美国高铁发展停滞不前——这种情况可能短期内不会改变

从空中城市到机器人管家，未来主义的愿景充斥着 PopSci 的历史。在“我们到达了吗？”专栏中，我们检查了实现最雄心勃勃的承诺的进展情况。请在此处阅读本系列的更多内容。

仅在过去一年，世界各国就不断推出高速列车。法国推出了下一代高速列车 TGV M，该列车体型更大、碳效率更高，时速可达 220 英里。意大利公布了从罗马机场直达那不勒斯和佛罗伦萨的高铁。中国开通了 140 英里的新高铁，同时还展示了一条专为 2022 年冬季奥运会修建的线路。日本于 1964 年首次开通子弹头列车，将开通一条从武雄温泉到长崎的 41 英里新高铁线路。但在美国，拥有超过 15 万英里铁路轨道（世界之最）的国家，高铁发展却迟迟未见起色。

公平地说，美国铁路公司确实宣布，其东北路线或东北走廊 (NEC) 的 Acela 列车在新泽西州 16 英里的轨道段上的最高时速为 150 英里/小时——仍低于其他高铁，例如中国最近升级的京汉高铁，时速在 190 至 220 英里/小时之间。此外，加利福尼亚州、德克萨斯州、内华达州和东北部都有快速铁路项目，这些项目多年来一直在缓慢推进。

但三十年前，1992 年 6 月， 《大众科学》杂志发表了一篇文章，预测高铁将很快在美国主要地区开通，随后还有更多地区陆续开通。“佛罗里达州最近批准了一项建造磁悬浮列车系统的计划，该系统将于 1996 年开始运营，”资深特约编辑克里斯奥马利写道，并补充说高铁最早将于 1998 年穿越德克萨斯州。不幸的是，这两个项目都没有实现。不过， 《大众科学》并不是唯一一家报道美国高铁希望的媒体。1992 年 8 月， 《科学美国人》也刊登了一篇关于磁悬浮列车前景的专题文章。1990 年 3 月， 《纽约时报》报道了修建连接俄亥俄州各城市的高铁系统的努力，该项目基于佛罗里达州预计的 325 英里高铁计划。但三十年前进行的高铁计划或项目无一成功。零。尽管乘坐电力驱动的列车以 200 英里/小时或更高的时速静静地驶过不断变化的风景，而无需穿过机场交通和安检线，但美国并不准备在短期内在任何地方安装高速铁路。

“美国确实是一个非常以汽车为中心的国家，”东北磁悬浮公司高级副总裁伊恩·雷尼 (Ian Rainey) 表示，该公司是一家与东海旅客铁道公司有关联的私营公司。“当许多国家在 20 世纪 50、60 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，一旦这样的高速公路系统建成，“你就想继续投资，保持它们的良好状态。而这需要资金。”这些钱本来可以——现在仍然可以——花在高速铁路上。

说到在陆地上实现高速运输，主要有三种方案可供选择，每种方案都需要独特的技术和工程设计：高速铁路 (HSR)、磁悬浮列车和超级高铁。如果我们将它们放在高速铁路现实评估表上，那么高速铁路将获得 10 分（商业上广泛应用，技术成熟）；磁悬浮列车将获得 5 分（商业上有限，原型广泛）；而超级高铁将排在第二位（早期原型，距离商业部署还有很长的路要走）。

日本是第一个开通高铁的国家，1964 年开通了东京和大阪之间的新干线（即新干线，也称为子弹头列车），当时正值 1964 年奥运会。与其他竞争对手相比，高铁的优势在于它使用标准轨距轨道，但轨道必须平坦（坡度小）且笔直，才能达到 220 英里/小时的最高时速；任何曲线都必须平缓。高铁列车（称为机车车辆）也比传统列车更加流线型，发动机更强大，有些列车设计为倾斜 8 度，以便在转弯时紧贴轨道。高铁列车理论上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。几十年来，美国铁路公司一直在对其 NEC 主干线进行此类升级，以容纳其 Acela 列车。

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无论位于何处，升级旧轨道的问题在于它们并非为高速而设计。“轨道的布置是很久以前的事情了，”雷尼指出。“所以现在的轨道相当弯曲，过去 100 到 150 年间，轨道周围开发了许多住宅区和商业区。因此很难将其拉直。”这就是为什么 Amtrak 的火车无法达到更高的速度，而且在 NEC 干线上可能永远也达不到更高的速度，因为 NEC 干线主要在地面上运行，穿越人口密集的地区。

高速铁路的行驶速度很少超过 220 英里每小时，而磁悬浮则有可能实现 300 英里每小时以上的行驶速度，同时比高速铁路更安静、更节能。磁悬浮交通运输首次由火箭发动机发明家罗伯特·戈达德在 1909 年的《科学美国人》杂志上提出。戈达德的早期概念还融入了当今超级高铁设计中的一些特点，比如用于减少阻力的部分真空隧道。当时，其他发明家也在探索电磁交通的可能性，尽管直到 20 世纪 70 年代才制作出原型。磁悬浮列车在混凝土导轨上运行，导轨两侧的电磁铁排斥磁化的车厢，使车厢距离轨道几毫米到几英寸（根据悬浮技术不同而不同）。这种称为线性感应电动机的电机并不在列车中，而是在导轨上，利用像传送带一样的交替磁极推动列车前进和减速（您可以在家中制作自己的微型悬浮列车模型）。由于磁悬浮列车需要全新的导轨、车厢和功率规格，因此必须从头开始制造。尽管磁悬浮列车具有数十年的吸引力，但相对于高铁而言，其实施成本可能过高。目前，只有六列磁悬浮列车在运营——三列在中国，两列在韩国，一列在日本。只有一列列车符合高速标准，即中国的上海磁悬浮列车，它从地铁站到机场全程 18.6 英里，在 7 分钟的行程中时速达到 268 英里。

