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超级高铁

超级高铁

超级高铁（Hyperloop）是利用磁悬浮技术与地面脱离接触，是一种以“真空钢管运输”为理论核心的交通工具，被定位为“下一代交通工具”。

超级高铁为胶囊形外表，也被称为胶囊高铁，也称飞行铁路、飞速铁路（简称“飞铁”），其列车称为飞行列车。此外，高铁车轮因不断与轨道接触，导致旋转部件更换频繁，而超级高铁因磁悬浮设计不会产生摩擦，将大为节省运营成本。具有超高速、高安全、低能耗、噪声小、污染小等特点。

20世纪初期，美国学者罗伯特提出“真空管道运输”的设想。美国机械工程师达里尔·奥斯特于1999年为这一概念申请了专利，于2010年成立了公司。2013年，美国埃隆·马斯克再次提出了超级高铁的理念。2017年8月29日，航天科工集团在武汉宣布，已启动时速1000公里“高速飞行列车”的研发项目，后续还将研制最大运行速度2000公里和4000公里的超级高速列车。

发展简史

时代背景

在美国，气动管道在 1800 年代开始普及，作为地面交通的替代方案。装有字母的胶囊以大约 20 或 30 英里/小时的速度通过管道被推吸，通常是在大城市地下的隧道中。电报比气动管道快得多，但其传送的最后步骤效率低下且昂贵，因为电报需要从电报局手工传送到最终目的地。由于电话和传真的激烈竞争，该系统于 1984 年关闭。随着卡车在 20 世纪初出现用于送货，美国城市早在几十年前就普遍放弃了气动管。

理论背景

制约轮轨交通往更高速度提升主要有轮轨阻力、空气阻力和噪声三大因素，超级高铁被定位为“下一代交通工具”，它利用磁悬浮技术与地面脱离接触，并在近真空管道线路中运行，以强大的加速能力和高速巡航能力实现超高速运行，具有超高速、高安全、低能耗、噪声小、污染小等特点。因其胶囊形外表，被称为胶囊高铁，也称飞行铁路、飞速铁路（简称“飞铁”），其列车称为飞行列车。此外，高铁车轮因不断与轨道接触，导致旋转部件更换频繁，而超级高铁因磁悬浮设计不会产生摩擦，将大为节省运营成本。

设想构思

铁路磁悬浮技术的研究源于德国，其设想起源于20世纪20年代。

1904年，现代火箭之父罗伯特·哥达德（Robert Goddard）提出在波士顿至纽约之间建超级高铁，其后欧洲、美国的工程师也一直在推动该技术的发展。

1922年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。

20世纪初期，美国学者罗伯特提出“真空管道运输”的设想。是一种以“真空钢管运输”为理论核心设计的交通工具。工程人员将在地面上搭建作用类似铁路轨道的固定真空管道，在管道中安置“胶囊”座舱。

2013年，特斯拉（Tesla)创始人、SpaceX公司CEO埃隆·马斯克再次提出了超级高铁的理念。当年，马斯克在名为《超级高铁缘起》的白皮书中提出，超级高铁是一种以“真空管道运输”为理论核心设计的交通工具，借助巨型真空管城际运输系统，使用豆荚式乘坐舱（pods)在密封管内运送乘客和货物，时速最高有望达到750英里（约1220 km)。

追求高速是轨道交通发展永恒的主题之一，而高速磁悬浮交通则是轨道交通的一种新型制式，也是引领轨道交通技术发展的方向之一。超高速将是21世纪地面高速运行的需求，而石油资源的短缺和环保的要求将使航空和公路运输在未来有可能成为奢侈品。

发展阶段

20世纪80年代（1980~1989年），美国机械工程师达里尔·奥斯特致力于研究“真空管道运输”的可行性，并于1999年为这一概念申请了专利，于2010年成立了公司。

2016年春天，美国Hyperloop one公司测试了自行设计的推进系统，在拉斯维加斯郊外的一个测试设施中，驱使一座雪橇行驶了100码，用时1小时。

2016年5月，俄罗斯交通部部长马克西姆·索科洛夫（Maxim Sokolov）在俄罗斯南部城市索契（Sochi）举行的新闻发布会上表示，俄罗斯在技术上已经有能力建设“超级高铁”那样的大型交通项目。这种类似于“超级高铁”的运输系统将连接俄罗斯国内的东、西两端和南、北两端。据彼得堡台湾交通大学官员阿纳托利·扎伊瑟夫称，该运输系统的第一部分将连接莫斯科和圣彼得堡，全长约650公里。

2017年8月30日，航天科工集团在第三届中国（国际）商业航天高峰论坛上宣布开展“高速飞行列车”研究，利用超导磁悬浮技术和真空管道，致力于实现超音速的“近地飞行”。

2017年，美国Hyperloop one公司在内华达州沙漠搭建了500m长的真空管道试验线，实现了310km/h的最高时速。

2017年8月，中国航天科工集团宣布，人类第五种交通工具“高速飞行列车”项目已开展研究论证，时速最高可达4000公里，相比现在京沪高速铁路运行的最高时速350公里，要快出10倍。

2018年3月，西南交通大学搭建的全球首个真空管道超高速磁浮列车环形实验线平台总长45米，设计载重300公斤，最大载重可达1吨，悬浮净高大于20毫米，可进行0-50km/h的实际动态运行实验。

2018年4月，美国硅谷初创公司Virgin Hyperloop One在美国莫哈韦沙漠进行一次特别的展示活动。2020年11月，该公司宣布完成了首次载人测试，首次搭乘的两位乘客，分别是 Virgin Hyperloop 的首席技术官 Josh Giegel 和乘客体验总监 Sara Luchian。

