“超级高铁”：蓄势待发的“银色子弹”
■文兆阳 宋可旸 杨润鑫
“超级高铁”示意图。资料图片
去年底，我国首条具有完全自主知识产权的超高速低真空管道磁浮交通系统试验线——山西大同（阳高）试验线一期主体工程完工。该线全长2公里，是全球在建距离最长、规模最大的全尺寸高速飞行列车试验线。
高速飞行列车，简称“高速飞车”，又名“超级高铁”。之所以取名高速飞行列车，是因为其运行时的速度之快已经超乎了人们的想象，宛如在轨道上“飞行”。据了解，在投入运营后，高速飞车的运行速度将达到1000公里/小时，是全球目前速度最快列车的2倍。
那么，高速飞车的速度为何如此之快？其未来将在交通领域掀起怎样的浪潮？今天，我们就来共同关注——
“磁浮”“真空”双赋能，助力高速飞车日行万里
“就像是枪管超长的射豆枪，管道里一连串的载客车厢，在强劲的气流吹动下向前行驶……”1888年，法国作家儒勒·凡尔纳在其科幻小说《未来快车》里，想象了一种在钢铁管道中利用高压气流推进列车行驶的交通工具。
根据凡尔纳的大胆想象，这个长度超过4800公里的管道被3层铁网包裹，外表面涂满树脂以使其免受海水活动的侵害，能够将欧洲和北美洲连接起来。在强大的气流吹动下，管道内列车的时速高达1800公里。
1904年，现代火箭技术之父罗伯特·戈达德提出“真空管道运输”的相关设想，这是首个现代意义上的真空管道系统。按照他的想法，列车能够在保持真空状态的管道中滑动。列车运行时，用喷嘴向车轮喷出高压高温液体，液体被喷出后会变成高压蒸汽，列车凭借着流体的压力悬浮于轨道之上。
梦想映照着现实。人类之所以会有这些设想，归根结底还是源于对列车运行速度更快的追求和渴望。
一般而言，车轮与轨道间的摩擦力与列车行驶时所受到的空气阻力是普通列车“开不快”的主要原因。自列车问世以来，人们就千方百计地在减少摩擦力和阻力上下功夫：将车头设计成流线型、采用轻量化材料制造列车……
然而，这些措施都无法从根源上解决问题，直到磁悬浮技术的出现。
磁悬浮技术，即利用磁体之间的抗磁性，通过同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理实现让物体在空中悬浮的效果。该技术应用在列车上后，强大的磁场令超导体和导轨之间产生足以让列车“浮”起来的排斥力，避免了列车与轨道间的接触，消除了运行时的摩擦阻力，实现了列车高速地“近地飞行”。
基于这个优点，许多国家都加大了磁悬浮列车的研发力度，磁悬浮技术理所当然地成为高速飞车的关键核心技术之一。
与此同时，为了实现列车行驶速度的进一步突破，人们又将目光聚焦到空气阻力问题。
实验数据表明，当列车速度超过每小时400千米时，气动阻力至少占据列车所受总阻力的80%。可以说，虽然磁悬浮技术消除了列车所有机械接触时产生的摩擦力，但列车在高速行驶时产生的气动阻力才是其速度难以再上一台阶的最大掣肘因素。
既然消除轨道摩擦力的最好办法是不让列车和轨道接触，那么同理，消除空气阻力的最好办法自然是将列车与空气相隔绝。
科学家们的理想是让列车在真空管道中运行，这是一种将管道内的空气抽离，从而使管道内保持真空的密闭装置。
如今，现有已经展开试验高速飞车的国家，都只具备使管道内达到低真空状态的技术。但即使是这样的低真空状态，管道内的空气阻力也仅为常压状态下的千分之一。
由此可见，基于磁悬浮与低真空管道运输这两项关键技术，足以颠覆现有交通运输方式格局的高速飞车被人类寄予厚望，正从想象驶入现实。
集铁路技术之大成，聚各方优势于一身
如果远远地望向超高速低真空管道磁浮交通系统山西大同（阳高）试验线，会觉得置于运输管道内的“胶囊”舱，仿佛一颗蓄势待发的“银色子弹”，在管道中间不断来来回回地飞速穿梭。
风驰电掣，地上飞车。高速飞车每小时行驶1000公里的速度，让相距上百公里之远的两个地方变得仿佛近在咫尺。
高速飞车未来可用于超大城市群之间的交通运输。我国工程和铁路方面的有关专家称，在上海和杭州之间建造第一条高速飞车线路最有可能性。未来如能建成通车，只需要15分钟就能穿梭两地，比目前最快的高铁列车用时可节省3倍以上时间。基于此，高速飞车的运输效率与时间灵活性也水涨船高。根据现有理论来看，高速飞车可以达到每隔40秒发送一列的发车频率，这就意味着，乘客不论何时入站，几乎无需等待就能上车。
