编者按(2018年6月14日): 《大众科学》 重新发布以下文章,该文章最初于2016年5月14日发布,鉴于埃隆·马斯克宣布芝加哥市已选择他的公司“The Boring Company”来设计、建造、融资、运营和维护拟议的芝加哥快速环线。这个高速地下公共交通系统将连接芝加哥市中心和奥黑尔机场,并使用以高达每小时240公里速度行驶的自动“电动滑板”运送乘客。该系统所需的技术在许多方面类似于马斯克的SpaceX公司自2013年以来一直在推广的基于超回路列车隧道的通勤系统 since 2013.
大约三年前,科技 visionary 埃隆·马斯克概述了他对一种新型公共交通的愿景,这种交通在速度、效率和“整体酷炫度”方面仅次于瞬间移动。正如他设想的那样,超回路列车将通过地上或地下管道在几分钟内将满载通勤者的舱体运送数百公里。他愿景中最大的缺陷:他并没有真正打算建造它。
但世界各地的工程师纷纷涌入以填补这一空白。有些人是资金充足的初创公司的一部分,但大多数是学生,他们试图赢得马斯克的SpaceX公司赞助的竞赛,以建造一个功能正常的超回路列车舱。来自麻省理工学院的团队在今年早些时候赢得了比赛的设计阶段,成为领先者。周五,麻省理工学院公布了原型舱,它将在今年夏天在SpaceX位于加利福尼亚州霍桑总部附近的1.6公里赛道上进行测试。
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麻省理工学院是30个决赛入围者中第一个正式公开展示舱体的。它的工作是几个艰难的工程决策的结晶:不仅是如何推进舱体,而且是如何使其保持在轨道上——并最终使其停止。麻省理工学院选择了一种使用磁铁和导电板的磁悬浮系统,尽管各团队可以自由地试验漂浮在气垫上的舱体(类似于马斯克的最初愿景)或沿着轨道上的轮子滚动。科罗拉多大学丹佛分校的HyperLynx团队选择了后两者的混合方案——一种在时速低于160公里时使用轮子,在更高速度时使用气垫的舱体。
麻省理工学院为大众科学提供了幕后观察其舱体制作过程的机会,由于多种原因选择了磁悬浮。“超回路列车最有趣的部分之一是尝试比任何其他类型的陆地旅行都快得多,”正在攻读机械工程硕士学位并领导团队悬浮工作的格雷格·莫纳汉说。一旦车辆接近音速——每小时1236公里——“从工程学的角度来看,任何类型的与地面或轨道的接触都会变得非常复杂,”他补充道。
SpaceX的测试轨道尚未建成,将是一个直径约1.80米的钢管,带有扁平的混凝土地板。混凝土顶部的铝表面将允许磁悬浮,地板中心的铝制工字梁将有助于防止舱体失控。“为悬浮的物体创建制动器面临的挑战之一是我们必须能够在不接触任何东西的情况下停止,”麻省理工学院机械工程系博士生拉加夫·阿加瓦尔说,他受命开发舱体的制动系统。“我们基本上是在一块铝旁边快速移动一块磁铁。”
比赛中的所有舱体都将是马斯克超回路列车概念的缩小版:一系列可以以音速运行的载客舱。麻省理工学院的磁悬浮原型机建造成本约为15万美元,长2.5米,重250公斤,预计速度可达每小时369公里 ,加速度为2.4 Gs。SpaceX决定不要求比赛舱体容纳乘客对麻省理工学院的设计产生了重大影响。事实上,他们的舱体不能简单地做大来容纳乘客,航空航天专业硕士生、团队队长菲利普·基尔申说。“目前我们还没有考虑如何安排乘客的复杂问题,”他说。
麻省理工学院在1月下旬成为最受瞩目的团队,当时其设计在SpaceX超回路列车舱竞赛的第一阶段中,在来自20个国家的115多个团队中名列第一,该竞赛在大学城德克萨斯A&M大学举行。来自荷兰代尔夫特理工大学;威斯康星大学麦迪逊分校;弗吉尼亚理工学院和州立大学(弗吉尼亚理工大学);以及加州大学欧文分校的团队位列前五名。
许多风险投资支持的初创公司在通过近真空管道创建超音速交通系统的竞赛中提供了额外的竞争,尽管它们不是SpaceX竞赛的一部分。Hyperloop One, Inc.(直到最近被称为Hyperloop Technologies)在麻省理工学院公布的几天前,在拉斯维加斯郊外约50公里的沙漠中展示了其超回路列车推进系统。该公司的680公斤金属雪橇沿着300米长的轨道飞驰,在短短1.1秒内达到了约每小时100公里的速度。另一家初创公司Hyperloop Transportation Technologies在3月份声称已与斯洛伐克达成协议,探讨建造连接奥地利和匈牙利的高速管状穿梭机的可能性。
加利福尼亚州在高速铁路计划方面臭名昭著的进展缓慢,这促使马斯克几年前对超回路列车产生了兴趣。这位企业家在金州开展了多项事业,他呼吁建立一种公共交通系统,可以帮助乘客快速跨越长距离通勤——例如在半小时内覆盖洛杉矶和旧金山之间约635公里的距离。即使有竞争以及所有投入超回路列车工作的初创资金,所需的技术可能还需要很多年才能成为通勤者可行的选择。但马斯克正在应对当今快速城市化人口面临的一个重大问题。根据美国人口普查局的数据,对于居住在主要都市区及其周边地区的人来说,美国的平均通勤时间略低于一小时。根据德克萨斯州交通研究所(德克萨斯A&M大学的一部分)的一份报告,2014年美国高峰时段通勤者在交通拥堵中花费的总时间约为69亿小时,高于2010年的64亿小时。
M&J Engineering P.C.执行副总裁兼施工管理总监阿尔伯特·波佐特里戈说,随着城市寻求减少拥堵和污染,公共交通变得比以往任何时候都更加重要。然而,超回路列车是否可以帮助分散人口并同时缩短通勤时间,这在很大程度上取决于非物质因素,例如获取安装管道的土地、符合环境标准以及为城市和乘客制定可管理的成本结构,而不是工程壮举。“作为工程师,您面临的问题是最容易克服的,”波佐特里戈说,他在美国土木工程师学会都市区董事会主席的任期将于5月结束。