論述了我國發展真空管道高速交通的必要性和可行性. 就管道壓強、遮擋系數及其關鍵技術等基本問題展開討論. 重點論述我國發展真空管道高速交通的戰略方針和技術方案. 提出采用高溫超導磁浮導向,同步線性電機牽引和低壓強管道所組成的系統. 建議立即開始研究試驗,以期能于2030年前實現600～1000 km /h超高速真空管道磁浮列車的商業運行.
　　
　　在地表稠密大氣層中運行的高速交通工具,z*高經濟速度不超過400 km/h[1-3] . 然而,實現更高速度確有客觀需要,也是交通科技工作者孜孜以求的夢想. 實現更高經濟速度的一個可能的途徑是采用真空管道. 筆者擬就此發表一些思考和觀點,以期引起我國有關部門、企業以及交通界學者工程技術人員的關注.
　　
　　1、發展真空管道高速交通的必要性
　　
　　限制地面高速交通z*高經濟速度的根本因素是稠密大氣, 克服氣動作用是地面高速交通的主要任務. 氣動阻力與速度的二次方成正比,氣動噪音隨速度七次或八次方而急增. 這是任何形式的交通工具都無法避免的客觀規律.
　　
　　文獻[1]引用了德國磁浮列車和日本新干線輪軌列車實測的牽引曲線,空氣阻力所占比例如表1所示. 可見不管是磁浮還是輪軌列車,當速度達到400 km /h以上時,空氣阻力所占比例將超過80%。低速下磁浮列車的空氣阻力比例低于輪軌,除說明其空氣阻力可能較小外,另外一種可能性是其空阻以外的阻力比輪軌的大. 總之, 80%以上的能耗用于克服空氣阻力,應當認為是不經濟的.
　　
　　高速帶來的噪音問題則更嚴重. 交通噪音的環保國家標準為距離鐵路外側軌道中心線30 m處所測得的噪音水平一般不得超過70 dB[4] . 噪音超標常成為限制速度的關鍵因素. 如上海浦東的常導磁浮列車,速度達到400 km /h時,噪音高達89 dB,在城鎮或人口密集地區,只能降速到200 km /h通過.磁浮車的低噪音和振動只是在低速之下才有可能.速度一高,以氣動噪音為主,懸浮與否,已經沒有實質差別了.
　　
　　既然高速的障礙來自周圍介質———稠密大氣,根本途徑只能是改變介質的密度. 正如高速水運那樣,水的阻力是大氣的13 倍, 使船脫離水面, 在空氣中飛起來, 即水面效應飛船, 速度就可達到300～400km /h. 干線飛機巡航高度達到萬m,也是為了擺脫地表稠密大氣層的作用. 地面列車當然不能飛到萬m高空,但可以利用密閉管道,降低管道內壓強,等于在列車周圍創造低密度介質的環境,以擺脫阻力與噪音的困擾,理論上可實現任意高速度的運行. 事實上, 1934年德國工程師肯佩爾獲得世界第一個磁浮列車專利時,就是這樣想的. 他提出在真空隧道中運行磁浮列車,速度達到1 800 km /h. 半個多世紀以來,人們總認為真空隧道難以實現,極力探索在開敞大氣中高速運行磁浮列車的道路,可惜無一成功. 歷史的結論很清楚,必須回到肯佩爾的道路上來,不回避真空管道,才能實現400 km /h以上超高速交通的夢想.
　　
　　有人會認為能實現300 km /h高速鐵路就夠了,沒有必要在地面追求更高的速度. 的確,發展航空運輸給長距離高速交通提供了很好的選擇. 但是,航空需要耗費大量高級汽油. 在石油資源日趨緊缺的今天,作為科技任務,已到了應當開始尋找第二種選擇的時候了. 總有一天,乘飛機會變成一般人難于負擔的奢侈消費,而超高速旅行的市場需求只會與日俱增,經濟安全的地面超高速交通將突顯其市場魅力. 另外,環保問題日益突出,防止地球變暖,控制溫室氣體排放勢在必行.
　　
　　綜上所述,發展環保潔凈運輸,即地面超高速軌道交通,從可持續循環經濟的要求出發,也是十分必要的. 由于研究開發管道真空高速運輸這一復雜的新型交通工具,使之達到能夠商業運營的程度,需要20～30 a時間,能源和環保留給我們的時間已經不多,立即開始研究已嫌過晚,再也不能猶疑觀望,裹足不前了.
　　
　　2、發展真空管道高速交通的可能性
　　
　　3、真空管道高速交通的基本問題
　　
　　4、我國發展真空管道高速交通的戰略方針和技術方案
　　
　　我國真空管道高速交通的戰略定位應為600～1 000 km /h超高速地面交通,是目前地面高速交通的延伸和補充.
