保持Hyperloop建立更快的未來

伊隆馬斯克對新型交通方式的雄心勃勃的概念一直在加快速度。認(rèn)識一些致力于使Hyperloop成為現(xiàn)實的學(xué)生和工程師。下一個偉大的交通方式可能不是由大公司發(fā)明的，它可能是一個學(xué)生團(tuán)隊，甚至是互聯(lián)網(wǎng)上的一群陌生人。2012年，當(dāng)埃隆·馬斯克(Elon Musk)提出建立“第五種運(yùn)輸方式”(其他四種是汽車，飛機(jī)，火車和船只)時，許多人認(rèn)為這是最糟糕的過往幻想和最佳的未來主義夢想。馬斯克以其作為電動汽車公司特斯拉的首席執(zhí)行官和獨立航天器公司SpaceX而聞名，他喜歡宣布的項目聽起來更像Isaac Asimov小說的視覺而非實際。他的許多夢想項目包括殖民火星，為汽車交通創(chuàng)建地下隧道系統(tǒng)，以及最近在人與機(jī)器之間建立神經(jīng)聯(lián)系。

馬斯克稱他的想法是建立一個新的運(yùn)輸系統(tǒng)Hyperloop。它的行駛速度是飛機(jī)的兩倍(能夠在30分鐘內(nèi)從洛杉磯到舊金山)，不受天氣變化的影響，不會發(fā)生碰撞，能耗低，并且有足夠的能量儲存來運(yùn)行24小時天。馬斯克認(rèn)為它是相距900英里或更短的城市之間的理想交通方式。

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特斯拉和SpaceX的工程師加入了這項工作，2013年，馬斯克發(fā)布了一份長達(dá)57頁的白皮書，詳細(xì)介紹了早期的設(shè)計理念。

“當(dāng)加利福尼亞'高速'鐵路獲得批準(zhǔn)時，我非常失望，因為我知道其他人也是如此，”馬斯克在報紙上寫道。“怎么可能硅谷和JPL的家 - 做一些令人難以置信的事情，如索引世界各地的知識并將火星車放在火星上 - 將建造一個子彈列車，這是每英里最昂貴的一個，也是最慢的一個。世界?”

Hyperloop的基本概念是通過管發(fā)送包含乘客和/或貨物的吊艙。該管將包含風(fēng)扇，在內(nèi)部產(chǎn)生部分真空以減少風(fēng)阻。通過部分真空推動吊艙，使用氣壓，車輪或某種電磁系統(tǒng)(類似于子彈列車的磁懸浮系統(tǒng))，理論家認(rèn)為Hyperloop有一天可以獲得超音速。

這聽起來像一個很好的思想實驗。然后馬斯克做了一些意外的事。在2013年，他宣布Hyperloop將是開源的，并邀請任何敢于嘗試在設(shè)計上進(jìn)行新迭代的人來改進(jìn)它并使Hyperloop成為現(xiàn)實。

公司幾乎在一夜之間興起 - 所有這些都旨在使他們的Hyperloop版本成為一個可擴(kuò)展的可擴(kuò)展系統(tǒng)。今年早些時候，總部位于洛杉磯的Hyperloop One，可以說是這些公司中最知名的公司，在內(nèi)華達(dá)沙漠的1640英尺長的測試賽道DevLoop上破土動工，據(jù)說這將是世界上唯一的全系統(tǒng)和全套-scale Hyperloop測試網(wǎng)站。該公司計劃在2017年的某個時候?qū)evLoop進(jìn)行全面測試.Hyperloop One還與美國政策制定者和運(yùn)輸專家會面，討論整個美國的Hyperloop路線計劃。

現(xiàn)在至少有六家公司爭相以自己的想法擊敗馬斯克進(jìn)入市場。2015年，SpaceX宣布在其位于加利福尼亞州霍桑市的工廠建立自己的1英里長的Hyperloop測試跑道。它還宣布了其Hyperloop Pod競賽 - 向世界各地的任何參與者開放，他們想要發(fā)明理想Hyperloop pod。在提交初步申請的700個團(tuán)隊中，27個團(tuán)隊，其中許多來自麻省理工學(xué)院，紐約大學(xué)和慕尼黑工業(yè)大學(xué)等著名學(xué)校，最終被邀請在SpaceX舉行的比賽中對他們的設(shè)計進(jìn)行實際測試，其中一半在1月份完成。 2017年。

