超级高铁要实现“近地飞行”？

“超高速铁路”的最高时速为1200公里。

受附着、受电弓和噪声的限制，轮轨运输技术的临界时速为600公里。下一步，高速磁悬浮轨道交通将成为未来轨道交通技术发展的主要方向。

■我们的记者龚晓利

近日，西南交通大学首席教授张卫华在2018年世界交通大会上透露，世界上最快的超高速铁路试验线正在成都建设，预计今年年底前建成并投入测试。

据报道，中国版的超高速铁路将采用“高温超导磁悬浮+真空管道”技术，并已开始探索时速1500公里的可行性。

国家磁悬浮交通工程技术研究中心副主任林国斌告诉媒体，1500公里/小时只是目标的实验速度。这是否可行还有待验证。即使是在试验线上实现的，它是否能载人，是否能在实践中应用，仍然需要解决。从目前的研究阶段来看，超高速铁路投入商业运营还有很长的路要走。

“前瞻性的基础研究必须脚踏实地地进行；欲速则不达。”中国科学院和中国工程院院士、机车动力学专家沈志云告诉《中国科学日报》。

为后高速铁路时代做准备

“超高速铁路”的概念是由特斯拉创始人埃隆·马斯克在2013年的博客中提出的。根据他的设计，“超高速铁路”车厢就像一个太空舱，每个太空舱都放在一个真空管里，像一个炮弹一样发射到目的地。

“超高速铁路”最高时速可达1200公里，超过目前最快的客机之一波音787(最高时速800公里至1000公里)，从上海到北京仅需一小时。许多美国科技公司都在积极开发与“超高速铁路”相关的技术，但目前仍处于可行性分析和测试阶段，还没有成熟的项目。

"人类对提高地面交通速度的追求是一个永恒的历史话题."沈志云表示，中国铁路在多年自主创新和积累实践经验的基础上，成功实施了“引进、消化、吸收、再创新”战略。现在，高铁的“中国标准”正在逐步超越过去的“欧洲标准”和“日本标准”，并被越来越多的国家采用。

沈志云认为，人类地面交通的发展肯定不会止于高铁。“与高速铁路的发展并行的是不断改进的技术，如磁悬浮技术、正常传导、超导、低速、高速等。，层出不穷。人类创新的步伐从未停止过。”

受附着、受电弓和噪声的限制，轮轨运输技术的临界速度线为每小时600公里张卫华认为，在下一步，高速磁悬浮轨道交通将成为未来轨道交通技术发展的主要方向。

中国对高速列车的研究历史悠久，后高速列车时代一直是学术界讨论的热点。2004年，沈志云在中国科协举办的“院士论坛”上作了“真空管道高速运输”的报告。他在会上指出，真空(或低压)管道地面运输是实现超高速的唯一途径，并认为我国应致力于发展时速600-1000公里的超高速地面运输。

“我们不提倡急功近利。在技术突破之前，我们永远不会筹集大量资金和进行项目。”沈志云坦言，真空管道高速运输技术可能要20到30年后才能实现，“但这项技术是对高铁的又一次颠覆，必须从现在开始研究，以确保中国在引领高铁时代之后，能够继续引领后高铁时代”。

技术路线的明确选择

数据显示，今年年底前将建成并投入测试的全新测试线是一条直径4.2米、长度140米的专用管道。它将在低压环境下测试。测试车的底部覆盖着特殊的高温超导材料。超导和磁悬浮效应可以依靠液氮形成的低温来实现。悬挂高度为10毫米，载荷为200公斤，最高测试速度可达400公里/小时。

“实验室已经证实‘磁悬浮+真空管道’创造的低阻运行环境能够有效提高未来高速铁路的速度。”张卫华告诉《中国科学》。

所谓高温超导是指在零下196摄氏度的液氮环境中，由特殊材料制成的超导体的零电阻效应。低温超导性是指在零下269摄氏度的液氦环境中的超导特性。高温超导磁悬浮具有自稳定、自导向和静态悬浮的优点。换句话说，在高温超导体被放置在永久磁铁轨道上之后，火车在低速甚至静止时可以有稳定的导向力和悬浮力。

