一种时速可达10000公里的列车运输技术

教授

――真空隧道磁力悬浮列车运输线
  
    一、概述
  
    众所周知，世界上所有运输工具在运行过程中都要克服两个力，一是地面摩擦力，二是空气阻力。如果运输工具在克服地面摩擦力和空气阻力的前提下还有余力，则这个余力就会使运输工具加速，余力一直存在，则运输工具就会不断加速，直到新的阻力与推动运输工具前进的力相平衡，运输工具维持匀速运动。
  
    飞机完全克服了地面摩擦力，所以飞机飞得很快，但是它无法完全克服空气阻力，并且空气阻力随着飞行速度的提高而增加。
  
    磁力悬浮列车也克服了地面摩擦力，所以也开得很快。
  
    那么交通工具能不能完全克服空气的阻力呢？
  
    飞机不行，因为飞机依靠空气产生浮力，没有空气则飞机无法飞行。那么磁力悬浮列车能够完全克服空气阻力吗？相对说是可能的。也就是说，磁力悬浮列车有可能将空气阻力降低到很低很低，甚至可以忽略不计。方法就是将列车放在隧道里运行，然后将隧道里的空气抽去。隧道列车与地铁列车在地下运行相似，所不同的是本文建议所述的隧道要抽真空，而且密封要求较高。隧道可以在地下也可以在地上，为了节约投资成本，隧道可以设在地面浅沟里。
  
    二、真空隧道列车的优越性
  
    速度快，运力提高很多。列车运行过程中的空气阻力与运行速度的平方成正比。磁力悬浮使得列车克服了地面摩擦力。隧道抽真空，可以很容易使得隧道内的空气压力下降到500分之1个大气压，约200帕（工业生产过程中，反应器内真空度很容易达到20帕以下）。这种情况下，列车在隧道内遇到的空气阻力比在隧道外运行的空气阻力小500倍。根据现有的技术，磁力悬浮列车以每小时500公里速度运行是没有问题的。列车运行速度增加20倍，空气阻力增加400倍。预计在1个大气压下，推动磁悬浮列车运行500公里/小时的力，在500分之1个大气压下，至少可以推动该列车运行10000公里/小时。空气密度降低500倍，而列车速度只增加20倍，应该说余量很大。10000公里/小时的速度仅仅是一个概念，合适的最高运行速度需要通过论证确定。如果能够使得隧道内真空度提高，空气密度继续降低，则列车运行速度还可以提高。当隧道内空气压力为50帕时（约2000分之1个大气压），现有的500公里/小时运行的磁力悬浮列车动力可以推动该列车以20000公里/小时（约5.56公里/秒）的速度运行。如此高速，列车的重力（地球的引力）将下降很多。换句话说，当隧道中空气压力下降到3236分之1个大气压（约30.9帕）时，从理论上讲，现有的以500公里/小时速度运行的磁力悬浮列车动力可以推动该列车以28440公里/小时（约7.9公里/秒，第一宇宙速度）的速度运行。这个速度是航天器克服地球引力离开地球的速度。列车的最高运行速度达到10000公里/小时以上时，列车实际运行的时间往往很短，因为每6分钟，列车可以运行1000公里。以北京到上海的距离为例，经过加速、高速运行、减速，十几分钟时间足矣。加上进站出站的时间，平均半小时发送一对列车是完全可能的。这样，北京到上海每天可以发送48对列车（按照前列已达后列再发的原则，否则运力还能增加），这对于人员和货物的运输能力都将是一个极大的提高。尤其速度更加快捷，使得空间的概念变小。中国的国情需要新的运输工具具有特别强大的运输能力。设施本文建议方案，有利于增强我国的综合国力。  
  
