11月8日，英國維珍公司的超級高鐵項目在美國內華達州拉斯維加斯附近的沙漠中完成了首次載人試驗。在這次測試使用的500米長管道中，高鐵車廂在管道強磁力的作用下，僅用15秒就到達了終點，最高時速達172公裡。而在更長的管道中，超級高鐵的理論時速可達1000公裡。
人們對便捷出行的渴望，促使有關軌道交通時速的研究不斷推進，那麼今天這種研發已經走到哪一步了？
資料圖 新華社發 張笑宇 攝 圖文無關
1 最成熟的輪軌式高鐵有其發展極限
高速交通工具最成熟的莫過於發端於日本的輪軌式高速鐵路，經過五十多年的發展，無論技術還是實踐，都已經成熟可靠，獲得了廣泛認可。作為後起之秀，中國已經修建了3.9萬公裡的高速鐵路，建成了世界一流的高鐵運輸網絡。中國高鐵最高載人試驗速度達到了481.6公裡/小時，運營速度保持在時速350公裡左右。
隨著列車運行速度的提高，許多在低速時被忽視的問題逐漸凸顯了出來，並且很大程度上影響著列車速度的提高。當列車提速的時候，列車車身的空氣脈動壓力波動顯著增加，氣動噪聲變得越來越明顯。當列車的運行速度達到300公裡/小時的時候，列車產生的氣動噪聲將超過輪軌噪聲，成為高速列車的主要噪聲源。實踐證明，輪軌式高速鐵路的時速超過400公裡以後，面臨的最大問題就是空氣阻力，空氣阻力可以佔據整個列車總阻力的80%。同時，因為空氣阻力的存在，列車運行產生的氣動噪音與速度的八次方成正比，這就使得列車耗能迅速增加，在經濟上並不合適。一般來說，輪軌式高速列車的最高運營速度不能超過400公裡/小時，一旦超過，在經濟上就很不划算了。
人類對更高速度的渴望是永無止境的，所以研究時速超過400公裡以上的交通方式，是很多國家在交通運輸領域所追求的目標。
2 超高速磁懸浮向超級高鐵更近一步
輪軌式的高速鐵路有它的局限性，要想突破400公裡/小時的速度限制，就需要尋找更加適宜的提速方式。如今我國和日本、德國、韓國都在大力發展超高速磁懸浮技術。其中，德國高速磁浮列車最高試驗速度達到550公裡/小時，並於2006年4月在我國上海建成了時速430公裡的商業運營線。日本目前正在修建的中央新幹線，高速磁浮列車試驗速度達到了603公裡/小時，其運營速度將達505公裡/小時，東京至名古屋段計劃在2027年投入運營。
在高速交通領域，高鐵商業運營速度為350公裡/小時，飛機巡航速度為800-900公裡/小時，超高速磁懸浮可以填補400-600公裡/小時的速度空白。
我國對超高速磁浮技術研發非常重視，早在2016年國家就通過「先進軌道交通」重點專項，對時速600公裡高速磁浮交通系統進行了部署，計劃攻克高速磁浮核心技術，全面自主掌握高速磁浮設計、製造、調試和試驗評估方法。經過廣大科技工作者的努力，終於在車輛、牽引、運行控制和通信等領域取得了重要階段性成果，在2019年5月研製成功具有自主智慧財產權的時速600公裡高速磁浮列車，解決了超高速情況下車體的輕量化、強度、剛度、噪聲等系列技術難題，研發的新一代高速磁浮列車車體更輕、更強；解決了高速磁懸浮列車的氣動阻力和升力等問題，氣動性能達到國際先進水平；而高精度的懸浮導向、測速定位裝置和控制系統性能指標達到國際領先。
近期即將上馬、投資千億元的滬杭高速磁懸浮就是國內首條時速600公裡的高速交通系統。這條線開通之後，上海到杭州200公裡的路程，只需要30分鐘就可到達。
然而，不可否認的是，即使高速磁懸浮列車能夠以600公裡/小時運營，空氣阻力依舊是最大的攔路虎。要想速度繼續提高，就需要採用真空管道運輸。
3 多家公司致力超級高鐵設想實用化
今年11月，英國維珍公司在美國內華達州試驗的「超級迴路」（Hyperloop）項目取得了新突破，首次完成了載人實驗。維珍公司的超級迴路採用低真空管道磁懸浮模式，兩名試驗人員乘坐的是代號為XP-2的第二代超級迴路吊艙，吊艙跑完500米長的管道耗時15秒鐘，最高時速達到了172公裡。維珍公司的「超級迴路」就是美國企業大亨埃隆·馬斯克在2013年提出的所謂超級高鐵構想，當時預計時速可達到1200公裡。
