13 歲國中生改良馬斯克的超級高鐵:讓火車增速兩倍,安全性卻大幅提升!

【為什麼我們要挑選這篇文章】馬斯克在 2012 年提出超級高鐵,理論平均時速可達 960 公里,然而卻有技術與安全性的問題。有位中學生在科學競賽中提出超級高鐵的改良方案,雖然速度變慢,但還是一般火車的兩倍(時速約 200 到 300 公里),安全性與技術可行性卻提升不少。

那個改良高鐵是什麼神物?(責任編輯:郭家宏)

2012 年,伊隆.馬斯克(Elon Musk)提出了「超級高鐵」(Hyperloop)的概念,其原理是利用磁懸浮,讓列車在幾乎真空的管道中前進,每車可搭乘 28 人,以每小時 600 英里(約時速 960 公里)的速度飛馳著穿越國家,甚至跨越大陸。

然而到目前該項目仍在研製階段,並且安全性和清潔性上一直飽受爭議。

最近,一位 13 歲的中學生卻設計了一種更加安全、環保並且成本更低的超級高鐵方案,或許能夠為「超級高鐵」提供一種新的思路。她在 Elon Musk 想法的基礎上進行了改良,希望透過真空管整體移動現有的火車。

這一創意剛剛在美國舉辦的 3M 青年科學家挑戰中贏得了年度第二名。

透過火車旁的磁浮管道,中學生讓「超級高鐵」更安全且可行

Caroline Crouchley 的方案是在現有的火車軌道旁建設磁浮管道,管道中被磁力驅動的穿梭機,將透過磁臂帶動現有軌道上的列車行進。

Crouchley 說,這個系統可以利用現有的鐵軌和列車,從而降低基礎設施的成本,並且還能消除乘客在真空中行駛存在的安全風險,這樣的設計還不需要使用柴油發動機,使列車更加環保。

在超級高鐵中,乘客將乘坐在接近真空的低壓管內的懸浮車廂內,車廂每小時可行駛 600 英里以上。據海外科技媒體 Fast Company 報導,Crouchley 的概念並沒有超級高鐵那麼快,但理論上它的運行速度仍是標準列車的兩倍以上。

Crouchley 稱,應該將真空管道放置在現有列車旁邊,而不是將乘客放進管道中承擔真空管坍方的危險,管內的磁性梭子內嵌有稀土磁鐵,與火車相連並向前推動,該系統可以利用可再生電能運行。

Crouchley 還希望透過她的清潔超級高鐵方案,輔助解決交通運輸帶來的氣候危機。Crouchley 告訴記者:「我想做這樣的研究,是因為如果我們能提高火車的效率,那麼我們就可以減少公路上汽車、卡車和公車的數量。」

Caroline Crouchley 設計了一款創新的超級高鐵概念車

Crouchley 還表示,她的靈感來源於現實生活。Crouchley 來自紐約州的花園城,在她生活的地方,火車是主要的交通工具,她也經常和家人一起搭火車到紐約旅行。

Crouchley 說:「當我了解馬斯克(Elon Musk)和超級高鐵時,就被它吸引了,因為我喜歡快速的東西,但我也覺得這對乘客來說非常危險。」Crouchley 一直對火車技術很感興趣。儘管一些專家說超級高鐵的概念「完全不切實際」,認為這種技術永遠不會商業化,Crouchley 仍希望它能夠向前發展。

她將自己的設計視為可以更早實現的中間步驟。「(超級高鐵)需要的是循序漸進的步驟。我認為我的方案,能夠更實際的從現況飛躍到目標。我提出的設計提供了高速火車旅行,該火車可以更快地開發並且成本更低。使用現有的通行權更有意義。我是 Hyperloop 的大力支持者,但我現在將我的方案視為一個更可行的機會。」

得知她的想法後,她的科學老師鼓勵她參加青年科學家挑戰賽,美國的中學生透過提交一個影片參加這個挑戰賽,在影片中闡述自己對於一個日常問題的巧妙解決方案。

Crouchley 參賽影片 傳送門

「有了靈感後,我對自己的設計、 Hyperloop 和 Maglev 進行了大量研究。 我把我的設計寫在紙上,然後把它輸入 Autodesk Inventor(一個 3D 設計的電腦程式)。」

Crouchley 指出,磁浮列車是一種非常高效但昂貴的列車設計,同時,她得出結論,更傳統的 Hyperloops 形式也有它們的缺陷。

Crouchley 說:「超級高鐵非常危險。」「我的設計可以比現有的列車技術更便宜、更高效。 它也比 Hyperloop 更安全。我的設計可以 100% 依賴可再生能源,因此不再需要柴油發動機或電動馬達,這使得火車更輕,所以它可以移動得更快。」

