胶囊列车时速6500公里,速度是飞机的2倍,高铁的4倍

 

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  • 胶囊列车

胶囊列车(又名胶囊超级高铁),是由两家美国公司相继利用“真空管道运输”的概念,正在研究的一种全新交通工具。据称,这种“胶囊”列车可以超高速、低能耗、无噪声、零污染。被认为是继汽车、轮船、火车和飞机之后的新一代交通运输工具。

  • 产生背景
2013年7月,美国电动汽车公司Tesla(特斯拉)和美国科技公司ET3相继公布的“超级高铁”设想和“胶囊列车”计划。虽然名称不同,二者的核心原理一样,利用“真空管道运输”的概念,建造一种全新的交通工具。



这种列车车行速度是飞机的两倍,子弹头列车的3至4倍;置身“胶囊”车厢,像炮弹一样从车站发射,逐渐加速至每小时6500公里,从纽约至北京只需2小时,环球旅行也仅6小时。

ET3公司正在美国建造一个长达4.8公里、时速为6500公里的模拟系统,计划在2013年底前建成并试验“胶囊”旅行的概念。而特斯拉公司则将“超级高铁”形容为“协和式飞机、轨道炮和空气曲棍球台的结合体”,其设想细节和具体方案将在2013年8月12日公开揭晓。

研究历史

早在1922年,德国工程师赫尔曼·肯培尔在提出磁浮列车概念时,同时提出“真空管道”的设想,认为采用管道抽真空的办法可以实现磁浮列车速度每小时1000公里的目标值。

2003年,日本高速磁浮列车在总长18.4公里的试验线路上达到的实验运行最高速度为每小时581公里。

在中国,早在2005年,西南交通大学成立真空管道运输研究所,正式启动中国真空管道运输领域的研究和开发。

工作原理

同济大学磁浮交通工程技术研究中心副主任林国斌解释,在地表稠密的大气层中,高速交通工具运行时受到接触摩擦和空气摩擦的影响,目前(截至2013年)最高时速为500公里左右。“如何提升速度?只有降低摩擦。真空管道运输就是在地面或地下建造一条密闭的管道,用真空泵将其抽成真空或部分真空,利用磁浮技术使运载工具在其中无接触、无摩擦地运行,达到点对点的传送运输。”

技术系统

据设计者介绍,该运输系统由运输管道、载人舱体、真空设备、悬浮部件、弹射和刹车系统等组成。运行时,通过磁浮技术,将重达183公斤、长达4.87米、高约1.5米,能容纳4至6名乘客的胶囊状舱体“漂浮”于真空处理的管道中,再利用弹射装置,发射“胶囊”沿着管道无间断地驶向目的地。

优势特点

除了速度的优越性,据两个项目的设计者介绍,真空管道运输系统不仅更低价环保,而且更便捷舒适。

运输成本低

ET3公司称,“胶囊列车”高效的能量利用使其运输成本大幅度下降。首先,利用直线电机将运载舱体加速至一定速度后,舱体能够依靠惯性在真空管道中运行,并不需要任何额外的能量,在乘客即将到站需要减速时,舱体的现有动能又可通过直线电机进行能量回收和再利用,运输成本仅为高速铁路的十分之一。

耗能少

由于减少了接触摩擦和空气摩擦,真空管道运输比任何传统交通工具耗费的能源都少。“胶囊列车”每度电的运输能力是高铁的50倍。同时,设计者还在思考新的节能方式。特斯拉公司CEO艾伦·马斯克则介绍,“超级高铁”将采取太阳能供电方式,能够自行补充能量。在系统中装上太阳能电板后,获取的能量将超过消耗所需,此外,该系统还有存储能量的设施,在不使用电池板的情况下也能行驶一周时间。

节省投资

按照预想,真空管道或许还能“附着”在已经建成的高速架桥上,从而节省路线资源与基础设施的搭建成本。ET3公司称,“相比昂贵的机票价格,胶囊列车能将从旧金山至纽约的旅行费用降至100美元”。

安全性好

与航空行程相比,真空管道运输不受天气因素影响,不会发生航班延误、取消等情况。超级高铁无需预订座位,可以直接乘车出发。此外,据介绍,在真空管道沿线处每隔一定距离还设有安全舱,当车辆发生故障停止,或是密封舱体失压时,乘客可从安全舱逃离,躲避危险。

面临问题

林国斌解释,理论上,在真空环境内交通运输确实有可能达到更高速度,但最高速度不仅与真空度有关,还与悬浮导向系统、牵引系统、轨道系统及运行控制系统性能相关。

林国斌对列车超高速运行的稳定性表示质疑,他说:“当线路处于真空中时,空气阻力大大降低,有利于磁浮列车的加速,但随着速度提高,因悬浮、导向、驱动力及轨道面公差引起的磁浮列车振动也会加剧。

在多少速度下还能稳定运行,保持与轨道的无接触及乘客可接受的舒适度,既没有看到过试验报道,也尚无有说服力的分析报告。”

林国斌认为,在工程可实现、代价可接受的条件下,真空管道磁浮列车可以达到多高速度,到目前为止缺少可信的方案论证,更没有试验数据可以佐证,“真空管道运输的速度肯定可以超过目前大气环境中的最高速度,但是否能达到1000公里的时速或更高速度,需要有更严密的论证并最终通过试验来验证。”

“总而言之,真空管道运输提供了人们继续提高旅行速度的想象空间,但要实现工程应用,还有很多问题需要解决。”林国斌说。





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