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超级高铁:从历史到现实

鏃ユ湡;2019-06-13  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  日前,主题为“交通让世界更美好”的2018世界交通运输大会在北京国家会议中心召开。会上,众多备受关注的未来交通新概念和新思路纷纷登场,展示了交通领域日新月异的新科技将改变人们生活的美好愿景。其中的超级高铁技术发展尤为引人注目。

  超级高铁与大众的出行密切相关,它最吸引人之处,就是其运行速度远超轮轨式高铁列车,时速可达600千米至1200千米,甚至有很多人断言能够达到4000千米以上。

  这类超级高铁有一个共同的特点,就是列车必须在密封的真空或者低气压管道中运行。具体而言就是通过抽取空气达到接近真空的低气压环境,采用气动悬浮或者磁悬浮驱动技术,让列车在全天候、无轮轨阻力、低空气阻力和低噪声模式下超高速运行。这种新式交通模式也称为“真空管道运输”,俗称“超级高铁”。

  与时速800千米的飞机相比,当超级高铁达到该速度之时,飞机耗能是后者的6倍;在耗能相等的情况下,超级高铁的速度是地面其他交通工具的5倍以上。真空管道列车一般采用电能,清洁无污染,比飞机、汽车这类耗油大户更环保;由于管道密封,深埋地下或者高架空中,采用双管道设置,列车来回不受干扰,只要解决了列车的安全制动问题,系统的安全系数还是很高的。

  气动悬浮列车又分为“气垫悬浮”和“气膜悬浮”两大类。“气垫悬浮”的技术原理是通过燃气轮机输出压缩空气,在车辆底部形成气垫,使得列车悬挂在导轨的上方,再通过车辆后面的马达驱动列车前进。气垫悬浮列车最早出现在法国,该领域的技术先驱就是法国科学家吉恩·伯庭,1974年3月5日,他研发的气垫列车创造了平均时速417千米的记录,瞬时最高速度达到了430.4千米/小时。但是这款高速列车生不逢时,无法解决噪声和振动缺陷,又遭遇了世界性的石油饥荒,最后被政府撤资抛弃。除了法国之外,英国、美国和日本也曾经组织研发气垫悬浮列车。

  气垫悬浮列车问世已经40多年,始终没有形成气候,这是因为它们都有一个致命的缺陷,就是运行不稳定。列车的稳定性解决不了,实用就是空谈。

  而气膜悬浮列车的技术原理,是通过安装在车底的气腿喷射空气形成的气膜,从而支撑悬浮列车。相比之下,气垫列车形成的气垫厚度是百毫米级,而气膜悬浮列车形成的气膜厚度是毫米级,后者比前者运行更加稳定。

  值得一提的是,气膜悬浮列车是我国科学家首次发明的,其核心技术就是气膜形成技术,在1998年被首次开发应用,2002年研制成功气膜悬浮样车,试验速度可达600千米/小时,在2004年通过了专家鉴定。然而,如今已经过去了14年,这项技术由于实用性难以达到要求,仍旧没有商用化,也鲜有新的进展。

  引起全球热炒的“超级回路”超高速列车,由美国亿万富翁埃隆·马斯克在2013年首次提出,最初的构想也是利用气动悬浮技术,但是在实验中认为不可行,最后改成了磁悬浮技术。

  和屡败屡战的气动悬浮列车不同,磁悬浮技术经过四十多年的发展,如今已经实现了商用化,并且形成了三大独立的技术,分别是电磁悬浮、电动悬浮和高温超导磁悬浮。上述三项技术的代表国家是德国、日本和中国。

  谈起磁悬浮技术的起源,可以追溯到114年前。在1904年,美国火箭先驱罗伯特·戈达德作为一名大学新生,发表了一篇论文,提出可以通过电磁排斥力让列车悬浮在导轨上,进而在真空管道中高速运行,这是对真空管道磁浮列车概念的首次提出。对磁悬浮列车技术做出开创性贡献的,是德国磁浮列车技术先驱赫尔曼·肯佩尔,他是全世界第一个将磁浮列车当成严肃科学并认真对待的科学家,被称为“磁浮列车之父”。赫尔曼从1922年开始研究磁浮列车技术,10年的艰苦攻关之后,他向柏林专利局申请了一项磁浮列车的专利并获批准。德国的磁浮列车就是基于赫尔曼的发明而发展来的。


 
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