“我們抱歉通知您，您乘坐的航班，由于天氣原因，現(xiàn)不能起飛，起飛時間待定。”乘坐飛機時，我們有時會聽到這樣的提示。更為糟糕的，有時可能經(jīng)過幾個小時甚至更長時間，情況還沒有什么改觀。
科學(xué)總能給人以驚喜。不久的將來，一種被稱之為“超級高鐵”的新型交通工具會讓你遠離飛機晚點的苦惱。不久前，美國超級高鐵公司Hyperloop One在美國內(nèi)華達沙漠里展示了超級高鐵以接近音速的速度，用管道膠囊運送人和貨物，引發(fā)了人們廣泛關(guān)注。根據(jù)設(shè)想，它的時速比飛機快30%以上，且行駛不受天氣影響。換句話說，它很有可能是飛機的“終結(jié)者”。
超級高鐵為什么那么快
2013年，埃隆·馬斯克首次提出“超級高鐵”的概念，這一設(shè)計速度超過飛機的新型交通工具就備受世人矚目。
埃隆·馬斯克被稱之為“科技狂人”“現(xiàn)實版鋼鐵俠”，他完成了私人公司發(fā)射火箭的壯舉，生產(chǎn)出特斯拉電動汽車，打造出世界最大的網(wǎng)絡(luò)支付平臺PayPal。很多人相信，馬斯克將領(lǐng)導(dǎo)這項運輸革命取得成功。
在馬斯克的設(shè)想中，超級高鐵在近乎真空的密封管道中，懸浮在空氣墊之上，通過直線電機和空氣壓縮機提供動力，驅(qū)動加壓之后的旅客艙高速移動。馬斯克預(yù)計超級高鐵時速接近音速，最高可達1200多公里。
時速1200公里是什么概念？目前商業(yè)航空飛機平均時速為900多公里，上海磁懸浮列車最高時速為500公里，協(xié)和式超音速客機最高時速2300多公里。如果你乘超級高鐵出行，不到1小時就可從北京抵達上海，35分鐘即可從美國洛杉磯抵達舊金山。
“這樣一輛在地上行進的交通工具，如何做到超越飛機的時速？”石家莊鐵道大學(xué)交通運輸工程實驗中心常務(wù)副主任、副教授劉博航解釋說，影響交通工具速度的不僅僅是地面的摩擦，還有空氣的體量。與汽車、火車等常見的交通工具相比，超級高鐵最大的優(yōu)勢就在于其運行的真空管道中空氣阻力特別小，在高速運動時就會達到能耗小、速度高的效果。以上海磁懸浮列車為例，雖然不與地面形成摩擦，但是當(dāng)它的時速達到400公里，空氣阻力就已超90%，更不用提有地面摩擦阻力的交通工具。
劉博航認(rèn)為，如何制造出類似超音速飛機飛行時那種真空環(huán)境將是超級高鐵成功與否的關(guān)鍵。
飛機飛得越高，空氣越稀薄，阻力就越小。在地面時，當(dāng)交通工具面對1個大氣壓，目前運營速度極限是400公里；在4000-6000米高空，有0.5個大氣壓，經(jīng)濟時速在400-800公里之間；在10000米高空，只有0.2個大氣壓，經(jīng)濟時速在800-1000公里；在15000米高空，只有0.05個大氣壓，超音速飛機在這里暢行，經(jīng)濟時速可達2000公里。
根據(jù)馬斯克的設(shè)想，超級高鐵將在近乎真空的密封管道中運行。這種管道大幅減少懸浮艙運行的空氣阻力，相當(dāng)于在萬米高空中飛行，就像一顆炮彈被發(fā)射到目的地。
“目前，建設(shè)超級高鐵所需要的真空管道制造技術(shù)、磁懸浮技術(shù)、車輛的進站技術(shù)等在內(nèi)的主要技術(shù)的理論模型和實驗室實驗已基本完成�！眲⒉┖秸J(rèn)為，超級高鐵一旦成功將會為交通運輸行業(yè)帶來巨大改變。
然而，理想很豐滿，現(xiàn)實卻很骨感，由于技術(shù)和成本等原因，超級高鐵短時間內(nèi)還難成現(xiàn)實。
超級高鐵技術(shù)難度有多大
“真空管道技術(shù)和磁懸浮技術(shù)在理論上可行，磁懸浮鐵路還在我國首次進行了實際運營�！眲⒉┖浇榻B說，但人類從未制造過如此體積巨大、保持時間長、安全系數(shù)高的真空管道系統(tǒng)。目前，現(xiàn)有技術(shù)尚無法就管道漏氣、路基穩(wěn)定性、突發(fā)事故處理等給出系統(tǒng)合理的解決方案。如果系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性無法得到有效保障，一旦發(fā)生事故，可能會損失巨大。
我們知道，輪軌式高鐵列車?yán)描F路軌道進行導(dǎo)向，磁懸浮列車通過設(shè)置在線路兩側(cè)的電磁鐵進行導(dǎo)向，即使是汽車，也通過駕駛員的方向盤進行導(dǎo)向。根據(jù)研究結(jié)果顯示，當(dāng)旅客艙以230米/秒高速運行之時，僅僅偏離中心線1毫米，就會帶來可怕的撞擊和振動。
如何對超級高鐵進行有效導(dǎo)向，避免旅客艙撞擊管壁造成行車事故，成為超級高鐵運行的一大考驗。“磁懸浮軌道技術(shù)在實際運營中對路基穩(wěn)定性要求苛刻，更何況超級高鐵。”劉博航認(rèn)為，超級高鐵系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)條件下無法保證能夠有效控制事故的頻率。
