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馬斯克都無功而還 中國卻取得突破 逐步實現「超級高鐵」夢想

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馬斯克都無功而還 中國卻取得突破 逐步實現「超級高鐵」夢想
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馬斯克都無功而還 中國卻取得突破 逐步實現「超級高鐵」夢想

2025年03月22日 08:00

建造一條時速上千公里的「超級高鐵」,一直是不少科學家和工程師們的夢想。2013年在電動車和火箭等領域有驕人成就的美國億萬富翁馬斯克(Elon Musk),曾提出「超級高鐵」(Hyperloop)的概念和計劃,惟因無法克服壓力差、磁阻等技術問題,最終未能如願實現。時至今日,中國的科技創新和工程進步,使「超級鐵路」的夢想重新復甦,並通過全新的技術逐步實現超高速交通的可能性。

據美媒報導,馬斯克所構想的「超級高鐵」將迅速進入商業運營階段,該系統設想將搭載乘客的懸浮艙運送進近乎真空的管道中,以高達1200公里的時速運行,惟之後12年裡,馬斯克面臨的挑戰愈來愈明顯,包括200倍於飛機艙壓的壓力差、結構易洩漏的混凝土、以及對毫米級精度的高要求等,即使有雄心壯志,但最終無功而返。

超高速低真空管磁浮列車全尺寸試驗線。

超高速低真空管磁浮列車全尺寸試驗線。

然而,中國近期在這一領域的探索卻開創了全新局面。據《南華早報》報導, 2021年9月,山西省和航天科工集團合作共建的超高速低真空管線磁浮交通系統全尺寸試驗線計畫獲批立項,是中國首條高速飛車全尺寸試驗線,全長2公里,利用超導磁浮技術、低真空管路技術和超導同步直線馬達技術,最終實現最大速度每小時1000公里的「近地飛行」。

到2023年1月,首次超導航行試驗在山西省大同市陽高縣的高速飛車試驗基地取得成功。2024年8月,試驗線在陽高縣成功完成低真空環境下系統整合示範驗證試驗, 並透過山西省科技廳現場測試檢查

中國的超級高鐵系統基於多項先進技術,包括超導磁浮技術、低真空管路技術和超導同步直線馬達技術,不僅成功克服了馬斯克所面臨的困難,且在降成本、保證安全性等多方面亦取得顯著成就。

上月中國科技權威期刊《鐵道標準設計》發表了一篇同行評審論文,首次詳細介紹了這項工程的相關細節。論文中,中鐵工程設計諮詢集團的總工程師徐升橋闡述了中國工程師如何將鋼-混凝土複合真空管道、人工智能驅動磁阻尼器等技術進行整合,克服超級高鐵面臨的各項挑戰。

超級高鐵最大要克服的致命困難,是昂貴的金屬管道,惟中國的解決方案是採用結合鋼殼和真空密封混凝土的複合設計,從而大大降低了結構成本。

中方團隊在管道內設計了一個由環氧樹脂塗層鋼筋和玻璃纖維增強材料構成的複雜結構,可消除磁阻力,將能量損失削減了三分之一以上;而在外部,則使用波紋鋼伸縮縫來適應溫度變化,而雷射引導的張力網格確保了在數公里範圍內的對齊精度在0.05毫米以內。正如徐升橋及其團隊所指,是以鋼材抵抗拉力,混凝土承受壓力,「共同構成了一個氣密堡壘」。

試驗結果證明,即使經歷寒冷冬天或攝氏45度的夏天,管道仍能保持接近真空狀態。

2022年在北京展出「低真空管路磁浮高速飛車模型」。

2022年在北京展出「低真空管路磁浮高速飛車模型」。

但當時速達到1000公里時,磁阻力會呈指數級上升,馬斯克的團隊就因為鋼材產生的渦流而解決不了,惟中方團隊對核心部分進行了重新設計,重新定位超導線圈以優化磁通量,同時用低碳鋼網格取代了傳統的鋼筋;還利用了雷射校準軌道模組,使預製軌道對接精度達到0.1毫米,消除了震盪的風險。

研究人員也對混凝土進行重新設計,因標準混凝土在真空中會碎裂,但徐升橋團隊透過混合玄武岩纖維、矽粉,配合預真空養護解決了此問題,而試驗亦證明,中方團隊研發的混凝土能在數十年內承受接近真空的壓力而不會裂開。

2024年,中國的科學家和工程師成功在低真空管道內,實現了一輛高速飛車的懸浮,並在2公里長的軌道上以時速1000公里進行測試,顯示出近乎零的航跡偏差。

這個成果的背後,離不開精確的設計和持續的實驗驗證,設計團隊採用了光纖感測器來監測微小移動,及時調整超導電流,確保系統的穩定性和安全性;另緊急氣閘和耐壓艙的設計則解決了超級高鐵長期困擾的乘客安全問題,為未來的商業應用奠定了堅實基礎。

