管道里的“飛車” 6小時環游世界

肖溪樹

說起管道里“飛車”，同學們一定會以為這是科幻小說中的情節。其實，這是科學家正在探索的一種超高速列車，是未來的“超級高鐵”。據報道，這種“超級高鐵”是我國未來軌道交通技術的重點研究領域之一，并有望在2017年建成“超級高鐵”（400千米/小時）試驗線。

速度遇到了“天花板”

軌道列車在運行時受到的阻力，主要包括車輪與軌道之間的摩擦阻力以及列車受到的空氣阻力。對于高速運行的軌道列車而言，空氣阻力是速度的“公敵”。

有資料顯示，當列車以時速200千米的速度行駛時，空氣阻力占到總阻力的70%左右；當列車以時速500千米以上的速度行駛時，空氣阻力則占到總阻力的95%以上。隨著列車速度的增加，能耗和氣動噪聲都會顯著提高。有研究認為，在地表稠密的大氣層中運行的高速交通工具，其最高經濟時度不超過400千米。目前輪軌交通中的高鐵最高運營時速為350千米，研制下一代高速列車需要在應對空氣阻力上做足文章。

科學狂人“破解之策”

既然空氣阻力是速度的“公敵”，那么讓列車運行在真空管道中不就沒有空氣阻力了嗎？這不失為一個釜底抽薪的辦法。

素有“硅谷鋼鐵俠”之稱的埃隆·馬斯克，是一個涉足航天和汽車、能源三大領域的科技狂人。201 3年，埃隆·馬斯克提出了“超級高鐵”的概念。他設想的“超級高鐵”是一種以“真空管道運輸”為理論核心設計的新型交通工具，主要由雙向管道和“運輸艙”組成，預期的速度為每小時1120千米，比飛機的速度還要快一些。“運輸艙”穿梭于全封閉的真空系統之中，可以使用太陽能作為驅動力。

真空管道運輸的核心技術包括運輸管道、載人艙體、真空設備、懸浮部件、彈射和剎車系統等。盡管各項技術都具有相應成熟的模式，但是真空管道運輸作為一個完整的技術系統仍然需要進行系統的研究。

異想天開的“膠囊列車”

“超級高鐵”的“運輸艙”因為外形像是一個特制的膠囊，所以還有一個十分萌的名字——“膠囊列車”。“膠囊列車”作為一種先進的交通工具，其特殊性就在于運行在真空管道之中。所以，“膠囊列車”也被稱為“真空管道列車”。

“膠囊列車”為鋁質材料制成，長達4.87米，高約1.5米，重約183千克。把“膠囊列車”置于鋼鐵管道之中，然后將管道抽至真空狀態。真空管道運輸線路由兩根管道組成，管道內徑1.5～2.0米，并抽成一定的真空。

管道運輸線路每30米設置一個橋塔作為支撐，并每隔一定的距離設置一個真空泵站以及車站。在管道上方全程覆蓋太陽能板，從而用太陽能為運輸系統提供能源。在工作時，“膠囊列車”“飄浮”于真空的管道中，再利用彈射裝置把“膠囊列車”加速到一定的速度，然后沿著管道一直運行至目標站。

2016年5月11日，美國“超回路1號”公司在內華達州的沙漠中完成了首次推進系統公開測試。這場測試全程為直線設計，測試長度大約為5千米，大概持續了4秒鐘……盡管“膠囊列車”還面臨很多技術方面的難題，但是管道高鐵還是向前邁出了重要一步。

拒絕空氣的N個理由

“超級高鐵”之所以選擇管道真空，自然有其科學的考量。其中，提高交通速度是一個最核心的理由。“膠囊列車”在封閉的真空管道中運行，幾乎不存在與空氣的摩擦力，并且利用懸浮式推進系統，因此也不存在列車與軌道的接觸。這樣一來，實現“膠囊列車”的高速行駛在理論上就不存在障礙了。

馬斯克預期的速度為每小時1120千米，甚至理論上的時速可以達到20000千米。如果按中期目標時速為6500千米計算的話，環游世界也就需要6個小時。

“超級高鐵”作為下一代高速運載工具，希望能從根本上減少或消除空氣阻力。采用鋪設真空管道的辦法，則可以解決一系列空氣動力學方面的問題，因此列車可在維持高速的同時，保證列車的舒適性和能耗的經濟性。

“飛車”離我們還有多遠

從理論上來說，“膠囊列車”只在啟動階段和減速階段才需要消耗動力，因此耗能是非常低的。同時，在封閉的真空管道中運行，不會造成噪聲污染，也不易受到攻擊，更不受外界氣候條件影響。

真空管道運輸作為一種面向未來的運輸方式，具有極其美好的發展前景。然而，要讓真空管道運輸走進百姓的生活，還有很長的路要走。

其實，我國在十幾年前就開始了對真空管道運輸的研究。201 1年，我國研制開發了全球首個真空環形管道磁浮列車試驗系統：201 6年，我國“超級高鐵”系統完成第二階段調試……在2017年前后，我國將建成首條真空管道高速（400千米/小時）試驗線。具有中國特色的“超級高鐵”一旦完成從試驗到商用的跨越，那么將是中國對人類的又一大貢獻。