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高铁的前世今生(超级高铁的前世与今生)( 三 )


如果说以前的研究主要限于理论计算方面 ， 那么到20世纪70年代 ， 真空管道运输的拥趸罗伯特M.萨尔特则开始考虑实际的运营问题 。其时 ， 他设想了一种位于地百思特网下数百米的坚固岩层中的真空管道系统“Planetran” ， 贯穿美国东北部的各大都市 ， 并在8个州设立9座车站 。
高铁的前世今生(超级高铁的前世与今生)

当时 ， 日本新干线已经运营了近10年 ， 磁悬浮列车的研究也正在世界各国如火如荼地开展 ， 但技术终归不甚成熟 。所以 ， 他并未将磁悬浮技术应用于自己的设想 ， 而是提议使用钢铁轮胎 。列车利用电磁力加速 ， 减速则依靠挤压前方稀薄的空气 ， 以及相邻管道内列车的加速来实现 。它可以看做大气铁路与vactrain的融合版本 。
该系统最值得称道的 ， 当属其惊人的节能能力 。作为“高能量守恒系统” ， 列车在减速时 ， 会将大部分能量返回系统 ， 以供相邻管道内的车辆加速时使用 。此外 ， 普通列车行驶过程中 ， 空气阻力所占总阻力的比例超过70% ， 而真空管道内腔的空气阻力则会极大百思特网地降低 ， 能耗自然随之降低 ， 使得每位乘客消耗的能源成本还不足1美元 ， 而且整段路程的平均时速能达到4800公里 ， 从美国东海岸到西海岸只需21分钟 。
萨尔特认为 ， 这套系统将有助于减少飞机和地面交通工具对大气造成的破坏 ， 有巨大的环境和经济效益 。因此 ， 他称Planetran是美国“合乎逻辑的下一步计划” 。然而其建造成本预计高达1万亿美元 ， 所以该计划并未被政府采纳 。


3、超级高铁应时而生随着磁悬浮技术不断取得突破性成果 ， 真空管道列车的倡导者们也意识到 ， 这可能是其能否成功的关键因素之一 。1991年11月 ， 杰拉德K.奥尼尔提交了一项专利申请 ， 提出“磁飞行”的设想：位于管道内的列车是在单轨上行驶 ， 而非传统的两条铁轨 。在轨道上装有永磁体 ， 装配可变磁体的列车在电磁力的作用下悬浮于轨道上 。他推算 ， 如果将空气从管道内抽出 ， 那么列车的时速就能达到4000公里 。
时间进入21世纪 ， 获得真空的技术已经成熟 ， 高速磁悬浮列车也先后在中国上海、日本山梨等地投入使用 。看起来 ， 超级高铁万事俱备了 。2013年 ， 有感于北加州高速铁路工程缓慢 ， 特斯拉及SpaceX公司创始人埃隆马斯克公布了长达57页的白皮书 ， 提出在洛杉矶与旧金山之间修建560公里超级高铁（hyperloop）的想法 。
在这套系统中 ， 运输舱在真空管道内以1220公里的时速运行 ， 使舱体悬浮的能量来自太阳能或其他可再生能源 。有趣的是 ， 马斯克设想的是类似于戈达德提出的气动悬浮方式 。可以看出 ， 超级高铁几乎完全脱胎于以前科学家的理论构想 。
此后 ， 又有多家公司和科研机构相继进入超级高铁的研发阵营当中 ， 其中就包括中国航天科工、西南交通大学牵引动力国家重点实验室、北京交通大学、西京学院等国内机构 。不过 ， 它们均采用磁悬浮的方式 。在大家最关心的最高时速上 ， 有的机构也给出了6500公里的数据 。至于能否达到 ， 现在尚属未知 。
诚然 ， 超级高铁看似非常贴近人类当前的科技水平 ， 但实际上仍有许多关键问题有待研究解决——

超高速运行条件下的车轨作用：高速列车车轨的作用机理是车辆系统动力学的核心 ， 但目前高温超导磁悬浮车的实验研究 ， 主要集中在准静态或低速范围 ， 实验数据难以支撑更高速度（超过600公里/小时）下磁悬浮车悬浮与导向稳定性的研究 。

【高铁的前世今生(超级高铁的前世与今生)】

空气动力学问题：真空管道内稀薄空气产生的气动阻力 ， 是列车运行的主要阻力 。对于此种低压高速气流 ， 现有的仿真很难准确模拟 。
管道可靠密封与高效抽真空问题：一方面 ， 保持直径数米、长度上百公里的管道内长时间的真空度[2] ， 对管道的结构和密封性要求极高 。另一方面 ， 快速抽除如此大空间内的空气 ， 并且精准维持其中的真空度 ， 对真空设备也提出更高挑战 。


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