近地飛行：未來交通出行的“第五元素”

文·圖/沈臻懿

更迅捷、更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的全新交通出行方式

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，上天入地對于人類而言早已稀松平常。說起交通出行方式，人們往往想到的是搭載飛機(jī)、火車、輪船和汽車這四種常規(guī)工具。在這其中，飛機(jī)是速度最快、耗時最少的一種。當(dāng)前，民航噴氣式客機(jī)的時速通常為800公里/小時左右。若以空客A380為例，其最高巡航速度可達(dá)945公里/小時。那么，有沒有一種交通工具，能夠比萬米高空中飛行的客機(jī)速度更快呢？答案幾乎是肯定的。或許在不久的將來，一種名為“近地飛行”的高速交通系統(tǒng)就將從實驗測試階段走向商業(yè)推廣，成為繼飛機(jī)、火車、輪船和汽車之后交通出行的“第五元素”。

“近地飛行”高速交通系統(tǒng)，最初源于科學(xué)家們提出的一種新型運輸構(gòu)想——利用“膠囊吊艙”，在密閉真空管道中運載乘客和貨物。具體來說，就是研制出一種用磁力和真空驅(qū)動的超高速列車，使其能夠通過管道進(jìn)行長距離的運輸。這一理念聽上去似乎有點類似于磁懸浮列車。相較于傳統(tǒng)鐵路運輸，磁懸浮列車運行速度更快，加速能力更強(qiáng)，噪聲影響更小，對軌道設(shè)施基本無磨損。某種意義上而言，磁懸浮列車可以看作是“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的前身。不過，兩者之間依然有著極大的差別。就運行環(huán)境而言，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)必須配置專門的運輸管道。

真空或近似真空的狀態(tài)，能夠最大程度減少空氣阻力，以實現(xiàn)列車的超高速行駛。但考慮到真空狀態(tài)極難維系，即便是管道上出現(xiàn)的細(xì)微裂縫或泄漏點，都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。為此，科學(xué)家們嘗試在低真空環(huán)境中運行“膠囊吊艙”列車，并將“近地飛行”高速交通系統(tǒng)管道內(nèi)的氣壓設(shè)定在100Pa（帕），約為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的千分之一，大為降低了管道內(nèi)的空氣阻力。“膠囊吊艙”底部裝載了磁鐵，管道地面則有磁場在流動，列車可利用磁場來獲得推動力。當(dāng)“膠囊吊艙”通過管道時，前方會產(chǎn)生拉力，后方則產(chǎn)生推力，從而令其快速前行。同時，管道內(nèi)部的真空狀態(tài)，又可極大程度地減少空氣摩擦，從而使“膠囊吊艙”列車獲得更大的運行速度。

“膠囊吊艙”列車的加速和制動，由線性電機(jī)所控制，可以實現(xiàn)全程高加速度。當(dāng)列車在狹長的管道中達(dá)到旅行速度后，空氣壓縮機(jī)亦可提供所需的動力。據(jù)測算，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的最高時速可超過1000公里/小時，略低于音速。但隨著運輸距離的延長，不排除其在超長距離上時速超過音速的可能性。“近地飛行”高速交通系統(tǒng)全速啟動時，乘客會有類似飛機(jī)起飛的推背感，其速度可達(dá)高鐵的4倍、一般客機(jī)的2倍。“膠囊吊艙”列車的車廂座位設(shè)計數(shù)為12～28個左右。這一并不算大的運輸量，可以讓發(fā)車班次變得更為密集，乘客也不用花過多時間在站臺候車。

除了出行迅捷這一優(yōu)勢外，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性，則更多體現(xiàn)在其設(shè)施結(jié)構(gòu)方面。高速交通運行線路由兩條平行設(shè)計的管道組成，分別對應(yīng)起點到終點的上下行線路。該技術(shù)所需的運輸管道為鋼結(jié)構(gòu)材料制成，內(nèi)徑尺寸2.23米或3.3米，具體取決于運行“膠囊吊艙”列車的大小。運輸管道通常會安裝在距地面6米高的鋼筋混凝土支柱上。這種高架結(jié)構(gòu)，可以最大程度減少“近地飛行”高速交通系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施占用的空間。此外，整個“近地飛行”高速交通系統(tǒng)所需的能耗均可由安裝在運輸管道外側(cè)的太陽能板來供電。若在此過程中電能還有余量，則可接入普通電網(wǎng)，或予以存儲，以供系統(tǒng)在夜間或陰天等陽光欠佳的條件下保持正常運行。