最后，如果公司有一天通過高速管運(yùn)送貨物或運(yùn)送乘客，他們可能會將創(chuàng)新歸功于學(xué)生，而不是大公司。在Reddit上花幾分鐘，你會很快意識到幾乎任何主題都有一個subreddit(從貓到弦理論)。對于rLoop來說，這一切都始于SpaceX subreddit。“有人發(fā)布了[Reddit]，并建議Reddit社區(qū)可以提出有競爭力的設(shè)計，”rLoop的項目經(jīng)理Brent Lessard告訴Design News。社區(qū)認(rèn)真對待這個想法，并且很快就有數(shù)百人志愿為這個目標(biāo)投入時間，專業(yè)知識甚至資金。“

“我們所做的就是將pod的各個方面分解為基本的子系統(tǒng)或子團(tuán)隊，然后開始根據(jù)經(jīng)驗和興趣組織人員。”Lessard說道。團(tuán)隊rLoop在沒有中心物理位置的情況下完成了所有這些工作。團(tuán)隊成員在嚴(yán)格的志愿者基礎(chǔ)上工作，并使用Skype和Slack等軟件進(jìn)行溝通，以進(jìn)行會議和項目狀態(tài)更新。

Lessard說擁有一支偏遠(yuǎn)的團(tuán)隊有其優(yōu)點和缺點。“我們試圖關(guān)注遠(yuǎn)程團(tuán)隊的優(yōu)勢并減輕任何潛在問題，”他說。“讓不同時區(qū)的人們受益是因為工作基本上可以全天候完成。我會把[一個項目]交給舊金山的首席工程師，他會把它交給澳大利亞，然后是印度，然后是英國，然后當(dāng)我再次醒來時，它會有所進(jìn)展。 ”

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rLoop是為數(shù)不多的能夠創(chuàng)建Hyperloop吊艙的團(tuán)隊之一，該吊艙既可以處理人類乘客也可以處理非壓力敏感貨物。“我們采用了主動磁懸浮系統(tǒng)，可以讓我們開啟懸停引擎。它可以讓我們漂浮在原地，但我們也可以操縱發(fā)動機(jī)，這樣我們就可以獲得推力，制動和飛行控制。“

rloop的工作最終吸引了傳感器和連接器公司TE Con??nectivity的注意，該公司提供贊助團(tuán)隊，并在其位于加州Menlo Park的校園提供技術(shù)專業(yè)知識和物理測試設(shè)施。“TE為我們提供了一個非常積分的觀點，”Lessard說。“rLoop團(tuán)隊非常適合作為設(shè)計方面的遠(yuǎn)程和在線團(tuán)隊，但是一旦我們通過所有這些里程碑并從SpaceX獲得綠燈以繼續(xù)比賽，我們不得不轉(zhuǎn)向制造業(yè)重點，這帶來了許多“他說，TE提供的大部分傳感器，電纜，連接器和電氣設(shè)備最終將構(gòu)成rLoop的吊艙。

雖然Reddit對Hyperloop的野心充滿熱情，但紐約大學(xué)Tandon工程學(xué)院的一組學(xué)生正在研究他們自己獨特的設(shè)計。對于NYU Hyperloop團(tuán)隊而言，簡單性是使Hyperloop成為可行且可擴(kuò)展的關(guān)鍵。

“我們的吊艙是最簡單的吊艙之一，”紐約大學(xué)Hyperloop團(tuán)隊的計算機(jī)工程專業(yè)學(xué)生Matt Cocca告訴設(shè)計新聞。“我們非常關(guān)注機(jī)械或電氣方面的防故障設(shè)計。例如，我們的制動系統(tǒng)可以在斷電或丟失時停止。“

紐約大學(xué)的團(tuán)隊pod使用基于輪子的系統(tǒng)來推動自身，而不是使用磁懸浮或加壓空氣。該團(tuán)隊選擇專注于創(chuàng)建一個能夠運(yùn)送貨物而不是乘客的吊艙。該團(tuán)隊認(rèn)為，從現(xiàn)實的角度來看，貨運(yùn)將成為Hyperloop的第一個前沿。許多人猜測，可能需要一段時間才能讓公眾在下次出差時高速射入管子。

“乘客增加了并發(fā)癥”Cocca說，“你必須保持機(jī)艙加壓，并且存在加速和減速問題。在處理運(yùn)費(fèi)時，我們不必?fù)?dān)心那些非常精確的舒適度。“

當(dāng)然，像Hyperloop一樣雄心勃勃的想法并非沒有它的批評者。當(dāng)埃隆馬斯克首次提出這個想法時，圍繞成本和后勤存在很多問題。馬斯克最初承諾，從洛杉磯到舊金山的系統(tǒng)將花費(fèi)60億美元，這意味著它將耗費(fèi)加利福尼亞提出的高速鐵路系統(tǒng)的十分之一，速度是其五倍。

雖然總體上的共識是可以使用創(chuàng)建Hyperloop的技術(shù)，但是對它的安全性和實用性存在更大的擔(dān)憂。如果加壓管損壞或破裂會怎樣?系統(tǒng)需要消耗多少電量?如果吊艙卡在不知名的地方會發(fā)生什么?你如何處理管中的輕微偏差或方向變化?

