美国的高速铁路列车停滞不前——而且可能在一段时间内不会改变

美国拥有比世界上任何国家都多的铁路轨道里程,但高速列车的建设进展缓慢。
a high speed rail train in black and white over a map of US rail lines in purple in the background
“高速轨道”刊载于《大众科学》1992年6月号。《大众科学》

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仅仅在过去一年里,世界各国都在继续推出高速列车。法国推出了下一代高速列车 TGV M,该列车更大、碳排放效率更高,速度可达每小时 220 英里。意大利开通了罗马机场至那不勒斯和佛罗伦萨的直达高速铁路。中国新开通了 140 英里的高速铁路,同时还展示了一条为 2022 年冬奥会专用线路。日本,这个在 1964 年首次推出子弹头列车的国家,将开通一条从武雄温泉到长崎长达 41 英里新的高速铁路线。但在这里的美国,拥有超过 15 万英里的铁路轨道——是世界上最多的——却一片寂静。 

公平地说,Amtrak 确实宣布其 Acela 列车在东北走廊(NEC)上的新最高速度为每小时 150 英里,仅限于新泽西一段 16 英里的线路——这仍然远低于中国近期升级的北京至武汉线路等高速铁路,后者时速可达每小时 190 至 220 英里。此外,加利福尼亚德克萨斯内华达以及东北地区,都在进行着多年来进展缓慢的快速轨道项目。

但三十年前,在 1992 年 6 月,《大众科学》发表了一篇文章,预测高速铁路将很快在美国主要地区推出,并会陆续推广。“佛罗里达州最近批准了一项建设磁悬浮列车系统的计划,该系统将于 1996 年投入运营,”高级撰稿人 Chris O’Malley 写道,并进一步补充说,高速铁路最早将于 1998 年在美国德克萨斯州运行。不幸的是,这两个项目都没有实现。尽管如此,《大众科学》并非唯一一家报道美国高速铁路希望的媒体。在 1992 年 8 月,《科学美国人》也刊登了一篇关于磁悬浮列车潜力的文章。在 1990 年 3 月,《纽约时报》报道了建设连接俄亥俄州城市的德州高速铁路系统的努力,该项目基于佛罗里达州对一条预期长达 325 英里的高速铁路的计划。但三十年前正在进行的没有一个高速铁路计划或项目成功。零。尽管以每小时 200 英里或更高的速度安静地驶过不断变化的风景,乘坐电动和可持续的动力车辆,而且无需应对机场交通和安检的麻烦,但美国短期内仍然无望在任何地方建设高速铁路。 

“美国确实是一个非常以汽车为中心的国家,”东北磁悬浮公司(Northeast Maglev)的高级副总裁 Ian Rainey 说,这是一家与日本中部铁路公司相关的私营公司。“当许多国家在 20 世纪 50 年代、60 年代和 70 年代投资高速铁路时,美国正在建设州际公路系统。”他补充说,一旦这样的公路系统建成,“您就需要继续对其进行投资,保持其良好状态。这需要资金。”本可以而且仍然可以用于快速轨道交通的资金。

就陆地交通实现高速行驶而言,有三个主要竞争者,每个都需要的独特技术和工程:高速铁路(HSR)、磁悬浮和超级高铁。如果我们将其放在快速轨道现实衡量标准上,HSR 将获得 10 分(广泛商业可用,技术成熟);磁悬浮将获得 5 分(商业有限,原型广泛);而超级高铁将获得 2 分(早期原型,距离商业部署还有很长的路要走)。 

日本于 1964 年首次推出 HSR,当时它开通了连接东京和大阪的“新干线”(意为新干线,也被称为子弹头列车),恰好赶上 64 年奥运会。HSR 相对于其他竞争者的优势在于它使用标准轨距轨道,尽管为了达到每小时 220 英里的最高速度,轨道必须平坦(低坡度)且笔直;任何弯道都必须是缓和的。列车(称为动车组)也比传统列车更具流线型,拥有更强大的发动机,有些设计可以倾斜高达 8 度,以便在弯道上紧贴轨道。理论上,HSR 列车可以与普通列车共享轨道,只要线路设计和信号系统能够支持速度差异。Amtrak 数十年来一直在对其 NEC 干线进行此类升级,以适应其 Acela 列车。 