集铁路技术之大成，聚各方优势于一身。实际上，仅凭飞快的速度还不足以令高速飞车博得社会各界的眼球，真正让世人刮目相看的，是其聚各方优势于一身，“一加一大于二”所带来的聚变效应。
平稳无声，优化乘客乘车体验。基于磁悬浮与真空管道的双重技术加持，高速飞车拥有运行平稳、噪声低、震动小、加速度小等特点，能给乘客带来更加舒适的乘坐体验。此外，由于运行时间短，乘客不会因为长时间久坐而感到疲劳，就像是走入一家咖啡厅小憩了一会儿，从列车中出来时已在始发地的千里之外。
安全稳固，杜绝各种潜在风险。真空管道的存在不仅仅能够加快高速飞车的运行速度，还能像一层环绕在“胶囊”座舱周围的护盾一样，为座舱进行“全方位无死角”的保驾护航。首先，在磁悬浮技术“抱轨”运行的基础上增加真空管道，可在更大程度上减小列车出轨和翻车的概率；其次，高速飞车被真空管道所包围，可使其免受天气、地形等外界不良因素的影响，更不会发生与其他交通工具碰撞的事故；第三，由于靠电磁驱动前进，列车不再需要燃料来维持运行，也无需润滑油来减少车轨间的摩擦阻力，这直接从根源上杜绝了火灾发生的隐患。
节能低耗，经济环保两不相误。高速飞车的“低耗”体现在两个方面。其一是“能量低耗”。由于高速飞车所受摩擦阻力和空气阻力很低，无需损耗过多能量克服阻力做功，同时在真空管道中长时间保持惯性运行，也使其能源利用率要大大高于其他交通工具。其二是“材料低耗”。传统高铁车轮每行驶120万千米就需要返厂检修，每行驶240万千米就要强制报废。而高速飞车则没有类似的摩擦损耗，维运成本更低，运行寿命也比一般高铁要长很多。
是挑战更是机遇，高速飞车未来值得期待
高速飞车展开试验的消息传出后，不少网友纷纷表达盼望其相关工程早点“上马”“落地”的愿望。然而，从当前现实情况来看，尽管高速飞车试验取得阶段性成果，但想要真正投入使用，还需要闯过几道必经的“关隘”。
——建设费用和成本。高速飞车在运行时有较长的加速和减速过程，因此一般只有在长距离运输时，高速飞车才具有优势。运行时，高速飞车必须要依托运输管道，而这其中巨大的建设耗资和征地成本，无疑是横亘在高速飞车面前的现实障碍。
2023年12月，曾经因为埃隆·马斯克的倡议而风光无限的高速飞车明星公司Hyperloop One，宣布即将倒闭。根据其之前曝光的一份文件显示，其高昂的建设成本，是该公司无法继续运营下去的重要原因之一。
——技术水平的制约。首先，如何保证上百甚至上千公里的管道长期密封完好是需要解决的第一个技术难题。当列车投入实际运营时，如何建造站台以及如何使乘客正常上下车而依然保持管道处于真空状态？有关数据显示，对于一段直径4米、长度200公里的管道来说，想要维持这段管道内的真空状态，需要配备真空泵系统对管道进行快速抽真空。这个真空泵系统需要具备安全可靠、经济高效、易于维护、节能等优势，并且在偏远和恶劣的环境中也能运行，其难度可想而知。
其次，假使管道内能一直保持真空状态，可是许多在常规空气环境下正常工作的设备在真空环境中或将难以运行。同时，管道内没有空气，如果列车出现了制动难题，如何安全疏散旅客，也是一个极为复杂的问题。
因此，不少业内专家认为，高速飞车还有很多技术问题需要验证，关于高速飞车的安全测试耗时将会非常漫长。
然而，也有不少人持乐观态度：高速飞车涉及的技术领域门槛很高，但科技的进步以及人类对更快、更完美的交通工具的渴求，会促使研发者加紧步伐。作为交通领域内一项融合性、颠覆性技术，高速飞车未来的进一步发展值得期待——
自身时速进一步突破。如今，试验中的高速飞车能达到时速1000公里。但这还远远不是高速飞车速度的极限，随着关键技术的不断进步，气动阻力的限制或将被进一步突破，时速2000公里、4000公里甚至更高的速度都有可能成为现实。
技术应用进一步革新。高速飞车的技术发展也将给与之相关联的技术领域带来启发，包括航空航天领域在内的一系列相关新兴领域都将在未来成熟的高速飞车技术加持下，呈现出更具生机的发展态势。
自古代的骏马到如今的飞机，上下五千年，人们从未停止过对速度的追求。尽管高速飞车还有诸多难题亟待解决，但全球交通技术发展的大势不会逆转，技术革新的步伐不会停滞。我们期待着，高速飞车这颗蓄势待发的“银色子弹”，能在不久的将来自由穿梭在世界各个角落，带领人们体验陆上飞行的神奇。