“近地飛行”高速交通系統(tǒng)前瞻

從物理定律上，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計確實可行。但作為一項從未付諸實踐的全新技術(shù)，真空管道內(nèi)的“膠囊吊艙”列車運行仍需經(jīng)過大量驗證方可趨于成熟。

此前，已有科技公司在沙漠測試場中完成了一次“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的載人試驗。此次試驗使用了500米長、內(nèi)徑為3.3米的測試軌道，并搭載了兩名乘客“體驗官”。“膠囊吊艙”列車在管道強(qiáng)磁力的作用下，僅花費15秒時間就將乘客安全送抵終點。由于測試軌道的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，試驗中測得的“膠囊吊艙”列車最高時速僅為172公里/小時。這一數(shù)據(jù)看似遠(yuǎn)低于“近地飛行”高速交通系統(tǒng)1000公里/小時的理論時速，考慮到此系載人試驗，其已在一定程度上驗證了載人運行時最引人關(guān)注的部分——安全性問題。據(jù)一名乘客“體驗官”稱，試車過程非常順利，完全沒有坐過山車的起伏或顛簸之感。“膠囊吊艙”列車的加速極快，且乘坐時并無不適感。載人試驗成功后，該科技公司預(yù)計在2025年完成“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的安全認(rèn)證，并力爭從2030年起正式開通第一條28人座的商用運營線路。

“近地飛行”高速交通系統(tǒng)要想在未來有著更大的發(fā)展前景和商業(yè)化運行，就必須提供更為安全的體驗、更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)以及更為低廉的售價。唯有如此，才可能將乘客從當(dāng)前的飛機(jī)、火車、輪船和汽車等主流交通出行方式中吸引過去。盡管現(xiàn)行的出行方式還存在著諸多不完美，但至少已建立了深厚的用戶基礎(chǔ)，且足夠安全。因此，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)在未來的發(fā)展中，還需要進(jìn)一步證明通過管道進(jìn)行旅行的技術(shù)是安全可靠的。

安裝在地面之上的運輸管道和支柱，勢必會受到地震和地質(zhì)活動的影響。這不但可能導(dǎo)致管壁變形引發(fā)管內(nèi)碰撞，劇烈的地震甚至還會使支柱坍塌、管道損毀。高速狀態(tài)下，即便是輕微的軌跡偏離，都會造成相當(dāng)大的沖擊力。不可否認(rèn)，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的設(shè)計，已考慮到地震發(fā)生時的安全性。系統(tǒng)在監(jiān)測到首次地震波后，就會即刻觸發(fā)緊急制動指令。姑且不說減速過猛可能出現(xiàn)的嚴(yán)重碰撞，即便是采用極強(qiáng)減速力進(jìn)行緊急制動，也至少需要2公里的制動距離和15秒的停車時間。但對于強(qiáng)烈地震而言，這一應(yīng)對時間仍然需要再縮短。這就需要“近地飛行”高速交通系統(tǒng)在之后的驗證中考慮如何進(jìn)一步提升碰撞后的安全保護(hù)，如何更好地應(yīng)對災(zāi)害、事故帶來的后果。為此，研究人員也在探索使用一種新型智能材料作為“膠囊吊艙”的車廂新材料。這種由輕量級碳纖維構(gòu)成的材料，強(qiáng)度大于鋼材料10倍，且比鋁合金更輕。材料內(nèi)集成嵌入了各類傳感器，可用于實時讀取“膠囊吊艙”的穩(wěn)定度、完整度、溫度等信息，并及時傳回運行控制中心。同時，“膠囊吊艙”使用了雙層智能材料結(jié)構(gòu)來打造。材料和結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化，不僅可以大幅減少列車長途運行的能耗，即使發(fā)生碰撞造成外層材料毀損，仍可保證列車的安全運行。

“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的運行模式，最值得關(guān)注的便是其有著極大的低碳減排優(yōu)勢：一方面，系統(tǒng)運行所需的電力均由可再生能源提供，包括太陽能和電池科技等技術(shù)的提升，將推動“近地飛行”高速交通愈發(fā)成熟；另一方面，若未來能夠構(gòu)建起多區(qū)域的“近地飛行”高速交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，則可以取代當(dāng)前碳排放量較大的傳統(tǒng)地面交通以及短途客運和貨運線路，在減少環(huán)境污染的同時，還可為道路通行騰出更大的空間。