然而，随着高速铁路的速度和效率不断提高，磁悬浮列车最终可能会发挥更广泛的作用，并提供更具吸引力的冒险机会。日本中央铁路公司一直在完善一种由超导驱动的新型磁悬浮列车，这种列车的速度可以达到 300 英里/小时以上，远高于高速铁路的限制。超导磁悬浮列车使用冷却至 -452°F 的导线或线圈来降低电阻，并产生比传统电磁铁更强大且耗能更少的磁力。这将允许更高的推进速度。在日本，计划在著名的新干线子弹头列车旁边安装一辆新的超导磁悬浮列车，目前进展顺利。

在美国，雷尼的公司 Northeast Maglev 一直与东海旅客铁道公司合作，在华盛顿特区和纽约市之间建造超导磁悬浮列车。目前，如果乘坐美铁，这段旅程不间断需要 2 小时 35 分钟，但乘坐超导磁悬浮列车，乘客将在大约一小时内抵达目的地。由于美铁的主线无法承受太高的速度，Northeast Maglev 看到了在东北部人口最多的城市之间开通时速 300 英里的新列车的机会。为避免路权问题，大部分新列车线路将通过深隧道在地下运行。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——还要容纳多条导轨和高速外形（笔直而水平）。这正是超级高铁隧道可能具有优势的地方。

超级高铁运输是未来感最强的高速铁路竞争者。尽管埃隆·马斯克经常因其 2013 年的 Hyperloop Alpha 白皮书而受到超级高铁设计的赞誉，但主要概念在过去一个世纪中就已经存在。早在 1909 年，戈达德就开发了一种超级高铁设计——概述了气密管道和车厢的核心部件，这些车厢由空气或磁性垫子推动。1961 年 8 月下旬， PopSci发表了一篇文章，其中介绍了汽车在气垫上穿过航空管道行驶的故事。在马斯克的白皮书发布后，初创公司和投资者将资金和兴趣投入到超级高铁设计中，最终于 2020 年 11 月在内华达州拉斯维加斯郊外进行了 Virgin Hyperloop 的试验。但尽管复苏了，但全球只有少数原型正在开发中。

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“我认为 [Loop] 概念很有趣，而且可能很有意义，”雷尼说。但他不认为它会与磁悬浮设计竞争，因为超级高铁虽然速度很快，但面向的是驾驶自己汽车的个人，而不是公共交通。这就是为什么它们的隧道可以更小、钻得更快。

美国拥有全球最大规模的铁路网络，却迟迟无法推出一套高铁系统，这似乎有悖常理。尽管如此，美铁仍将其 Acela 列车打造成高速列车，该公司可以如此宣称，因为业界并没有将一列火车视为“高速铁路”的标准。但是，由于最高时速 150 英里只能在短途行驶，整体平均时速为 68 英里，所以它并不比典型的短途高速路段通勤列车快多少。相比之下，欧洲和亚洲的 Acela 列车时速通常超过 200 英里，平均时速超过 100 英里。尽管美国铁路系统规模世界领先，但它主要运送的是货物，而不是旅客。美国只有不到 15% 的铁路线用于客运列车。从火车运输的旅客英里数来看，美国甚至排在世界前十名之外。美国交通运输局的一项统计数据解释了其中的原因：2019 年，美国驾驶汽车和摩托车的客运里程为 3.75 万亿英里（卡车客运里程为 2 万亿英里），但乘坐火车的客运里程仅为 127 亿英里。在美国客运里程饼图上，火车旅行的宽度大约只有一根头发的宽度。

正如雷尼指出的那样，一个多世纪以来，美国一直以汽车为中心。即使是埃隆·马斯克（Elon Musk）的超级高铁大肆宣传，也不可能在近期改变高铁的命运。但这并不意味着美国没有高铁的立足之地。当它们最终到来时——它们将以慢速列车的形式到来——它们的范围可能仅限于特定的城市和旅行路线，例如加利福尼亚州和德克萨斯州正在进行的项目，或东北部等交通高度拥堵的地区。这是因为当满足几个关键的旅行条件时，高铁体验和经济效益才能达到最佳：首先，当火车可以在城市之间移动，沿途停靠较少，从而减少旅行时间，这意味着在人口密集、郊区扩张有限的城市之间快速运送旅客；其次，当有足够的空间容纳新的或改造的铁路基础设施（包括地下铁路）时；第三，当主要竞争对手——汽车和飞机——无法再因缺乏足够的道路和机场容量而受到阻碍时。但即使特定城市之间的某些线路（如加利福尼亚州洛杉矶和旧金山之间正在进行的项目）受到乘客的青睐，高铁是否会像日本、欧洲和中国那样受到欢迎仍不得而知。在汽车占主导地位、机场饱和的美国，只有少数几个地方可以满足所有条件。

“如果你能找到一个人口众多、相距 100 到 300 英里的最佳位置，”雷尼说，“我认为高铁就是赢家。”他引用了国会 2021 年通过的《基础设施和投资就业法案》中为高铁拨出的数十亿美元，并补充说，美国可能正处于一个临界点，一些正在进行的项目将最终取得成果。至于东北磁悬浮列车，雷尼说，“也许到 2030 年代初，我们就能买得起从华盛顿到巴尔的摩的车票了。”