中國(guó)版飛行列車(chē)駛向未來(lái)

▲高速飛行列車(chē)想象圖（圖/中國(guó)航天科工官方微博）

中國(guó)版飛行列車(chē)駛向未來(lái)

▲高速飛行列車(chē)想象圖（圖/中國(guó)航天科工官方微博）

北京距離武漢約1152公里。目前，坐高鐵從北京到武漢，大約需要5個(gè)小時(shí)。如果坐上“高速飛行列車(chē)”，北京到武漢只需30分鐘。上午的會(huì)，當(dāng)天早上出發(fā)就能趕上。同樣，乘坐“飛車(chē)”，北京到天津只需要3分鐘，北京到上海只需不到20分鐘。

這樣的未來(lái)，你敢想象嗎？

乘坐磁懸浮列車(chē)的乘客，在幾乎真空的管道里，以超過(guò)1000公里/小時(shí)的速度前進(jìn)，原來(lái)以小時(shí)計(jì)算的行程全部變成以分鐘衡量——乘坐“高速飛行列車(chē)”從北京到武漢將由5個(gè)多小時(shí)縮短至大約30分鐘，北京到上海、西安也是如此。

這看起來(lái)像是科幻小說(shuō)里的情節(jié)，但人類(lèi)對(duì)速度的追求從未停止。

近日，中國(guó)航天科工集團(tuán)在第三屆中國(guó)（國(guó)際）商業(yè)航天高峰論壇上宣布已對(duì)“高速飛行列車(chē)”進(jìn)行了研究論證，希望嘗試研發(fā)時(shí)速1000公里以上，最高時(shí)速可達(dá)4000公里的“超級(jí)高鐵”。

前景令人振奮，但要想把理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，真正實(shí)現(xiàn)超音速“近地飛行”還有很多關(guān)鍵技術(shù)尚未攻克。

超高速磁懸浮技術(shù)已經(jīng)醞釀多年

超高速磁懸浮技術(shù)已經(jīng)醞釀多年

2013年，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（Space X）創(chuàng)辦人埃隆·馬斯克在前人設(shè)想的基礎(chǔ)上，提出利用電磁驅(qū)動(dòng)懸浮艙在真空管道中運(yùn)行，進(jìn)而建設(shè)超級(jí)高鐵的理念，即所謂“超級(jí)回路”。由于真空無(wú)摩擦力和空氣阻力，理論速度可達(dá)1200公里/小時(shí)。

其實(shí)，中國(guó)早在2004年12月就曾召開(kāi)有8名院士參與、多名國(guó)內(nèi)權(quán)威專(zhuān)家出席的“真空管道高速交通”研討會(huì)。2011年，西南交通大學(xué)教授趙勇團(tuán)隊(duì)研發(fā)出世界第一套“真空管道磁浮車(chē)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，這是全球第一個(gè)同時(shí)結(jié)合真空管道、磁懸浮及線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)技術(shù)的完整真空管道試驗(yàn)設(shè)備。2015年底，西南交通大學(xué)建成第二代高速環(huán)線(xiàn)設(shè)備，軌道鋪在管壁上，形成“壁掛式”磁懸浮列車(chē)，并成功將管道真空的極限壓強(qiáng)降到了1335帕，相當(dāng)于已抽掉管道中99%的空氣。

美國(guó)Hyperloop One公司今年5月在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的測(cè)試管道中進(jìn)行了首次“全尺寸”系統(tǒng)測(cè)試——全真空測(cè)試，檢驗(yàn)全真空條件下“超級(jí)回路”高速列車(chē)的狀況，測(cè)試達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。7月28日又完成了速度測(cè)試，車(chē)速達(dá)310公里/小時(shí)，該公司稱(chēng)正式運(yùn)營(yíng)后預(yù)計(jì)時(shí)速超800公里。而據(jù)9月7日最新消息，美國(guó)HTT公司與印度安得拉邦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)組簽署了備忘錄協(xié)議，將在印度開(kāi)發(fā)他們的超級(jí)高鐵運(yùn)輸系統(tǒng)。

