【康沃真空網(wǎng)】在大同市陽高縣，總長2公里的國內(nèi)首條完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁浮試驗(yàn)線項(xiàng)目一期正在如火如荼地建設(shè)中，這里將誕生世界上最快的地面交通工具，時(shí)速可達(dá)1000公里！此速度比普通民航客機(jī)的速度還快，接近子彈出膛時(shí)的速度。因此稱它為“高速飛車”。
高速飛車大同（陽高）試驗(yàn)線工程基地，圖源：中國中鐵
2021年5月24日，“高速飛車”山西省實(shí)驗(yàn)室揭牌暨大同（陽高）試驗(yàn)線工程開工奠基儀式在山西大同市舉行，我國首條超高速低真空管道磁浮交通系統(tǒng)全尺寸試驗(yàn)線正式開工建設(shè)。
這標(biāo)志著“高速飛車”技術(shù)開啟了研制新階段，它也是為超高速地真空磁懸浮列車運(yùn)行走向?qū)嵱没M(jìn)行預(yù)演。試驗(yàn)線工程完工后將實(shí)現(xiàn)我國相關(guān)核心技術(shù)和裝備自主可控，為高速飛車由試驗(yàn)走向?qū)嶋H應(yīng)用、形成成套技術(shù)奠定下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
高速飛車大同（陽高）試驗(yàn)線工程基地效果圖，圖源：中國中鐵
該試驗(yàn)項(xiàng)目是對(duì)管道飛行器系統(tǒng)集成功能的驗(yàn)證，施工技術(shù)精度高、標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)，要求低真空環(huán)境和足夠的密閉性，涉及真空技術(shù)、新型材料及電磁設(shè)備。試驗(yàn)平臺(tái)集合了NU管梁和鋼管梁兩種結(jié)構(gòu)形式，解決了大直徑長距離真空管道密封技術(shù)、管道溫度變形補(bǔ)償技術(shù)，以及鋼筋混凝土線圈板的預(yù)制、安裝和精調(diào)等技術(shù)方面的難題。
NU管梁試生產(chǎn)成品，圖源：中國中鐵
高速飛車是國家級(jí)戰(zhàn)略研發(fā)課題，全稱“超高速低真空管道磁浮交通系統(tǒng)”。要實(shí)現(xiàn)時(shí)速1000公里的高速運(yùn)行，需要克服兩個(gè)問題：一是車輪與軌道間的摩擦，二是空氣阻力和噪聲。我們用理論來進(jìn)行說明。
在車輛系統(tǒng)中，阻力是限制速度提升和影響穩(wěn)定性的重要因素，列車總阻力為F = a+bv+cv2（1），式中：a 為固有阻力；b 為機(jī)械摩擦阻力系數(shù)；c 為空氣阻力系數(shù)；v 為列車與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。
氣動(dòng)阻力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為Fair = 1/2 CρSv2 （2），式中：C 為空氣阻力系數(shù)，表示受空氣阻力的影響程度，主要與列車流線外形有關(guān)；ρ 為空氣密度，正常的干燥空氣可取1.293 g/l；S 為物體迎風(fēng)面積。
由式（1）（2）可知，車輛系統(tǒng)總阻力大部分來源于機(jī)械摩擦阻力和空氣阻力，車軌機(jī)械摩擦阻力可以利用磁懸浮列車技術(shù)得以消除，但空氣阻力的大小與空氣阻力系數(shù)及迎風(fēng)面積成正比，與速度平方成正比，速度越大，空氣阻力越大。德國磁懸浮列車TransRapid （TR）和日本新干線輪軌列車的實(shí)測數(shù)據(jù)均表明，速度超過400 km/h，空氣阻力占總阻力的比例將超過80%，因此列車牽引驅(qū)動(dòng)動(dòng)力主要用于克服氣動(dòng)阻力，能耗增加，經(jīng)濟(jì)性差。
同時(shí)，在稠密大氣中運(yùn)行的高速列車也將帶來嚴(yán)重的氣動(dòng)噪聲問題，氣動(dòng)噪音隨速度的7次或8次方急增。另外，我國的《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096——1993）明確指出：穿越城區(qū)的鐵路主次干線兩側(cè)區(qū)域的背景噪聲最大值不超過標(biāo)準(zhǔn)值70dB，噪聲問題成為制約軌道交通進(jìn)一步發(fā)展的另一個(gè)重要因素。
因此，要提高軌道交通的運(yùn)行速度，突破400km/h 的最高經(jīng)濟(jì)速度，必須從改變運(yùn)行環(huán)境介質(zhì)的密度入手，即在地面上創(chuàng)造一個(gè)接近萬米高空的低氣壓環(huán)境，因此，真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)成為提高經(jīng)濟(jì)速度的必然選擇。
由西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)搭建的室真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Super-Maglev，圖源《西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)》
Super-Maglev 具體參數(shù)，圖源：《西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)》
可能有人會(huì)問，如此快的速度，高速飛車怎么保證其安全性呢？對(duì)此我們大可放心，因?yàn)檎婵哲壍酪话愣急容^直，所以出現(xiàn)側(cè)甩的可能性較小，在低真空管道中也不會(huì)受到外界強(qiáng)風(fēng)、暴雨等突發(fā)性天氣的影響，除掉了很多安全干擾因素，所以真空管道保證了高速飛車較高的安全性。
而且，磁懸浮屬于可再生清潔能源，只要使用電力，便可持續(xù)較長時(shí)間。管道內(nèi)抽成真空，形成自然的隔音屏障，極大降低了對(duì)外界環(huán)境的噪聲污染，十分環(huán)保。
由于管道中是低氣壓環(huán)境，理論上說，當(dāng)管道內(nèi)氣壓足夠低，列車在管道中運(yùn)行的空氣阻力可以忽略不計(jì)，列車在管道中甚至可以慣性運(yùn)行，不需要連續(xù)推進(jìn)供電，且維持真空的成本也很便宜。以羅茨真空泵為例，其抽氣速度為4320m3/h，輸出功率為11kW，抽空1km 長100m2截面積的管道，只需耗254 kW?h電能，約合153元，維持低壓環(huán)境的耗能約為抽空的1/10。各種運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)煤能耗及成本對(duì)比如下圖所示，在不考慮驅(qū)動(dòng)能耗的前提下，相比于其它交通運(yùn)輸方式，真空運(yùn)輸系統(tǒng)更加高效經(jīng)濟(jì)。
各種運(yùn)輸系統(tǒng)能耗及成本對(duì)比
未來，高速飛車有望與高鐵、飛機(jī)共同組成全國立體交通干線網(wǎng)，打造全國“一小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”，形成“超級(jí)城市群”。這對(duì)優(yōu)化我國資源配置，改善地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡具有重要意義，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供新動(dòng)能。
