǒng)將連接俄羅斯國內的東、西兩端和南、北兩端。據(jù)彼得堡臺灣交通大學官員阿納托利·扎伊瑟夫稱，該運輸系統(tǒng)的第一部分將連接莫斯科和圣彼得堡，全長約650公里。

2017年8月30日，航天科工集團在第三屆中國（國際）商業(yè)航天高峰論壇上宣布開展“高速飛行列車”研究，利用超導磁懸浮技術和真空管道，致力于實現(xiàn)超音速的“近地飛行”。

2017年5月12日，美國超級高鐵1號公司（Hyperloop One）首次在真空環(huán)境中對其超級高鐵技術進行了全面測試，利用磁懸浮技術，在位于內華達州的測試場地，實現(xiàn)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，中國航天科工集團宣布，人類第五種交通工具“高速飛行列車”項目已開展研究論證，時速最高可達4000公里，相比現(xiàn)在京滬高速鐵路運行的最高時速350公里，要快出10倍。

2018年3月，西南交通大學搭建的全球首個真空管道超高速磁浮列車環(huán)形實驗線平臺總長45米，設計載重300公斤，最大載重可達1噸，懸浮凈高大于20毫米，可進行0-50km/h的實際動態(tài)運行實驗。

2018年4月，美國硅谷初創(chuàng)公司Virgin Hyperloop One在美國莫哈韋沙漠進行一次特別的展示活動。2020年11月，該公司宣布完成了首次載人測試，首次搭乘的兩位乘客，分別是 Virgin Hyperloop 的首席技術官 Josh Giegel 和乘客體驗總監(jiān) Sara Luchian。

2018年7月19日，美國HTT公司與中國貴州省銅仁市在貴陽市舉行了“真空管道超級高鐵研發(fā)產(chǎn)業(yè)園項目簽約儀式，這是HTT與中國簽署的第一份超級高鐵建設協(xié)議，是HTT公司的第12份協(xié)議和第3份商業(yè)協(xié)議，其中中鐵第五勘察設計院集團有限公司作為設計單位參與該項目［7］，并委派專人到德國、西班牙等國家考察，參加HTT公司的首輛超級高鐵首發(fā)式。該項目融資將通過公私合作的形式進行，同時，銅仁市交通旅游開發(fā)投資集團計劃投資50%的資金。

2020年11月，由維珍超回路公司研發(fā)的超級高鐵完成了全球首次載客試驗。兩名公司員工乘坐在磁懸浮的客艙內，體驗了172公里/小時的速度。該超級高鐵的設計速度約為1000公里/小時，是一般商業(yè)飛機的2倍。公司的目標是在2030年之前實現(xiàn)商業(yè)運營。

2022年11月5日，埃隆·馬斯克旗下的隧道挖掘公司The Boring Company宣布，“超級高鐵”已經(jīng)開始了全面測試，并配上了兩張圖片。據(jù)介紹，此次測試的“超級高鐵”的速度可達每小時600多英里（約合965公里/時），比飛機在高空中的巡航速度更快（800公里/小時）。照此速度推測，從華盛頓哥倫比亞特區(qū)到紐約的時間只需不到30分鐘。

2023年4月，中國科學家在發(fā)表于《鐵路標準設計》的一篇文章中顯示，通過研究選取當前最具備建設條件的6條示范線進行指標量化比選評價，科學客觀地提出中國國示范線優(yōu)先建設建議。文章稱，上海市至杭州市的超級高鐵線路對中國來說是最可行和最有利的。該線路涉及的兩個城市人口密度高，經(jīng)濟活動活躍，且地勢相對平坦，具有較高的技術可行性，因此被認為具有較強的經(jīng)濟潛力。這樣一個項目還將促進上海和杭州之間的區(qū)域一體化，由此產(chǎn)生積極的社會影響。

