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真空管道磁懸浮列車，原理即是利用真空管道和超導磁懸浮技術，實現(xiàn)高速的“近地飛行”，被譽為繼公路、鐵路、水路和航空之后的人類的“第五種交通方式”。實際上，在上世紀初20年代，就有人提出了真空管道磁懸浮列車的概念，但近一百年的時間內，始終沒有成為現(xiàn)實，在學術界外而很少有人關注。2013年，硅谷“鋼鐵俠”埃隆?馬斯克提出了“超級高鐵”的設想，從此，這種新的交通方式，才引起了媒體的廣泛關注。

交通工具的氣動阻力：

任何一種交通工具的全壽命費用包括研制成本和運行費用。運行費用包括消耗的能源費用和維護費用。其中當重復使用達到幾千次之后，運行費用在全壽命費用中占的比重將很高。顯然，交通工具所消耗能源的費用，將正新鄉(xiāng)真空爐體材料比于阻力的大小。根據(jù)空氣動力學，交通工具的阻力D可用以下公式來表示：D= DA+ DF

式中DA為氣動阻力，DF為與地面的摩擦阻力，包括車輪的滾動摩擦阻力和傳動系統(tǒng)中的摩擦阻力。飛機與真空管道列車的地面摩擦阻力都為零。在空氣動力學中DA通常用以下公式來表示：DA=?V2SCD/2

其中?為密度、S為參考面積例如列車的橫截面積，CD為阻力系數(shù)。阻力系數(shù)隨速度的增加而增加，接近聲速時達到最大值，然后再隨速度的增加而下降。由于目前的民航客機都是以高亞聲速飛行在10公里的高空，此時的空氣密度約為地面空氣密度的30％。因此當速度不斷增加時，飛機所消耗的能量將少于地面行駛的交通工具。目前公認當速度超過每小時4新鄉(xiāng)真空爐體材料00至450公里時，飛機將更為經(jīng)濟。飛機的另一 優(yōu)點是充分利用了高速流動的空氣作為發(fā)動機能量輸入的一部分。

從上列公式可知，當列車在抽真空的低密度的大氣中運行時，情況有所改變。當然，一般來說降低密度還將降低阻力系數(shù)。然而，由于管道列車將在管道中運行，其阻力系數(shù)也將正比于堵塞比（列車的橫截面積和管道面積之比）。特別是當速度接近聲速時，管道的堵塞效應會使阻系數(shù)力大大增加。對于低密度管道中列車的阻力系數(shù)隨速度的變化，也將隨速度的增加而增加，并在達到聲速時達到最大值。由于目前國內外對真空管道列車在接近聲速時的氣動力學現(xiàn)象，研究很少，從而缺乏可靠的數(shù)據(jù)來說明當速度接近聲速時它會遇到何種問題。但可以肯定，此新鄉(xiāng)真空爐體材料時一定要求有更小的堵塞比，從而要求用更大尺寸的管道，或要求采用更低的密度。這兩個因素都將導致所需的能量大大增加。

由此，我國研究真空管道列車的學者提出，當速度超過每小時600 公里時，要求管道中達到百分之一大氣壓的低壓環(huán)境，當速度超過每小時1000公里時，要求管道中達到千分之一大氣壓的低壓環(huán)境。

國外真空管道列車的發(fā)展概況：

現(xiàn)代火箭之父羅伯特?哥達德（Robert Goddard），在Worcester工學院1904年的開學典禮上演講時提到：在波斯頓至紐約之間建一條真空管道鐵路線，車輛通過電磁方式懸浮在軌道上，消除金屬之間的接觸，這種運行方式從波斯頓到紐約的旅行時間只需10分鐘。

1922年，德國工新鄉(xiāng)真空爐體材料程師赫爾曼·肯培爾(Herman Kemper)在提出磁浮列車概念時，同時提出“真空管道”的設想，認為采用管道抽真空的辦法可以實現(xiàn)磁浮列車速度每小時1000公里的目標值。

1974年，瑞士的魯?shù)婪?里斯（R Nieth）博士，提出了地下真空隧道磁懸浮列車的概念，也就是“瑞士地鐵”。他在1985年獲得瑞士政府的支持，資助了一項最初研究。里斯和他的團隊在1999年想瑞士聯(lián)邦議會提交了一份研究報告，提出具體技術方案。但“瑞士地鐵”在1999年后就一直處于停滯狀態(tài)，瑞士聯(lián)邦議會更在2005年決定不再推進這個項目。