在2013年接受“水星報”采訪時，麻省理工學(xué)院航空航天教授約翰·漢斯曼談到了這個概念：“高級概念并沒有違反物理學(xué)的任何基本定律...... [但]我我不確定這些細(xì)節(jié)是否有效。“在同一篇文章中，加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)教授理查德穆勒說，這個系統(tǒng)可能會受到污垢和污垢的影響，甚至可以推測Hyperloop可能成為恐怖分子的一個有吸引力的目標(biāo)。

特別是對于加利福尼亞來說，地震也更加可能。來自福布斯的2015年文章稱為Hyperloop是一場“等待發(fā)生的災(zāi)難。”作家Ethan Siegel是俄勒岡州波特蘭市Lewis&Clark學(xué)院的物理學(xué)教授，他將防震管列為Hyperloop最重要的挑戰(zhàn)之一，同時也提供乘客舒適性。Seigel寫道：“Hyperloop的擬議加速比日本的新干線允許人類乘客大7倍，因為人類只能處理約0.2g(或約2 m / s ^ 2)的加速度。向下或從一側(cè)到另一側(cè)的方向......您可能喜歡一次乘坐過山車一兩分鐘，但需要一個超人來享受(甚至容忍)這樣的旅行半小時...”

2016年5月，作為“衛(wèi)報”的作品，作家Alex Hern對Hyperloop One的測試印象不足，并指出該公司當(dāng)時用于推動其磁懸浮吊艙的線性執(zhí)行器系統(tǒng)并不是什么新鮮事。幾十年來一直用于過山車：“Hyperloop One在其推進(jìn)系統(tǒng)方面已經(jīng)達(dá)到了1996年代過山車的技術(shù)高度，但沒有什么可以平息非常真實的懷疑，即該公司將能夠?qū)崿F(xiàn)它所承諾的東西，當(dāng)時它承諾，它承諾的價格，“赫恩寫道。

比說更容易說

rLoop的Lessard說他的團(tuán)隊在設(shè)計他們的吊艙時遇到了許多這些技術(shù)挑戰(zhàn)。“我們需要意識到管道中的偏差，如銀行，轉(zhuǎn)彎和海拔變化，”他說。“如果你正在以可能的速度移動聲音，而你內(nèi)部有一名乘客，那么你必須為他們可能遇到的那種力量做好準(zhǔn)備。”

Lessard說，在大多數(shù)情況下，工程師應(yīng)盡量保持管道系統(tǒng)盡可能直，并在接近轉(zhuǎn)彎時減速吊艙。這意味著平均而言，Hyperloop的平均速度為530英里/小時，而目前建議的最高時速約為700英里/小時。

將電子設(shè)備置于部分真空中也存在設(shè)計挑戰(zhàn)。“壓力容器[pod]包含許多在真空中不安全的電池和電子設(shè)備，”Lessard說。“因此，有很多外部硬件，壓力容器和外部系統(tǒng)之間有很多接線。壓力容器中的這些滲透是明顯的泄漏源，很難控制。“

一旦它的概念到位，團(tuán)隊rLoop將其重點轉(zhuǎn)移到安全上。“例如，為了跟蹤吊艙在管中的位置，我們有加速器和跟蹤傳感器來判斷吊艙在管內(nèi)的位置。我們還在吊艙的末端有一個激光測距手指，告訴我們到管末端的距離。“這樣的系統(tǒng)對于控制吊艙速度到整個管道以及在系統(tǒng)發(fā)生故障時追蹤吊艙是至關(guān)重要的。

rLoop團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，吊艙的主動磁懸浮系統(tǒng)非常耗電。“在電池供應(yīng)方面沒有任何商品可供選擇，因此我們花了大約三個月的時間來設(shè)計，測試和制造我們自己的電池組，”Lessard說。為了比賽的目的，該團(tuán)隊必須創(chuàng)建一個獨立的收費(fèi)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由一家名為IPS的保加利亞公司為該吊艙設(shè)計的。“甚至電池管理軟件都是由我們編寫的，特別針對我們的電池組，”Lessard說。

馬斯克本人提出使用太陽能為Hyperloop系統(tǒng)供電，但太陽能是否可以提供必要的能量輸出還有待觀察。“管子頂部有很多不動產(chǎn)。理想情況下，你會看到內(nèi)襯太陽能電池板和饋電電源為電池充電或為其他外圍設(shè)備供電，“Lessard建議道。

