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主题:“胶囊高铁”是未来超高速轨道交通的正确方向 -- 陈经

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  • 家园 “胶囊高铁”是未来超高速轨道交通的正确方向

    外链出处

    Elon Musk(搞Tesla电动车和SpaceX的哥们)前几天说要公布新的科技设想,现在出来了,是“胶囊高铁”。就是几个人一个小仓,在真空管道里磁悬浮加速达到每小时数千公里的高速。

    真空管道是1900年代提出的设想。后来加上了磁悬浮驱动,这都不新鲜的。中国有真空磁悬浮高铁的设想,就是把现有高铁路线变成真空管道,时速可达上千公里。

    大管道真空磁悬浮的问题很多,中国张耀平、沈志云等人在搞,还处于忽悠阶段。能成是不错,但实在各种技术问题太多,起个头都不容易。

    美国人的设想又进了一步,就是小型化。一个胶囊183KG,4至6人,载重367公斤。对应的真空管道、磁浮加速部件可以做得较小。小的东西,实现起来就容易多了。

    就象发射卫星、载人航天,载重不用太大,难度相对低。航天飞机,登月,就要大推力火箭,容易出问题。两个航天飞机先后出事,这条路也走不下去了。中俄的载人航天,小火箭发上去,返回靠掉下来,安全性就比较高。所以小型化的思路可行性大大优于大型构想。我一看“胶囊”两个字就直觉,这绝对可以玩出更实质性的东西。

    英文报道说,美国提出这个技术的公司ET3,已经和中国伙伴在合作了,不知是哪。文章里也设想是美国到中国二小时。所以人们对中国搞超高速轨道交通是有期望的。

    中国有兴趣,也有钱,执行力还特别强大。美国搞技术预研可以,真正工程实施,估计还得找中国。哪怕就是建成一个小实验段,也会让中国的科技形象大大提升。

    通宝推:南风,
    • 家园 大哥还是谈宏观经济吧,谈这个技术太不靠谱了!

      丫的就一个炒股的噱头而已!

      连GE都不提这茬,他死啦的技术积累在哪里?找天朝来帮他们实现?

      早两三天有报道,天朝铁路系统,只感想速度600多公里的真空管道运输,他死啦玩的是“人有多大胆,地有多大产!”

      丫的有没有提到过这个真空管道的真空度是多少?10^(-9)? 数量级他们提到了没有?

    • 家园 管道客运

      管道客运是一个有趣的话题。

      首先,我们抛开工程角度,单纯从理论角度来看一下

      航空/天器是目前可见最快的客运手段,但是其潜力显然受到第一宇宙速度的限制,而且,为了能够在这个速度巡航,需要先垂直上升数十乃至上百公里,再入时候则需要减速,所以上升时候消耗能量获得的势能只能白白浪费掉,甚至需要消耗额外的能量去消耗掉这些势能(软着陆不是没有代价的)。

      而管道运输只受到人体的加速度耐受能力的限制,可以想象在车辆中,座椅是装在万向支架上的,所以可以保证乘客始终以最佳姿势承受正过载。记得即使是训练有素的飞行员,坐姿加抗荷服也只能承受3g的负过载和9g的正过载。我们先以飞行员为例计算,最佳姿势+抗荷服,持续5g似乎是可以想象的

      地球半径:r=40000*1000/2/pi=6366200

      可接受最高持续速度:v=sqrt(r*(5+1)g)=19544

      大约每秒20公里。

      可接受加速度,加速度是个变值,最初是按照合加速度5g,运动方向和指向地心的重力加速度矢量合成后小于5g,即最初:a^2+g^2<25*g^2 也就是a<sqrt(24)*g =4.9

