沈羨云

近日，中國工程院和有關(guān)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(yù)計(jì)在2035年投入運(yùn)營。超級高鐵采用更先進(jìn)的磁懸浮技術(shù)，全程在真空管道中離地“飛行”，時(shí)速可達(dá)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(jié)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(shù)公司（SpaceX）的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克提出，其背后的原理是利用磁懸浮技術(shù)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(shù)是一種利用磁場的作用力讓列車懸浮在軌道上的技術(shù)，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(nèi)的空氣抽走，形成真空狀態(tài)的裝置。這樣可以減少空氣阻力，提高列車的運(yùn)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(tài)，可以極大地降低行駛中產(chǎn)生的空氣阻力。

超級高鐵有哪些優(yōu)勢

速度快。超級高鐵時(shí)速可以達(dá)到1000千米以上，甚至可以超過飛機(jī)的速度。這意味著人們可以在更短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)更遠(yuǎn)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(shè)計(jì)十分安全，不會脫軌，更不會翻車。超級高鐵運(yùn)行在真空管道內(nèi)，不受天氣、地形等外界因素的影響，不會發(fā)生與其他交通工具的碰撞事故。由于采用磁懸浮技術(shù)，列車不會與軌道接觸，不會產(chǎn)生火花、煙霧等安全隱患。

節(jié)能環(huán)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(yùn)行成本。它采用電力驅(qū)動，不會排放任何有害氣體和廢棄物，對環(huán)境沒有任何污染。

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

運(yùn)營成本低。傳統(tǒng)高鐵車輪每運(yùn)行120萬千米就需要返廠檢修，每運(yùn)行240萬千米就要強(qiáng)制報(bào)廢。而超級高鐵沒有車輪，沒有摩擦損耗，所以投入運(yùn)營之后維修量少，運(yùn)營成本顯著下降。

超級高鐵技術(shù)需要攻破哪些難題

超級高鐵系統(tǒng)所需要的真空管道技術(shù)和磁懸浮技術(shù)，目前已經(jīng)有了一些突破性研究進(jìn)展，但仍需要攻克很多難點(diǎn)。首先，如何以低成本實(shí)現(xiàn)、維持一個(gè)大體積的低真空空間是一個(gè)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(tài)。另外，超級高鐵需要采用直線牽引技術(shù)，但目前這一技術(shù)的功效尚不能滿足其動力需要，仍有待改進(jìn)。還有，對于超級高鐵而言，目前的磁懸浮技術(shù)也不夠穩(wěn)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(fā)和測試超級高鐵技術(shù)，試圖搶占這一未來交通市場的先機(jī)。其中最著名的就是太空探索技術(shù)公司（SpaceX） 和美國超級高鐵公司（Hyperloop One）。SpaceX 在美國內(nèi)華達(dá)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(nèi)華達(dá)州和阿聯(lián)酋迪拜建立了兩條超級高鐵試驗(yàn)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(shù)。印度計(jì)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(yù)計(jì)在2029年完成。日本和韓國也在研發(fā)各自的超級高鐵技術(shù)，并已進(jìn)行了多次成功的試運(yùn)行。

中國在超級高鐵研制方面取得領(lǐng)先地位

中國科學(xué)家自2017年起就開始研究超級高鐵技術(shù)，主要研究方向是將超聲速飛行技術(shù)和軌道交通技術(shù)相結(jié)合，即通過超導(dǎo)懸浮技術(shù)和真空管道技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)超聲速的近地飛行。這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)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(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在低真空環(huán)境運(yùn)行，空氣阻力比傳統(tǒng)高鐵的空氣阻力低3%，再加上磁懸浮技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了貼地飛行。與美國、日本等國打造的產(chǎn)品相比，我國的磁懸浮技術(shù)在成本上更具有優(yōu)勢。普通超導(dǎo)體需要使用溫度達(dá)到-269℃的液氦來冷卻，才能保持超導(dǎo)特性，而我國研制的“高溫超導(dǎo)體”只需要使用-190℃左右的液氮即可達(dá)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(jì)南成功運(yùn)行了全球首個(gè)電磁橇，它對于噸級以上物體的最高推進(jìn)時(shí)速可達(dá)1030千米，創(chuàng)造了大質(zhì)量超高速電磁推進(jìn)技術(shù)的世界最高速度紀(jì)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(yùn)行時(shí)也能降低磨損。