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保持Hyperloop建立更快的未來

2019-04-09 09:15:35 編輯: 來源:
導讀 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。認識一些致力于使Hyperloop成為現實的學生和工程師。下一個偉大的交通方式可能

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。認識一些致力于使Hyperloop成為現實的學生和工程師。下一個偉大的交通方式可能不是由大公司發(fā)明的,它可能是一個學生團隊,甚至是互聯網上的一群陌生人。2012年,當埃隆·馬斯克(Elon Musk)提出建立“第五種運輸方式”(其他四種是汽車,飛機,火車和船只)時,許多人認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),以及最近在人與機器之間建立神經聯系。

馬斯克稱他的想法是建立一個新的運輸系統(tǒng)Hyperloop。它的行駛速度是飛機的兩倍(能夠在30分鐘內從洛杉磯到舊金山),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行24小時天。馬斯克認為它是相距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57頁的白皮書,詳細介紹了早期的設計理念。

“當加利福尼亞'高速'鐵路獲得批準時,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。該管將包含風扇,在內部產生部分真空以減少風阻。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計上進行新迭代的人來改進它并使Hyperloop成為現實。

公司幾乎在一夜之間興起 - 所有這些都旨在使他們的Hyperloop版本成為一個可擴展的可擴展系統(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,在內華達沙漠的1640英尺長的測試賽道DevLoop上破土動工,據說這將是世界上唯一的全系統(tǒng)和全套-scale Hyperloop測試網站。該公司計劃在2017年的某個時候對DevLoop進行全面測試.Hyperloop One還與美國政策制定者和運輸專家會面,討論整個美國的Hyperloop路線計劃。

現在至少有六家公司爭相以自己的想法擊敗馬斯克進入市場。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個團隊中,27個團隊,其中許多來自麻省理工學院,紐約大學和慕尼黑工業(yè)大學等著名學校,最終被邀請在SpaceX舉行的比賽中對他們的設計進行實際測試,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送貨物或運送乘客,他們可能會將創(chuàng)新歸功于學生,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計,”rLoop的項目經理Brent Lessard告訴Design News。社區(qū)認真對待這個想法,并且很快就有數百人志愿為這個目標投入時間,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)或子團隊,然后開始根據經驗和興趣組織人員。”Lessard說道。團隊rLoop在沒有中心物理位置的情況下完成了所有這些工作。團隊成員在嚴格的志愿者基礎上工作,并使用Skype和Slack等軟件進行溝通,以進行會議和項目狀態(tài)更新。

Lessard說擁有一支偏遠的團隊有其優(yōu)點和缺點。“我們試圖關注遠程團隊的優(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,然后當我再次醒來時,它會有所進展。 ”

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rLoop是為數不多的能夠創(chuàng)建Hyperloop吊艙的團隊之一,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,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,該公司提供贊助團隊,并在其位于加州Menlo Park的校園提供技術專業(yè)知識和物理測試設施。“TE為我們提供了一個非常積分的觀點,”Lessard說。“rLoop團隊非常適合作為設計方面的遠程和在線團隊,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,連接器和電氣設備最終將構成rLoop的吊艙。

雖然Reddit對Hyperloop的野心充滿熱情,但紐約大學Tandon工程學院的一組學生正在研究他們自己獨特的設計。對于NYU Hyperloop團隊而言,簡單性是使Hyperloop成為可行且可擴展的關鍵。

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

紐約大學的團隊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。該團隊選擇專注于創(chuàng)建一個能夠運送貨物而不是乘客的吊艙。該團隊認為,從現實的角度來看,貨運將成為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,“你必須保持機艙加壓,并且存在加速和減速問題。在處理運費時,我們不必擔心那些非常精確的舒適度。“

當然,像Hyperloop一樣雄心勃勃的想法并非沒有它的批評者。當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60億美元,這意味著它將耗費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,但是對它的安全性和實用性存在更大的擔憂。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的任何基本定律...... [但]我我不確定這些細節(jié)是否有效。“在同一篇文章中,加州大學伯克利分校的物理學教授理查德穆勒說,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。

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)生的災難。”作家Ethan Siegel是俄勒岡州波特蘭市Lewis&Clark學院的物理學教授,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。向下或從一側到另一側的方向......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在其推進系統(tǒng)方面已經達到了1996年代過山車的技術高度,但沒有什么可以平息非常真實的懷疑,即該公司將能夠實現它所承諾的東西,當時它承諾,它承諾的價格,“赫恩寫道。

比說更容易說

rLoop的Lessard說他的團隊在設計他們的吊艙時遇到了許多這些技術挑戰(zhàn)。“我們需要意識到管道中的偏差,如銀行,轉彎和海拔變化,”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備。”

Lessard說,在大多數情況下,工程師應盡量保持管道系統(tǒng)盡可能直,并在接近轉彎時減速吊艙。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。

將電子設備置于部分真空中也存在設計挑戰(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,團隊rLoop將其重點轉移到安全上。“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重要的。

rLoop團隊還發(fā)現,吊艙的主動磁懸浮系統(tǒng)非常耗電。“在電池供應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,該團隊必須創(chuàng)建一個獨立的收費系統(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。理想情況下,你會看到內襯太陽能電池板和饋電電源為電池充電或為其他外圍設備供電,“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械系統(tǒng)集成在一起,”機械工程專業(yè)學生兼紐約大學Tandon Hyperloop團隊成員Kyle Casey告訴設計新聞。凱西表示,由于挑戰(zhàn),他團隊的大部分初始設計都發(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,”紐約大學隊的Matt Cocca補充說。

rLoop和紐約大學Tandon團隊的成員都記得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。“我們已經工作了19個月,所有人都在網上 - 每天聊天并進行視頻電話會議,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Tandon的凱西說道。“是的,它在第一天左右就令人生畏了。其他團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。實際上有很多機會與其他團隊交流和合作。“

“能夠與其他團隊分享想法,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月舉行的設計周末,其中27支球隊的設計被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。在測試賽道結束時,團隊rLoop因其設計而獲得了五項Pod創(chuàng)新獎之一。其他最高獎項是代爾夫特大學(最高總分),慕尼黑技術大學(最快莢);麻省理工學院(安全與可靠性獎);和馬里蘭大學(表演和運營獎)。

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準的情況不同,SpaceX表示下半部分只有標準 - 成功減速的最大速度(意味著:哪個吊艙設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Tandon團隊的成員以及全球傳播的團隊成員rLoop正在上半年的比賽中積累經驗,并利用它來改進他們的設計。

“我們真的專注于改裝我們的初始設計。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]同意它可擴展的事實。我們無法在比賽中進行任何測試,因為我們沒有設置主輪。但是對于周末二,我們計劃在全尺寸管中進行全動態(tài)測試。希望我們的吊艙可以在測試跑道周圍達到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已經完成。“團隊和社區(qū)實現了這一目標。我們有超過1000人報名參加此活動。我們擁有200-400人的強大核心,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這一目標。“

雖然正在為該項目投入大量工作,但沒有任何團體或公司制定計劃日期,以便為貨物或人員運輸提供完整功能的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,無論是貨運還是客運,一切都必須更加經濟和環(huán)保。”


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