      随着速度不断加大,向心加速度和重力加速度的合成值日逐渐由1g变为-1g,但是在这个过程中,由于在万向支架上的座椅方向调整,乘客的加速度方向仍然指向最佳承受方向。

      由于这段时间最大允许加速度在4.9g到5g之间变化,我们近似取5g,这段时间最后达到-1g过载,也就是向心加速度2g,那么v=sqrt(r*2g)=11280

      所以,加速时间大约t=11280/5g=225秒

      减速的过程是相同的,那么在以限制加速度5g来看,达到-1g过载则最小航程为 0.5*(5g)*(225)^2*2=2531250也就是2500公里。

      同样计算,从-1g到-2g,这段时间最大允许加速度在4.6g到4.9g之间变化,我们近似取4.7g,最终速度v=sqrt(r*3g)=13820,则加速时间大约t=13820/4.7g=294秒,则这段时间最小航程为 (11280*294+0.5*(4.7g)*(294)^2)*2=10695132也就是10695公里。

      所以,即使过载限制允许最高巡航速度达到每秒20公里,实际上却因为地球周长有限,总共也就4万公里,达到2万公里也就可以达到地球上任何一个点,所以并不会真能加速到每秒20km的最高过载限制速度。

      我们再用普通人来看,我们假设人的过载承受能力和现代的民航客机一致。民航客机一般在1000米跑道上加速到300km/h(每秒80多米左右)起飞,

      1/2*a*t^2 = 1000

      t=v/a

      则1/2*a*t^2 = 1/2*v/t*t^2=1/2*v*t=1000

      t=25秒

      a=3m/s^2

      也就是大约重力加速度的1/3左右。

      那么,我们可以看一下在这个加速度上运行到20000km,最高速度是多少:

      加速和减速相同,所以算的是10000km

      s=1/2*a*t^2

      t=sqrt(2*s/a)=2582

      全程5000多秒,1个半小时左右,最终速度3*2582=7746,接近第一宇宙速度。

      这也就是地球上管道运输的理想运行情况,身体条件可以承受民航客机旅行的乘客,可以在1个半小时内到达地球的任何一个点。

      这是管道客运的第一个优点,快,真得很快。

      管道客运的第2个优点,节省能源。实际上我们看看自己现在的旅行方式,在能量分配上是很荒谬的。我们从0m/s的速度开始,最终以0m/s的速度结束,可是在旅行中我们要不断输入能量以克服空气阻力(如果不是磁悬浮还要克服摩擦阻力)。

      而管道客运则可以改变这一点,管道客运时候空气阻力为接近0的一个数值(如此高的速度必然要求用某种方式悬浮,并且把管道抽接近真空来避免空气阻力),这样,固然把列车从速度0提高到很高的速度需要比较大的能量输入,但是在达到巡航速度后就不再需要输入更多能量,而且好处不仅如此,在半程或者不到半程的位置,列车开始减速,但是如此巨大的动能白白浪费掉是荒谬的,我们完全可以用电磁减速,把这些动能再转化为电能。结果就是,在管道运输成熟后,只有管道和列车的建设费用,运行维护费用取决于将来的结构,材料技术的发达程度,而能源费用则几乎可以忽略不计。

    • 家园 这算不上什么新设想吧?

      记得小时候看得小灵通漫游未来之类的,就有这样的设想,貌似还有插图。

    • 家园 这玩意不具可行性

      第一,成本不见得低。第二,效率高不了。第三,人体在加速状态下的适应问题。

    • 家园 关键是有没有人的时间值那么多钱

      把速度搞快是很费钱的。尤其是快到一定程度的时候,百尺竿头,更进一步付出的能量是倍增的。

    • 家园 感觉意义不太大

      一个是成本太高,比如说挖掘管道还有维护问题;第二个是其实现有飞行器已经足够了,就算到不了他那速度,两个小时变成四个小时又如何?时间还没精贵到那程度——再精贵就还不如直接驻守在当地了。

      真正应该做的还是太空殖民,外太空的资源和空间是无限的,足以满足资本的贪婪。

    • 家园 70年代末煤国就忽悠过这事,参考消息上发过
    • 家园 “美国到中国二小时”,打算怎么过太平洋或大西洋,

      走天上还是海底?

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