    真空隧道磁悬浮列车是一项国际领先的高新技术。由于磁力悬浮列车技术是当今世界先进的技术，在此基础上建设真空隧道磁悬浮列车运输线是将磁力悬浮列车技术向前推进了一大步。如果我们申请国际专利，或许我们可以凭借对专有技术的占有权获得可观的国际技术转让费。  
单列列车的运行能耗降低。由于维持列车悬浮的电磁力和推动列车前进的电磁力都没有增加，列车运行时间缩短为4分之1以下，虽然维持隧道真空度需要增加能源消耗，但是由于真空度的标准不高，因此预计维持真空所增加的能源消耗将低于列车运行时间缩短所节约的能耗。  
  
    列车运行安全性能增加。虽然运行速度增加，控制和操作难度增加，但是列车运行处于封闭状态对安全是有利的。由于隧道磁力悬浮列车是在地面运行，发生紧急状态时，随时可以向隧道通入空气，利用空气阻力制动，利用空气维持生命，列车还可以停靠在运输线的任何路段进行检修，因此它的安全性能有理由超过飞机。  
　
  
    三、从主要技术看，现在没有难题。
  
    磁力悬浮问题。国外发达国家已经建成多条磁力悬浮列车运输线，如德国、日本的磁力悬浮列车正在营运。国内西南交通大学已经制造了磁力悬浮列车的中试试验样品车；四川省青城山到都江堰正在修建长度为80公里的磁力悬浮旅游观光列车轨道；上海正在修建浦东机场到虹桥机场的磁力悬浮列车运输线。因此可以认为磁力悬浮问题已经解决。而且本文建议方案的参照和对比方案就是正在论证的北京到上海的磁力悬浮列车运输线。对比方案是本文建议的基础，就是说如果在北京到上海建设磁力悬浮列车运输线是可行的合理的，则本文建议方案可能是更加优化的方案。  
  
    密封隧道的可行性。上海黄浦江越江隧道、英国和法国之间穿越英吉利海峡的隧道、日本的津轻海峡隧道等，都表明建设具有高度密封性的隧道是可能的。本文建议方案所述密封隧道的强度要求远远比不上越江跨海隧道的强度高，因此从技术的可行性上看是没有问题的。而且由于隧道建在地面，建设难度也不高。从修建隧道的费用看，成本比较高，但是与修建磁力悬浮列车运行轨道及其相关配套设施的费用相比，修建隧道增加的费用比例不高。重要的是，修建隧道后，列车的运行速度可以从400-500公里/小时提高到平均几千公里/小时，运输能力大大提高（几倍到几十倍），由于车辆在封闭状态中运行，列车运行的安全性能也大大提高，增加的部分投资投资效益比非常可观。  
进站出站的方法。采用隔离仓技术（原理类似潜水艇的减压仓，也类似于船闸），在隧道与车站月台之间形成过渡区，通过向隔离仓充入空气和抽出空气，使列车分别适应隧道真空和普通月台开放大气的环境。  
设置组合隔离仓，可以使得列车进站出站和上下旅客的时，其它列车正常使用隧道运输线。  
　
  
    四、需要研究确定的事项
  
    建设真空隧道增加的投资金额，估计这个费用不会超过建设磁力悬浮列车运输线的费用。虽然增加的投资效益比很好，但是如果财力不够，也不能勉强行事。  
  
    载人列车车厢和货运车厢必须都是密封的。乘员的环境问题估计现在的磁力悬浮列车技术已经有所考虑，需要设置独立的空气供应系统。  
运行速度和真空度的选择。提高真空度有利于提高列车运行速度，但是运行速度过高，控制和操作难度增加，而且维持高真空度的成本增加。需要通过计算确定一组合理的参数。预计1万公里/小时等级的运行速度，对真空度的要求不太高，真空维持费用也相对便宜。  
  
    选择合适的列车加速度以适应普通旅客的体质。  
  
    运输线是直线直达还是途经其它城市问题。因为高速运行需要尽量减少弯道和坡道，直线直达有利有弊。  
  
    设立单线隧道磁力悬浮列车运输线还是设立复线运输线。  
  
    本文目的在于抛砖引玉，希望有兴趣的朋友踊跃发表意见，供有关专家参考。
                                                           周向进
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