1999 年，美國佛羅里達洲的機械工程師戴勒·奧斯特（Daryl Oster），取得了新型運新鄉(xiāng)真空爐體材料輸方式—真空管道運輸系統(tǒng)的發(fā)明專利，英文名為Evacuated Tube Transportation，縮寫為ETT。其原理可簡單描述為：將超導磁懸浮列車置于真空管道內，利用線性電機加速至預定速率。由于電動機和真空管已融為一體，所以真空管中的傳輸艙不需要發(fā)動機或者電力激活的部件。

為了促進ETT研究與開發(fā)工作，戴勒·奧斯特于1999年在美國佛羅里達州注冊成立http://Et3.com公司。ET3公司提出的“膠囊列車”由運輸管道、載人艙體、真空設備、懸浮部件、彈射和剎車系統(tǒng)等組成。運行時，通過磁浮技術，將重達183公斤、長達4.87米、高約1.5米，能容納4至6名乘客的膠囊狀艙體“漂浮”于真空處新鄉(xiāng)真空爐體材料理的管道中，再利用彈射裝置，發(fā)射“膠囊”沿著管道無間斷地駛向目的地。根據(jù)預想，由于處在無空氣、無摩擦的運輸環(huán)境，膠囊列車的速度可以達到每小時6500公里。從美國紐約到洛杉磯只要45分鐘，如果跨越太平洋，至北京也僅需2小時即可達到。

2002年底，戴勒·奧斯特來到中國，并在西南交通大學工作了三個月，就建設高溫超導磁浮模式的真空管道運輸試驗，進行了交流和探討。在戴勒·奧斯特離開后，西南交通大學啟動了我國在真空管道運輸領域的研究開發(fā)工作。

埃隆?馬斯克在2013年發(fā)布了一份白皮書，提出“超級高鐵”概念，聲稱舊金山到洛杉磯的超級高鐵列車能達到最高時速1200公里，造價為60億-100億美元，僅為加州高鐵項新鄉(xiāng)真空爐體材料目的十分之一，但這一造價當時就被業(yè)內普遍認為太低。據(jù)馬斯克的介紹，“超級高鐵”將采取太陽能供電方式，能夠自行補充能量。在系統(tǒng)中裝上太陽能電板后，獲取的能量將超過消耗所需，此外，該系統(tǒng)還有存儲能量的設施，在不使用電池板的情況下也能行駛一周時間。

2014年美國成立了Hyperloop One公司。2016年10月Hyperloop One宣布完成了一筆5000萬美元的C輪融資，總融資額達到1.6億美元。

2017年8月31日，馬斯克在自己的個人Instagram賬號上宣布，特斯拉的超級高鐵列車時速達到355公里。

然而，對于“超級高鐵”，外界也不斷提出質疑。2017年9月5日美鐵公司總裁理查德?安德森新鄉(xiāng)真空爐體材料（Richard Anderson）表示，他并不認為，由馬斯克提出的超級高鐵，可以在短時間內實現(xiàn)，并能超過傳統(tǒng)鐵路運輸。

Hyperloop One公司最近曾表示：“公司現(xiàn)在的重心是真正和政府以及世界各地的客戶進行深入的商業(yè)討論。我們的重心的確在發(fā)生轉移，不僅僅是科技，而更重要的是商業(yè)化?！?/p>

我國真空管道列車的研究：

早在上世紀末，我國沈志云院士在《我國真空管道高速交通的發(fā)展戰(zhàn)略和技術方案》中指出：限制地面高速交通最高經(jīng)濟素的根本原因是稠密大氣，克服氣動作用是地面高速交通的主要任務。在《高速磁浮列車對軌道的動力作用及其輪軌高速鐵路的比較》一文中，沈志云院士引用了德國磁浮列車和日本新干線輪軌列車的牽引新鄉(xiāng)真空爐體材料曲線，研究顯示不管是磁浮還是輪軌列車，當速度達到400 公里/小時以上時，空氣阻力所占總阻力的比重將達到80% 以上。而80% 以上的能耗用于克服空氣阻力，應當認為是不經(jīng)濟的。因此，為了在地面上實現(xiàn)400 公里/小時以上超高速交通，只有通過改變介質的密度，才能夠變?yōu)楝F(xiàn)實。

