“超级高铁”能否跑进现实
2016-05-16
■本报记者夏斌整理
坐在一个类似胶囊的车厢里，只需35分钟就可以从洛杉矶抵达旧金山。在最理想的情况下，从北京到纽约仅需2小时。
如此梦幻的场景，据说在“超级高铁”的助力下即可实现。那么，什么是“超级高铁”？它究竟只是一个科学设想，还是有望继轮船、汽车、火车、飞机后成为“第五种交通方式”？
再过三五年具备可行性
“超级高铁”是科技“狂人”、美国企业家埃隆·马斯克极力推崇的概念。其最初是由机械工程师达里尔·奥斯特提出来的，他在1997年时获得了此项技术的专利。在此基础之上，马斯克于2013年贡献了更多的设计细节。
马斯克是电影人物“钢铁侠”的原型，旗下拥有多家知名公司，包括电动汽车公司特斯拉、火箭发射公司SpaceX。同时，他还是在线支付Paypal的创始人。
按照设计，“超级高铁”的车厢像一个胶囊，放置于地面或地下建设的真空管道中，利用磁悬浮或气悬浮技术，达到点对点的传送运输。由于胶囊处于几乎没有摩擦力的环境中，因而可以不间断地行驶，其最高速度可达1200公里/小时。目前，飞行速度最快的客机之一波音787，最高时速仅为800公里至1000公里。
5月11日，美国“超回路１号”公司在内华达州荒漠首次对“超级高铁”的推进系统进行公开测试，测试结果符合预期。这场测试大概持续了4秒钟，全程全直线设计，测试长度约为5公里，从静止加速到640公里/小时只用了2秒。
当然，这场公测只是整个复杂系统中的一部分，离最终成功还有一段距离。但它至少证明这个概念具有一定可行性，而不只是“钢铁侠”的胡思乱想。业内人士推测，2019年至2021年间，“超级高铁”将真正具备时速1125公里的能力。
低能耗噪声小还更安全
在马斯克心里，“超级高铁”是协和式飞机、轨道枪和气垫曲棍球台（桌子四周、紧贴桌面的部分喷出高速气流，使球悬浮起来）的结合，具有超高速、高安全、低能耗、噪声孝污染小等特点。
按照设想，“超级高铁”一趟最多容纳28人，但可以做到每两分钟发一趟车。由于胶囊车厢是个“小个头”，高度为1.1米，宽度是1.35米，因此车厢门被设计为向上打开的模式。
车窗系统也比较新颖有趣。由于采用封闭式的管道回路设计，车厢将不具备真正的车窗，而使用屏幕代替，并引入增强现实（AR）技术。这个屏幕可模拟各种景色，甚至包括太空漫游。当乘客望向窗外时，看到的可能是地心历险记，也可能是星际旅行。这样，就不会因为封闭空间而感到压抑。
能源方面，“超级高铁”将采用自供电设计，通过在管道上部铺设太阳能面板，产生足够的电能维持运行。同时，每一个胶囊车厢前面配有电动涡轮压缩机。这个压缩机可以吸入空气进行压缩，再通过电子脉冲给每一个胶囊车厢提供推动力。
在真空环境中运行的车辆，行车阻力会大大减小，从而有效降低能耗，同时气动噪声也可以大大降低。因而，人们坐在里面“如电梯般平顺”，且会感觉比火车和飞机更安全、更安静。“就像坐在飞机中一样。最开始会加速，然后你就感觉不到了。感觉超级平稳，非常安静，没有任何气流影响。”马斯克曾这样畅想乘坐“超级高铁”的体验。
由于采用的是密封管道设计，轨道除了具有自动调节内部环境的系统之外，还有能够抵御地震的安全结构。如果出现撞车情况，后面所有的胶囊车厢都会紧急刹车，且能够确保提供足够的氧气。此外，列车的轨道还可以架空在城市车道的上方，因此有助于节约城市空间并降低土地收购等成本。
技术突破还面临难题
不过，“超级高铁”要逐渐变为现实，还面临一些难题。
一方面，如果抽空管道中的所有空气，空气阻力问题就能得以解决。但问题是，马斯克已经公开表示完全意义上的真空还难以实现。那么，在管道内持续产生接近超音速的高速气流，就要消耗巨大的能量，仅用太阳能电池板显然还不够。如何有效解决能源供应问题，还需科研探索。
同时，还有一个散热的问题。能量分析专家指出，胶囊车厢压缩空气，向下或者逆向排出，都会产生巨大的热量，这将导致乘客舱和相应的仪器设备遭受损坏。马斯克的解决方案是在每一个车厢里添加一个水箱，用水箱来吸收热量，并转化为水蒸气。但是，胶囊车厢仅有几立方米的空间，具体运行时热量转换率不高，这意味着必须增大水箱容量。
另一方面，虽然“超级高铁”不违背物理原理，但过快的速度将会令人头晕目眩，更不用说还可能要应对的翻滚和急刹车等紧急事件。此外，“超级高铁”的路线理论上越直越好。这是因为，高速下的转弯不但非常困难，还会让乘客体验变得糟糕。
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“超级高铁”为什么能跑那么快
速度是科技发展的产物。那么，“超级高铁”需要什么样的高科技支撑呢？
一是材料高科技。“超级高铁”要以导弹的速度飞驰，那么制造火车的材料必定不能是一般材料。普通材料的强度无法适应高速度的撕裂，很容易在运行过程中被撕成碎片。就目前的情况来看，抗高温高压、密度小强度高、使用寿命长的纳米材料很适合制造“超级高铁”的车厢。纳米材料已经通过航天工程的实用检验，将这一成熟的高科技材料运用于“超级高铁”项目应该不是什么困难的事。
二是制造高科技。黄金自古就有，但古人只是把黄金做成项链，现代人则把黄金用在了电脑芯片中。黄金在科技领域的应用现状，说明这样一个问题：任何一种材料要想转化成高科技产品，需要高科技的产品制造技术。开发“超级高铁”已经具备了相应的高科技制造技术，如“真空运输管道制造技术”在上世纪90年代被提出来。
三是能源高科技。凡是高速度的东西，都离不开高科技的能源传输或转化方式。比如，“超级高铁”需要用超导体来传输电能，产生磁悬浮效果，以便能让胶囊车厢悬浮在管道内高速运行。利用超导体产生磁悬浮，是尚需提升的能源技术。
此外，人造机车的行进速度一直受能量转换效率的制约。换句话说，能量转换效率越高，人造机车的行进速度就越快。比如，火箭飞行时需要携带大量的燃料，如果燃料的化学能转化为动能的效率提升一个百分点，则可以少带十个百分点的燃料，这就会有效降低火箭的重量，从而提升飞行速度。再如，汽车将汽油的化学能转化为动能的效率大约是30%，因为能量转化效率不高，动能不足，所以汽车飞不起来。
目前，传统机车发动机能量的转换效率已达到40%的极限。所以，工程技术专家在“超级高铁”项目中抛弃了传统的发动机带动机车前行的做法，而是采取类似“导弹发射”的方式进行。这种方式的能量转换效率，在真空状态下理论上可达100%。
（孙永强）
