21分钟内从纽约到洛杉矶:兰德公司20世纪70年代关于14000英里/小时真空列车的狂野提议

超高速交通系统是美国科学家和工程师罗伯特·m·索尔特雄心勃勃的提议。

通过 尼科DeMattia | 发表 2022年11月1日12:52 PM
21分钟内从纽约到洛杉矶:兰德公司20世纪70年代关于14000英里/小时真空列车的狂野提议
盖蒂图片/克里斯汀·李
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近一个世纪以来,航空旅行一直是世界长途运输的主要来源。自成立以来,航空旅行帮助美国赢得了战争,重塑了货物运输,将卫星送入太空,并改变了我们作为一个社会的旅行方式。这是现代工程的奇迹。然而,早在20世纪70年代,一位名叫罗伯特·m·索尔特(Robert M. Salter)的工程师认为,有一种更好、更有效的方法可以解决这个问题。四十年后,埃隆·马斯克才说出“Hyperloop,索尔特提出了一个交通工具的想法,让航空旅行看起来像一辆马车。

这是一个高速列车系统,叫做超高速交通系统-或vhst,理论上可以达到14000英里每小时。根据索尔特的计算,这架飞机从纽约飞到洛杉矶只需要21分钟。

VHST诞生于“寻找一种无污染的交通方式”,这可能是新发现的气候数据和困扰70年代的石油危机的结果。但不幸的是,大多数像索尔特这样具有潜在革命性的想法都太过雄心勃勃,太过超前,不太现实。然而,索尔特提案中的概念详细、迷人、发人深省,所以谁知道呢?也许这次重访会激励某人最终找到实施计划的方法。

一个男人的求婚

VHST是罗伯特·m·索尔特他是一位专攻粒子和应用物理学的美国科学家和工程师。1941年,他在俄亥俄州立大学获得机械工程学士学位,1965年在加州大学洛杉矶分校获得核物理硕士和博士学位。在他的整个职业生涯中,他参与了凯特林导弹计划,科罗纳卫星项目,他甚至在俄亥俄州立大学在通用汽车公司实习过一段时间。但他职业生涯的大部分时间都在兰德公司度过,在那里他帮助提出了第一颗绕地卫星的想法。在他生命的后期,他的目标是取代航空旅行,成为长途运输的主要来源。

抱怨航空旅行似乎有点忘恩负义,尤其是在70年代。就在100年前,横穿全国需要几天甚至几周的时间。即使在索尔特的时代,乘飞机旅行也意味着你只要打个盹,读本书,喝杯酒,再打个盹,你就到了。特别是在1978年《航空公司放松管制法案》颁布后,更多的人可以乘飞机旅行。然而,这种令人难以置信的便利是以巨大的代价换来的,索尔特知道这一点。航空旅行最具破坏性的力量之一对我们的大气造成了影响,索尔特明白我们正在对大气造成不可挽回的伤害,而当时气候科学家正在已经预测到了冰河时代的到来

洛杉矶国际机场(LAX)的鸟瞰图,中间是Googie建筑风格的主题建筑。美国加利福尼亚州洛杉矶。1978年6月。扫描的电影。盖蒂图片社

索尔特提出VHST想法的主要原因之一是减轻对环境的破坏。他指出,让飞机起飞并飞到目的地所消耗的能量是不可回收的。这是浪费能量。这一过程燃烧燃料并向大气中排放废气。二氧化碳的精灵一旦从瓶子里出来,就再也回不来了。但是拟议中的VHST不仅在加速时消耗很少的能量,而且在减速时还能恢复能量。

到目前为止,除了化石燃料以外,大型飞机的替代推进方式还没有任何重大突破。但是,索尔特提出,如果我们完全改变交通方式呢?索尔特的想法不仅可以让人们以高速和豪华的方式在全国各地旅行,而且在这样做的同时,几乎不会产生温室气体。与此同时,它的速度明显更快,也更舒适。

由此产生的VHST就像它听起来的那样——一个非常高速的列车系统。当时的想法是修建一条长长的地下隧道,最终从纽约延伸到洛杉矶,沿途只会有几次短暂的停留。在隧道内部,大部分空气将被抽走,形成一个相当于17万英尺高度大气压力的真空列车。根据索尔特的提议,这列火车将是磁悬浮的,理论上可以达到14000英里每小时的速度。

这不是打字错误。我没有加太多的0。十四。千。英里。每。小时。作为参考,历史上最快的商用飞机是协和式飞机它的时速可以达到1354英里。索尔特的火车计划要快10倍。

协和式飞机。Didier Messens/Getty Images

尽管这听起来令人难以置信,但索尔特声称这在技术上是可行的。不仅如此,他还声称,这甚至不需要开发新技术。1972年!

