儒勒·凡尔纳:从地底到太空,超级高铁的前世与今生( 四 )


诚然 , 超级高铁看似非常贴近人类当前的科技水平 , 但实际上仍有许多关键问题有待研究解决——

  • 超高速运行条件下的车轨作用:高速列车车轨的作用机理是车辆系统动力学的核心 , 但目前高温超导磁悬浮车的实验研究 , 主要集中在准静态或低速范围 , 实验数据难以支撑更高速度(超过600公里/小时)下磁悬浮车悬浮与导向稳定性的研究 。
  • 空气动力学问题:真空管道内稀薄空气产生的气动阻力 , 是列车运行的主要阻力 。 对于此种低压高速气流 , 现有的仿真很难准确模拟 。
  • 管道可靠密封与高效抽真空问题:一方面 , 保持直径数米、长度上百公里的管道内长时间的真空度[2] , 对管道的结构和密封性要求极高 。 另一方面 , 快速抽除如此大空间内的空气 , 并且精准维持其中的真空度 , 对真空设备也提出更高挑战 。
  • 散热问题:在低气压环境下 , 地面上起重要作用的对流传热方式几乎不起作用 , 传导和辐射将成为主要散热方式 。 研究低气压下列车表面的升温特性以及电气设备的散热机理 , 保证系统内的热平衡 , 是不容忽视的课题 。
  • 封闭管道内的通信与救援问题:首先 , 真空环境下的无线电信号传播尚待研究 。 其次 , 管道内为真空状态 , 且密封效果好 , 不易被外界破坏 , 如果出现突发事故 , 如何快速救援 , 也是一个值得思考和亟待解决的问题 。
正是因为以上及更多未被提及的问题 , 超级高铁还停留在模型试验阶段 , 远未达到载人测试的地步 。 好在理论上完全可行 , 再加上全世界攻关的科学家较之以前也更多 , 所以成为现实还是有希望的 。
4、飞向太空 值得一提的是 , 在研究真空管道列车的过程中 , 科学家们也曾畅想用这种手段加速飞行器的可能 。 因为传统火箭如果增大载荷 , 就要将体积造得更大 , 也要塞进更多的化学推进剂 。 而真空管道运输不仅速度快 , 还节约能源 , 倘若用来加速飞行器 , 那么飞行器的体积就可以更小 , 或是载荷得以提高 。
2001年 , 六十年代超导磁悬浮(现代磁悬浮列车的基础技术)的发明者之一、美国布鲁克海文国家实验室研究员詹姆斯·鲍威尔 , 提出了野心勃勃的星际列车(StarTram)计划 , 即磁悬浮太空发射系统 。
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顾名思义 , 该系统需将磁悬浮太空船置入一条伸向天空的弯曲的真空管道内 。 第一代系统的管道长度130公里 , 出口高度3~7公里 。 最佳地点是智利的安第斯山脉或新墨西哥州南部的白沙导弹靶场 。 加速后 , 太空船能以14300~31500公里的时速冲出管道 , 逃离地球大气层 。 这已经非常接近第二宇宙速度 。
星际列车每隔1小时发射一次 , 每次发射可携带超过70吨重的货物 。 从每公斤发射成本来说 , 该系统仅需20~50美元 。 要知道 , 就连SpaceX也只敢说从原来的4600~20000美元降至1400美元 。 从建设费用上来说 , 第一代系统需要200~400亿美元 , 远低于航天飞机30年周期中花掉的1960亿美元 , 与美国2018年的6430亿美元军费开支相比更是微不足道 。
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研究团队规划 , 第一代星际列车主要运送卫星等货物 , 将于本世纪二十年代完成 。 第二代系统管道的长度为1000~1500公里 , 出口高度22公里 , 每年运送一百万名太空游客 , 每张船票只需5000美元 , 计划于本世纪三十年代建造完成 。
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当然 , 星际列车不仅要面临超级高铁既有的问题 , 还增加了很多难度超大的工程难题 , 比如 , 管道的架设、飞行器在管道中的悬浮控制 , 等等 。 不过 , 星际列车甫一提出 , 就得到了桑迪亚国家实验室在可行性方面的验证 , 目前也有相关的理论研究和模型试验 。 如果星际列车能够成真 , 它或许能将人类带入一个全新的航天时代 。


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