“膠囊高鐵”：真空里的空想？

2小時，北京到紐約

美國科技狂人艾倫·馬斯克現在迷上了“膠囊高鐵”。按照他的設想，這種外形像“膠囊”一樣的交通工具，重量為183公斤，長度約5米，可載客4-6人，其總重量將達到363-400公斤。在“膠囊高鐵”運輸系統中，每一個“膠囊”都被放置于真空管道中，可以像炮彈一樣被發射至目的地。

該項目的動力供應采用的是磁懸浮技術，處于一個幾乎沒有摩擦力的環境中。按照設計師的預想，它將能達到每小時6500公里的驚人速度，從美國的紐約到洛杉磯僅需要45分鐘，從紐約到北京也只花費2小時，而來個環球游也就6個小時。

“膠囊高鐵”中，連接兩個目的地的管道跟高速鐵路一樣，會在地上予以搭建。因為采用的是真空管道，根據設計，所有管道的入口和出口都會有兩道門。運行時，工作人員首先打開外層門，“膠囊”將從車站進入管道兩門之間的夾層，外層門關閉后，真空泵開始抽走空氣，此時，工作人員再打開里層的門，“膠囊”就會進入真空管道，開始加速、運行。出管道時，則是相反的順序。

除了在管道口要設立泵站，真空管道內大概每隔2—3公里也要設一個泵站抽取管道內的空氣。根據設計標準，管道內甚至達到千分之一的大氣壓，這樣的氣壓范圍也是列車高速運行的基本保障。

盡管很多人對這個項目不以為然，但艾倫·馬斯克顯然不只是說說而已。在他的支持下，日前美國科羅拉多州的“ET3”公司已經開始建造一個3英里長的真空管道交通系統。負責具體細節設定的設計師戴睿·奧斯特是美國佛羅里達州的機械工程師，為了能夠專心致力于真空管道運輸的研究與開發工作，奧斯特夫婦甚至已經辭去了高薪職位。

最高速度，2.52萬公里/小時

“膠囊高鐵”從理論上講并不完全是天方夜譚。

隨著科技的進步，地面交通工具的速度越來越快。但是浙江省交通科學研究所副總工程師許云飛在接受記者采訪時表示，地面高速運輸系統要克服巨大的空氣阻力，當速度超過每小時500公里后，空氣阻力就非常大。因此500公里的時速也就成了很多交通工具難以逾越的天花板。為了讓地面交通工具獲得更好的速度，于是，一些交通專家開始從減少空氣阻力的方向上進行研究。

奧斯特真空管道的運輸模式就是其中的一個方案，根據構想，真空管道運輸就是在地面或地下建造一條密閉的管道，用真空泵將其抽成真空或部分真空，利用磁浮技術使運載工具在其中無接觸、無摩擦地運行。

不過中國工程院院士、軌道交通專家王夢恕告訴記者，奧斯特這個想法并不是一個新的想法，其實很早以前就有人設想過。上世紀60年代，美國蘭德咨詢公司和麻省理工學院的專家就提出過類似設想，當時一部分交通方面的科學家開始琢磨這種設想的可能性，其理想計劃在地下挖隧道、鋪設管道，然后抽出管道中的空氣，讓磁懸浮列車在接近真空狀態下行駛。

根據美國專家后來提出的地下真空磁懸浮超音速列車的設想，設計最高時速為2.25萬公里，是音速的20多倍，橫穿美國大陸只需21分鐘，而現在噴氣式客機則需5小時。該計劃要求首先在地下挖出隧道，鋪設兩根至四根直徑為12米的管道，然后抽出管道中的空氣，使其接近真空狀態，最后再在里面行駛磁懸浮列車。

2.25萬公里的時速也還不是交通工具在地球上奔跑的理論極限時速。王夢恕表示，包括火箭在內的航天器要飛出地球，必須達到第一宇宙速度7.9千米每秒，地球上的交通工具在地球上運行則要低于這個速度，研究人員通過計算，在理論條件下，地球上的交通工具要在地球上實現穩定運行最高理論速度可以設定為7千米每秒，即2.52萬公里每小時，相當于沿著赤道跑了半圈多。

但是王夢恕表示，計算表明，達到這樣的運行速度真空管道的長度至少就要在700公里以上，列車上的乘客需要承受20個G（加速度）的過載，而現在幾乎所有的戰斗機的極限過載在設計時也都限定為9個G（加速度）。也就是說，在有人的條件下，真空列車在地球表面以2.52萬公里每小時的速度奔跑并不現實。

考慮到旅客生理上、心理上對列車加速、減速所能承受的限度，火車的加速度必須加以控制才能被人們接受，不過一些專家認為，在控制的情況下，列車的速度從理論上講也應該能夠達到每小時1.35萬公里。

上個世紀90年代，達里爾·奧斯特將這種設想進行了很大的豐富，并在實質上予以了推動。1997年，奧斯特申請獲得了真空管道運輸系統發明專利。但多年過去了，這一項目還停留在理論層面上。

中國仍停在設想階段

其實，中國的不少軌道交通專家對真空管道運輸方式也并不陌生。最早將真空管道磁懸浮概念引進中國的科學家，是畢業于西南交通大學的張耀平。他在2001年把這項技術從國外引入中國。

