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時速或可超20000公裡,超級高鐵是什麼?為何連馬斯克都不敢研究

火車真能替代飛機嗎?如果有超級高鐵的話,的确有可能!

如今,高鐵已經延伸到了大陸許多地區,人們的跨省市出行越來越友善。時速超過300公裡的高鐵,讓交通變得越來越快捷。但是,大陸土地過于廣大,很多主要城市之間的距離達到了好幾千公裡,高鐵的速度似乎還是有些慢,而且遠遠比不上飛機。

時速或可超20000公裡,超級高鐵是什麼?為何連馬斯克都不敢研究

在未來,這個問題或許可以得到解決,因為科學家們正在思考一個令人震驚的概念——超級高鐵。

超級高鐵,絕對不辜負“超級”這兩個字。根據科學家的設想,其時速甚至可以超過1600公裡!這是個什麼概念呢?這麼說吧,地球的周長才隻有40000公裡左右,如果有了超級高鐵,繞地球一圈也隻需要一天多一點的時間!

這聽起來确實有點驚人了,超級高鐵為啥能這麼快呢?

說起來你可能不信,超級高鐵其實解決了一個大家都知道的問題——空氣阻力。

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你可能覺得,空氣阻力是一個不起眼的問題,其實這麼想就錯了。就算是對于普通的人來說,當風速超過6級的時候,迎風走路就已經比較吃力了。在百米比賽的時候,運動員在順3級風的情況下創造出好成績時,有時候也是不會被認定紀錄的,可見空氣對于運動速度的影響是非常大的。

再快一點的情況下,我們可以看到F 1比賽中,賽車都做成流線型的形狀,并且非常低,也是為了盡可能地降低飛馳過程中遭遇的空氣阻力。

對于列車來說,空氣阻力同樣是巨大的阻礙,極大程度上限制了運作速度。列車運作中面臨的空氣阻力,有這樣一個公式——

其中,C為空氣阻力系數,ρ為空氣密度,S為物體迎風面積,V就是物體與空氣的相對運動速度了。也就是說,如果列車的速度提升到原來的2倍,那麼空氣阻力就會變成4倍。要是真的想讓列車時速達到4000公裡,那麼其遭遇的空氣阻力就是400公裡時速列車所面臨的1000倍!

空氣的存在不僅會形成巨大的阻力,還會帶來另一個問題,那就是氣動噪音。要知道,在稠密的大氣中,氣動噪音會随着速度的提升而産生7次方甚至8次方的倍速急劇增加!也就是說,如果不解決空氣阻力的問題,就算是能運作得非常快,人的耳朵也會被震聾。

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研究人員指出,當列車的速度達到300公裡/小時的時候,其氣動阻力就已經占到總阻力的80%左右了,而且其運作所産生的氣動噪聲也會超過輪軌噪聲。換句話說,我們的高鐵還能不能再快一點?理論上是能的,但實際上是不可行的。如果不解決掉空氣的問題,人類的列車最高速度就很難突破。

換個角度想,按照300公裡的時速來算,如果真的可以在真空管道内運作,那麼列車就可以少面對80%的阻力,這可以大大節省能源和成本!有人甚至做過計算,認為真空管道可以讓交通的能耗降低98%。

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除了空氣阻力之外,列車還需要解決的另一個問題就是摩擦阻力。這一點并沒有太大的問題,畢竟現在磁懸浮列車已經投入使用很多年了。是以,所謂的“超級高鐵”,其實就是真空管道+磁懸浮列車,它不是基于目前的高鐵進行的更新,是以超級高鐵隻能作為真空管道交通的一個綽号,不能反映其本質。

關于真空管道交通的速度,不同的科學家們曾經給出過不同的理論。

1904年,現代火箭之父羅伯特·戈達德首先提出了真空管道運輸的概念,他當時的估算是,在真空管道中,磁懸浮列車的速度可以達到每小時1600公裡!

1934年,德國人赫爾曼 肯佩爾計算的結果稍微小一些,認為這種列車的時速上限大約是1000公裡,這也比目前的民航客機(時速800-900公裡)快得多。

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到了20世紀60年代,美國麻省理工學院的研究人員也進行了這方面的研究,其結果則驚人得多。他們認為,在1.01325 kPa(大氣壓的1/100)的高度真空管道中,磁懸浮列車可以達到每小時22500公裡!要知道,這個速度環繞地球一圈都用不上2個小時!而且,第一宇宙速度也才隻有28440公裡/小時,真空管道交通真的是快到飛起。

你可能會問了:就算它再快,總不能漂洋過海吧?

也不一定,因為有人甚至已經提出了海底真空管道的技術。如果這項技術真的成功了,那就真的在很大程度上可以替代飛機了!

雖然真空管道交通具有這麼驚人的速度,但我們距離它的問世确實還非常遙遠。

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别的不提,光是其中的成本,就高得驚人。西南交通大學趙勇教授曾經指出,真空管道交通的投入,至少也要參考地鐵的造價,也就是6-10億元。哪怕是建造一條長度1000公裡的真空管道,也要花費将近10000億元!由此可見,人類的科技發展真的是要和經濟發展相比對的,沒有強大的經濟基礎,很多科學突破也是難以實作的。

另外在技術上,我們也面臨着許多的難題。首先,上千公裡的真空管道,要如何抽取空氣以達到高度真空,這對于目前的人類來說本來就是一個技術難題。其次,超級高鐵需要采用直線牽引技術,但這一技術的功效尚不能滿足其動力需要,有待改進。另外,目前磁懸浮技術對于超級高鐵而言,也不夠穩定。

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包括号稱科技狂人的埃隆·馬斯克,在2013年也坦言了自己非常看好“超級高鐵”的未來。但即便是号稱2050年前讓50萬人上火星的馬斯克,也不敢親自組建團隊進行這項技術的研究,而隻是号召有識之士進行這方面的研究。

2016年,有一個比較優秀的項目進行了實驗,那就是Hyperloop One。實驗過程中,一輛實驗小車在美國拉斯維加斯的沙漠中僅用不到2秒就加速到了643公裡/小時。雖然該項目随後獲得了維珍銀河的融資,但近些年來也沒有聽到太多新的突破。

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中國科學院、工程院兩院院士沈志雲也指出:雖然有研究價值,但真空管道交通技術仍然很難實作。

隻能說,“超級高鐵”仍然是一個發展趨勢,具有研究價值和市場我們期待着這一天的到來。不過,短期之内,我們恐怕是難以見到這項技術進入現實生活了,還是安心坐普通高鐵吧。

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