2004年12月，由沈志云院士等主持在西南交通大學，召開了《真空管道高速交通》院士學術報告會，提出了我國發(fā)展真空管道列車的設想。他在《關于我國發(fā)展真空管道高速交通的思考》的報告中提出，我國真空管道高速交通的戰(zhàn)略定位應為600-1 000 km /h超高速地面交通,是目前地面高速交通的延伸和補充。他表示：當前正在開發(fā)的輪軌高速鐵新鄉(xiāng)真空爐體材料路,速度為300-350 km /h,是現(xiàn)有鐵路網(wǎng)提速的必然趨勢. 上海浦東引進德國常導磁浮列車,速度為400-450 km /h,不失為磁浮列車技術工程化的大膽嘗試。這2項已列入我國中長期交通科技發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究。真空管道高速交通速度更高,技術難度更大,是交通應對幾十年后能源、環(huán)保嚴重問題的重要措施,將成為20-30以后交通運輸市場的亮點。就當前來說,研究真空管道高速交通是最具前瞻性、前沿性的前期研究,與其他高速交通的研究并行不悖,相輔相成。因此,真空管道高速交通的戰(zhàn)略方針應當是研究領先,試驗開路,分階段實現(xiàn)工程化,以2020年拿出最優(yōu)工程方案, 2030年開通首條運營線為目標。對于真空管道新鄉(xiāng)真空爐體材料高速交通這樣的高技術項目,必須進行多方案比較試驗,優(yōu)選各個子系統(tǒng)的技術,還要反復進行系統(tǒng)綜合評估,才能找出最佳結構方案及參數(shù)。所以,不能急功近利,過早考慮實際工程實施,盲目追求市場效應。

2011年，西南交通大學超導與新能源研究開發(fā)中心主任趙勇教授領導的團隊，研制出全球首個真空管道高溫超導磁浮列車試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)軌道直徑3米，管道最低壓強2000帕，磁浮車采用線性電機驅動。目前，這第一代實驗模型已被拆除。2016年1月，趙勇團隊完成第二代真空管道高溫超導磁浮列車系統(tǒng)的建設，系統(tǒng)首次采用“壁掛”式運行，即將直徑6.5m的環(huán)形軌道鋪設在環(huán)形金屬壁面上，使磁浮車沿壁面高速行駛。研究團隊認為，在結構力學新鄉(xiāng)真空爐體材料上，第二代系統(tǒng)有效增大了磁浮車沿環(huán)線運行時的向心力，并防止磁浮車沿軌道切向脫軌，從而使磁浮車獲得更高的運行時速和安全穩(wěn)定性。2016年5月，系統(tǒng)完成第一階段調試，時速達到108公里；2016年10月，系統(tǒng)完成第二階段調試，時速達到150公里。趙勇對澎湃新聞表示，“目前，我們實驗室在高溫超導磁浮方面能做到時速160公里，這應該是實驗室最高速度了?！睂嶒炇蚁到y(tǒng)的難點在于，“場地有限，只能做成環(huán)形，環(huán)形的小半徑離心力很大，做起來非常困難。”

目前，超導磁懸浮領域的時速紀錄在日本。日本采用低溫超導磁浮技術，載人速度可達時速603公里，這一技術業(yè)也已成熟。2014年，日本開工建設世界首條最高時速達505公新鄉(xiāng)真空爐體材料里的超導磁懸浮高速鐵路，預期2027年建成通車。對此趙勇表示，“日本的這一時速是在稠密大氣中間實現(xiàn)的，如果把稠密大氣變成低壓管道的話，時速1000公里理論上是可以實現(xiàn)的?！钡珶o論是真空管道，還是高溫超導磁浮技術，或者是把這兩項結合起來，“國內國外都是空白，還有很多核心技術要開發(fā)?！?/p>

在趙勇的設想里，項目必須要從實驗室走向戶外?！皯敉鈱嶒炇紫刃枰獔龅?，起碼要1公里或者2公里的管道做前期試驗，中試起碼要幾十公里，日本600公里時速的磁浮線有三十多公里的線，按照這個比例的話，50到100公里的中試線是需要的”。趙勇認為，這些步驟都必不可少，“沒有這些試驗，你做出來的東西誰敢用？在這上面反復地試，給出安新鄉(xiāng)真空爐體材料全性的保障，這樣才能推廣到工程上去?！倍鴳敉饨⒄婵展艿来艖腋∧Ｐ驮靸r之高并不是一個實驗室所能承受?！巴度肟隙ㄊ且詢|為單位的，可以類比一下，地鐵的造價是每公里6億元-10億元，參照這個數(shù)字也不是我們實驗室可以做的?！币虼耍w勇呼呼政府和資本能夠投入資金。