　　
　　當前正在開發的輪軌高速鐵路,速度為300～350 km /h,是現有鐵路網提速的必然趨勢. 上海浦東引進德國常導磁浮列車,速度為400～450 km /h,不失為磁浮列車技術工程化的大膽嘗試. 這2項已列入我國中長期交通科技發展規劃戰略研究. 真空管道高速交通速度更高,技術難度更大,是交通應對幾十年后能源、環保嚴重問題的重要措施,將成為20～30 a以后交通運輸市場的亮點. 就當前來說,研究真空管道高速交通是z*具前瞻性、前沿性的前期研究,與其他高速交通的研究并行不悖,相輔相成. 因此,真空管道高速交通的戰略方針應當是研究領先,試驗開路,分階段實現工程化,以2020年拿出z*優工程方案, 2030年開通s*條運營線為目標. 對于真空管道高速交通這樣的高技術項目,必須進行多方案比較試驗,優選各個子系統的技術,還要反復進行系統綜合評估,才能找出z*佳結構方案及參數. 所以,不能急功近利,過早考慮實際工程實施,盲目追求市場效應.
　　
　　分階段發展的初步設想是用5年 (2005～2010)時間進行小比例模型研究,主要是探討壓強、遮擋系數和速度之間的關系,確定管道內徑及車輛外部尺寸. 然后,再用5年,即在今后10 年(2005～2015)之內,進行全尺寸模型試驗,同時建造試驗線路并進行運行試驗. 總共大約需要15 年(2005～2020) ,才能確定z*佳的工程化方案. 在其后的10 年內(2020～2030)有望建成一條足夠長度的運營示范線. 爭取能在2030年以前開始商業運營.
　　
　　關鍵是技術方案的選擇. 應鼓勵多單位參與,各自選擇1個或若干方案開展試驗研究. 2020年進行全國性的方案評比,取長補短,共同確定一個z*佳方案.管道壓強的基本選擇有2種:超低氣壓管道或低氣壓管道. 前者壓強可取1. 0 Pa或更低,后者一般可取10～20 kPa. 各有短長,通過對比分析才能決定取舍.
　　
　　管道結構可以是圓形(z*省材料)或在凹形整體道床上的半圓形;雙向管道可以并列,也可以上下排列; 2管道之間可以分隔,也可以相互連通,以減小遮擋系數. 管道不一定都高架,鋪于地面可省支撐結構.進入隧道時可利用隧道做真空管道,以縮小隧道斷面. 管道材料可選防漏水泥,也可考慮鋼板、塑料等新型建材. 管道內降低壓強可選用高效率的抽風機,沿管道建設自動抽氣站. 抽氣站間的距離和抽風機功率由計算確定.
　　
　　關于道岔,如采用非包邊的磁浮車,可通過導向機構的自動控制而避免轍岔的移動,這樣可使管道分岔十分簡單. 列車進出站可采用登車橋機構,一端與車站開敞部分相通,另一端與車門緊密貼合后,開啟車門,即可供旅客上下.
　　
　　列車選擇的范圍更大. 牽引動力看來采用大功率同步線性電機已成共識,或可有更好的方案,如超導牽引等. 懸浮及導向則可在更多可能方案中選擇,輪軌也是可以考慮的. 輪軌系統如不承擔牽引(牽引仍用線性電機) ,只用于支承和導向,則在很高速度下也能很好工作. 用于貨運的管道多采用滾輪支承就是一例. 當然采用磁懸浮將更方便. 磁浮技術種類繁多,有常導、超導、高溫超導、磁浮飛機、永磁補償等等. z*近航天部第二研究院又推出氣浮車技術,他們發現航天器上使用的發汗冷卻技術產生的推力,可用來將車懸浮,這也是一種可以考慮的方案.
　　
　　從國內外磁浮技術的發展來看,西南交通大學研制的高溫超導磁浮車z*有可能成為600～1 000 km /h超高速真空管道交通的載體. 這一技術利用常規永磁體的磁場在高溫超導體中引起屏蔽電流實現懸浮,導向由高溫超導體釘扎中心對永磁導軌磁力線的釘扎作用實現. 懸浮高度和導向力一般不需要額外的自動控制系統,懸浮距離大,導向力強,結構簡單. 非包邊結構便于采用半圓罩以形成管道. 缺點是用永磁軌道,不便維修養護,但在密閉的真空管道中運行,就不存在這個問題了.
　　
　　采用高溫超導懸浮和導向, 同步線性電機牽引, 在10～20 kPa壓強的管道中, 運行速度為600～1 000 km /h,可以作為目前進行試驗研究的一個基本方案.
　　
　　沒有行動任何戰略方針都是空話. 實現超高速真空管道交通雖然是20～30年以后的事,但研發工作如不現在就啟動,再等多少年也只能是夢想. 如果本文能夠引起社會的關注和學術界的支持,展開討論,則是作者的z*大希望了.
　　
　　參考文獻:
　　
　　[1] 　沈志云. 高速磁浮列車對軌道的動力作用及其與輪軌高速鐵路的比較[J] ,交通運輸工程學報, 2001, 1 (1) : 126.
　　
　　[2] 　沈志云. 京滬高速鐵路技術方案的探討[J]. 交通運輸工程學報, 2001, 1 (2) : 10213.
　　
　　[3] 　沈志云. 對磁懸浮高速列車認識的兩個錯誤觀點[J]. 交通運輸工程學報, 2004, 4 (1) : 122.
　　
　　[4] 　馬大猷,孫家麒,程明昆,等. 噪聲與振動控制工程手冊[M]. 北京:機械工業出版社, 2002. 137.