2018年7月19日，美国HTT公司与中国贵州省铜仁市在贵阳市举行了“真空管道超级高铁研发产业园项目签约仪式，这是HTT与中国签署的第一份超级高铁建设协议，是HTT公司的第12份协议和第3份商业协议，其中中铁第五勘察设计院集团有限公司作为设计单位参与该项目［7］，并委派专人到德国、西班牙等国家考察，参加HTT公司的首辆超级高铁首发式。

2020年11月，由维珍超回路公司研发的超级高铁完成了全球首次载客试验。两名公司员工乘坐在磁悬浮的客舱内，体验了172公里/小时的速度。该超级高铁的设计速度约为1000公里/小时，是一般商业飞机的2倍。公司的目标是在2030年之前实现商业运营。

2022年11月5日，埃隆·马斯克旗下的隧道挖掘公司The Boring Company宣布，“超级高铁”已经开始了全面测试，并配上了两张图片。据介绍，此次测试的“超级高铁”的速度可达每小时600多英里（约合965公里/时），比飞机在高空中的巡航速度更快（800公里/小时）。照此速度推测，从华盛顿哥伦比亚特区到纽约的时间只需不到30分钟。

2023年4月，中国科学家在发表于《铁路标准设计》的一篇文章中显示，通过研究选取当前最具备建设条件的6条示范线进行指标量化比选评价，科学客观地提出中国国示范线优先建设建议。文章称，上海市至杭州市的超级高铁线路对中国来说是最可行和最有利的。该线路涉及的两个城市人口密度高，经济活动活跃，且地势相对平坦，具有较高的技术可行性，因此被认为具有较强的经济潜力。这样一个项目还将促进上海和杭州之间的区域一体化，由此产生积极的社会影响。

2024年11月，东南大学移动通信国家重点实验室宋铁成教授在学术期刊《铁道通信信号》上发表的一篇文章显示，为让时速达1000公里的高速列车支持5G网络，使乘客可以使用智能手机观看超高清视频或畅玩在线游戏，只需在隧道内壁铺设两条平行电缆，这两条电缆可以解决基站安装问题。这些特殊的电缆能够“泄漏”电磁信号，从而在智能手机和移动通信服务提供商之间建立持续稳定的连接。此外，通过使用高效的编码技术和调整某些关键的信号参数，可以进一步克服频率变化所带来的干扰。通过计算机模拟，已经初步验证了该方法，表明该解决方案能够在主流5G标准下的数据交换过程中保持稳定的通信质量。

构造与原理

总体设计

超级高铁是一种以“真空钢管运输”为理论核心设计的交通工具。以磁悬浮技术提供动力，是一种把空气摩擦阻力降到零的运输方式。相比火车和飞机，新技术更安全、更安静。

动力系统

太阳能是超级高铁最适合的动力源，超级高铁充分利用管道上方的空间，铺满太阳能电池板。超级高铁在加速时，系统要供电，但在车体减速时，会向系统供电。在隧道内约每110千米就会有一个外部线性电动机为列车补充动力。超级高铁一方面采用被动磁悬浮技术，不需要持续供电，大幅降低能耗需求；另一方面，车体在接近真空的管道内悬浮飞行，阻力非常低。所以，整个超级高铁系统耗电量低，仅靠自己的太阳能供电就能维持运营。

运载工具

超级高铁按照设计师的设想，工程人员将在地面上搭建作用类似铁路轨道的固定真空管道，在管道中安置“胶囊”座舱。形状近似太空舱，单体重183公斤，长约4.87米，能容纳4到6名乘客，或367公斤货物。“胶囊”将被放置在真空管道中，由弹射装置像发射炮弹一样启动座舱，无间断地驶往目的地。由于运行空间真空，没有摩擦力，“胶囊”车厢运行速度最高可能达到每小时6500公里。

工程造价

超级高铁“真空管道运输”造价较低，只有高速公路的四分之一、高铁的十分之一。另外，真空管道还可以附着到已有的高速铁路架桥上，节省大笔路线资源与基础设施搭建成本，这种运输工具更清洁、环保。

安全性

综述

超级高铁的安全性是旅客出行考虑的首要因素。超级高铁系统使用巨大、近乎真空的管道把多个城市相连接，构成一张张超级高铁网络，方便大家快速出行。

主观安全

大多数交通事故和人有关，而超级高铁主要是智能化控制，和人关系不大。如超级高铁与传统列车和飞机不同，它不会出现人为事故，因为它是一个封闭系统；在真空管道沿线处每隔一定距离还设有安全舱，当超级列车发生故障停止，或是密封舱体失压时，乘客可从安全舱逃离，躲避危险。

客观安全

自然环境对各种交通工具（如汽车、飞机、轮船等）影响较大，对超级高铁来说，在全封闭系统中运行，不受自然环境影响。如超级高铁与航空行程相比，真空管道运输不受天气因素影响(如不受风力、冰雪、降雨等自然气候影响），不会发生航班延误、取消等情况。

关键技术

综述

超级高铁实现超音速行驶的核心是要减少空气阻力和轨道的摩擦力，其基本理念是建造一个真空管道，从而降低列车所受到的空气阻力，同时利用磁悬浮技术减少轨道的摩擦力，实现速度的突破，这是在全球范围内得到较多认同的技术理念。超级高铁运行需要统筹解决两个难点。

运输通道

超级高铁建设一个管道运行，若将管道里面的空气排出去形成真空后，理论速度就可以达到速度6500 km/ho当然这样做难度太高，若模拟0.1个大气压，那至少也可以达到1000~2000 km/h。所谓的真空并非真正的真空，只是将管道的大气压变为正常大气压的1%。但在大尺度空间的空间中，1%大气压的真空系统实现起来也并非易事，需要解决的就是真空管道技术。