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马斯克畅想的“超级高铁”物理上可行 但面临三大工程挑战
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日期:2022-05-29 11:13:51来源:物联中国 点击:506
核心提示:5月29日消息,据外媒报道,从物理学角度来看,特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)畅想的“超级高铁”(Hyperloop)是可行的,但在实际建造过程中却面临着三个巨大的工程挑战,分别是重力问题、真空管道铺设以及如何预防灾难事件。在大气层中,几乎每种交通工具的速度都受到空气阻力的限制,而降低气压可以让它们...

太阳城注册 www.sbk22.com 5月29日消息,据外媒报道,从物理学角度来看,特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)畅想的“超级高铁”(Hyperloop)是可行的,但在实际建造过程中却面临着三个巨大的工程挑战,分别是重力问题、真空管道铺设以及如何预防灾难事件。

大气层中,几乎每种交通工具的速度都受到空气阻力的限制,而降低气压可以让它们以更快的速度前进。将高速列车放入真空管道中,它则可以以接近音速的速度行驶,这就是马斯克畅想的“超级高铁”概念。

事实上,这个想法并不新鲜,几个世纪前就有人提出过类似的建议。物理学家认为这个想法是可行的,但工程师指出在实际建造时存在许多棘手问题。不过值得庆幸的是,或者有办法解决这类工程问题。

目前,马斯克的超级高铁主要面临三类挑战:

1、重力问题

人类对加速度的耐受性有限,也就是所谓的重力。加速不仅仅是踩油门,它还包括保持不变的速度前行以及转弯。那么,能在不让人感到恶心或眩晕的情况下实现加速吗?绝对可以。商用喷气式飞机的时速超过800公里。它们的高度不断攀升或下降,有时候甚至需要倒转机身,并受到气流挤压。它们从飞行速度减速到滑行状态只需几秒钟。然而,大多数时候,人们并未感到恶心或恐惧。整个系统的效率惊人,或许超级高铁可以效仿。

但两者也有很大的不同,毕竟飞机飞在空中,而超级高铁则在地面上运行。要铺设平坦、笔直的真空管道有大量的工作要做,但工程师以前做过这样的事情,比如修建艾森豪威尔州际公路系统,即通过挖掘隧道穿过山峰,可以通过架桥或海底隧道穿过海湾,并将崎岖的地形铲平。这些工程挑战都可以克服。

2、真空管道

超级高铁本质上是个长长的、真空密封的管道。里面几乎没有任何空气,当然也不会产生阻力,这就是为什么高速列车可以在里面行驶如此之快的原因,时速可能突破1223公里。不过,在庞大空间中保持这种真空将是一个巨大的挑战,里面的空气压力大约是地球大气层气压的千分之一。

每当乘客进入或离开系统时,超级高铁都必须短暂打开。因此,车站将需要联锁。一旦乘客上车,真空管道就会进入联锁状态,周围的空气就会被抽出来。当里面变成真空时,它在另一边打开,允许列车入轨。

为了确保结构的完整性,这个巨大管道很可能是钢制的,而不是宣传材料中看到的幻想材料。如果将钢材焊接起来,它将极大地防止空气泄漏,但它也会像巨大铁块那样,随着热力变化而膨胀和收缩。此外,这将需要大量的工程设计,才能使该结构自由移动。相反,如果该系统是由大量通过接头连接的小钢管组成的,这些接头必须能够保持真空的完整性。工程必须是完美的,因为如果某个接头发生故障,后果将是灾难性的。

3、预防灾难

至少有两种方式可能导致超级高铁的旅行以灾难告终。

第一,出于很多原因,列车可能停下来。随着空气供应减少,乘客可能会被困在荒无人烟的地方。也许超级高铁的设计中可以加入一种机制,打破某些部分的真空,允许乘客下车和逃生。但是,这并不容易,因为这可能引发第二种灾难情景。

如果密封件破裂,开口立即会以令人难以置信的速度吸入空气,填补里面的真空。这将产生一种空气冲击波,以相当于音速的速度沿着管道传播。如果管道在后面爆裂,列车将受到巨大的、可能致命的加速冲击,然后在没有刹车的情况下超过1000公里的速度向前推进。如果管道在前方发生故障,列车也同样将受到空气波的冲击,列车及其内部的所有人都会立即被毁灭。更糟糕的是,任何事故都不只影响单列列车。冲击波会毁掉整个超级高铁内部的所有人与物体。

工程学或许能够帮助解决这个问题,但这又会涉及到成本和实用性。真空管道会不会有许多特殊的部分,能够迅速部署巨大的阀门来保持真空?这些特殊的部分能抵挡住即将到来的冲击波?或者,这些特殊部分会不会成为避免更大灾难的“牺牲品”?


最后,列车撞上管道可能足以把后者炸开,哪怕是一颗小口径的子弹也可能摧毁整个超级高铁系统,并杀死里面的所有人。因此,超级高铁将需要大量的监控和安全措施,无论是真空管道内部还是外部都是如此。

超级高铁的利弊

超级高铁有很多优势。这将是一种更快的出行方式,将极大地减少与交通相关的温室气体排放,并帮助对抗气候变暖。但其缺点也相当多,其中如何确保安全和获得足够建设成本最为紧迫。

建设超级高铁是可能的。但是,就像在火星上建立定居点一样,最大的问题可能是人们到底有多需要它?


出处:物联中国
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