無(wú)論是埃隆·馬斯克推崇的“超級(jí)回路”高速列車(chē)，還是中國(guó)航天科工集團(tuán)研究論證的高速飛行列車(chē)，采用的技術(shù)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(shù)。“超級(jí)回路”采用氣墊懸浮，而高速飛行列車(chē)采用超高速磁懸浮。

不難想象，高速飛行列車(chē)需要的建造成本十分昂貴。即便沒(méi)有真空管道這一環(huán)節(jié)，只是普通的超高速磁懸浮列車(chē)造價(jià)也極為高昂。就拿日本東京至名古屋超高速磁懸浮新干線(xiàn)來(lái)說(shuō)，該線(xiàn)路長(zhǎng)286公里，建設(shè)成本高達(dá)5.4萬(wàn)億日元，折合每公里成本為11.3億元人民幣，而京滬高鐵的造價(jià)約為每公里2億元，前者是后者的5倍多。

不過(guò)，即使超級(jí)高鐵成本一點(diǎn)都不“平民”，也沒(méi)有擋住包括 Space X、HTT、Hyperloop One等在內(nèi)的大企業(yè)探索的腳步。

截至目前，在全球范圍內(nèi)，高速輪軌列車(chē)創(chuàng)造了兩項(xiàng)世界速度紀(jì)錄，一是2007年3月，法國(guó)不載人的高鐵列車(chē)創(chuàng)下了574.8公里/小時(shí)的世界紀(jì)錄，至今尚未被打破；二是2010年12月，中國(guó)的和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組在京滬高鐵試驗(yàn)段創(chuàng)下了486.1公里/小時(shí)的載人運(yùn)行的世界最高紀(jì)錄。在商業(yè)運(yùn)營(yíng)方面，中國(guó)高鐵載人運(yùn)營(yíng)速度最高，為350公里/小時(shí)。

而研發(fā)磁懸浮技術(shù)的主要國(guó)家一共有三個(gè)，分別是日本、德國(guó)和中國(guó)。日本重點(diǎn)研發(fā)超導(dǎo)超高速磁懸浮技術(shù)，德國(guó)重點(diǎn)攻關(guān)常導(dǎo)超高速磁懸浮技術(shù)，而中國(guó)目前致力于中低速磁懸浮技術(shù)的研發(fā)，并取得了可喜的成績(jī)。在創(chuàng)造速度紀(jì)錄方面，超高速磁懸浮列車(chē)可以輕易碾壓高速輪軌列車(chē)，比如最近的世界最高速度紀(jì)錄是2015年4月21日由日本“L0系”超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)創(chuàng)造的，高達(dá)603公里/小時(shí)。

▲2015年4月21日，日本超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)在行駛試驗(yàn)中創(chuàng)造了時(shí)速603公里這一載人行駛的世界紀(jì)錄（圖/東方IC））

技術(shù)難題待破解

技術(shù)難題待破解

4000公里/小時(shí)的高速飛行列車(chē)非常誘人，然而，從理想到現(xiàn)實(shí)還需要克服無(wú)數(shù)難關(guān)，解決很多核心的技術(shù)難題。

在非真空的環(huán)境下，日本的超高速磁懸浮列車(chē)的速度已經(jīng)突破了600公里/小時(shí)，所以不難理解，當(dāng)采用真空管道時(shí)，空氣阻力不再是主要障礙，理論上列車(chē)速度可以開(kāi)到無(wú)限大。然而，列車(chē)即使在真空管道中運(yùn)行，也需要一個(gè)加速過(guò)程。根據(jù)測(cè)算，當(dāng)高速飛行列車(chē)從零加速到4000公里/小時(shí)時(shí)，加速度高達(dá)1.8g，遠(yuǎn)超普通乘客能夠忍受的1.2g加速度的范圍，可見(jiàn)，乘坐如此高速的列車(chē)，對(duì)乘客體驗(yàn)而言是個(gè)巨大考驗(yàn)。