2014年，北京九州動脈隧道技術有限公司，提出了建設跨海真空旅游飛行巴士的設想。其方案將集海底隧道技術、真空管道運輸技術及磁懸浮列車技術于一體，形成的一種新型跨海交通旅游運輸系統(tǒng)。

真空管道列車的關鍵技術：

真空管道運輸技術的原理雖然簡單，但實現(xiàn)起來卻很困難，必須攻克一系列關鍵技術。

首先，提供實現(xiàn)一個體積巨大、保持時間長、安全系數(shù)高的真空管道系統(tǒng)的新鄉(xiāng)真空爐體材料技術。像超高速管道列車的運行，一般至少需要幾百公里甚至更長的管道，如何保證管道長期的良好密封是一個需要解決的技術難題。

其次，真空環(huán)境下相關設備的運行技術。真空環(huán)境下，許多在常規(guī)空氣環(huán)境下可以正常工作的設備會難以運行，超高速管道列車的驅動和運行極為復雜，許多設備只有經(jīng)過實踐，才能發(fā)現(xiàn)和解決問題。理論上，在真空環(huán)境內交通運輸確實有可能達到更高速度，但最高速度不僅與真空度有關，還與懸浮導向系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)及運行控制系統(tǒng)性能相關。隨著速度提高，因懸浮、導向、驅動力系統(tǒng)，引起的磁浮列車的振動也會加劇，如何使各個分系統(tǒng)協(xié)調工作，尚待工程實踐來解決。

再次，保障列車安全運行的技術。雖然超高速管道列車要新鄉(xiāng)真空爐體材料比一般的交通方式更安全，不受天氣影響，但并不意味著它可以避免運行中出現(xiàn)任何問題。普通列車在制動時，常規(guī)的應急制動大多采用摩擦制動，但這一方式在真空環(huán)境內無法實現(xiàn)，因此當超高速管道列車遭遇突發(fā)故障，采用何種方式剎車，考驗著研究人員的智慧。

最后，降價建設費用的技術。橫亙在超高速管道列車從設想走向現(xiàn)實的最大障礙，還是建設成本和運行費用。由于目前大城市的市內交通的速度有限，而超高速真空管道列車為了滿足乘員對低加速度的要求，必須要有較長時間的加速和減速過程，因此只有在長距離運輸時(例如大于1500公里)，真空管道列車才會顯現(xiàn)優(yōu)勢。因此建設超高速真空管道列車，必將要求投入巨資和大規(guī)模征地，這些都在無形中增新鄉(xiāng)真空爐體材料加了建設成本。

真空管道列車的發(fā)展前景：

盡管超高速真空管道列車面臨種種難點，但科學家仍對超高速管道列車技術未來的發(fā)展，仍感到謹慎的樂觀。對于真空管道列車的市場，卻有相當?shù)牟淮_定性。一種新技術的應用是技術推動和市場需求相結合的結果，它的應用過程既受到技術成熟度的限止，也要在技術發(fā)展過程中經(jīng)受市場的檢驗。

2010年8月沈志云院士在接近媒體采訪時說：“真空管道運輸技術的原理雖很簡單，但實現(xiàn)起來卻很困難。1922年德國工程師赫爾曼·肯培爾在提出磁浮列車概念時，同時也提出了真空管道的設想，至今快90年了。磁浮列車雖做了大量研究，卻一直未能真正進入運輸市場。真空管道技術更慘，至今在世界范圍內連像樣的試驗研究新鄉(xiāng)真空爐體材料都沒有，有的只是一些設想方案。不少人熱衷于把這些紙上談兵的東西申報專利，組建公司，成立研究所，出版書籍，而不去認真探討為什么不能實現(xiàn)?！蹦敲?，什么原因阻礙了真空管道技術的發(fā)展呢？沈院士說：“我認為最主要的原因，同磁浮列車一樣，是技術不成熟，成本過高，與其他運輸方式不兼上容，與運輸市場格格不入?！?/p>

