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(cháng)管道中，高鐵車(chē)廂在管道強磁力的作用下，僅用15秒就到達了終點(diǎn)，最高時(shí)速達172公里。而在更長(cháng)的管道中，超級高鐵的理論時(shí)速可達1000公里。
人們對便捷出行的渴望，促使有關(guān)軌道交通時(shí)速的研究不斷推進(jìn)，那么今天這種研發(fā)已經(jīng)走到哪一步了？
1 最成熟的輪軌式高鐵有其發(fā)展極限
高速交通工具最成熟的莫過(guò)于發(fā)端于日本的輪軌式高速鐵路，經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展，無(wú)論技術(shù)還是實(shí)踐，都已經(jīng)成熟可靠，獲得了廣泛認可。作為后起之秀，中國已經(jīng)修建了3.9萬(wàn)公里的高速鐵路，建成了世界一流的高鐵運輸網(wǎng)絡(luò )。中國高鐵最高載人試驗速度達到了481.6公里/小時(shí)，運營(yíng)速度保持在時(shí)速350公里左右。
隨著(zhù)列車(chē)運行速度的提高，許多在低速時(shí)被忽視的問(wèn)題逐漸凸顯了出來(lái)，并且很大程度上影響著(zhù)列車(chē)速度的提高。當列車(chē)提速的時(shí)候，列車(chē)車(chē)身的空氣脈動(dòng)壓力波動(dòng)顯著(zhù)增加，氣動(dòng)噪聲變得越來(lái)越明顯。當列車(chē)的運行速度達到300公里/小時(shí)的時(shí)候，列車(chē)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲將超過(guò)輪軌噪聲，成為高速列車(chē)的主要噪聲源。實(shí)踐證明，輪軌式高速鐵路的時(shí)速超過(guò)400公里以后，面臨的最大問(wèn)題就是空氣阻力，空氣阻力可以占據整個(gè)列車(chē)總阻力的80%。同時(shí)，因為空氣阻力的存在，列車(chē)運行產(chǎn)生的氣動(dòng)噪音與速度的八次方成正比，這就使得列車(chē)耗能迅速增加，在經(jīng)濟上并不合適。一般來(lái)說(shuō)，輪軌式高速列車(chē)的最高運營(yíng)速度不能超過(guò)400公里/小時(shí)，一旦超過(guò)，在經(jīng)濟上就很不劃算了。
人類(lèi)對更高速度的渴望是永無(wú)止境的，所以研究時(shí)速超過(guò)400公里以上的交通方式，是很多國家在交通運輸領(lǐng)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公里/小時(shí)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(fā)展超高速磁懸浮技術(shù)。其中，德國高速磁浮列車(chē)最高試驗速度達到550公里/小時(shí)，并于2006年4月在我國上海建成了時(shí)速430公里的商業(yè)運營(yíng)線(xiàn)。日本目前正在修建的中央新干線(xiàn)，高速磁浮列車(chē)試驗速度達到了603公里/小時(shí)，其運營(yíng)速度將達505公里/小時(shí)，東京至名古屋段計劃在2027年投入運營(yíng)。
在高速交通領(lǐng)域，高鐵商業(yè)運營(yíng)速度為350公里/小時(shí)，飛機巡航速度為800-900公里/小時(shí)，超高速磁懸浮可以填補400-600公里/小時(shí)的速度空白。
我國對超高速磁浮技術(shù)研發(fā)非常重視，早在2016年國家就通過(guò)“先進(jìn)軌道交通”重點(diǎn)專(zhuān)項，對時(shí)速600公里高速磁浮交通系統進(jìn)行了部署，計劃攻克高速磁浮核心技術(shù)，全面自主掌握高速磁浮設計、制造、調試和試驗評估方法。經(jīng)過(guò)廣大科技工作者的努力，終于在車(chē)輛、牽引、運行控制和通信等領(lǐng)域取得了重要階段性成果，在2019年5月研制成功具有自主知識產(chǎn)權的時(shí)速600公里高速磁浮列車(chē)，解決了超高速情況下車(chē)體的輕量化、強度、剛度、噪聲等系列技術(shù)難題，研發(fā)的新一代高速磁浮列車(chē)車(chē)體更輕、更強；解決了高速磁懸浮列車(chē)的氣動(dòng)阻力和升力等問(wèn)題，氣動(dòng)性能達到國際先進(jìn)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(lǐng)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(shí)速600公里的高速交通系統。這條線(xiàn)開(kāi)通之后，上海到杭州200公里的路程，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(chē)能夠以600公里/小時(shí)運營(yíng)，空氣阻力依舊是最大的攔路虎。要想速度繼續提高，就需要采用真空管道運輸。
3 多家公司致力超級高鐵設想實(shí)用化
今年11月，英國維珍公司在美國內華達州試驗的“超級回路”(Hyperloop)項目取得了新突破，首次完成了載人實(shí)驗。維珍公司的超級回路采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的第二代超級回路吊艙，吊艙跑完500米長(cháng)的管道耗時(shí)15秒鐘，最高時(shí)速達到了172公里。維珍公司的“超級回路”就是美國企業(yè)大亨埃隆·馬斯克在2013年提出的所謂超級高鐵構想，當時(shí)預計時(shí)速可達到1200公里。