2007年，張耀平的“真空管道高速磁浮交通基礎研究”申請到國家自然科學基金項目，之后又獲得了陜西省科技計劃項目，并在陜西省西京學院組建了真空管道運輸研究所。

根據張耀平等人當時的設想，在未來的兩到三年內，他們的實驗室將能推出時速600—1000公里的真空磁懸浮列車的實驗模型，而十年之后就有可能投入運營。

不過，2007年之后張耀平沒有再能申請到國家自然科學基金項目。2010年，不少媒體都報道了“牽引動力國家重點實驗室正在研制真空磁懸浮高速列車”的消息，但事后實驗室負責人辟謠稱至今沒有開展任何相關實質性研究。

王夢恕對記者透露，他曾經參加過這個真空管道高速磁浮交通項目的論證，他的結論是目前該項目在現實中缺乏可操作性，因此沒有多大的價值。

“該計劃需要把列車通行的管道建好，然后再抽盡里面的空氣，使之達到真空的狀態。但是在實際中，由于這種列車的超高速特點，其并不適合短途距離的使用，只有在幾千公里甚至上萬公里以上的距離中才能發揮它的速度優勢。然而將幾千公里甚至一萬公里以上的管道中的空氣抽盡使之達到真空狀態絕非易事，只要有一個微小的地方存在紕漏就沒有辦法將其中的空氣抽盡，退一步講，就是能夠將管線處置成真空的狀態，磁懸浮列車運行的開始和停止時需要和管線外對接，也容易讓空氣泄露進去。”王夢恕說。

由于沒有相關方面的支持，張耀平的這個研究也就難以繼續進行了，近幾年來只能停留在設想的階段。

“膠囊高鐵”的安全隱憂

盡管“膠囊高鐵”的設計者表示，這種交通方式比火車和飛機更安全、更安靜。但是業界專家表示，其安全性依舊面臨著巨大的挑戰。

浙江省交通科學研究所副總工程師許云飛在接受記者采訪時表示，理論上，在真空環境內交通運輸確實有可能達到更高速度，但最高速度還與懸浮導向系統、牽引系統、軌道系統及運行控制系統性能相關，其是否能達到1000公里的時速或更高速度，需要有更嚴密的論證并最終通過試驗來驗證。

“從理論上講，這種6500公里時速的‘膠囊高鐵’具有可行性，但是真要做到能夠實際運行的狀態，各種問題也就來了。”許云飛說。

王夢恕認為，作為地面的交通工具，速度越高乘客所承擔的安全風險就越大，目前全世界高鐵也基本上是在300公里以下的速度中運行，一下子就要研究時速達到6500公里的交通工具，這對人的安全性也沒有辦法保證。

比如由于速度太快，真空管道交通建筑一般要長達數千公里甚至上萬公里，但是一旦遭遇停電或者列車在真空管道中出事故長時間停車，如何給乘客供氧而不讓乘客有窒息的危險就是一個需要解決的技術難題。

王夢恕說，在真空狀態下運行，其運行交通工具的動力牽引系統也是一個很大的問題。“現在軌道車輛運輸的牽引設備一般都采用的是電機車，但是這種電機車在真空磁懸浮列車上可能無法正常工作。因為在真空這樣的超低壓狀態下，電力牽引設備比較容易出現線路故障。

王夢恕告訴記者，現在的研究表明，在海拔4000米以上，由于空氣過于稀薄導致電壓降低，電機車就很容易出現短路等故障，也正是這樣的原因，我國青藏鐵路的列車就沒有采用電機車，而是采用了在技術上更為落后一些的內燃機車。

“如果在真空的環境中，其出現故障將會變得更加嚴重。而要解決這個問題也是一個很大的技術挑戰。”王夢恕說。

美國特斯拉公司的負責人表示，在真空管道沿線處可以每隔一定距離設有安全艙，當車輛發生故障停止，或是密封艙體失壓時，乘客可從安全艙逃離，躲避危險。但是如何將其落到實處，并很好地控制建造成本，卻是一個很大的問題。

浪費錢的超前“游戲”

修建真空管道需要購買大量的真空泵，但這樣算下來其成本將會十分驚人。中國兩院院士沈志云在接受媒體采訪時表示，現在修建地鐵一公里就需要8個億，真空管道還需要抽里面的氣體，一公里10個億甚至都下不來。

許云飛也認為，像真空磁懸浮列車這樣的項目，從理論上探討和寫寫相關研究論文都沒有什么問題，但是目前來考慮它在實際交通中的應用，還是太超前了。

“對于交通工具而言，速度越高，其安全性就越低，危險性也越大，我們現在的陸上交通工具，主要開發300公里時速左右的也就夠了，這也是適應現在社會經濟發展比較經濟合理的速度，也許將來有一天，在人類的社會經濟和科學技術發展到一定的水平以后，我們人類會使用1000公里以上的主流交通工具，但是那也是未來的事情，我們現在沒有必要在實際應用中去開發使用，因為就目前而言，這樣的東西在實際使用中只能是浪費錢的游戲。”許云飛說。

另外，從理論上講雖然“真空管道運輸”能夠將紐約到北京的交通時間縮短到2小時，但建設一個橫跨太平洋的管道似乎也不太可能。