张卫华进一步介绍，西南交通大学承担的“多状态耦合轨道交通动态模型试验平台”将在真空管道中进行不同磁悬浮模式和比例的模型车辆的运行试验，该真空管道可模拟1500米处的不同低压环境，包括高温超导磁悬浮模式，试验速度超过声速。据张卫华称，中国最快将在2021年4月达到每小时1500公里的测试速度。

说到磁悬浮列车，我们不得不提到世界上第一条运营中的磁悬浮线路——上海浦东机场线，它采用了德国的正常导向磁悬浮技术。这列火车的最高时速为430公里，平均时速为380公里。

“正常情况下，导向磁悬浮技术利用磁引力来实现悬浮。这是一个不稳定的系统，需要强大的手动控制设备来确保悬浮高度。任何控制都需要时间，这叫做时间延迟。运行速度越高，允许的时间延迟越小。偶尔，粗心会导致不稳定。”沈志云说，类似的事故发生在德国的试车线上，一辆汽车被烧毁。因此，德国没有继续发展正常的速度，甚至测试线已经被拆除。“世界上唯一幸存的运营线路是上海浦东磁悬浮机场线。是否会有更大的突破还有待观察。”

“超导利用同性磁极相斥的原理，通过高达100多毫米的排斥力来悬浮飞行器。它是一个自稳定系统，可以自动保持设计的悬挂高度，无需任何控制装置。这本身就显示了使用超导技术的高速列车相对于普通传导技术的优势。”沈志云说道。

还有一些时间来做生意。

从目前的情况来看，中国新开发的“复兴”电动车组的最高设计速度为400公里/小时，在试验期间达到了420公里/小时，但实际上仍以350公里/小时的速度运行

“当时，为了保证350公里/小时的运行速度，我们建立了600-500-400公里/小时的测试系统。也就是说，地面模拟运行试验可以达到600公里/小时，使线路上的试验速度达到500公里/小时，从而保证最高运行速度达到400公里/小时。”沈志云说，对于超高速铁路来说，要保证它能以1000公里/小时的速度运行，地面模拟最大速度应设定在1500公里/小时，这样既能保证1000公里/小时的初始运行速度，又能保留

每小时1000公里的速度并非不可能，但需要大量的人力、物力和财力。无论是真空技术还是磁悬浮技术，都不可能取得突破，但有必要推动飞行员着陆。“这在原则上是可行的，但有必要加快项目开发，并将商业运作与科学实验结合起来。”中国工程院院士、空气动力学家乐嘉玲在一个关于潜艇真空磁悬浮列车项目的研讨会上建议。

在“超高速铁路”投入工程之前，还有许多基础研究要做。沈志云说:“我们在小规模环形线试验方面取得了突破，正在进行大型管道(直径4.2米，长度140米，标准大气压0.05~5.0)的动态模型风洞试验，速度可达450公里/小时。已确定在成都市天府新区建设1.5公里长的管道，进行1500公里/小时的超高速动态模型风洞试验，研究解决“超高速铁路”的一系列关键技术问题，从而能够在铁路公司的领导下建设一条1000公里/小时的工程示范线

中国工程院副院长、中国铁路总公司总工程师何华武表示，上海虹桥至杭州的“超高速铁路”条件已经预留，如果这条线路继续深化，有望在10年内实现。

沈志云认为，真空管道高温超导磁悬浮沪杭线将是第一条示范线，建成后的发展是无限的，包括速度的提高。“应该说，2000公里/小时甚至4000公里/小时的超高速是可以实现的。”

《中国科学日报》(2018-07-05第5版《技术与经济周刊》)