雖然很多專(zhuān)家對這種異想天開(kāi)的設想持懷疑態(tài)度，但還有很多公司努力將其實(shí)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?？?，且不會(huì )讓人感覺(jué)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(yíng)所需的認證，并在2030年開(kāi)通第一條超級高鐵線(xiàn)路。線(xiàn)路將能在載有28人的情況下達到最高時(shí)速。
> 除了英國維珍公司之外，西班牙的Zeleros公司也籌措700萬(wàn)歐元研發(fā)超級回路，并樂(lè )觀(guān)估計該項目未來(lái)會(huì )帶來(lái)數十億美元的市場(chǎng)機會(huì )。成立于2015年的波蘭Hyper Poland公司也致力于研發(fā)與超級回路相似的真空管道磁懸浮技術(shù)，并且籌措了400萬(wàn)歐元作為研發(fā)資金，他們的速度目標值是300-600公里/小時(shí)。在2019年，荷蘭的Hardt Hyperloop公司正式啟用了歐洲第一個(gè)全尺寸超級高鐵試驗設施，并致力于建設歐洲超級高鐵中心，這個(gè)中心修建一條長(cháng)約3公里的測試線(xiàn)，用于測試速度超過(guò)700公里/小時(shí)的超級高鐵列車(chē)，未來(lái)還要打造成歐洲超級高鐵基礎設施和技術(shù)標準化試驗基地。Hardt Hyperloop計劃在2022年建成超級高鐵中心，并于2023年建成10-15公里的試驗線(xiàn)路，在2028年實(shí)現超級高鐵的商業(yè)運營(yíng)。
這些公司的開(kāi)拓精神值得贊嘆，但是他們目前研發(fā)的超級高鐵所能達到的速度，距離預想的1200公里還相差甚遠。
4 真空管道磁懸浮研發(fā)仍需攻克很多難關(guān)
氣動(dòng)噪音和空氣阻力是制約高速列車(chē)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，就是采用低真空管道運輸。然而，低真空管道交通是一個(gè)全新的領(lǐng)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(guān)鍵問(wèn)題都需要研究解決。
如今熱門(mén)研究的真空管道運輸系統都是采用“真空+磁懸浮”技術(shù)，而“真空+氣墊技術(shù)”因為安全性太低，并沒(méi)有成為研發(fā)的主流。目前真空管道磁懸浮技術(shù)主要集中在真空管道的設計和制造、管道結構特征和優(yōu)化方法、施工方法方面。美國的初創(chuàng )公司和中國的西南交通大學(xué)開(kāi)展了大量基礎研究工作，積累了較多的技術(shù)儲備。但是，真空管道磁懸浮技術(shù)研發(fā)有很多難關(guān)亟待解決，主要包括：
因為超級列車(chē)在低真空環(huán)境下超高速運行，具有傳統航天領(lǐng)域飛行器和高速鐵路的部分特點(diǎn)，需要在車(chē)體系統、磁懸浮、直線(xiàn)電機驅動(dòng)、牽引供電和制動(dòng)技術(shù)等領(lǐng)域開(kāi)展深入研究。
超高速列車(chē)系統控制復雜，可靠性要求高，列車(chē)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(fā)可靠不間斷的通信技術(shù)，以滿(mǎn)足列車(chē)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(cháng)距離運營(yíng)過(guò)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(wèn)題尤為重要，這就要研究列車(chē)的防脫軌/碰撞技術(shù)、管道自動(dòng)分段封閉技術(shù)、應急救援和逃生技術(shù)、自然災害預警與安全運行控制技術(shù)、管道系統和列車(chē)運行安全監測、評估和預測控制技術(shù)等。
真空管道懸浮交通為密閉環(huán)境，受暴風(fēng)、風(fēng)雪等惡劣天氣影響較小，車(chē)內和外界噪音小及占地減少，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(guò)低真空管道運行時(shí)速1000公里以上的磁懸浮列車(chē)，可以實(shí)現人員和貨物的即時(shí)到達，將極大地便利各區域之間的物質(zhì)交流，極大地改善信息時(shí)代信息傳播速度與物質(zhì)傳播速度極不匹配的現狀，引發(fā)交通運輸方式變革。
在衍生應用領(lǐng)域，超高速低真空管道磁懸浮技術(shù)還可以為衛星、火箭發(fā)射提供一種富有競爭優(yōu)勢的技術(shù)選擇，通過(guò)真空管道磁懸浮助推發(fā)射系統為運載器單級入軌提供一種可實(shí)施的方案，發(fā)射裝置可以重復利用，從而可大大降低發(fā)射成本。
總體來(lái)說(shuō)，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(lái)。