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升级旧轨道的问题,无论在哪里,都是因为它们最初不是为高速设计的。“线路的规划是很久很久以前的事情了,”Rainey 指出。“所以现在你有一条相当弯曲的轨道,过去 100 到 150 年间,周围发展了大量的住宅和商业区。因此,要把它 straighten 出来非常困难。”这就是为什么 Amtrak 的列车无法达到更高速度,而且可能永远无法在 NEC 干线上达到,因为 NEC 干线大部分都在人口稠密的地区上方运行。

HSR 列车很少能超过每小时 220 英里,而磁悬浮(maglev)有潜力达到每小时 300 英里以上,同时比 HSR 更安静、更节能。磁悬浮交通最早由火箭发动机发明家 Robert Goddard 在 1909 年的《科学美国人》杂志上提出。Goddard 的早期概念还包含了如今超级高铁设计中的一些特点,例如部分真空隧道以减少阻力。当时,其他发明家也在探索电磁运输的可能性,尽管直到 20 世纪 70 年代才开始有原型机。磁悬浮列车在铺设了电磁体的混凝土导轨上运行,这些电磁体排斥磁化的列车,使其悬浮在轨道上方几毫米到几英寸(取决于悬浮技术)。被称为线性感应电机的电机不在列车上,而在导轨上,使用交替的磁极像传送带一样向前推进和减速列车(你可以在家制作自己的迷你悬浮列车模型)。由于磁悬浮列车需要全新的导轨、列车和电力规格,它们必须从头开始建造。尽管它们具有数十年的吸引力,但与 HSR 相比,实施成本可能令人望而却步。今天只有六条运营中的磁悬浮列车——三条在中国,两条在韩国,一条在日本。只有一条被归类为高速,那就是中国的上海磁悬浮列车,它从地铁站到机场运行 18.6 英里,在 7 分钟的行程中达到每小时 268 英里。 

a popular science magazine cover with an illustration of a high speed rail train. the title reads '310-mph maglev trains for U.S. cities rapid rails'
《大众科学》1992 年 6 月封面。《大众科学》

然而,随着快速轨道交通追求更高的速度和效率,磁悬浮可能最终会找到更广泛的应用——并提供更具吸引力的项目。日本中部铁路公司一直在完善一种由超导驱动的新型磁悬浮列车,该列车能够达到每小时 300 英里以上的高速,远远超过 HSR 的限制。超导磁悬浮使用冷却到 -452°F 的线材或线圈来降低电阻并产生比常规电磁体更强大、能耗更低的磁力。这将允许更高的推进速度。在日本,新的超导磁悬浮列车正在与著名的“新干线”子弹头列车并行安装

在美国,Rainey 的公司东北磁悬浮公司(Northeast Maglev)一直与日本中部铁路公司合作,在华盛顿特区和纽约市之间建设一条超导磁悬浮列车。目前,Amtrak 公司的这段行程需要 2 小时 35 分钟不停站,但乘坐超导磁悬浮列车,乘客大约一小时即可到达目的地。由于 Amtrak 的主干线无法容纳极高的速度,东北磁悬浮公司看到了一个运行 300 英里/小时的新列车连接东北部人口最多城市的机会。为了避免路权问题,大部分新列车线路将通过深层隧道在地下运行。但磁悬浮列车需要大型隧道——甚至比百年历史的低矮纽约地铁隧道还要大——需要容纳多条导轨和高速的车型(笔直且水平)。这正是超级高铁隧道可能具有优势的地方。

