近地飛行：未來交通出行的“第五元素”

文·圖/沈臻懿

更迅捷、更環保、更經濟的全新交通出行方式

隨著現代科技的發展，上天入地對于人類而言早已稀松平常。說起交通出行方式，人們往往想到的是搭載飛機、火車、輪船和汽車這四種常規工具。在這其中，飛機是速度最快、耗時最少的一種。當前，民航噴氣式客機的時速通常為800公里/小時左右。若以空客A380為例，其最高巡航速度可達945公里/小時。那么，有沒有一種交通工具，能夠比萬米高空中飛行的客機速度更快呢？答案幾乎是肯定的。或許在不久的將來，一種名為“近地飛行”的高速交通系統就將從實驗測試階段走向商業推廣，成為繼飛機、火車、輪船和汽車之后交通出行的“第五元素”。

“近地飛行”高速交通系統，最初源于科學家們提出的一種新型運輸構想——利用“膠囊吊艙”，在密閉真空管道中運載乘客和貨物。具體來說，就是研制出一種用磁力和真空驅動的超高速列車，使其能夠通過管道進行長距離的運輸。這一理念聽上去似乎有點類似于磁懸浮列車。相較于傳統鐵路運輸，磁懸浮列車運行速度更快，加速能力更強，噪聲影響更小，對軌道設施基本無磨損。某種意義上而言，磁懸浮列車可以看作是“近地飛行”高速交通系統的前身。不過，兩者之間依然有著極大的差別。就運行環境而言，“近地飛行”高速交通系統必須配置專門的運輸管道。

真空或近似真空的狀態，能夠最大程度減少空氣阻力，以實現列車的超高速行駛。但考慮到真空狀態極難維系，即便是管道上出現的細微裂縫或泄漏點，都會導致整個系統的癱瘓。為此，科學家們嘗試在低真空環境中運行“膠囊吊艙”列車，并將“近地飛行”高速交通系統管道內的氣壓設定在100Pa（帕），約為一個標準大氣壓的千分之一，大為降低了管道內的空氣阻力?！澳z囊吊艙”底部裝載了磁鐵，管道地面則有磁場在流動，列車可利用磁場來獲得推動力。當“膠囊吊艙”通過管道時，前方會產生拉力，后方則產生推力，從而令其快速前行。同時，管道內部的真空狀態，又可極大程度地減少空氣摩擦，從而使“膠囊吊艙”列車獲得更大的運行速度。

“膠囊吊艙”列車的加速和制動，由線性電機所控制，可以實現全程高加速度。當列車在狹長的管道中達到旅行速度后，空氣壓縮機亦可提供所需的動力。據測算，“近地飛行”高速交通系統的最高時速可超過1000公里/小時，略低于音速。但隨著運輸距離的延長，不排除其在超長距離上時速超過音速的可能性?！敖仫w行”高速交通系統全速啟動時，乘客會有類似飛機起飛的推背感，其速度可達高鐵的4倍、一般客機的2倍?！澳z囊吊艙”列車的車廂座位設計數為12～28個左右。這一并不算大的運輸量，可以讓發車班次變得更為密集，乘客也不用花過多時間在站臺候車。

除了出行迅捷這一優勢外，“近地飛行”高速交通系統的環保性和經濟性，則更多體現在其設施結構方面。高速交通運行線路由兩條平行設計的管道組成，分別對應起點到終點的上下行線路。該技術所需的運輸管道為鋼結構材料制成，內徑尺寸2.23米或3.3米，具體取決于運行“膠囊吊艙”列車的大小。運輸管道通常會安裝在距地面6米高的鋼筋混凝土支柱上。這種高架結構，可以最大程度減少“近地飛行”高速交通系統基礎設施占用的空間。此外，整個“近地飛行”高速交通系統所需的能耗均可由安裝在運輸管道外側的太陽能板來供電。若在此過程中電能還有余量，則可接入普通電網，或予以存儲，以供系統在夜間或陰天等陽光欠佳的條件下保持正常運行。