獲獎之後,Crouchley 收到了母校在 Twitter 上的點名表揚。

馬斯克 2012 年提出 Hyperloop 概念,理論最高時速可達 1,220 公里

Hyperloop 的概念自 2012 年被 Elon Musk 提出以來,一直備受爭議。

Hyperloop 又稱超級高鐵,是一種高速運輸系統概念的總稱,目前正在研發階段。Hyperloop 預定在美國建造,由於北加州高速鐵路的工程緩慢。這套系統的運輸艙運行於減壓,接近真空的管路中,以太陽能供應的電磁浮原理軌道中行駛,運輸艙則使用線性感應馬達和空氣壓縮機推進。

Hyperloop 的初步概念設計由 Tesla 及 SpaceX 二公司的工程師共同完成,而其設計文件最初是發佈在 Tesla and SpaceX 的技術 blog 上,並最終在 2013 年 8 月向大眾公開,此版本的 Hyperloop 被稱之為 Hyperloop alpha,其中記載了僅供載客的版本,造價為 60 億美元(約新台幣 1860 億元),而能同時提供載客和車輛運輸的版本造價則為 75 億美元(約新台幣 2325 億元),也就是說,它只有高速鐵路的十分之一。

多位運輸工程師在 2013 年對規劃中的加州路線預算提出質疑,評估建設的規模和科技的不確定風險後,質疑者認為預算總金額過低且不切實際。Hyperloop 在技術和經濟上的可行性並未有前例可實證,且仍有許多爭論。

初期設計文件中規劃了一條概念路線,以洛杉磯區域為起點,開往舊金山灣區,大部分的路線與 5 號州際公路平行。初步分析顯示,此路線旅程的總運行時間為 35 分鐘,路線總長 354 英里(570 公里),列車平均時速為 598 英里(時速 962 公里),最高時速則為 760 英里(時速 1,220 公里)。

2015 年 10 月下旬,Hyperloop 運輸科技正式宣佈,在 2016 年初開始第一階段的工程,在舊金山至洛杉磯間的中段位置,加州金斯郡境內建造一段耗資 60 億美元、可運行的正式軌道。

儘管困難重重,但是不少大公司願意為這一科幻概念買單:杜拜已經在沙漠中豎立起了超級高鐵「試管」,歐洲也在積極嘗試相關工程。

有消息稱,維珍超級高鐵一號(Virgin Hyperloop One)和杜拜供應鏈公司 DP World 已獲印度州政府批准推進超級高鐵建設,這進一步引起了爭論。

Virgin Hyperloop One 是開發 Hyperloop 的公司之一。

擁護者稱,這項技術比航空業更具可持續性,並且比高速鐵路要快得多,但是 Hyperloop 真的是一種可行的未來交通方式嗎?

或者說,我們真的能夠在不久的將來,搭乘這種只在科幻電影中出現的超高速管道列車嗎?

超級高鐵的概念,在 19 世紀初期就已經有了

儘管充滿了未來主義色彩,但超級高鐵的概念早已有之。

「在技術上,這不是一個新概念,因為真空運輸的概念已經存在了一段時間,」在倫敦工作的顧問公司 Mott MacDonald 的全球鐵路和運輸負責人 Chris Dulake 解釋。

他指出 Isambard Kingdom Brunel 的工作。他是一位開創性的英國工程師,在 1800 年代後期嘗試使用壓縮空氣來運輸馬車。

他說:「如果你去英格蘭西南部的布里斯托爾的布魯內爾博物館,你會看到布魯內爾為推進火車而組裝的原始原型。」

「然後,您會發現這只是一些新瓶裝老酒的技術循環。」

馬斯克在概述他的願景的技術論文中寫道:』有一種替代飛行或駕駛的方法會很棒,能夠替代飛行或者駕駛車輛。」

特斯拉的 超級高鐵構想

馬斯克表示,這種新的運輸系統應該更安全、更快、成本更低、更方便、不受天氣影響、具有可持續性和自供電能力,抗地震能力和不破壞性。

除了提出 Hyperloop 的概念,馬斯克本人還讓自己的 SpaceX 公司舉辦了年度 Hyperloop 設計競賽,目的是促進和表彰年輕的工程人才。

加拿大公司 TransPod 也在研究 Hyperloop。

除了馬斯克,還有不少國家也在為這一概念買賬。

其中包括美國原先由理查德.布蘭森(Richard Branson)領導的美國 Virgin Hyperloop One 計劃,總部位於美國的初創公司 Hyperloop Transportation Technologies(HyperloopTT),該公司在中國簽署了建立試驗軌道的協議;總部位於荷蘭的 Hardt Hyperloop 和加拿大公司 TransPod 在一起。

每個組織都會定期透過新聞宣傳自己的進步,無論是發佈全面測試平台還是進行可行性測試。但是,將 Hyperloop 變成現實生活中的運輸方式是一個漫長的過程。

或許 Caroline 利用現有軌道和列車的「中間方案」,能為其提供一種折衷的新思路。

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈别人家的孩子系列!13 岁中学生改良马斯克“超级高铁”方案,可为列车提速一倍 〉。首圖來源: 大數據文摘

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