超級高鐵想象圖

　　【新聞背景】

　　近日來一則消息刷爆朋友圈：中國航天科工集團公司宣布，研發人員正在開展“高速飛行列車”的項目攻關。該項目結合超聲速飛行技術與軌道交通技術，使列車時速有望高達4000公裡。一旦實現技術突破，國内超級城市群便能形成1小時經濟圈。

　　2017年8月底，在第三屆中國（國際）商業航天高峰論壇上，中國航天科工集團公司副總經理劉石泉透露，他們開展了“高速飛行列車”的研究論證，利用低真空環境和超聲速外形減小空氣阻力，通過磁懸浮技術減小摩擦阻力，實現列車超聲速運行。高速飛行列車最大運行速度可達4000公裡/小時，比普通高鐵快10倍以上，比民航客機快5倍。該項目将按照“三步走”戰略逐步實施。首先是具備時速1000公裡的運輸能力，建設區域性城際交通網；再是具備時速2000公裡的運輸能力，建設國家超級城市群之間的1小時交通網；最後，該項目将具備時速4000公裡的運輸能力，建設“一帶一路”交通網，打造一張繼航天、高鐵、核電之後的中國新名片。

　　前景令人振奮，然而要把理想變為現實，還有很多困難需要我們認真面對并克服。

　　【 超高速磁懸浮技術已經醞釀多年 】

　　2013年，美國太空探索技術公司創辦人埃隆·馬斯克在前人設想的基礎上，提出利用電磁驅動懸浮艙在真空管道中運行，進而建設超級高鐵的理念，即所謂“超級回路”。由于真空無摩擦力和空氣阻力，理論速度可達1200公裡/小時。

　　其實，中國早在2004年12月就曾召開有8名兩院院士參與、多名國内權威專家出席的“真空管道高速交通”研讨會。2011年，西南交通大學教授趙勇團隊研發出世界第一套“真空管道磁浮車實驗系統”，這是全球第一個同時結合真空管道、磁懸浮及線性驅動技術的完整真空管道試驗設備。2015年底，西南交大建成第二代高速環線設備，軌道鋪在管壁上，形成“壁挂式”磁懸浮列車，并成功将管道真空的極限壓強降到了1335帕，相當于已抽掉管道中99%的空氣。

　　美國Hyperloop One公司今年5月在美國内華達州的測試管道中進行了首次“全尺寸”系統測試—全真空測試，檢驗全真空條件下“超級回路”高速列車的狀況，測試達到了預期的目标。7月28日又完成了速度測試，車速達310公裡/小時，該公司稱正式運營後預計時速超800公裡。而據9月7日最新消息，美國超級高鐵運輸技術公司與印度安得拉邦經濟開發組簽署了備忘錄協議，将在當地開發他們的超級高鐵運輸系統。

　　無論是美國埃隆·馬斯克推崇的“超級回路”高速列車，還是中國航天科工集團研究論證的“高速飛行列車”，其采用的技術均大同小異，第一，需要利用密封管道，第二，需要采用懸浮技術。“超級回路”采用氣墊懸浮，而“高速飛行列車”采用超高速磁懸浮。

　　不難想象，高速飛行列車需要的建造成本是十分昂貴的。即便沒有真空管道這一環節，隻是普通的超高速磁懸浮列車，造價也極為高昂。就拿日本東京至名古屋超高速磁懸浮新幹線而言，線路長度286公裡，建設成本高達5.4萬億日元，折合每公裡成本為11.3億元人民币，而京滬高鐵的造價約為每公裡2億元人民币，前者是後者的5.7倍。

　　截至目前，在全世界範圍内，輪軌高鐵列車創造了2項世界速度紀錄，一是2007年3月份，法國不載人的高鐵列車創下了574.8公裡/小時的世界紀錄，至今保持10年，尚未被打破；二是2010年12月份，中國的和諧号動車組在京滬高鐵試驗段創下了486.1公裡/小時的載人運行的世界最高紀錄。在商業運營方面，中國高鐵載人運營速度最高，為350公裡/小時。