VHST是如何工作的

这一切都是为了消除等式中的阻力。在疏散隧道中,几乎没有空气阻力,这意味着火车理论上可以以相对较少的能量达到令人难以置信的速度。磁悬浮也是一个重要原因。磁悬浮列车不仅速度快,而且不会产生摩擦,这意味着阻力更小,可以用更少的能量实现更高的速度。将磁悬浮列车放入疏散的隧道中,你的滑度会增加一倍,这将允许索尔特提出的超高速度。

你可以在下面阅读完整的提案。

磁悬浮列车将通过一圈超导电缆驱动,根据提案,该电缆将携带100万安培电流。当然,要达到超导,需要将磁铁冷却到低于零下450华氏度根据提案,萨尔特建议用于这项工作的低温液体不会“在进行中主动冷藏”,而是在终端更换。“蒸发液”将在输送过程中储存,并在“周转”过程中回收。该提议还不清楚用于冷却磁铁的能量来自哪里。

然而,这听起来荒谬的14000英里的最高速度只会短暂发生。列车最初会以0.5 g左右的速度加速,在几分钟内达到最大速度,然后开始减速。即便如此,索尔特预测从纽约到洛杉矶的直线飞行距离为2451英里,需要21分钟。尽管,这是一个没完没了的案子。为了使VHST更加实用,索尔特建议沿途在伊利诺伊州的芝加哥和德克萨斯州的阿马里洛设有两个站点,以便乘客乘坐连接列车前往全国其他地区。如果算上两站,越野总时间将增加到37分钟。

兰德公司

显然,这样的想法雄心勃勃,但索尔特的提议很有耐心。起初,这条隧道只会行驶几百英里,比如从纽约到芝加哥。它还将有分支隧道,将额外的火车运往该国的几个不同地区。经过多年的不断发展,最终,主隧道建设将到达洛杉矶。

想象一下吧。想象一下,在纽约坐地铁,坐火车,然后在20多分钟内到达加州。这在人类看来是不可能的。

彻底改变公共交通

据估计,VHST每天的电费仅为1美元。算上额外的运营成本,索尔特提出的票价是每人50美元(相当于今天的300美元),按照现在的标准,这是正常的飞行成本。因此,尽管这个项目非常庞大,但乘客使用它甚至不会那么昂贵。

但索尔特想要改善的不仅仅是环境。他还强调了生活质量的要素。飞机的噪音令人难以置信,机场占用了大片土地,机场周围的交通造成了严重的拥堵。创造一种地下高速旅行的方法消除了许多这些问题。他也不喜欢超音速交通工具,比如著名的超音速客机协和式飞机,因为它们的音爆和肮脏的排放物。

除了个人交通工具,还有其他好处。索尔特建议通过邻近的隧道将其他地下设施与VHST连接起来,从而消除了对额外隧道的需求。石油、天然气、水和垃圾隧道都可以与VHST隧道一起运行,这不仅可以使挖掘隧道更具成本效益,而且还可以减少整体维护人力和成本。他还建议在附近修建货运列车隧道,用于运输集装箱和重型设备。这些货运列车的速度不会像VHST那样快,但到达目的地的速度仍然比现在快得多。

技术上可行,但难以置信的困难

而索尔特声称他的VHST是从技术上讲可能,这就像说真正的钢铁侠套装也是从技术上讲可能的。有无限的资金和资源,无限的时间框架,州和联邦政府总是愿意合作,当然,这样的真空火车是从技术上讲可能的。然而,挑战是巨大的。索尔特对每一个问题都有答案,但没有一个是容易的,而且都是遥不可及的,这意味着VHST可能永远不会实现。至少在当时是这样。

横向加速是最大的障碍之一。为了安全起见,通过细微弯曲的侧向力必须保持在1g或更小。要想以550英里/小时的速度通过弯道,将横向加速度保持在1g以下,弯道的半径至少要有4英里。在时速5500英里的情况下,弯道的半径不可能小于400英里。记住,索尔特希望这列火车的最高速度达到14000英里每小时,所以你可以想象隧道得有多直。

