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孙章:超音速飞行列车不是天方夜谭

发布日期:2017-09-01

                  作者:

来源:环球网评论

  8月30日,在武汉举行的一个高峰论坛上,中国航天科工相关负责人透露,其公司已开展“高速飞行列车”的研究论证,拟通过商业化、市场化模式,将超音速飞行技术与轨道交通技术相结合,利用超导磁悬浮技术和真空管道,致力于实现超音速的“近地飞行”,最高速度最终可达4000公里/小时。这引起了舆论的高度关注,很多人认为这是天方夜谭。

  业内人士对这一计划在技术上的合理性有共识,它是以 “高速磁悬浮+真空管道”为核心理念设计的。高铁列车的钢轮钢轨系统依靠摩擦力这一反作用力来推动列车前进。当高速列车速度提高到某个极大值(称为粘着极限速度)时,电动机带动的轮子就会发生空转。因此,普速列车在寒冬季节行驶,当钢轨表面结冰时,司机就要向轨面撒沙,以增加摩擦力。

  要突破粘着极限速度这一“瓶颈”,依靠电磁力将列车浮起来,并以电磁力驱动列车,加上在抽成真空的管道中行驶,空气阻力可忽略不计,理论上其速度可以“上不封顶”。由于美国、瑞士、日本等创新强国也正在展开此类研究,我们不能输在起跑线上,由实力强大的国企担当此研发重任,令人振奋。不过兴奋之余,确实也有些许担心。

  首先是对研发周期的预测以及成本风险有可能估计不足。参照美国“飞行列车”研究团队估算,建成载人“星际列车”系统,可能需要20年时间和600亿美元的成本(是航天飞机成本的1/3)。

  从科技进步史看,原理性突破转化为现实生产力的过程可能十分漫长。例如,英国的法拉第在1831年发现电磁感应定律,取得理论上的重大突破;然后,德国的西门子在实验室内研制出实验用发电机;最后,是由美国的爱迪生在1882年建成世界上第一个大型发电厂,前后经历51年。当然,随着科技进步,这种周期在不断缩短,但绝不可能在很短时间内就逾越从基础研究到实际应用的这一必经路径。

  其次是出于安全考虑。作为一种大众化交通工具,安全是必须始终优先考虑的因素。2016年5月11日,美国“超级回路1号”在内华达州沙漠完成“超级高铁”推进系统的首次测试。测试持续进行4秒钟,该推进系统从静止加速到640公里/小时只用了2秒钟,最后开进沙堆里,扬起一阵“沙尘暴”。该系统的理论最高速度可达1200公里/小时,接近音速。

  这就产生一个问题:在这么高的速度下,一旦发生意外(例如失电)怎么办,如何让列车停下来?中国高铁列车采用了复合制动系统(包括电制动、电磁制动、压缩空气制动以及风阻制动等),可以在发生意外的情况下,将列车安全地停下来。然而高速磁悬浮列车在真空管道内行驶,空气阻力并不存在,就无法采用翼板风阻制动(在沪昆高铁线路上的实验表明,在350公里/小时的紧急复合制动时,张开的翼板可缩短制动距离150米)。中国高铁列车制动技术,或许可供研发高速飞行列车时参考。

  上述忧思是互相关联的。好在项目公司已联合国内外20多家科研机构,成立产业联盟。笔者希望产业联盟能整合各方面创新力量,从基础研究抓起,解决一个个难题,尽量缩短从基础研究到实际运营的研发周期。创新道路上,永远需要发扬既要异想天开、又要脚踏实地的科学精神。我们既要有想象力,又要重视判断力,因为判断力可以使想象力一直保持在正确的方向。

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