超级高铁是最新颖的快速轨道交通竞争者。尽管埃隆·马斯克(Elon Musk)经常因其 2013 年的 Hyperloop Alpha 白皮书而获得超级高铁设计的功劳,但其主要概念已存在了一个多世纪。早在 1909 年,Goddard 就开发了一个超级高铁设计——概述了密封管和由空气或磁力缓冲器驱动的列车等核心组件。之后在 1961 年 8 月,《大众科学》刊登了一篇关于汽车通过气管在空气垫上旅行的文章。马斯克发布白皮书后,初创公司和投资者纷纷将资金和兴趣投入到超级高铁设计中,导致 2020 年 11 月在内华达州拉斯维加斯附近试运行了维珍超级高铁。但尽管有所复苏,全球只有少数几个原型机正在研发中。 

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“我认为(超级高铁)概念很有趣,而且可能很有道理,”Rainey 说。但他认为它不会与磁悬浮设计竞争,因为尽管速度很快,但超级高铁面向的是个人驾驶汽车而不是大众交通。这就是为什么它们的隧道可以更小、挖掘速度更快。

对于一个拥有世界最大铁路网络的国家来说,美国未能推出一项高速铁路系统似乎有些反常。话虽如此,Amtrak 还是将其 Acela 列车宣传为高速列车,该公司之所以可以这样宣传,是因为对于列车被视为“高速铁路”并没有行业标准。但其 150 英里/小时的最高速度仅限于短距离,而总平均速度为 68 英里/小时,比典型的通勤火车通勤火车,只有短暂的高速路段,速度快不了多少。相比之下,其欧洲和亚洲的同行列车平均速度轻松超过 200 英里/小时,平均速度远超 100 英里/小时。尽管美国铁路系统规模居世界首位,但它主要运输货物,而非人员。美国只有不到 15% 的铁路线用于客运列车。从火车旅行的乘客里程数来看,美国作为一个国家甚至未能进入世界前十。美国交通部(US Bureau of Transportation)的一项统计数据解释了原因:2019 年,美国汽车和摩托车旅行记录了 3.75 万亿乘客里程(卡车又增加了 2 万亿),但火车旅行仅记录了 127 亿乘客里程。在一张美国乘客里程饼图中,火车旅行的宽度几乎可以忽略不计。

正如 Rainey 所指出的,美国一个多世纪以来一直是一个以汽车为主导的文化。即使是埃隆·马斯克,凭借他的超级高铁的热潮,在可预见的未来也可能改变不了高速铁路的命运。但这并不意味着美国没有快速轨道交通的立足之地。当它们最终到来时——它们会以缓慢的速度到来——它们的范围可能仅限于特定的城市和旅行路线,就像目前在加利福尼亚和德克萨斯州进行的以及在人口稠密的东北部地区进行的这些项目一样。这是因为高速铁路的经验和经济效益在满足一些关键的旅行条件时效果最佳:首先,当列车可以在城市之间少停站地运行并缩短旅行时间时,这意味着快速连接城市中心人口密集、郊区蔓延有限的城市;其次,当有足够的空间用于新建或改造铁路基础设施,包括地下空间时;第三,当主要的竞争对手——汽车和飞机——由于缺乏足够的道路和机场容量而无法进一步扩张时。但即使某些城市之间的路线(如加利福尼亚州洛杉矶和旧金山之间的项目)找到受欢迎的乘客需求,高速铁路能否像在日本、欧洲和中国那样普及,仍不确定。在美国这个汽车主导、机场饱和的国家,只有少数几个地方能满足所有条件。 

“如果你能找到人口众多、彼此相距 100 到 300 英里之间的最佳区域,”Rainey 说,“我认为这对高速铁路来说是一个赢家。”他提到国会在 2021 年通过的《基础设施投资和就业法案》为高速铁路拨款数十亿美元,并补充说美国可能正处于一个转折点,一些正在进行的项目最终将得以实现。至于东北磁悬浮公司,Rainey 说,“也许到 2030 年初,我们就能从华盛顿特区购买到巴尔的摩的火车票了。”

 

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比尔·古尔吉

特约撰稿人

比尔·古尔吉(Bill Gourgey)是《Popular Science》杂志的撰稿人,也是一位非官方的数字考古学家,他喜欢挖掘PopSci庞大的档案库来更新值得关注的旧故事(是的,旋转木马也是值得关注的)。


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