导读：超级高铁（Hyperloop）可行性分析

来源：现代城市轨道交通、网络公开资料

Hyperloop 是一个高速地面运输系统，以前所未有的速度载人载物。胶囊型车厢悬浮于低压管道，将乘客与货物运送不同城市。管道内气压大幅度降低，HyperloopTT 专有的被动式悬浮与线性感应电机技术使胶囊车厢以近乎无摩擦力的情况下高速行驶。

最初的 Hyperloop 想法由 Elon Musk 于 2013 年提出，目标是打造非常高速的交通系统，简称为 VHST（Very High Speed Transit System），这个交通系统最终是由一系列的真空密封管组成，埋在地下，会让全国人名在几分钟、几十分钟内到达各地。

2013年，Musk向愿意开发Hyperloop的公司开放了知识产权。Hyperloop Transportation Technologies 成为了第一家发展并落实 Hyperloop 的公司。

马斯克最初提出的Hyperloop列车概念为：列车由宽1.35m、高1.1m的数个胶囊组成，总长度15~20 m，可容纳 28 人，乘客可从列车两侧的垂直折叠车门进入胶囊，到达座位（更准确地说是半躺位），见下图。

Hyperloop列车由直线电动机驱动，直线电动机安装在站点之前和之后的一定距离处，以及真空管中每隔110 km处，用于加速或制动。列车上安装的高功率空气压缩机和鼓风机会从车头处吸入空气（此时，管道中大部分空气已被抽走，气压很低，约为100 P或海平面气压的1/1 000），并在列车下方形成气垫，从而将列车抬升起来，以提高其运行速度。

与双管单向运行相比，Hyperloop在单管双向运行状态下的运输能力将受到极大限制。但将早期的Hyperloop真空单管扩建或延伸为有不同中间站和终点站的真空双管线路网络非常困难，因为真空管道的扩展和分支从物理和结构方面看难以实现。Hyperloop列车若要越行中间站，只能选择在真空管双气闸室区域外的多个车道、道岔和集中装置的节点处，这会消耗大量时间和成本。而且进路的办理和解锁、气闸的打开和关闭、管道的真空抽吸，以及列车编组、驶入和驶出站点和在线路末端停放等所有操作所花费的时间都不应忽视。拥有超过2个重要站点的Hyperloop线路要实现直接、快速的连接，必须要有附加线路和复杂的节点结构（包括集中装置）。

Hyperloop列车运行控制可由自动运行控制系统来完成，其功能为：使列车在极高车速下、在圆曲线和缓和曲线处与真空管壁保持安全的垂直和横向间距，确定列车的可靠位置，计算从主信号机到危险点的最短允许距离，以及监控列车的纵向制动曲线。但即使在正常情况下，同时对1个真空管道中多列车的允许加速度、最大速度、减速度和从主信号机到危险点的最短允许距离进行可靠的连续控制，并对电力供应系统、管中温度和气压进行监控，也是一项颇具技术性的挑战。而且，对于紧急情况下的技术故障，线路侧牵引系统、沿线变电站和压缩机的供电故障，以及列车自动运行控制系统的功能故障，目前还没有确定的控制处理方法。

Hyperloop也不能保证其开发人员所声称的、相对于飞机和铁路的更高安全性。因为车辆在紧急制动时需保持极高的连续减速度，这一点目前很难实现。在进行列车间隔控制时，即使使用最先进的信号系统，也必须遵守绝对制动距离限制，以使车辆在危险点前及时停车。若在线路支线或站点前实施以相对制动距离为基础的列车间隔控制，则可能导致不允许的越行。如果Hyperloop从最大速度（1 220 km/h）到停车的行车制动减速度可达到1.0 m/s2，则其绝对最小制动距离为58 km。鉴于距离约100 km的2列行驶列车之间的线路上可能没有安装直线电动机，故上述假设很难实现。因此，将直线电动机牵引系统集成到真空管道结构中的设计可能难以保证每个管道区段的安全。此外，Hyperloop线路中间区段也没有安全的轨距固定装置，该装置可在电力供应突然中断或气压升高的情况下，防止真空管内发生危险的湍流，并防止车体与真空管内壁之间发生接触。

