时速4000km!中国研发超级高铁,北京到上海仅需20分钟?

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有了高铁之后,很多人曾经认为,地面交通的速度已经

接近极限

,毕竟,时速300多公里的列车,已经让过去遥远的城市变得触手可及。

但谁也没有想到,人类对于速度的追求并没有停下来,下一步目标,可能是

让列车跑到每小时4000公里

这个速度到底意味着什么?北京到上海,两座相距超过1000公里的城市,如果按照4000公里每小时的速度计算,

理论上20分钟左右就可以到达

这样的速度已经

超过音速的3倍

,甚至比很多民航飞机的巡航速度还要快,很多人第一次听到这个设想时都会产生疑问,列车真的能跑这么快吗?

如果速度达到4000公里每小时,坐在里面的人

还能承受吗

?其实,这个想法并不是突然出现的。

2017年,

中国航天科工曾对外公布超级高铁相关研发计划

,提出探索一种最高时速达到4000公里的新型交通方式。

虽然名字里依然带着“高铁”,但它和我们现在每天乘坐的高速铁路

已经不是同一种技术

,现在的高铁,本质上还是高速轮轨列车。

列车依靠车轮压在钢轨上,

通过电力驱动列车前进

,这种技术经过多年发展,已经非常成熟。

我国高铁能够长期保持300公里以上的运行速度,靠的就是轨道、车辆、电气系统等

多个方面的综合突破

但是,轮轨列车有一个无法绕开的限制,那就是车轮和轨道之间的接触,速度越快,车轮与钢轨之间产生的摩擦、振动以及

机械损耗越明显

想继续提升速度,就必须

寻找新的技术路线

,磁悬浮就是其中一种方向。

磁悬浮列车最大的特点,就是

让列车摆脱传统车轮

,它利用磁场之间相互作用的原理,在列车底部和轨道系统中布置磁力装置,让列车悬浮起来。

列车运行时,轨道上的磁力系统不断变化,通过同性相斥、异性相吸

产生推动力

,使列车向前移动。

因为列车和轨道之间几乎没有直接接触,传统意义上的

摩擦阻力大幅降低

,这也是为什么磁悬浮列车理论速度可以超过普通高铁。

但问题也随之出现,很多人以为,只要解决了车轮摩擦,速度就可以无限提升,实际上,

真正限制高速交通的另一个巨大障碍,是空气阻力

当速度较低时,空气阻力并不明显,但速度达到几百公里每小时后,

空气就像一堵无形的墙

,不断阻碍列车前进。

研究发现,高铁运行速度达到350公里每小时时,

空气阻力已经占据列车总阻力的大部分,甚至接近90%

,而且速度越往上提升,空气阻力增长越快。

也就是说,列车不是没有动力继续加速,而是越来越多的能量

被用来对抗空气

,上海磁悬浮线路就是一个例子。

2006年,上海磁悬浮列车

正式投入运营

,这条线路全长约30公里,设计最高速度达到505公里每小时,按照设计能力,它具备更高速度运行的基础。

但实际运行过程中,列车最高速度约为430公里每小时,而且

能够达到这一速度的区间只有约10公里

限制它继续提速的主要因素,

并不是磁悬浮技术本身,而是高速状态下面临的空气阻力

,那么,如果空气成为最大的阻碍,能不能像飞机一样,换一个环境?

飞机为什么能够达到800公里甚至1000公里左右的巡航速度?一个重要原因就是它

飞到了高空

在万米左右的高空,

大气密度远低于地面,飞机受到的空气阻力明显降低

,所以能够保持高速飞行,但是列车不可能飞到天上,它必须依靠固定线路运行。

于是,超级高铁提出了另一种思路,既然不能离开地面,那就

在地面创造一个低空气阻力环境

航天科工团队设计的方案,是

建设封闭式真空管道

,通过抽走管道内部的大部分空气,让列车运行在低真空环境中。

这样一来,列车周围的空气密度大幅降低,受到的阻力也会减少,在这种环境下,同样速度运行时,

空气阻力可能只有传统高铁的很小一部分

再加上流线型车身设计,以及

直线电机提供持续电磁推动力

,超级高铁理论上就具备冲击4000公里时速的可能,不过,速度越快,另一个问题也摆在面前。

人坐在里面真的安全吗?很多人认为,4000公里每小时这样的速度,

人体肯定无法承受

但实际上,人体害怕的并不是速度,而是

速度变化带来的加速度

,比如地球本身一直在高速运动,但人们并不会感觉自己正在快速移动。

原因就在于地球运行相对稳定,

没有明显的速度变化

,超级高铁也是类似。

如果列车突然从静止状态瞬间加速到4000公里每小时,

人当然无法承受

但如果按照人体舒适范围设计,

让列车缓慢增加速度,乘客感受到的只是启动过程中的轻微推力

达到目标速度后,列车保持稳定运行,人体并不会因为“4000公里每小时”这个数字本身

产生特殊感觉

目前,超级高铁的发展也不是一步直接冲向4000公里,按照规划,

技术研发分为多个阶段

第一阶段目标是突破1000公里时速,相关实验已经在2024年完成,

之后还需要继续向

2000公里时速以及最终4000公里时速推进。

但从实验速度走向真正商业运营,中间还有很多问题需要解决,比如,

数百公里甚至上千公里长距离真空管道如何建设

,巨大的建设成本如何降低。

管道长期稳定运行如何保障,

乘客安全和应急方案如何设计

,这些都是需要长期投入和试验的课题。

如果未来这些难题逐渐被攻克,

超级高铁带来的变化可能不仅仅是速度上的提升

,城市之间的距离概念可能会发生改变。

过去,北京到上海是一段需要几个小时的旅程,未来,如果超级高铁实现应用,

这样的距离可能被压缩到几十分钟

北京、天津这样的城市之间,

理论上可能进入几分钟交通圈

,更远距离的城市,也可能因为高速交通连接形成更加紧密的联系。

过去,人们根据距离选择工作、生活和商业布局,未来,随着交通速度不断提升,

距离带来的限制可能进一步减少

从蒸汽火车到高速铁路,再到磁悬浮和超级高铁,人类一直在尝试

突破地理带来的限制

4000公里时速目前仍然是一项正在探索中的技术目标,

距离真正走进普通人的生活,还有很长的路要走

但围绕更快交通方式的探索已经开始,未来的城市之间,可能会因为速度的变化,

重新定义人与空间之间的关系