雖然很多專家對這種異想天開的設想持懷疑態度，但還有很多公司努力將其實用化，維珍公司就是其中的代表。參與這次試驗的薩拉·盧奇安表示，超級高鐵加速非常快，且不會讓人感覺不適。如果一切順利，維珍公司計劃在2025年獲取超級高鐵運營所需的認證，並在2030年開通第一條超級高鐵線路。線路將能在載有28人的情況下達到最高時速。
除了英國維珍公司之外，西班牙的Zeleros公司也籌措700萬歐元研發超級迴路，並樂觀估計該項目未來會帶來數十億美元的市場機會。成立於2015年的波蘭Hyper Poland公司也致力於研發與超級迴路相似的真空管道磁懸浮技術，並且籌措了400萬歐元作為研發資金，他們的速度目標值是300-600公裡/小時。在2019年，荷蘭的Hardt Hyperloop公司正式啟用了歐洲第一個全尺寸超級高鐵試驗設施，並致力於建設歐洲超級高鐵中心，這個中心修建一條長約3公裡的測試線，用於測試速度超過700公裡/小時的超級高鐵列車，未來還要打造成歐洲超級高鐵基礎設施和技術標準化試驗基地。Hardt Hyperloop計劃在2022年建成超級高鐵中心，並於2023年建成10-15公裡的試驗線路，在2028年實現超級高鐵的商業運營。
這些公司的開拓精神值得讚嘆，但是他們目前研發的超級高鐵所能達到的速度，距離預想的1200公裡還相差甚遠。
4 真空管道磁懸浮研發仍需攻克很多難關
氣動噪音和空氣阻力是制約高速列車繼續提高速度的兩大控制因素，而解決空氣阻力最好的方法，就是採用低真空管道運輸。然而，低真空管道交通是一個全新的領域，包括系統散熱、生命保持、救援逃生、應急保障等一系列的關鍵問題都需要研究解決。
如今熱門研究的真空管道運輸系統都是採用「真空+磁懸浮」技術，而「真空+氣墊技術」因為安全性太低，並沒有成為研發的主流。目前真空管道磁懸浮技術主要集中在真空管道的設計和製造、管道結構特徵和優化方法、施工方法方面。美國的初創公司和中國的西南交通大學開展了大量基礎研究工作，積累了較多的技術儲備。但是，真空管道磁懸浮技術研發有很多難關亟待解決，主要包括：
因為超級列車在低真空環境下超高速運行，具有傳統航天領域飛行器和高速鐵路的部分特點，需要在車體系統、磁懸浮、直線電機驅動、牽引供電和制動技術等領域開展深入研究。
超高速列車系統控制複雜，可靠性要求高，列車運行在狹小的密閉管道空間中，使得通信系統信號衰落嚴重，這就需要研發可靠不間斷的通信技術，以滿足列車的安全運行需求。
低真空管道交通運行速度極高，低真空管道在長距離運營過程中可能遭受地震、泥石流或自身系統出現火災、漏氣、滲水等災害。因此，超高速低真空管道磁浮交通的安全問題尤為重要，這就要研究列車的防脫軌/碰撞技術、管道自動分段封閉技術、應急救援和逃生技術、自然災害預警與安全運行控制技術、管道系統和列車運行安全監測、評估和預測控制技術等。
真空管道懸浮交通為密閉環境，受暴風、風雪等惡劣天氣影響較小，車內和外界噪音小及佔地減少，可與城市地鐵接駁。在全國乃至全球主要區域中心之間通過低真空管道運行時速1000公裡以上的磁懸浮列車，可以實現人員和貨物的即時到達，將極大地便利各區域之間的物質交流，極大地改善資訊時代信息傳播速度與物質傳播速度極不匹配的現狀，引發交通運輸方式變革。
在衍生應用領域，超高速低真空管道磁懸浮技術還可以為衛星、火箭發射提供一種富有競爭優勢的技術選擇，通過真空管道磁懸浮助推發射系統為運載器單級入軌提供一種可實施的方案，發射裝置可以重複利用，從而可大大降低發射成本。
總體來說，超級高鐵距離工程化應用更近了一步，讓我們拭目以待，期待又一次交通革命的到來。
（原標題：超級高鐵還是紙上談兵嗎）
來源：北京日報
作者：王麟
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