“近地飛行”高速交通系統前瞻

從物理定律上，“近地飛行”高速交通系統的技術設計確實可行。但作為一項從未付諸實踐的全新技術，真空管道內的“膠囊吊艙”列車運行仍需經過大量驗證方可趨于成熟。

此前，已有科技公司在沙漠測試場中完成了一次“近地飛行”高速交通系統的載人試驗。此次試驗使用了500米長、內徑為3.3米的測試軌道，并搭載了兩名乘客“體驗官”?！澳z囊吊艙”列車在管道強磁力的作用下，僅花費15秒時間就將乘客安全送抵終點。由于測試軌道的長度遠遠不足，試驗中測得的“膠囊吊艙”列車最高時速僅為172公里/小時。這一數據看似遠低于“近地飛行”高速交通系統1000公里/小時的理論時速，考慮到此系載人試驗，其已在一定程度上驗證了載人運行時最引人關注的部分——安全性問題。據一名乘客“體驗官”稱，試車過程非常順利，完全沒有坐過山車的起伏或顛簸之感。“膠囊吊艙”列車的加速極快，且乘坐時并無不適感。載人試驗成功后，該科技公司預計在2025年完成“近地飛行”高速交通系統的安全認證，并力爭從2030年起正式開通第一條28人座的商用運營線路。

“近地飛行”高速交通系統要想在未來有著更大的發展前景和商業化運行，就必須提供更為安全的體驗、更為優質的服務以及更為低廉的售價。唯有如此，才可能將乘客從當前的飛機、火車、輪船和汽車等主流交通出行方式中吸引過去。盡管現行的出行方式還存在著諸多不完美，但至少已建立了深厚的用戶基礎，且足夠安全。因此，“近地飛行”高速交通系統在未來的發展中，還需要進一步證明通過管道進行旅行的技術是安全可靠的。

安裝在地面之上的運輸管道和支柱，勢必會受到地震和地質活動的影響。這不但可能導致管壁變形引發管內碰撞，劇烈的地震甚至還會使支柱坍塌、管道損毀。高速狀態下，即便是輕微的軌跡偏離，都會造成相當大的沖擊力。不可否認，“近地飛行”高速交通系統的設計，已考慮到地震發生時的安全性。系統在監測到首次地震波后，就會即刻觸發緊急制動指令。姑且不說減速過猛可能出現的嚴重碰撞，即便是采用極強減速力進行緊急制動，也至少需要2公里的制動距離和15秒的停車時間。但對于強烈地震而言，這一應對時間仍然需要再縮短。這就需要“近地飛行”高速交通系統在之后的驗證中考慮如何進一步提升碰撞后的安全保護，如何更好地應對災害、事故帶來的后果。為此，研究人員也在探索使用一種新型智能材料作為“膠囊吊艙”的車廂新材料。這種由輕量級碳纖維構成的材料，強度大于鋼材料10倍，且比鋁合金更輕。材料內集成嵌入了各類傳感器，可用于實時讀取“膠囊吊艙”的穩定度、完整度、溫度等信息，并及時傳回運行控制中心。同時，“膠囊吊艙”使用了雙層智能材料結構來打造。材料和結構方面的優化，不僅可以大幅減少列車長途運行的能耗，即使發生碰撞造成外層材料毀損，仍可保證列車的安全運行。

“近地飛行”高速交通系統的運行模式，最值得關注的便是其有著極大的低碳減排優勢：一方面，系統運行所需的電力均由可再生能源提供，包括太陽能和電池科技等技術的提升，將推動“近地飛行”高速交通愈發成熟；另一方面，若未來能夠構建起多區域的“近地飛行”高速交通系統網絡，則可以取代當前碳排放量較大的傳統地面交通以及短途客運和貨運線路，在減少環境污染的同時，還可為道路通行騰出更大的空間。