近报 -21版:新知-2017年09月08日

　　近日,中国航天科工集团正在论证研制的“最高时速4000公里”高速飞行列车在网络上“刷屏”,被网友称为“飞铁”,也引发了对“北京到上海半小时”的未来憧憬。
　　高速飞行列车不仅能拉近城市之间的时空距离,同时具有不受天气条件影响、不消耗化石能源、可与城市地铁无缝接驳等优点,堪称未来交通领域的发展趋势和技术制高点。
时速4000公里
是什么概念?
　　所谓“高速飞行列车”,速度到底有多快?
　　据航天科工透露,“高速飞行列车”的原理是利用低真空环境和超声速外形减小空气阻力,通过磁悬浮减小摩擦阻力,实现超音速“近地飞行”的运输系统。相比传统高铁最高时速350公里,高速飞行列车运行速度提升了10倍；相比现有民航客机,速度提升了5倍,最大速度可达到4000公里/小时,是人类对交通工具速度极致追求的一大进步。
人体能否承受这个速度?
　　时速4000公里,意味着车中乘客的速度,是地面音速的3倍、步枪子弹出膛速度的1.5倍。面对这个数字,许多人最关注的还是舒适性和安全性的问题。对人体来说,“飞”得比子弹还快究竟意味着什么呢?
　　对于“坐地日行八万里”的我们来说,速度本身并不是关键,关键在于加速度。
　　要通俗地理解加速度给人带来的感受,可以参考超级跑车全力启动的过程。一辆能够做到3秒内突破百公里时速的超级跑车,其最快加速度可以超过1g,这时,驾驶者会有一个强烈的“推背感”,感觉人像是被紧紧地钉在座椅上,这个力的大小,相当于一个人压在自己的身上。
　　中国工程院院士、空军航空医学研究所航空医学工程研究中心主任俞梦孙曾介绍,战机飞行员一般需要承受高达9g的加速度,但飞行员可能会出现黑视或晕厥的现象。　
　　“神舟”十一号航天员陈冬也曾向公众描述过训练时体验4g加速度时的感受:身体像被三个自己牢牢按死,眼泪直流,十分狼狈。　
　　但这种加速持续时间只是数秒或几十秒,是瞬间的事。对于一般的交通运输工具来说,设计者要权衡加速度、加速时间和加速路程,尽量保证乘客的舒适性。
　　对于网友普遍关心的安全问题,航天科工三院三部“高速飞行列车”技术总负责人毛凯强调,安全是首要考虑的问题。“‘飞车’在加速时将按照人体承受能力,加速度不会太高,一直加速到巡航速度(或最高速度),减速也是一样。”
高速列车站点要“远”
　　“列车进入高速运行状态前有个缓慢的加速过程,加速度比飞机启动要小。”毛凯告诉媒体说。
　　在“缓慢加速”的情况下,加速时间和加速距离都会相应增加。波音787客机启动的加速度约为0.25g,以0.25g加速到时速4000公里,加速时间约为450秒,即7.5分钟,加速距离约为250公里。　
　　而上海磁悬浮列车目前的启动加速度约为0.06g,以这个速度加速到时速4000公里,加速时间约为1890秒,即31.5分钟,加速距离约为1050公里。　
　　北京至上海的直线距离为1084公里。也就是说,如果以磁悬浮列车的加速度,乘客从北京出发,开始一路加速,到上海差不多刚刚达到最高时速。　
　　如果在北京和上海的中点设置一站,以波音787客机的加速度,“高速飞行列车”从加速到最高时速,再马上减速至停止,正好是一站的距离。
　　如此压缩列车的平稳运行时间,不利于乘客的舒适度。因此,如果要实现时速4000公里的“高速飞行列车”,两站之间的距离必须非常远。
线路要又“直”又“平”
　　如此,“高速飞行列车”又面临第二个挑战:弯道和桥梁。
　　长达数千公里的行驶距离,肯定要跨越不同的海拔以及复杂变化的地形,比如山脉、高原、盆地、平原、丘陵、河流甚至海洋。这就需要转弯以回避线路上的险阻。但在向心加速度相同的情况下,列车运行速度和能承受的最小曲线半径(转弯半径)成平方关系。也就是说,“高速飞行列车”比高铁的速度快了10倍,那它在实际运行中需要的最小曲线半径可能要以百倍计算。
　　可查资料显示,最高时速350公里的京沪线上的最小曲线半径7公里左右。这意味着,乘客要达到高铁的舒适程度,最高时速4000公里“飞铁”的最小曲线半径上百公里。
　　为了在工程上可行,“飞铁”就得缩小最小曲线半径。这就涉及到乘客舒适度的问题。简单来说,列车启动时的加速度带给人“推背感”,而转弯时的向心加速度会带给人“甩飞感”。　　
　　与轨道的弯道问题相似的,是轨道桥梁问题。在时速4000公里下,轻微的曲率都可能造成一定程度的失重。这就意味着,“高速飞行列车”的真空管道不仅要在水平方向上减少拐弯程度,也要在垂直方向上减少坡度变化,否则,列车的安全性和舒适性难以保障。
　　此外,在安全性方面,成倍提高的速度也会要求成倍的制动和预警能力。因为最高时速是4000公里,紧急制动距离会很长。在时速100公里的情况下制动距离需要39米。时速4000公里,这意味着,得确保前方线路几十公里之内都没有任故障,否则后果不堪设想。　　
　　总而言之,最高时速4000公里的列车,一方面需要站点设置得尽量“远”,一方面又需要线路设计得尽量又“直”又“平”,这给工程建设提出了极大挑战。毕竟,按前文推导,“高速飞行列车”覆盖距离需要以千公里计算,而中国疆域的东西距离为5200公里,南北距离为5500公里,其间地势地形变化多端,十分复杂。
何时成为现实,尚无时间表
　　时速4000公里是航天科工为“高速飞行列车”规划的最后一步,在近期内,航天科工会首先突破时速1000公里这个“小目标”。但对于“北京到上海半小时”这个美好的憧憬,网友关心的何时能坐上“飞车”,他们尚未给出具体时间表。
　　当前,全世界对外宣布开展时速大于1000公里陆地运输系统研究的有3家公司,包括美国HTT公司、Hyperloop　One公司以及中国航天科工集团。两家美国公司起步早,但航天科工是全球首个利用航天超声速相关技术提出超声速地面运输系统的企业,起点更高。
　　此外,很多技术虽然已在实验室里实现,但向工程转化将是项目面临的难点。记者了解到,工程项目实施注重发挥各方优势,已联合国内外20多家科研机构,成立了国内首个国际性高速飞行列车产业联盟,目前团队拥有相关领域专利200多项。
据澎湃新闻、《科技日报》