超级高铁，跑的比飞机还快？

对于飞机来说，空气是一个让它既爱又恨的东西。飞机能够获得足够的升力离开地面、在空中飞行，依靠的是空气流过机体时机翼上下面受力的不同。没有空气，我们目前使用的飞机都将无法飞行。然而，飞机发动机在飞行过程中输出的动力，大部分都用来克服空气给飞机带来的阻力。各个飞机制造商在设计新的机型时，都会尽量利用更好的气动外形来降低阻力。在同样的条件下，阻力的减小意味着油耗的降低，进而意味着更低的飞行成本和更便宜的机票。

(波音787-10客机)

当飞机的速度接近空气中声音传播的速度时，它所受到的阻力会急剧增加，遭遇“音障”现象。在上世纪中叶,军用战斗机已经可以超音速飞行，以F-22、歼20为代表的第五代战机还能实现超音速机动。然而对民航客机这种体积、重量都比较大的飞机来说，实现超音速的困难就比较大了。历史上唯一一种投入运营的超音速客机是英法联合研制的协和号客机。这种机型仅仅生产了20架。比起动辄生产上千架的其他民航机型来说，协和号的数量显得微不足道。因为运营维护成本太高，协和号在2003年退役。目前在役的民航客机都是亚音速机型，最高的巡航速度为900公里/小时。

（协和号客机）

空气给高铁列车带来的麻烦除了阻力，还有噪声。气动阻力与速度的二次方成正比，而气动噪音随则会随着速度的七次或八次方急剧增加。这也是为什么高铁线路要在人口稠密地区的区段安装隔音设备并让列车减速通过的原因。计算表明，当列车的速度达到400公里/小时以上时，空气阻力所占总阻力的比例将超过80%。而任何在地表稠密大气中运行的高速交通工具，其最高经济速度不会超过400公里/小时。也就是说，列车可以在测试中跑出高于400公里/小时的速度（例如2010年12月3日中国的CRH380AL型列车曾经在京沪高铁试验段跑出过486.1公里/小时的速度），但在实际运营中列车使用这个速度将会使成本和票价急剧升高，并不经济划算。

（新闻联播对京沪高铁高速测试的报道）

既然空气是阻碍列车提速的原因，那么如果能将空气抽干，让列车在真空中运行，阻力和噪声的问题便迎刃而解了。事实上，1934年德国工程师肯佩尔获得世界上第一个磁悬浮列车专利时，就有过这样的设想。他提出在真空隧道中运行磁悬浮列车，速度可以达到1800公里/小时的高速！

当时的技术难以让肯佩尔的愿望变成现实。进入二十一世纪，人类的真空技术已经有了很大提高。例如，进行高能物理实验的粒子加速器，已经可以长期将几十公里的管道内的气压维持在0.1Pa甚至更低的状态（海平面的大气压强约为1000000Pa）。最近几年，在真空管中行驶的“超级高铁”正在由概念变成现实。例如SpaceX、特斯拉的创办者埃隆·马斯克积极推动的超回路（Hyperloop）列车。按照计划，这种列车的运营速度将达到1220千米/小时，比目前的商业喷气式客机的速度更快。2016年5月11日，超回路列车的实验装置“超回路1号”进行了第一次测试。当时，许多媒体对这个测试的宣传报道出现了偏差，把未来设想的速度报道成了测试速度。实际上上，“超回路1号”在那次测试中达到的最大速度也就170公里/小时左右，比我国普通铁路上运行的Z字头列车速度稍快一些。

（超回路列车设想图）

要将超级高铁的梦想变成现实，超回路还有很长的路要走。在超回路1号的测试中，测试装置减速的方法简单暴力到直接撞击沙土堆。对于测试这无可厚非，但如果要投入实际运营必然还要研发与这么高的运行速度相匹配的减速制动系统。高速铁路是一项系统工程，不是具备了跑的比谁都快的列车就万事大吉，还需要相应的轨道、信号、供电等一些列系统问题的突破。因为在运行过程中要频繁的打开真空管乘降旅客，保持管中的真空状态是另一个需要解决的大问题。目前，超回路列车的第一段测试管道已经在欧洲建成，不过长度仅有30米，用于研究验证关键技术。如果一切都按照马斯克的设想顺利进行，超级高铁投入运营也要到2021年之后了。

（超回路列车的测试管道）

作为全世界最大高铁网的拥有者，我们国家的真空管超级高铁也在研制中。2014年，西南交通大学已经建成了全球首个真空管道超高速磁悬浮列车原型试验平台，其功能与超回路列车刚刚在欧洲开建的那30米的测试管道基本一致。而早在2005年，西南交大的学报就已经发表了沈志云院士对真空管高铁发展的思考，提出了在2030年左右建成运行速度在1000公里/小时的超级高铁的设想。可以说，中国的研究者在超级高铁的研究上并不落后。只是他们大都低调，在拿出成熟的产品前，不喜欢搞大新闻。

发表于 2017-06-09 00:00
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