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近日，由北京市科委主办的“跨海旅游真空巴士技术研讨会”上，多位专家深入探讨了跨海交通的全新途径—海底真空隧道列车。部分专家认为，时速超过2000公里的超高速管道列车的出现已成为可能。该消息一经报道便迅速吸引了公众眼球。
超高速管道列车已不仅是研讨会上的畅想。近日，荷兰代尔夫特理工大学的工程师们在校园里打造了一条测试轨道，该设施将用来低速测试他们的超高速管道列车运输系统，该团队还计划在未来四年内建立起一条连通阿姆斯特丹和巴黎两座城市的超高速管道列车路线，其列车时速将达到1200公里，比普通民航客机还要快出一大截。
超高速管道列车，能否引发人类交通工具的又一次重大变革?
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空气和摩擦阻力降低90%，管道运输系统理论时速或达2万公里
海底真空隧道列车、超级回路、超级高铁……“虽然听上去很陌生，但实际上它们都属于超高速管道列车，这项技术并不遥远，目前美国、瑞士和我国都正在全力研究。”石家庄铁道大学交通运输工程实验中心常务副主任、副教授刘博航介绍道。超高速管道列车，就是在真空的管道中，不受空气阻力作用运行的磁悬浮列车。
据了解，通常情况下超高速管道列车的运行，基本上可分为三个阶段：第一阶段为加速阶段，列车通过逐渐推进，不断加速从而达到一定的运行速度;第二阶段为等速运行阶段，这时列车在几近真空的管道中凭借惯性以极高速度滑行;第三阶段为减速阶段，与加速情况相反，列车在直线电机和前方空气压力阻挡下，逐渐平稳减速，直至停止下来。
长度极长的真空管道内部，列车怎么持续保持运转呢?
“这与超高速管道列车的构造和管道的动力设备有关。超高速管道列车一般由集装车数节编组而成，头部和尾部各挂一节气力牵引车，在车身运动时，会通过在牵引车前后两侧管道内所形成的真空条件来推动列车前进。”刘博航说，在真空管道的内部，会有很多电动真空阀门将管道隔成数段，每段都会配置有很多直接与管道相连的动力设备。“这些动力设备常常是真空泵、鼓风机、离心式风机、空气压缩机等，它们的配置数量和间隔距离，往往以能保证列车持续不停行驶而定。”
“在超高速管道列车启动时，牵引车前部的管道会被抽成真空，此时由于列车后部依然有空气存在，后方的空气就能助推列车前进。而如果列车后部不断补充空气,加大推力，列车就会加速前进。”刘博航说。
超高速管道列车速度能有多快?
“超高速管道列车自身的流线型车身可以最大限度地减小空气阻力，再加上它又是在近乎真空的管道里悬浮运行，这可以减少管道内90%的空气阻力和轨道交通的摩擦阻力，进而在减少噪声的同时大幅提高列车运行速度。”刘博航表示，因此，有科学家认为，在实验模型测试中，管道运输系统的最高时速在理论上能够达到20000公里。
“超高速管道列车一旦成功必然将会为交通运输行业带来巨大改变。”刘博航表示，但说来简单做来难，这一技术真想要走进现实，还有重重挑战。
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多国角逐超级高铁，我国真空管道列车原型试验进入第二阶段
超高速管道列车概念由来已久。
“事实上，早在1812年，英国机械工程师兼发明家乔治·梅德赫斯特便提出了真空管道列车的概念，但受制于当时的技术水平，这一概念无法被实践。”刘博航说。
随后人类一直尝试将“管”和“气”应用于铁路交通运输：1864年左右，英国伦敦修建了一条“水晶宫气动铁路”，通过蒸汽机驱动直径6.7米的巨型风扇为列车提供动力;1870年美国纽约开通运营了“海滨气动运输系统”，通过埋在地下的管道，利用压缩空气驱动列车运行……
“第一个提出可以在抽成接近真空的密闭隧道中运行磁悬浮列车的人是德国工程师赫尔曼·肯佩尔，他还在1934年申请了该项技术的专利。”刘博航表示，之后在20世纪70年代，随着磁悬浮技术的发展和真空管道技术的进步，超高速管道列车在理论上、技术上又有了新突破，许多模拟试验应运而生，科学家们从中取得了大量研究成果。
