真空高铁能否驶入现实

对于时速600公里的真空管道磁悬浮技术,预计在10年后就能实现运营。在现有的高速铁路上,每公里只需要增加一两千万就可以建造成这个管道了,而增加的成本可以在后来的运行成本中节约出来。

人类一直在孜孜不倦地追求更快速、更安全的交通工具。汽车、火车、飞机和轮船,这四大交通方式已经上百年不变。

从北京到纽约,乘坐最快的直达航班也需12个小时。或许,在不远的未来,乘坐超级高铁可以将这一时间缩短为2小时。

理论时速最高可达2万公里、从北京到广州只要20分钟、真空管道、弹射前行……你相信吗?

科技创业家伊隆 马斯克(Elon Musk)通过特斯拉改变了人们的出行方式。2013年,Elon Musk首次公布了探索“真空高铁”的计划,更是颠覆了人们的出行理念。他将其命名为Hyperloop——“超级高铁”。他认为,“真空高铁”可以以1200公里每小时的速度运送乘客和货物,达到两倍于飞机的速度,坐这种高铁从旧金山到距离400英里(643公里)外的洛杉矶只需35分钟。

其实,马斯克并不是第一个提出“真空管道运输”这一概念的人。早在1904年,美国学者罗伯特 戴维就已经提出“真空管道运输”的设想。上世纪60年代,美国兰德咨询公司和麻省理工学院的专家也提出过类似设想。直到上世纪90年代,美国佛罗里达州机械工程师戴睿 奥斯特申请获得了真空管道运

输系统发明专利。

从理论进入实践层面是从2010年起,美国相继成立了ET3、SpaceX、HTT等多家研发超级高铁的公司。

2013年,ET3公司公布,将建造一个长达4.8公里、时速为6500公里的模拟系统,用以试验“胶囊”旅行的概念。马斯克本人投资的公司SpaceX曾宣布在今年6月之前,SpaceX将在加州建设一条1英里长的测试轨道,测试其商业可行性。去年9月,同样致力于超级高铁开发的创业公司HTT也宣布,将于今年在加利福尼亚地区搭建全球首条“超级高铁轨道”,打算从NASA、Yahoo!、Airbus、Salesforce等科技巨头猎取高端人才来实现这一梦想。近日,美国另一家名为Hyperloop Technologies的创业公司对外声称,要在2016年开始测试真空高铁管道建设,并计划在2020-2021年将超级高铁变为现实。这家公司目前已为该项目融资了近9000万美元,不过他们提出,将计划时速降低到了700公里/小时。

那么,真空高铁高速运行何以成为可能呢?

简单来说,对于在大气环境下运行的列车,时速400公里已经是一个极限速度了。目前,中国高铁的最高时速是486.1公里/小时。但真空管道运输则是以磁悬浮技术提供动力,超级高铁车厢就像一个胶囊被放置于管道中,“胶囊”处于几乎没有摩擦力的环境中,像炮弹一样被发射至目的地,从而实现无间断地行驶。它还可以使用太阳能作为驱动力,并对复杂天气免疫。因此,相比其他任何传统交通工具,真空高铁耗费的能源更少、更安全、更快速。运行速度可高达6000~7000公里/小时,在完全理想的状态下,理论时速甚至最高可达2万公里。

尽管如此,但仍有很多专业人士认为,目前,现实中的真空高铁方案都不够详细且缺少实践中必要的论据,尚难判别其技术合理性及工程可行性,实践中的“胶囊”高铁面临诸多挑战。

有专家预计,目前普通铁路造价每公里1.5亿元,地铁修一公里大概8亿元,真空管道的成本则要更高。此外,电压在真空环境中容易出现“真空击穿”现象,破坏电极导致运输系统瘫痪,如何保证真空环境中的电压稳定?人体是否能够承受超高加速度和高速转弯产生的巨大离心力?这些都是尚待解决的难题。

目前,世界上共有美国、瑞士、中国3个国家致力于研究真空管道的磁悬浮技术。美国的计划是做高真空管道交通,管道中大气压只有外界的百万分之一,但这一方案成本很高,难度很大。瑞士的方案是把真空管放在地下隧道中,这同样增加了很大的成本,最终也难以进入实际应用。中国目前研发的方案则是希望将管道内只要降到0.5个大气压,就可以大大减少空气对于机车的阻力。在地上,可采用高架管道建造的方式,地下选择埋设管道的方式,以此来大大降低建造成本。

在国内,早在2003年,西南交通大学就已经开始着手研究“真空管道磁悬浮列车”,并建成了世界上第一个“真空管道磁悬浮列车实验系统”,对真空管道磁悬浮列车的可实施性进行多方面的论证。目前,该实验室正在研制时速500~600公里的真空高速列车,未来还将推出时速600~1000公里的真空管道高速列车小比例模型。

两院院士、机车车辆动力学专家沈志云指出,经过技术的不断改进,超级高铁的时速达到6500公里是一个可以实现的中期目标,真空管道运输的速度可以超过目前大气环境中的最高速度,但是否能达到1000公里的时速或更高速度,需要有更严密的论证并最终通过试验来验证。而对于时速600公里的真空管道磁悬浮技术,预计在10年后就能实现运营。在现有的高速铁路上,每公里只需要增加一两千万就可以建造成这个管道了,而增加的成本可以在后来的运行成本中节约出来。

撰文/王钰
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