“到目前為止，超級高鐵的制動方式依舊處于概念和初步模擬階段。”有專家認(rèn)為，能否實現(xiàn)高速中快速制動，是保證乘客生命財產(chǎn)安全的關(guān)鍵所在。以輪軌式高速動車組為例，它采用復(fù)合制動系統(tǒng)，有多達9種制動方式可以分級或者混合使用。而列車從制動到停車的距離，與列車的速度成正比，一般而言，時速120公里及以下的列車，制動停車距離約為800米，而時速300至350公里的高鐵列車，制動停車距離長達5至6公里。輪軌式動車組實施全方位的緊急制動，也需要數(shù)公里才能停下，時速1200多公里的超級高鐵僅憑著稀薄空氣提供的制動力，就想實現(xiàn)安全停車，顯然過于樂觀了。
劉博航認(rèn)為，超級高鐵建設(shè)將是多個精密系統(tǒng)的高度復(fù)雜耦合。這些系統(tǒng)至少包括真空加減壓系統(tǒng)、路基系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)，將可能產(chǎn)生電磁干擾、磁場變異等一系列新問題，這些問題還需要在實際運行中發(fā)現(xiàn)并加以合理解決。此外，管道中處于準(zhǔn)真空狀態(tài)，但是車輛中又必須保證適宜人體的舒適環(huán)境，如何達到內(nèi)外環(huán)境統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也是一個難題。
除了一些技術(shù)難題需要克服外，超級高鐵的成本也是橫亙在夢想和現(xiàn)實之間的一道坎。
軌道交通領(lǐng)域的技術(shù)權(quán)威、西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室教授、兩院院士沈志云曾評論說：“真空管道運輸技術(shù)的原理雖然簡單，但實現(xiàn)運行起來卻很困難。最主要的原因，同磁懸浮列車一樣，是技術(shù)不成熟，成本過高，與其他運輸方式不兼容，與運輸市場格格不入�！�
早在20世紀(jì)70年代即由原西德和日本分別研發(fā)成功磁懸浮列車，而直到2004年，首條商業(yè)運營的高速磁懸浮列車線路才在上海建成。有專家認(rèn)為，超級高鐵最大的挑戰(zhàn)不在于技術(shù)，而在于證明它的商業(yè)可行性，否則就會像協(xié)和超音速客機一樣走向失敗。協(xié)和超音速客機因運營成本過高，于2003年退役。
中國有望率先突破
到2015年底，我國高鐵運營里程達1.9萬公里，居世界第一，占世界高鐵總里程的60%以上。以高鐵為骨架的快速客運網(wǎng)已基本覆蓋50萬以上人口城市。7月15日，我國自行設(shè)計研制、全面擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的兩輛中國標(biāo)準(zhǔn)動車組，以420公里的時速完成交會實驗，成為世界上首次利用擬運營動車組進行時速400公里以上的實驗。
“在長距離高速度運輸中，美國和歐洲都是將飛機作為主要的交通工具。而我國在綜合考慮人口密度，經(jīng)濟發(fā)展水平等因素的基礎(chǔ)上，將高鐵建設(shè)作為一項重要的國家戰(zhàn)略�！痹趧⒉┖娇磥�，中國有著發(fā)展高鐵技術(shù)的沃土，在磁懸浮列車、動車的開發(fā)研究上走在世界前列，未來在超級高鐵的技術(shù)應(yīng)用上有望率先取得突破。
早在2011年，全球第一個同時結(jié)合真空管道、磁懸浮及線性驅(qū)動的完整真空管道試驗平臺在我國西南交大超導(dǎo)與新能源研究開發(fā)中心誕生。但礙于實驗環(huán)線半徑僅6米，當(dāng)時測試車輛的最高速度只達到了50公里/小時。
2015年底，第二代高速環(huán)線設(shè)備建成，西南交大的研發(fā)團隊將軌道鋪在管壁上，形成“壁掛式”磁懸浮列車，能有效解決實驗室中軌道半徑太小所帶來的離心力問題，常壓下的實驗車平均時速已經(jīng)提升至82.5公里。該團隊成功將管道真空的極限壓強降到1335帕，這相當(dāng)于抽掉了管道中99%的空氣。
目前，西南交大實驗的真空管道懸浮車最大瞬態(tài)時速達到108公里，無論高溫超導(dǎo)磁浮還是在真空管道磁浮領(lǐng)域的研究中，這都是實際運行的最快速度。同時，這也超過了國產(chǎn)常導(dǎo)中低速磁浮的運營時速。在該設(shè)備的第二階段調(diào)試中，有望突破時速200公里，將直接從實驗角度驗證高溫超導(dǎo)磁浮應(yīng)用于超高速載人交通工具的可能性。
有專家認(rèn)為，從某種程度上來說我國的進展要快于美國，美國的類似項目仍處在各部分獨立測試階段，比如Hyperloop One公司展示的只是推進系統(tǒng)，而西南交大的項目則已進入整體系統(tǒng)實驗階段，在項目開發(fā)上走得更快。
“超級高鐵集成了交通領(lǐng)域最先進的技術(shù)，是高速交通未來的發(fā)展方向�！眲⒉┖筋A(yù)測，超級高鐵會在一些關(guān)鍵技術(shù)上率先取得突破，先建成“準(zhǔn)超級高鐵”，并在技術(shù)成熟和成本下降的過程中，逐步走向現(xiàn)實。（記者 陳誠）