高铁的前世今生(超级高铁的前世与今生) 超级高铁的前世与今生「问人人知识网」

高铁的前世今生(超级高铁的前世与今生)

图片来源@视觉中国

文 | 刘文元

2013年，在“钢铁侠”埃隆马斯克的号召下，超级高铁的概念（一种在真空管道中运行的交通工具）广为人知，近几年迅速成为许多国家科研和社会讨论的热点。但其实，类似的设想早在两百年前就已经有人提出。
本文将对真空管道运输的演进历史进行简要梳理，一窥超级高铁的前世与今生。

01 压力差即动力真空技术的发端，历史上有确切记载的就是1643年的托里拆利实验：在密封的长管中注满水银并倒置在水银槽里即可发现，大气与真空之间的压力差，能够顶起760毫米水银柱。而真空技术应用的第一个案例，则是1654年的马德堡半球实验：将两个半球合成为直径119厘米的球体，并用真空泵抽空内部气体，之后在两侧各用8匹马都无法拉开。

马德堡半球实验
可以说，这两个著名的实验都利用了大气与真空[1]之间有巨大压力差的原理，同时也是这种压力差能够产生机械作用力的证明。后人也从中得到了输运物品的启发。
1799年，一位名叫乔治梅德赫斯特的英国机械工程师和发明家，申请了一项通过压缩空气获取动力的风机泵专利。次年，他又申请了利用压缩空气驱动汽车的“风驱”发动机专利，与此同时，他提出风驱汽车服务计划，并建议在行车路线上设置泵站为其持续补充动力，可以理解为类似于电动汽车和充电桩之间的关系。

大气铁路

大气铁路
基于此前的构想，梅德赫斯特于1810年提出真空邮递线的设想，并认为这种利用气压差在管道中传送信件和货品的方法，比邮递员挨家挨户运送要更加快捷、高效。进一步地，他开始想象用规模更大的管道运输列车的可能性。
1812年，他首次发表了一篇关于大气铁路的理论计算文章，论证了在铁轨上方架设直径数米的管道，通过气压差来快速运送货物和乘客的可行性、效果和优势。此外，他还构想了另一种大气铁路的形式，即在铁轨下方铺设一根长管，管道内有器件与列车相连，器件在气压差的驱动下运动，从而带动列车行进，列车的动力源不是车头，而是车体下方的管道。
在他去世前不久的1827年9月，出版了著作《新型内陆运输系统》，对气动推进推崇备至，认为这种方式即使没有马匹或其他动物提供动力，也能达到96公里的时速。

大气铁路利用气压使车体沿轨道前进，而非用车头作为动力。
然而，由于这样那样的原因，大气铁路并没有成功实施，这一设想也就逐渐被束之高阁。直到2018年，一位89岁的美国工程师马克斯施力格把它变成现实：他在自家的葡萄园里架设了一条轨道，铁轨之间有一根直径30厘米的聚氯乙烯管，管道外连一台泵，用以抽出管中的空气或将空气注入管中。

马克斯施力格的大气铁路
在气压差的作用下，管道内的“推力车”便带动与之通过磁铁相连的列车行驶起来。这套只有标准铁路系统六分之一大小的模型运行结果表明，它能够轻易克服传统列车无法逾越的陡峭坡度，而且运行噪音更小，不需要高架输电线路，泵也能用可再生能源驱动。

马克思施力格用大气铁路的模型进行演示：在管道一端向内吹气，列车模型就会在气压推动下行进。

2、从旧理论到科幻到新理论在梅德赫斯特去世后的一个多世纪里，真空管道运输的理论研究逐步走向深入和完善。而且，此种运输方式在刚刚兴起的科幻文学中也大放异彩。那些作品中的设想看似超前，但其实从时间线上看，要滞后于科学家的理论研究，都有各自的理论原型。