11月8日，英國維珍公司的超級高鐵項目在美國內(nèi)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公里。而在更長的管道中，超級高鐵的理論時速可達1000公里。
人們對便捷出行的渴望，促使有關(guān)軌道交通時速的研究不斷推進，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于發(fā)端于日本的輪軌式高速鐵路，經(jīng)過五十多年的發(fā)展，無論技術(shù)還是實踐，都已經(jīng)成熟可靠，獲得了廣泛認(rèn)可。作為后起之秀，中國已經(jīng)修建了3.9萬公里的高速鐵路，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，運營速度保持在時速350公里左右。
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，并且很大程度上影響著列車速度的提高。當(dāng)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(dāng)列車的運行速度達到300公里/小時的時候，列車產(chǎn)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公里以后，面臨的最大問題就是空氣阻力，空氣阻力可以占據(jù)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(chǎn)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(jīng)濟上并不合適。一般來說，輪軌式高速列車的最高運營速度不能超過400公里/小時，一旦超過，在經(jīng)濟上就很不劃算了。
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(biāo)。
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，德國高速磁浮列車最高試驗速度達到550公里/小時，并于2006年4月在我國上海建成了時速430公里的商業(yè)運營線。日本目前正在修建的中央新干線，高速磁浮列車試驗速度達到了603公里/小時，其運營速度將達505公里/小時，東京至名古屋段計劃在2027年投入運營。
在高速交通領(lǐng)域，高鐵商業(yè)運營速度為350公里/小時，飛機巡航速度為800-900公里/小時，超高速磁懸浮可以填補400-600公里/小時的速度空白。
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“先進軌道交通”重點專項，對時速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)進行了部署，計劃攻克高速磁浮核心技術(shù)，全面自主掌握高速磁浮設(shè)計、制造、調(diào)試和試驗評估方法。經(jīng)過廣大科技工作者的努力，終于在車輛、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(quán)的時速600公里高速磁浮列車，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(shù)難題，研發(fā)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(dǎo)向、測速定位裝置和控制系統(tǒng)性能指標(biāo)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(nèi)首條時速600公里的高速交通系統(tǒng)。這條線開通之后，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(rèn)的是，即使高速磁懸浮列車能夠以600公里/小時運營，空氣阻力依舊是最大的攔路虎。要想速度繼續(xù)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(shè)想實用化
今年11月，英國維珍公司在美國內(nèi)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米長的管道耗時15秒鐘，最高時速達到了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(gòu)想，當(dāng)時預(yù)計時速可達到1200公里。
雖然很多專家對這種異想天開的設(shè)想持懷疑態(tài)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(rèn)證，并在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(fā)超級回路，并樂觀估計該項目未來會帶來數(shù)十億美元的市場機會。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400萬歐元作為研發(fā)資金，他們的速度目標(biāo)值是300-600公里/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(shè)施，并致力于建設(shè)歐洲超級高鐵中心，這個中心修建一條長約3公里的測試線，用于測試速度超過700公里/小時的超級高鐵列車，未來還要打造成歐洲超級高鐵基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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公里的試驗線路，在2028年實現(xiàn)超級高鐵的商業(yè)運營。
這些公司的開拓精神值得贊嘆，但是他們目前研發(fā)的超級高鐵所能達到的速度，距離預(yù)想的1200公里還相差甚遠(yuǎn)。
4 真空管道磁懸浮研發(fā)仍需攻克很多難關(guān)
氣動噪音和空氣阻力是制約高速列車?yán)^續(xù)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全新的領(lǐng)域，包括系統(tǒng)散熱、生命保持、救援逃生、應(yīng)急保障等一系列的關(guān)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(tǒng)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(shè)計和制造、管道結(jié)構(gòu)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)開展了大量基礎(chǔ)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：
因為超級列車在低真空環(huán)境下超高速運行，具有傳統(tǒng)航天領(lǐng)域飛行器和高速鐵路的部分特點，需要在車體系統(tǒng)、磁懸浮、直線電機驅(qū)動、牽引供電和制動技術(shù)等領(lǐng)域開展深入研究。
超高速列車系統(tǒng)控制復(fù)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(tǒng)信號衰落嚴(yán)重，這就需要研發(fā)可靠不間斷的通信技術(shù)，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(tǒng)出現(xiàn)火災(zāi)、漏氣、滲水等災(zāi)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(shù)、管道自動分段封閉技術(shù)、應(yīng)急救援和逃生技術(shù)、自然災(zāi)害預(yù)警與安全運行控制技術(shù)、管道系統(tǒng)和列車運行安全監(jiān)測、評估和預(yù)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，車內(nèi)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(qū)域中心之間通過低真空管道運行時速1000公里以上的磁懸浮列車，可以實現(xiàn)人員和貨物的即時到達，將極大地便利各區(qū)域之間的物質(zhì)交流，極大地改善信息時代信息傳播速度與物質(zhì)傳播速度極不匹配的現(xiàn)狀，引發(fā)交通運輸方式變革。
在衍生應(yīng)用領(lǐng)域，超高速低真空管道磁懸浮技術(shù)還可以為衛(wèi)星、火箭發(fā)射提供一種富有競爭優(yōu)勢的技術(shù)選擇，通過真空管道磁懸浮助推發(fā)射系統(tǒng)為運載器單級入軌提供一種可實施的方案，發(fā)射裝置可以重復(fù)利用，從而可大大降低發(fā)射成本。
總體來說，超級高鐵距離工程化應(yīng)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。