2024年11月，東南大學移動通信國家重點實驗室宋鐵成教授在學術期刊《鐵道通信信號》上發(fā)表的一篇文章顯示，為讓時速達1000公里的高速列車支持5G網(wǎng)絡，使乘客可以使用智能手機觀看超高清視頻或暢玩在線游戲，只需在隧道內壁鋪設兩條平行電纜，這兩條電纜可以解決基站安裝問題。這些特殊的電纜能夠“泄漏”電磁信號，從而在智能手機和移動通信服務提供商之間建立持續(xù)穩(wěn)定的連接。此外，通過使用高效的編碼技術和調整某些關鍵的信號參數(shù)，可以進一步克服頻率變化所帶來的干擾。通過計算機模擬，已經(jīng)初步驗證了該方法，表明該解決方案能夠在主流5G標準下的數(shù)據(jù)交換過程中保持穩(wěn)定的通信質量。

構造與原理

總體設計

超級高鐵是一種以“真空鋼管運輸”為理論核心設計的交通工具。以磁懸浮技術提供動力，是一種把空氣摩擦阻力降到零的運輸方式。相比火車和飛機，新技術更安全、更安靜。

動力系統(tǒng)

太陽能是超級高鐵最適合的動力源，超級高鐵充分利用管道上方的空間，鋪滿太陽能電池板。超級高鐵在加速時，系統(tǒng)要供電，但在車體減速時，會向系統(tǒng)供電。在隧道內約每110千米就會有一個外部線性電動機為列車補充動力。超級高鐵一方面采用被動磁懸浮技術，不需要持續(xù)供電，大幅降低能耗需求；另一方面，車體在接近真空的管道內懸浮飛行，阻力非常低。所以，整個超級高鐵系統(tǒng)耗電量低，獲得的能量將超過整個系統(tǒng)消耗的能量，僅靠自己的太陽能供電就能維持運營。

運載工具

超級高鐵按照設計師的設想，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(fā)企業(yè)在網(wǎng)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5名乘客，或360公斤貨物。“膠囊”列車“漂浮”在處于真空的管道中，由彈射裝置像發(fā)射炮彈一樣啟動座艙，無間斷地駛往目的地。由于運行空間真空，幾乎沒有摩擦力，“膠囊”車廂運行速度最高可能達到每小時6500公里。

工程造價

超級高鐵“真空管道運輸”造價較低，只有高速公路的四分之一、高鐵的十分之一。另外，按照預想的規(guī)劃，真空管道或許可以附著到已有的高速鐵路架橋上，節(jié)省大筆路線資源與基礎設施搭建成本，這種運輸工具更清潔、環(huán)保。

安全性

綜述

超級高鐵的安全性是旅客出行考慮的首要因素。超級高鐵系統(tǒng)使用巨大、近乎真空的管道把多個城市相連接，構成一張張超級高鐵網(wǎng)絡，方便大家快速出行。

主觀安全

大多數(shù)交通事故和人有關，而超級高鐵主要是智能化控制，和人關系不大。如超級高鐵與傳統(tǒng)列車和飛機不同，它不會出現(xiàn)人為事故，因為它是一個封閉系統(tǒng)；在真空管道沿線處每隔一定距離還設有安全艙，當超級列車發(fā)生故障停止，或是密封艙體失壓時，乘客可從安全艙逃離，躲避危險。

客觀安全

自然環(huán)境對各種交通工具（如汽車、飛機、輪船等）影響較大，對超級高鐵來說，在全封閉系統(tǒng)中運行，不受自然環(huán)境影響。如超級高鐵與航空行程相比，真空管道運輸不受天氣因素影響(如不受風力、冰雪、降雨等自然氣候影響），不會發(fā)生航班延誤、取消等情況。

關鍵技術

綜述

超級高鐵實現(xiàn)超音速行駛的核心是要減少空氣阻力和軌道的摩擦力，其基本理念是建造一個真空管道，從而降低列車所受到的空氣阻力，同時利用磁懸浮技術減少軌道的摩擦力，實現(xiàn)速度的突破，這是在全球范圍內得到較多認同的技術理念。超級高鐵運行需要統(tǒng)籌解決兩個難點。

運輸通道

超級高鐵建設一個管道運行，若將管道里面的空氣排出去形成真空后，理論速度就可以達到速度6500 km/ho當然這樣做難度太高，若模擬0.1個大氣壓，那至少也可以達到1000~2000 km/h。所謂的真空并非真正的真空，只是將管道的大氣壓變?yōu)檎４髿鈮旱?%。但在大尺度空間的空間中，1%大氣壓的真空系統(tǒng)實現(xiàn)起來也并非易事，需要解決的就是真空管道技術。