超級高鐵即將到來

沈羨云

近日，中國工程院和有關鐵路部門確定了上海—杭州線路作為中國第一條超級高鐵列車線路。這條長150 千米的真空隧道預計在2035年投入運營。超級高鐵采用更先進的磁懸浮技術，全程在真空管道中離地“飛行”，時速可達到1000千米。乘坐超級高鐵從上海到杭州只需15分鐘，比目前最快的高鐵列車節省45 分鐘。那么，為何超級高鐵速度如此之快？

超級高鐵背后的原理

“超級高鐵”的概念最早由美國太空探索技術公司（SpaceX）的創始人埃隆·馬斯克提出，其背后的原理是利用磁懸浮技術和真空管道，讓列車在幾乎沒有空氣阻力和摩擦力的情況下，以極高的速度行駛。磁懸浮技術是一種利用磁場的作用力讓列車懸浮在軌道上的技術，這樣可以消除輪軌摩擦力，降低噪聲和能耗。真空管道是一種將管道內的空氣抽走，形成真空狀態的裝置。這樣可以減少空氣阻力，提高列車的運行效率。此外，超級高鐵列車頭是新研制的低阻力車頭，具有流線型的鴨嘴形態，可以極大地降低行駛中產生的空氣阻力。

超級高鐵有哪些優勢

速度快。超級高鐵時速可以達到1000千米以上，甚至可以超過飛機的速度。這意味著人們可以在更短的時間內到達更遠的地方，從而提高出行效率和便利性。

安全性高。超級高鐵的設計十分安全，不會脫軌，更不會翻車。超級高鐵運行在真空管道內，不受天氣、地形等外界因素的影響，不會發生與其他交通工具的碰撞事故。由于采用磁懸浮技術，列車不會與軌道接觸，不會產生火花、煙霧等安全隱患。

節能環保。超級高鐵減少了空氣阻力和摩擦力，能夠大幅降低能耗和運行成本。它采用電力驅動，不會排放任何有害氣體和廢棄物，對環境沒有任何污染。

舒適性好。超級高鐵運行平穩、噪聲低、震動小、加速度小等特點，能夠給乘客帶來舒適的乘坐體驗。由于運行時間短，乘客不會感到疲勞。

運營成本低。傳統高鐵車輪每運行120萬千米就需要返廠檢修，每運行240萬千米就要強制報廢。而超級高鐵沒有車輪，沒有摩擦損耗，所以投入運營之后維修量少，運營成本顯著下降。

超級高鐵技術需要攻破哪些難題

超級高鐵系統所需要的真空管道技術和磁懸浮技術，目前已經有了一些突破性研究進展，但仍需要攻克很多難點。首先，如何以低成本實現、維持一個大體積的低真空空間是一個需要解決的問題。其次，如何建造站臺，使它既能方便乘客上下車，又能維持管道的真空狀態。另外，超級高鐵需要采用直線牽引技術，但目前這一技術的功效尚不能滿足其動力需要，仍有待改進。還有，對于超級高鐵而言，目前的磁懸浮技術也不夠穩定。

世界各國爭相研制超級高鐵

目前，除中國外，一些國家也在研發和測試超級高鐵技術，試圖搶占這一未來交通市場的先機。其中最著名的就是太空探索技術公司（SpaceX） 和美國超級高鐵公司（Hyperloop One）。SpaceX 在美國內華達州建立了一條1.6 千米長的真空管道測試場，用于測試超級高鐵的各種組件和原型。Hyperloop One 則在美國內華達州和阿聯酋迪拜建立了兩條超級高鐵試驗線路，分別長500 米和10 千米。除了美國外，歐洲各國以及印度、日本、韓國等國也在積極探索超級高鐵技術。印度計劃在孟買和浦那之間建造一條312 千米長的超級高鐵線路，預計在2029年完成。日本和韓國也在研發各自的超級高鐵技術，并已進行了多次成功的試運行。

中國在超級高鐵研制方面取得領先地位

中國科學家自2017年起就開始研究超級高鐵技術，主要研究方向是將超聲速飛行技術和軌道交通技術相結合，即通過超導懸浮技術和真空管道技術的應用，實現超聲速的近地飛行。這項技術研發了6年，直到2023年才真正迎來了重大突破。

我國目前的超級高鐵技術已經實現了在低真空環境運行，空氣阻力比傳統高鐵的空氣阻力低3%，再加上磁懸浮技術，真正實現了貼地飛行。與美國、日本等國打造的產品相比，我國的磁懸浮技術在成本上更具有優勢。普通超導體需要使用溫度達到-269℃的液氦來冷卻，才能保持超導特性，而我國研制的“高溫超導體”只需要使用-190℃左右的液氮即可達到同樣效果。由于液氦比液氮貴50倍，所以我國的磁懸浮列車大大降低了制造成本。

此外，我國還有電磁橇的加持。2022 年10 月20 日，我國在山東濟南成功運行了全球首個電磁橇，它對于噸級以上物體的最高推進時速可達1030千米，創造了大質量超高速電磁推進技術的世界最高速度紀錄。電磁橇除了可以助推加速，還可以通過向上的電磁力減輕車體對軌道的壓力，使得超級高鐵加速運行時也能降低磨損。