但超级管道列车取得突破性进展，却还是在近些年。2013年，美国百万富翁埃隆·马斯克首次提出了“超级高铁”的概念，并提出这一设备的预计时速可达1200多公里。
我国在超高速管道列车领域的研究也不落后。早在2004年，西南交通大学教授、两院院士沈志云就提出超高速是21世纪地面高速交通的需求，真空(或低压)管道式地面交通是达到超高速的唯一途径，我国应将目标定位在发展每小时600至1000公里的超高速地面交通上。
在研究人员的不断积累与探索下，2014年，西南交通大学搭建了全球首个真空管道超高速磁悬浮列车原型试验平台。刘博航说，“我曾经现场参观过该试验平台，研发团队将轨道铺在管壁上，形成‘壁挂式’磁悬浮列车，来解决实验室中轨道半径太小所带来的离心力问题，目前这一设备正处于第二阶段的调试中，将直接从实验角度验证高温超导磁浮应用于超高速载人交通工具的可能性。”
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挑战重重，建设成本和运营费用成最大瓶颈
事实上，单纯从技术上考虑，让列车在密闭、低压强的管道中高速运行，不存在不可克服的困难，但由于超高速管道列车是多个精密系统的高度复杂耦合，所以还有很多问题需要在实际运行中发现并加以合理解决，因此它还仅仅停留于概念和初步模拟阶段。
“现阶段，建设超高速管道列车并不存在技术难度，因为目前，包括超导电磁铁、低压管道、压缩机、太阳能、直线感应电动机等在内的建设真空或低压管道磁悬浮列车所需的各种关键技术都已成熟可行，甚至一些主要技术的理论模型和实验室实验都已基本完成。”刘博航说，主要的困难集中于实施阶段的技术问题。
“首先是管道、车辆的密封，以及真空环境的实现。运输管道的长度取决于线路长度，像超高速管道列车的运行，一般至少需要上百公里的管道，如何保证管道长期的良好密封是一个需要解决的技术难题。”刘博航表示，就人类现有技术而言，尚无法维持一个体积巨大、保持时间长、安全系数高的真空管道系统，更无法就超高速管道列车的管道漏气、路基稳定性等给出一个合理的解决方案。
“安全问题也是一个难点。虽然超高速管道列车要比一般的交通方式更安全，不受天气影响，也不会出现人为操作失误，但并不意味着它可以避免运行中出现的问题。”刘博航介绍，超高速管道列车的制动方式依旧处于概念阶段，普通列车在制动时，常规的应急制动大多采用摩擦制动，但这一方式在真空环境内无法实现，因此当超高速管道列车遭遇突发故障，采用何种方式刹车，考验着研究人员的智慧。
“另外的难点还有如何保证相关设备在真空环境下正常运转。超高速管道列车实际上是针对空气阻力的问题设计的，正是因为列车是在真空或接近于真空的管道里运行，空气阻力大大减小，所以它才可以达到非同一般的运行速度。”刘博航解释道，“但这个真空环境，也使得一些在常规空气环境下可以工作的设备难以运转，超高速管道列车的驱动和运行极为复杂，因此虽然有些设备在理论上并不一定需要空气环境，但在真正运转中，一些没有考虑到的问题肯定会暴露出来。”
此外，超高速管道列车要投入实际应用，还面临着整套系统中各种技术如何完整衔接的难题。不少技术专家对管道与列车间隙的精确度控制、不同压强区域的接口衔接等各个环节在实际操纵中能否达到预期标准表示了不同程度的担心。
不过，横亘在超高速管道列车从设想走向现实的最大障碍，还是建设成本和运营费用。
据了解，目前来看各国各地区建设超高速管道列车的难度都很大，超高速管道列车在长距离运输时才会显现优势，因此若建设将涉及较大规模的征地、筹款和统一技术标准等问题，这些都在无形中增加了建设成本。“一种新技术的应用，有时并非越先进就越受人们欢迎。”刘博航说，超高速管道列车同样存在类似问题，当社会经济尚未发展到有足够群体具有消费能力时，其实际应用就会遇到较大的问题。
尽管面临种种难点，但科学家仍对超高速管道列车未来的发展感到乐观。专家普遍表示，超高速管道列车仍然是目前理论上、技术上最可能实现的新一代交通运输工具，它的出现只是时间问题。
虽然新一代交通运输工具尚不知何时才能真正出现，但可以肯定，人类对于便捷、舒适交通运输工具追求的梦想从未停止，而很多梦想，正走在进入现实的路上。（记者 吴韬 高珊）
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