有了高铁,许多人曾觉得地面交通已达到速度极限,毕竟时速超过300公里的列车使得遥远的城市变得触手可及。然而,人们对速度的追求并未停止,新的目标将列车的速度提升到每小时4000公里。那么,这种速度意味着什么呢?如果从北京到上海这两个相距超过1000公里的城市以4000公里的时速计算,理论上仅需约20分钟就能到达。这一速度不仅超过三倍音速,甚至快于许多民航飞机的巡航速度。初听到这个设想,许多人都会问:列车真的能达到如此速度吗?乘客能够承受吗?
其实这个构想并非偶然。早在2017年,中国航天科工就公布了关于超级高铁的研发计划,提出开发一种最高时速可达4000公里的新型交通方式。尽管其名称中依然有“高铁”,但其技术与我们平常所乘坐的高速列车截然不同。当前的高铁依旧是基于高速轮轨设计,通过车轮与钢轨的接触,利用电力推动列车前进。这种技术经过多年发展,已相当成熟。然而,轮轨列车有一个根本的限制:车轮与轨道之间的接触导致了摩擦、振动和机械损耗,速度越高,这些问题越明显。因此,若要继续提升速度,必须寻找新的技术路径。
磁悬浮列车就是一个可能的解决方案。其最大特点在于利用磁场作用使列车悬浮,从而不再依赖传统的车轮。通过特殊的磁力装置,磁悬浮列车在运行时能大幅降低摩擦阻力,因此其理论速度能够超过普通高铁。但空气阻力成了一个新的制约,大于350公里的速度下,空气阻力占据了列车总阻力的90%以上,且随速度提升而显著增加。上海磁悬浮列车自2006年投入运营,虽然设计最高速度为505公里,但实际运行速率几乎无法超过430公里,受限于高速情况下的空气阻力。如果空气成为制约,是否可以借鉴飞机的经验,换一个低空气阻力的环境?
飞机能以800至1000公里的速度飞行,主要因为它在高空中飞行,低密度的空气能显著减少空气阻力。尽管列车无法实现飞行,但超级高铁提出了在地面打造低空气阻力环境的设想。航天科工的设计方案是建设封闭真空管道,通过抽走内部空气,使列车在接近真空的环境中运行,大大降低空气阻力。此外,流线型车身与直线电机的持续电磁推动,使得超级高铁理论上具备冲击4000公里的潜力。然而,速度越快,另一大问题便是安全性。众所周知,人体对速度变化敏感,但对匀速运动并不在意,若列车设计合理,逐步加速至目标速度,乘客便不会觉得不适。
值得注意的是,超级高铁的发展并不是一步到位,计划分为多阶段推进。首阶段目标是突破1000公里的时速,相关实验预计在2024年完成,随后将继续向2000公里和最终的4000公里迈进。不过,从实验阶段走向商用,仍需解决众多问题,如建设数百或上千公里的真空管道、降低建设成本、确保管道长期稳定运行,以及乘客的安全和应急措施等,待解决的挑战依然艰巨。