　　而研發磁懸浮技術的主要國家一共有三個，分别是日本、德國和中國，日本重點研發超導超高速磁懸浮技術，德國重點攻關常導超高速磁懸浮技術，而中國目前緻力于中低速磁懸浮技術的研發，并取得了可喜的成績。在創造速度紀錄方面，超高速磁懸浮列車可以輕易碾壓輪軌式高鐵動車組，比如最近的世界最高速度紀錄是2015年4月21日由日本“L0系”超導磁懸浮列車創造的，高達603公裡/小時。

　　西南交通大學研發的世界第一套“真空管道磁浮車實驗系統”

　　【 重重困難必須認真面對 】

　　4000公裡/小時的高速飛行列車非常誘人，然而，從理想到現實，還需要克服無數難關，解決很多核心的技術難題，比如，如何才能低成本建造真空管道以及管道維護，如何确保高速運動下磁浮系統的動力學穩定性，如何保證高速運動下的直線驅動效率等。

　　在非真空的環境下，日本的超高速磁浮列車的速度已經突破了600公裡/小時，所以不難理解，當采用真空管道之時，空氣阻力已經不再是主要障礙，理論上列車速度可以開到無限大。然而，列車即使在真空管道中運行，也需要一個加速過程，根據測算，當超級高鐵列車從零加速到4000公裡/小時的時候，加速度高達1.8g，遠超普通乘客能夠忍受的1.2g加速度的範圍，可見，乘坐如此高速度的列車，對乘客的舒适度是個巨大考驗。

　　另外，我國幅員遼闊，地形複雜，河谷山脈、平原丘陵，都會給超級高鐵的建設帶來很大麻煩，因為列車運行的線路，不可能全部位于直線上面，而若采用彎道通過，4000公裡/小時的速度需要設置曲線半徑為900公裡，基本上與直線無異。但是如果動辄千百公裡的高鐵線路都修成直線，一是工程根本不可行，二是即使能夠修成，花費的資金也是天文數字。

　　乘坐高鐵列車，安全是第一位的，如果為了提高速度而犧牲安全，這種交通工具不會有競争力和生命力。而4000公裡/小時的高鐵列車，是子彈出膛速度的4倍，相當于一顆洲際導彈，如何保證列車在運行中不與設備産生碰撞、不脫軌、不傾覆，是科研人員首先要解決的問題。根據我國軌道交通标準規定，中低速磁浮列車每10米允許的“跑偏”誤差不超過3毫米，高速磁浮列車的“跑偏”誤差必須控制在1毫米以内，對于時速1000公裡以上的“高速飛行列車”，其誤差控制精度要求更高。

　　美國物理學家、超導磁懸浮概念的聯合提出者詹姆士·鮑威爾就曾經警告說，超級高鐵的軌道誤差必須非常小，如果軌道牆壁位置差之毫厘，都可能導緻災難。按照國内高速飛行列車研發專家的觀點，列車采用的超高速磁浮技術是基于高溫超導體與永磁體間的抗磁和磁通釘紮作用，由材料内在特性決定的被動懸浮，具有結構簡單、安全、自導向、節能環保等優勢。在理論上可通過磁浮技術的“自導向性”将高速列車的“跑偏”控制在誤差範圍之内。

　　高速飛行列車以時速4000公裡的速度運行，加減速都要耗費大量能源，在加速期間，列車在真空運行，不會産生音障和熱障，但是在減速期間，則會産生大量的熱能，如何能夠及時排除并給列車降溫，也是研發人員需要解決的難題之一。而列車在真空管道中高速運行，對于管道的密封性要求極高，而保證密封性的維護資金也不是小數目。如果将管道做成半真空，技術上容易實現，但是列車會不可避免地遇見音障和熱障。總而言之，列車速度越快，運營成本就越高，即使超級高鐵解決了這些技術難題，能否在商業上運營成功，能否獲取收益，還是未知數。

　　高速飛行列車是一個非常誘人的概念，但是距離現實還很遙遠，因為列車所依托的超高速磁浮技術，一直沒有實現大範圍的推廣，真空管道技術更是沒有應用先例。當然，人類的技術是不斷發展的，面對高遠的目标，我們要腳踏實地地認真面對每一個困難。

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