對(duì)此，中國(guó)航天科工集團(tuán)三院三部“高速飛行列車(chē)”項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人毛凱解釋?zhuān)咚亠w行列車(chē)加速時(shí)，是按照人體能承受的加速度慢慢加，到一定的速度之后，就開(kāi)始巡航，減速時(shí)也是按照人體能承受的范圍慢慢減。“火車(chē)加速你有感覺(jué)嗎？因?yàn)樗铀俣刃。阅銢](méi)有感覺(jué)。飛機(jī)起飛加速你有感覺(jué)吧？因?yàn)樗铀俣却螅阅阌懈杏X(jué)，但是飛機(jī)在飛的時(shí)候你沒(méi)有感覺(jué)吧。”毛凱說(shuō)，人體承受的壓力不取決于速度，而是取決于加速的過(guò)程。列車(chē)內(nèi)部還有溫濕度控制、供氧等必要設(shè)備，會(huì)讓乘客有良好的體驗(yàn)。

另外，我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，河谷山脈、平原丘陵等都會(huì)給超級(jí)高鐵的建設(shè)帶來(lái)很大麻煩，因?yàn)榱熊?chē)運(yùn)行的線(xiàn)路不可能全部位于直線(xiàn)上面，而若采用彎道通過(guò)，4000公里/小時(shí)的速度需要設(shè)置曲線(xiàn)半徑為900公里，基本上與直線(xiàn)無(wú)異。但是如果動(dòng)輒千百公里的高鐵線(xiàn)路都修成直線(xiàn)，一是不具備工程可行性，二是即使能夠修成，花費(fèi)的資金也是天文數(shù)字。

▲在商業(yè)運(yùn)營(yíng)方面，中國(guó)高鐵載人運(yùn)營(yíng)速度最高（楊寶森 攝）

乘坐高鐵列車(chē)，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(huì)有競(jìng)爭(zhēng)力和生命力。而高速飛行列車(chē)的時(shí)速為4000公里，是子彈出膛速度的4倍，相當(dāng)于一顆洲際導(dǎo)彈，如何保證列車(chē)在運(yùn)行中不與設(shè)備產(chǎn)生碰撞、不脫軌、不傾覆，是科研人員重點(diǎn)要解決的問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)軌道交通標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，中低速磁懸浮列車(chē)每10米允許的“跑偏”誤差不超過(guò)3毫米，高速磁懸浮列車(chē)的“跑偏”誤差必須控制在1毫米內(nèi)，對(duì)于時(shí)速1000公里以上的高速飛行列車(chē)，誤差控制精度要求更高。

美國(guó)物理學(xué)家、超導(dǎo)磁懸浮概念的聯(lián)合提出者詹姆士·鮑威爾就曾經(jīng)警告說(shuō)，超級(jí)高鐵的軌道誤差必須非常小，如果軌道墻壁位置差之毫厘，都可能導(dǎo)致災(zāi)難。按照國(guó)內(nèi)高速飛行列車(chē)研發(fā)專(zhuān)家的觀(guān)點(diǎn)，列車(chē)采用的超高速磁懸浮技術(shù)是基于高溫超導(dǎo)體與永磁體間的抗磁和磁通釘扎作用，由材料內(nèi)在特性決定的被動(dòng)懸浮，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全、自導(dǎo)向、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。在理論上可通過(guò)磁懸浮技術(shù)的“自導(dǎo)向性”將高速列車(chē)的“跑偏”控制在誤差范圍之內(nèi)。

▲中國(guó)目前致力于中低速磁懸浮技術(shù)的研發(fā)，并取得了可喜的成績(jī)（圖/東方IC））

高速飛行列車(chē)以時(shí)速4000公里的速度運(yùn)行，加、減速都要耗費(fèi)大量能源。在加速期間，列車(chē)在真空管道中運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生音障和熱障，但是在減速期間，則會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，如何能夠及時(shí)排除并給列車(chē)降溫，也是研發(fā)人員需要解決的難題之一。而列車(chē)在真空管道中高速運(yùn)行，對(duì)管道的密封性要求極高，而保證密封性的維護(hù)資金也不是小數(shù)目。如果將管道做成半真空，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，但是列車(chē)會(huì)不可避免地遇見(jiàn)音障和熱障。總而言之，列車(chē)速度越快，運(yùn)營(yíng)成本就越高，即使高速飛行列車(chē)解決了這些技術(shù)難題，能否在商業(yè)上運(yùn)營(yíng)成功，能否獲取收益，還是未知數(shù)。