为了安全地保持如此高的速度,还需要在隧道各处设置检查站。每个检查站都要求列车满足某些参数,如速度、推力角度和推力。这样,如果列车在任何一个检查点未能达到某些要求的参数,就可以为了安全而关闭。

这也是索尔特提出地下隧道的原因之一,因为在地面上建造一条隧道几乎是不可能的,它可以跨越现有的地形和基础设施,而不必进行更小半径的转弯。尽管以近乎完美的直线从国家的一端挖隧道到另一端似乎已经不可能了,但索尔特觉得这样做更容易而不是在地面上开火车。他承认,挖掘数千英里隧道的成本比建造地面列车的成本要高,但他估计收益超过了最初的挖掘成本。根据索尔特的提议,甚至国际隧道挖掘咨询会议也同意并表示,隧道挖掘将缓解“与城市化有关的一系列广泛问题”。

中国时速600公里的高速磁悬浮列车,中国山东省青岛。张金刚/VCG /盖蒂图片社

还有一个问题是如何把隧道里的空气抽走。索尔特说,要创造一个如此大的完美真空密封隧道,隧道将需要昂贵的扩散泵或离子泵,而且需要很多。这不仅会非常昂贵,而且还会消耗大量的电力。记住,索尔特非常清楚这个想法的节能本质。

因此,索尔特没有使用这种泵来创造完美的真空,而是感觉到了真空粗泵穿越整个隧道就行了。虽然它们不会提供完美的真空列车,但它们会大大降低隧道中的空气阻力,将其降低到0.5 mmHg左右,相当于17万英尺的海拔高度。

索尔特认为,如果火车的车身足够流线型,它就能在不过热的情况下穿过低气压。不过,据说唯一会发热的地方是机头,因为机头有隔热罩保护。

索尔特估计,要在隧道中创造这种程度的空气,需要7800万美元的泵(相当于今天的5.5亿美元)。他建议每英里安装2600对CFM泵,总里程约为5000英里。

然而,据索尔特说,要清除的最大障碍是政治障碍。“应该指出的是,政治前景远不如技术前景乐观,”他在提案中表示。事实证明,让州和联邦政府允许在全国范围内挖掘隧道是非常困难的。这还是在考虑航空运输和石油说客之前,如果索尔特的VHST过了提案阶段,他们肯定会竭尽全力阻止它。

也许VHST太超前了

索尔特比任何人都更了解技术和政治上的挑战,但他坚持认为VHST不仅需要在某个时候建造,而且是绝对可行的。

“建造VHST有令人信服的理由吗?”答案是肯定的!!”索尔特写道。“我们再也承受不起继续用热量、化学物质和噪音污染我们的天空,也无法再瓜分我们的荒野地区和耕地来修建新的地面航线。”

也许他故意对VHST的困难和如何进行无知在我们的政治版图上,反火车的呼声依然很高因为已经过去40多年了,美国仍然没有这样的高铁系统。然而,索尔特不是第一个也不是最后一个提出这个想法的人。他只是最有野心的一个。

真空列车的提议可以追溯到1799年,当时英国工程师乔治·梅德赫特提出了他的大气铁路:在部分疏散的隧道内建造蒸汽火车。最近,也是最著名的,埃隆·马斯克提出了使用低压管道的超级高铁。然而,尽管马斯克拥有工程资源和现代技术,仍然没有超级高铁。也没有大气铁路或超高速交通。

2018年10月2日,超级高铁运输技术公司在圣玛丽亚港展示了一个全尺寸的客运超级高铁胶囊。由英国大亨理查德·布兰森支持的维珍超级高铁一号公司一直在美国内华达州测试其超级高铁系统。克里斯蒂娜·奎克勒/法新社,盖蒂图片社

值得庆幸的是,似乎索尔特对一种新型高速交通方式的乐观态度并没有消失。理查德·布兰森维珍Hyperloop最近在地面隧道内完成了首次乘客测试,内部气压为100帕(相当于海拔20万英尺)。然而,隧道只有500米长,乘客舱的最高时速只有107.5英里。这距离索尔特甚至马斯克的目标都很遥远,但这是一个开始。另一家公司打来电话HyperloopTT他还在研究地面疏散列车,最高时速为500英里,类似于商用喷气式客机。

尽管这些想法看似不可能,但高速列车不应该离开我们的视线。我们应该始终为所有人寻找更快、更方便、更高效的远距离大众交通方式。索尔特于2011年去世,他关于VHST的想法从未实现,其他人的想法也没有实现。

但这并不意味着我们应该停止尝试。

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