直线电动机变电站所用电能、为车载蓄电池（为车辆照明系统、通风系统、空气压缩机、通信系统和控制系统供电）充电的电能，以及Hyperloop真空管道内外的运行控制、运行监视和紧急照明系统所使用的电能，将由安装在真空管道上的太阳能电池生产。马斯克设想，太阳能电池（在日照充足的美国加利福尼亚州）所生产的电能（57 MW/年）将远远超过洛杉矶—旧金山Hyperloop路线的预估平均电能需求（21 MW/年）。在电流需求高峰时段，变电站中的蓄电池会辅助供电，这些蓄电池负责为直线电动机供电，并在平峰时段存储多余的电能。只有在晚上或天气恶劣的情况下，真空管道上的太阳能电池不能生产或只能生产少量电能时，才需要通过变电站从区域公共电网中取电。然而，马斯克提供的太阳能发电功率数据和牵引能量需求值不是在对电能生产和消耗系统（包括真空泵）进行整体考虑后计算出的结果。马斯克用于对比的不同交通系统（汽车、摩托车、飞机、铁路和hyperloop）在洛杉矶—旧金山单向旅行中所消耗的电能数据也显得不可信，原因在于：汽车、摩托车、飞机、铁路4种系统的数据之间无太大区别，但与Hyperloop数据之间差异非常大。

Hyperloop线路的经济性取决于其成本与收入。Hyperloop线路的成本包括：①融资、土地购置、通行权、基础设施建设（包括供电、安全和通信设施在内），以及车辆研发、测试和采购成本；②规划和运营（人员、能源、管理、车间、备件、租赁等）成本；③合同、特许权、保险。其收入包括票务收入和诸如广告、技术使用费等其他收入。

Hyperloop基础设施的建设成本主要取决于真空管和站点的数量、线路长度、地下和地上线路占比，以及所使用的供电、运行控制和安全系统。将上海Transrapid磁悬浮铁路的建设费用（4000万欧元/km）作为参考，预计阿布扎比—迪拜的93 km Hyperloop线路将耗资48亿美元，即5 200万美元/km。马斯克预计的洛杉矶—旧金山Hyperloop线路将花费54亿美元（1000万美元/km）非常不现实，实际花费可能增加5~10倍。

马斯克预估的每列Hyperloop列车150万美元的成本也可能太低。如果不考虑Hyperloop胶囊为实现高达9.81 m/s2的加速度及1 200 km/h的速度需耗费更高成本这一事实，假设Hyperloop车辆购置成本与Transrapid相当，则其平摊到每个座位的成本至少为170 000欧元。根据马斯克的预估，洛杉矶—旧金山线路每天将开行40列列车，可推算Hyperloop线路每小时每个方向的最大客流量为336人次。而且，马斯克设想，Hyperloop的全部电能需求可以通过太阳能电池满足，无需使用化石燃料，这是推测出的结论。目前尚无法对Hyperloop的运行和维护成本进行确切估算。因此，马斯克期望通过洛杉矶—旧金山线路仅20美元/趟的票价覆盖其投资、运营和维护成本，是难以实现的。

                                         结 论

（1）Hyperloop与现有其他高速运输系统的最大区别是Hyperloop车辆的容量非常小，运输能力相对较低。而且Hyperloop投资成本巨大，严重降低其经济性。未来对Hyperloop的运输需求将取决于其在旅行时间增益、票价、旅行舒适性、技术可靠性和安全性方面相对于其他运输系统是否具有综合性优势。 

（2）Hyperloop极高的加速度和制动减速度会给未经训练的旅客带来不好的乘坐体验。研发人员应针对车辆加速和减速过程的优化（以免产生令人不适的颠簸）、低真空管道中的能量需求和车辆的安全运行控制这3方面进行更深入的研究。

（3）鉴于政治和法律方面的考虑，在欧洲的人口稠密地区以及大城市附近征购私人地产，建造具有极大曲线半径的Hyperloop地上路线几乎不可能。

（4）Hyperloop高速运输系统能否节省化石能源，降低噪音，减少空气污染，目前仍然存疑，需要进行更深入的研究。