“在真空技術(shù)上，中國(guó)通過(guò)載人航天工程等已有一定的積累，但這么長(zhǎng)的真空管道還沒(méi)有人做過(guò)，在制造工藝、技術(shù)上存在挑戰(zhàn)。”毛凱說(shuō)，由于技術(shù)難度高，“高速飛行列車(chē)”項(xiàng)目研發(fā)將會(huì)是開(kāi)放式的，此次中國(guó)航天科工集團(tuán)已聯(lián)合國(guó)內(nèi)外20多家科研機(jī)構(gòu)，成立了國(guó)內(nèi)首個(gè)國(guó)際性高速飛行列車(chē)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。目前，團(tuán)隊(duì)已擁有相關(guān)領(lǐng)域的200多項(xiàng)專(zhuān)利。

何時(shí)成真仍未可知

何時(shí)成真仍未可知

目前還處于研究論證階段的中國(guó)“高速飛行列車(chē)”項(xiàng)目將按照三步走戰(zhàn)略逐步實(shí)現(xiàn)。“第一步通過(guò)1000公里/小時(shí)運(yùn)輸能力建設(shè)區(qū)域性城際飛行列車(chē)交通網(wǎng)，第二步通過(guò)2000公里/小時(shí)運(yùn)輸能力建設(shè)國(guó)家超級(jí)城市群飛行列車(chē)交通網(wǎng)，第三步建設(shè)‘一帶一路’飛行列車(chē)交通網(wǎng)。”毛凱說(shuō)。

但中國(guó)的“高速飛行列車(chē)”何時(shí)能夠落地，目前并無(wú)準(zhǔn)確答案。毛凱表示：“高速飛行列車(chē)是一個(gè)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)，出于科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度，在目前的階段，很難提供一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間表。”

趙勇則更樂(lè)觀(guān)一些。他認(rèn)為，現(xiàn)有的一些底層技術(shù)已經(jīng)比較成熟，如果不計(jì)成本，政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)能緊密合作，1000公里/小時(shí)的列車(chē)落地能夠以年為周期來(lái)期待。在他看來(lái)，超級(jí)高鐵何時(shí)能落地并不僅取決于技術(shù)層面，還要看是否有市場(chǎng)需求。

來(lái)自研發(fā)團(tuán)隊(duì)rLoop的萊納德的說(shuō)法看起來(lái)既務(wù)實(shí)又樂(lè)觀(guān)。他說(shuō)，超級(jí)高鐵能在未來(lái)5年到10年成為現(xiàn)實(shí)已非常了不起，但在任何形式的公共使用之前，將會(huì)有大量的測(cè)試和監(jiān)管問(wèn)題有待解決。

Hyperloop One公司則對(duì)在中國(guó)建設(shè)超級(jí)高鐵興趣十足，其聯(lián)合創(chuàng)始人彼鮑伯·格瑞斯塔希望能在中國(guó)建立一個(gè)研究和設(shè)計(jì)中心：“北京、上海、成都都是可能的候選城市。”

盡管高速飛行列車(chē)何時(shí)能成現(xiàn)實(shí)仍未可知，但人們還是很關(guān)心到時(shí)它的票價(jià)會(huì)不會(huì)很貴。對(duì)此，毛凱表示，這要看每個(gè)人的需求，“從北京到武漢用10個(gè)小時(shí)和用1個(gè)小時(shí)的票價(jià)肯定會(huì)有差異”。他說(shuō)：“如果是1個(gè)小時(shí)能到，即便票價(jià)貴500元、1000元，需要的人也會(huì)覺(jué)得合算。”

彼鮑伯·格瑞斯塔對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答則更加有趣：“它可能會(huì)有時(shí)免費(fèi)，有時(shí)很貴。”據(jù)他介紹，未來(lái)從洛杉磯到舊金山的超級(jí)高鐵票價(jià)大約在20美元至30美元，而如果建立了新的商業(yè)模式，例如，在行程中建立某種基于大數(shù)據(jù)分析的廣告模式，就可以幫助“超級(jí)高鐵”公司賺錢(qián)，從而取代向乘客收費(fèi)。

（本刊綜合）※