“最困難的部分是讓所有東西動態(tài)地協(xié)同工作 - 使所有東西都融入吊艙并將電氣和機(jī)械系統(tǒng)集成在一起，”機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生兼紐約大學(xué)Tandon Hyperloop團(tuán)隊成員Kyle Casey告訴設(shè)計新聞。凱西表示，由于挑戰(zhàn)，他團(tuán)隊的大部分初始設(shè)計都發(fā)生了變化。“例如，我們使用的是圍繞法蘭的制動器，因此吊艙不能垂直移動，也無法擊中軌道上的I梁。”

“我們經(jīng)歷了幾次氣動制動的迭代，但我們也考慮過電氣備用系統(tǒng)和線性執(zhí)行器，”紐約大學(xué)隊的Matt Cocca補(bǔ)充說。

rLoop和紐約大學(xué)Tandon團(tuán)隊的成員都記得SpaceX比賽日是一次激動人心和令人振奮的體驗。“我們六十人飛到洛杉磯，第一次親自見面，第一次見到硬件，”rLoop's Lessard說。“我們已經(jīng)工作了19個月，所有人都在網(wǎng)上 - 每天聊天并進(jìn)行視頻電話會議，但親自見到大家真是太棒了。”

“氣氛比我想象的要輕得多，”紐約大學(xué)Tandon的凱西說道。“是的，它在第一天左右就令人生畏了。其他團(tuán)隊在那里與他們的豆莢一起忙著他們的東西。但是，隨著每個人都得到了解決，人們四處走動，向其他人提問。實際上有很多機(jī)會與其他團(tuán)隊交流和合作。“

“能夠與其他團(tuán)隊分享想法，并比較我們做事的方式，讓你開始思考新想法，”Cocca同意道。

SpaceX比賽的前半部分包括兩個階段：第一階段是2016年1月舉行的設(shè)計周末，其中27支球隊的設(shè)計被SpaceX評委批評。從那里開始，有23支隊伍被邀請參加第二階段 - 2017年1月舉行的測試賽道。在測試賽道結(jié)束時，團(tuán)隊rLoop因其設(shè)計而獲得了五項Pod創(chuàng)新獎之一。其他最高獎項是代爾夫特大學(xué)(最高總分)，慕尼黑技術(shù)大學(xué)(最快莢);麻省理工學(xué)院(安全與可靠性獎);和馬里蘭大學(xué)(表演和運(yùn)營獎)。

比賽的后半部分計劃于2017年夏季舉行。與上半年使用多個評判標(biāo)準(zhǔn)的情況不同，SpaceX表示下半部分只有標(biāo)準(zhǔn) - 成功減速的最大速度(意味著：哪個吊艙設(shè)計可以去最快沒有崩潰?)。

來到你附近的沙漠

與此同時，紐約大學(xué)Tandon團(tuán)隊的成員以及全球傳播的團(tuán)隊成員rLoop正在上半年的比賽中積累經(jīng)驗，并利用它來改進(jìn)他們的設(shè)計。

“我們真的專注于改裝我們的初始設(shè)計。我們從SpaceX得到了很多反饋，他們非常感謝我們對吊艙采取的簡單方法，“凱西說。“[SpaceX]同意它可擴(kuò)展的事實。我們無法在比賽中進(jìn)行任何測試，因為我們沒有設(shè)置主輪。但是對于周末二，我們計劃在全尺寸管中進(jìn)行全動態(tài)測試。希望我們的吊艙可以在測試跑道周圍達(dá)到150英里/小時。“

Lessard表示，rLoop比以往任何時候都更加堅定地看到它的Hyperloop pod已經(jīng)完成。“團(tuán)隊和社區(qū)實現(xiàn)了這一目標(biāo)。我們有超過1000人報名參加此活動。我們擁有200-400人的強(qiáng)大核心，并且在比賽周末有17或18個國家參加。很高興看到人們聚集在一起對項目充滿熱情并專注于實現(xiàn)這一目標(biāo)。“

雖然正在為該項目投入大量工作，但沒有任何團(tuán)體或公司制定計劃日期，以便為貨物或人員運(yùn)輸提供完整功能的Hyperloop。但隨著全球壓力越來越大，以減少浪費(fèi)的資金和時間，以及越來越擁擠的旅行和交通壓力，可能需要一種新的交通方式。

“我希望看到[Hyperloop]成為這種新的交通方式，”凱西說。“在不久的將來，無論是貨運(yùn)還是客運(yùn)，一切都必須更加經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。”