超级高铁的原理是什么？有哪些技术难点？是否真的可行？

【概念】

11年前提出“真空运输”马斯克并不是第一个提出“真空管道运输”这一概念的人。早在1904年，美国学者罗伯特·戴维就已经提出“真空管道运输”的设想。

20世纪80年代，美国机械工程师达里尔·奥斯特开始思考“真空管道运输”的可行性。1999年，奥斯特为“真空管道运输”这一概念申请了专利。2010年，奥斯特成立了致力于开发真空运输项目的公司ET3。按照ET3公司的设想，真空管道运输是一个类似胶囊一样的运输容器，它通过真空管道进行点对点传送。由于管道处于真空状态，胶囊容器的速度可以达到时速6500公里。

2013年，有着“科技狂人”之称的马斯克对“真空运输”这一概念进行了丰富，提出了“超级高铁”的理念。马斯克对超级高铁的速度预期比奥斯特保守，他所提出的预期时速为1200公里，接近音速。这一速度将比现在最快的子弹头列车快两三倍，比飞机的速度快两倍。除了速度快，超级高铁还具有安全、环保的优点。因为它处于全封闭的真空系统中，它可以对复杂天气免疫，还可以使用太阳能作为驱动力。

从2010年起，美国相继成立了ET3、SpaceX、HTT等多家研发超级高铁的公司。在ET3的网站上，明确指出其目标是在2030年实现真空管道运输项目的商业应用。

【原理】

真空悬浮无摩擦力飞行超级高铁在真空管道中运行，车厢像一个胶囊。每一个胶囊被放置于管道中，像炮弹一样被发射至目的地。胶囊处于几乎没有摩擦力的环境中，无间断地行驶。

在能源方面，超级高铁将采用自供电设计，通过在管道上部铺设太阳能面板，产生足够的电能维持运行。同时，尽管真空管道运输能够达到超高速度，但乘客却不会感受到高强度的加速度。它将比火车和飞机更安全、更便宜、更安静。

这一构想中的关键是如何实现运行管道的真空？在马斯克的设计中，其技术原理是在地面或地下建一个密闭管道，用美国寿力螺杆真空泵将管道抽成真空或部分真空。在这样的环境中运行的车辆，行车阻力会大大减小，从而有效地降低能耗，同时气动噪声也可以大大降低。

高铁运行的摩擦阻力，来自于空气摩擦和接触摩擦。除了消除空气摩擦带来的阻力，超级高铁的另一大亮点是悬浮技术。悬浮技术要解决的正是接触摩擦的阻力，利用磁悬浮或气悬浮技术使车厢在真空管道中无接触、无摩擦地运行，达到点对点的传送运输。

在地表稠密的大气层中，高速交通工具运行时受到接触摩擦和空气摩擦的影响，目前最高时速可以达到500公里左右。而真空管道运输系统的最高速度，曾有媒体报道说，其理论速度最快可以达到时速2万公里。ET3公司对外宣称他们的目标时速是6500公里，马斯克的SpaceX公司将时速目标定在1200公里。

【研发】

西南交大曾建试验轨道自从真空管道运输的概念提出以来，有不少公司和机构都积极致力于项目的研发。其中，ET3公司是开始得最早、最有代表性的一家。早在2013年，ET3公司就曾公布将建造一个长达4.8公里、时速为6500公里的模拟系统，用以试验“胶囊”旅行的概念。

今年6月，马斯克投资的公司SpaceX曾宣布举行超级高铁设计竞赛，鼓励其他人提交自己的穿梭舱设计方案。SpaceX表示，在明年6月之前，SpaceX将在加州建设一条1英里长的测试轨道，测试其商业可行性。

日前，HTT公司公布了其试验轨道计划。他们计划明年搭建全球首条“超级高铁轨道”，这一轨道将位于加利福尼亚州的“码头山谷”地区，沿着5号洲际公路，绵延8公里进行测试。HTT公司是一家众筹组建的创业公司，它已经吸引了来自NASA、波音以及SpaceX等著名机构和公司的400余名专业工程师投入超级高铁研究。除了HTT，参与这一试验轨道建设的，还有欧瑞康真空公司以及Aecom建筑公司。

事实上，十几年前我国也开始了对超级高铁的研究。西南交通大学真空管道运输研究所所长张耀平投身超级高铁研究已经十余年，是国内最早研究此项目的专家。他与奥斯特相识并将“真空管道运输”概念推介到中国，在西南交通大学组建了专门的研究机构。

一名来自西南交通大学牵引动力国家重点实验室的研究人员向新京报记者介绍，西南交大去年曾建设过一个小型试验轨道，用以试验真空管道运输的可行性。轨道的实验环线半径仅6米，因而其车辆最高速度为时速50公里，但根据科研人员估算，在此实验环境中有望达到的最高理论数值为3000公里。

【争议】

“所有设想都是纸上谈兵”两院院士、机车车辆动力学专家沈志云指出，经过技术的不断改进，超级高铁的时速达到6500公里是一个可以实现的中期目标，“在技术上不存在太大问题”。不过，沈志云同时指出其实现成本太高。“这么长的隧道，还需要抽气，地铁修一公里需要八个亿。真空管道一公里十个亿也下不来。”

在中国工程院院士、高铁专家王梦恕看来，真空管道运输的可行性值得怀疑。他指出，目前，磁悬浮列车在实际运行中还存在许多无法克服的障碍，更不用说建立在悬浮技术基础上的真空运输了。“交通运输工具最重要的是安全、实用、经济、可靠。这四条，真空管道运输一条也做不到。”

王梦恕向新京报记者解释，真空管道运输在实践中会出现很多具体问题，这些问题如何解决从来没有人提出过可行的方案。王梦恕举例说，电压在真空环境中容易出现“真空击穿”现象，产生自持放电，破坏电极导致运输系统瘫痪。如何保证真空环境中的电压稳定？此外，管道中是真空状态，而在其中运行的磁浮车辆中必须具备适宜人类乘坐的大气环境，如何保证车厢内外环境都达到标准，也是一个难点。

王梦恕认为，目前谁都无法判定真空管道运输的可行性到底有多少，因为所有的方案描述都不够详细且缺少实践中必要的论据，很难判别其技术合理性及工程可行性。“可以说，真空管道运输的所有设计都还停在纸上谈兵的阶段。”