不過,據報道,儘管中國取得技術上突破,但未來仍面臨諸多挑戰,包括建造一條商業化的京滬超級高鐵線需要數千億元的巨額投資,而如何解決更長管道中的熱膨脹問題及乘客應急方案的驗證等。




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內地正大力推動商業航太產業發展, 私人企業在可重複使用火箭研發上,就扮演日益重要的角色,助中國減少對西方技術的依賴,縮小跟馬斯克旗下SpaceX的差距。中國今年就計劃至少有6款可複用火箭進行首飛。

據網易科技報道,內地首個商業發射場於去年11月投入運營,中央與地方政府正以數十億美元的巨額注資支持私企,標誌著中國航太產業技術,進入自主化新階段。

馬斯克旗下SpaceX火箭升空。

馬斯克旗下SpaceX火箭升空。

中美競爭加劇,從半導體到人工智能等技術的自給自足,愈趨迫切。在2月舉行的民營企業家座談會上,國家主席習近平就強調,民營經濟發展前景廣闊、大有可為,這一方針如今已在航太產業中貫徹,而當時與會者亦包括衞星製造公司銀河航天創辦人兼CEO徐鳴。

中國自2014年向私人企業開放航太產業,商業航太業務首次被列入2024年政府年度報告,列為優先事項。

據報道,美國喬治亞理工學院助理教授林肯·海因斯(Lincoln Hines)指出,中國擔心僅依賴國企難以追趕美國公司的步伐,「如果中國繼續依賴國有企業主導航太產業,雖然能實現登月或載人航太等宏大目標,但在創新和競爭力方面可能難以與美國匹敵」。

目前,馬斯克旗下的SpaceX是全球火箭領域的領導者,2024年發射次數佔全球軌道發射總量的一半以上。 SpaceX的主力火箭獵鷹9號(Falcon 9)配備可重複使用助推器,大幅降低了發射成本,能夠為客戶提供更具競爭力的報價,而SpaceX重複使用次數最多的火箭助推器已完成了26次飛行。

銀河航天創辦人兼CEO徐鳴。

銀河航天創辦人兼CEO徐鳴。

另SpaceX已將超過7000顆星鏈(Starlink)衛星送入軌道,儘管該公司在3月份最新測試中失去了飛船,但於2024年10月也成功回收了用於星艦(Starship)發射的巨大火箭助推器。

顧問公司千域空天創辦人蘭天翼表示,SpaceX的成功讓潛在投資者意識到這個產業的發展可行性,「這對融資環境更審慎的中國尤其重要,同時吸引著跨行業人才湧入航太賽道」。

事實上,航太領域的商業發展潛力愈趨明顯,智慧手機製造商已開始提供衛星通訊服務,如蘋果iPhone的SOS功能,可在無手機訊號覆蓋的地區進行緊急救救。

藍箭航太是中國領先的私人可重複使用火箭公司之一。 2023年,該公司完成全球首次液態氧甲烷推進劑火箭發射,該技術後被SpaceX星艦採用。另一家公司東方空間由姚頌創立,姚在20多歲便以2.5億美元出售了自己的晶片新創公司。

深藍航太創辦人霍亮曾在國營的中國航太科技集團(CASC)從事火箭製造工作,直至他見2015年SpaceX首次成功回收火箭助推器,促使其辭職並創辦了自己的公司,專注於可重複使用火箭的研發。

深藍航太計畫今年稍後測試「星雲一號」一級火箭回收,並擬於2027年進行亞軌道太空旅行,單座票價逾10萬美元。霍亮相信,中國航太企業預計在2030年前後實現對SpaceX的技術追趕。

總部設於香港、專注於太空和衛星通訊的研究公司Orbital Gateway Consulting創辦人Blaine Curcio認為,隨着SpaceX技術不斷創新,中國企業追趕的時間可能會更長。

除了私企,在國際發射市場上,國企已開始參與競爭。2024年11月,中科太空為阿曼發射了一顆遙感衛星,是首次執行國際載重發射任務。去年發射次數最多的是中國國營企業中國航太集團,共進行51次發射,SpaceX則完成了134次發射,但中國火箭尚未實現可重複使用。Curcio預計,到2030年左右,中國私人航太公司將與SpaceX在發射業務上競爭。

同時,中國去年也發生了一些發射失敗事故,包括私企天兵科技研發的一枚火箭在誤發後爆炸並墜落,雖未造成人員傷亡,但損毁了附近房屋。

目前,中國已有至少兩家公司與SpaceX的星鏈衛星業務競爭,分別是國網和千帆,後者獲得上海市政府的支持,並已與馬來西亞、哈薩克和巴西簽署協議,提供衛星通訊服務。

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