沈志云院士談到真空管道技術的前景時說：“當前的問題是要停止空談，踏踏實實為真空管道技術的應用找到一個可行的切入點?！鄙蛑驹圃菏空J為，為“和諧號”高速列車的進一步提速提供支撐是真空管道技術發(fā)展的最好機遇?！皬脑摿熊嚰夹g本身來說，進一步提速到時速500公里甚至600公里是有可能的。然而，時速超過400公里在新鄉(xiāng)真空爐體材料稠密大氣層中能耗和噪聲嚴重超標，無法投入商業(yè)運營。如果在條件較好的整體道床上加罩，構建密閉管道，通過抽氣站抽成0.2-0.1個大氣壓的新鄉(xiāng)低真空，就能實現(xiàn)和諧號高速列車的超高速運行?！痹谏蛑驹圃菏靠磥?，這一方案的最大優(yōu)點是與我國高速鐵路網(wǎng)兼容。同一列高速列車，在有真空管道的區(qū)段，超高速運行，到了沒有這一裝置的區(qū)段，仍按普通高速度行駛?！爱斎?，這樣做要克服大量技術和經(jīng)濟上的難題，要在基礎理論研究和技術開發(fā)方面做艱苦細致的工作，沒有30到50年，是難以實現(xiàn)的。”

既然這種超高速的真空運輸有可能成為未來的交通工具，那么，它是否會對其他交通工具造成沖擊？沈志云院士明確指出，不是沖擊，而是相互補充，在競爭中求新鄉(xiāng)真空爐體材料得更好的協(xié)調發(fā)展。例如對高速列車，真空管道將幫助可以達到500甚至600公里時速的世界第四代高速列車投入商業(yè)運營。在未來石油短缺的前提下，真空管道運輸將能提供一種大眾化的地面超高速交通工具，以彌補飛機之不足?！暗彩窃?0年、50年之后的事。那種說10年之后真空管道運輸就會替代高速列車和飛機的“預言”，只是用來在網(wǎng)上炒作，引發(fā)一時的轟動而已。

超聲速面臨飛機的競爭：

至于對時速4000公里的，目前許多學者卻持格外謹慎的態(tài)度。趙勇也表示，“我一直在強調1000公里時速這個第一步的關鍵性和重要性，當你1000公里時速還沒實現(xiàn)的時候，大談4000公里時速的意義就不大?！?/p>

事實上，在更高的速度上，真空管道列新鄉(xiāng)真空爐體材料車還面臨超聲速客機的競爭。自“協(xié)和”號停飛后，人們一直期盼著新一代民用超聲速飛機的出現(xiàn)。盡管各國民航對超聲速客機的運營有嚴格的限制，但美國的一些制造商已經(jīng)推出多個超聲速公務機設計方案，驗證機的首飛也進入倒計時。位于美國科羅拉多州的博姆Boom）技術公司，最近公布了50座級超聲速公務機方案，其巡航Ma數(shù)為2.2，略高于“協(xié)和”號，它用了在陸地上空以亞聲速飛行的方案，以滿足有關噪聲規(guī)章要求。

由于超聲速飛行技術可以軍民兩用，而超聲速客機已經(jīng)證實確有很大的市場需求，因此美國、歐盟、俄羅斯、日本等國都在組織本國研究機構和企業(yè)開展相關技術研究工作。30多年來，美國宇航局（NASA）利用現(xiàn)代計算技術，結合風新鄉(xiāng)真空爐體材料洞試驗，終于最后解決了阻礙超聲速客機發(fā)展的聲爆問題。NASA宣布在今年8月開始設計制造新一代超聲速客機的原型機，該機型產(chǎn)生的噪音僅僅相當于坐在車里聽到的汽車發(fā)動機建設的嗡嗡聲。按照當前的設計，紐約到洛杉磯目前6小時的飛行時間將會縮短一半。NASA計劃在未來五年內投入3.9億美元來制造原型機，并在人口稠密地區(qū)進行測試。第一年的經(jīng)費已列入美國總統(tǒng)特朗普2018年的預算草案中。

不言而喻，超聲速客機的技術成熟度遠高于超聲速真空管道列車。因此，展望未來，除非真空管道列車技術，會產(chǎn)生顛覆性的技術創(chuàng)新，使其成本遠低于超聲速客機，否則真空管道列車就難于動搖超聲速客機在長距離旅行市場的地位。

結束語：

高速真空管道新鄉(xiāng)真空爐體材料列車為人類未來的交通工具增加了一種新的選擇，為了促進這項技術早日成熟，建議有關部門在充分論泟的基礎上，早日確定我國高速真空管道列車的發(fā)展藍圖。為此，建議這種論證不僅要進行關鍵技術的分析，而且要進行經(jīng)濟可行性的論證。不僅要就高速真空管道列車本身的發(fā)展途徑進行論證，而且要對真空管道列車在我國未來交通大系統(tǒng)中的地位和作用，進行深入的比較分析研究。