比子彈還快的“飛鐵”是啥樣

洛雨

時(shí)速4000公里，意味著車中乘客的速度，是地面音速的3倍、步槍子彈出膛速度的1.5倍。面對(duì)這個(gè)數(shù)字，許多人最關(guān)注的還是舒適性和安全性的問題。對(duì)人體來說，“飛”得比子彈還快究竟意味著什么呢？

以磁懸浮的加速度，要從北京一路加速到上海

首先，對(duì)于“坐地日行八萬里”的我們來說，速度本身并不是關(guān)鍵，關(guān)鍵在于加速度。

要通俗地理解加速度給人帶來的感受，可以參考超級(jí)跑車全力啟動(dòng)的過程。一輛能夠做到3秒內(nèi)突破百公里時(shí)速的超級(jí)跑車，其最快加速度可以超過1g（重力加速度，約為9.8m/s ），這時(shí)，駕駛者會(huì)有一個(gè)強(qiáng)烈的“推背感”，感覺人像是被緊緊地釘在座椅上，這個(gè)力的大小，相當(dāng)于一個(gè)人壓在自己的身上。

中國(guó)工程院院士、空軍航空醫(yī)學(xué)研究所航空醫(yī)學(xué)工程研究中心主任俞夢(mèng)孫曾介紹，戰(zhàn)機(jī)飛行員一般需要承受高達(dá)9g的加速度，但飛行員可能會(huì)出現(xiàn)黑視或暈厥的現(xiàn)象。

“神舟”十一號(hào)航天員陳冬也曾向公眾描述過訓(xùn)練時(shí)體驗(yàn)4g加速度時(shí)的感受：身體像被三個(gè)自己牢牢按死，眼淚直流，十分狼狽。

但這種加速持續(xù)時(shí)間只是數(shù)秒或幾十秒，是瞬間的事。對(duì)于一般的交通運(yùn)輸工具來說，設(shè)計(jì)者要權(quán)衡加速度、加速時(shí)間和加速路程，盡量保證乘客的舒適性。

8月31日，航天科工三院三部“高速飛行列車”技術(shù)總負(fù)責(zé)人毛凱回應(yīng)媒體稱：“列車進(jìn)入高速運(yùn)行狀態(tài)前有個(gè)緩慢的加速過程，加速度比飛機(jī)啟動(dòng)要小?！?/p>

在“緩慢加速”的情況下，加速時(shí)間和加速距離都會(huì)相應(yīng)增加。波音787客機(jī)啟動(dòng)的加速度約為0.25g，以0.25g加速到時(shí)速4000公里，加速時(shí)間約為450秒，即7.5分鐘，加速距離約為250公里。

而上海磁懸浮列車目前的啟動(dòng)加速度約為0.06g，以這個(gè)速度加速到時(shí)速4000公里，加速時(shí)間約為1890秒，即31.5分鐘，加速距離約為1050公里。

北京至上海的直線距離為1084公里。也就是說，如果以磁懸浮列車的加速度，乘客從北京出發(fā)，開始一路加速，到上海差不多剛剛達(dá)到最高時(shí)速。

而如果在北京和上海的中點(diǎn)設(shè)置一站，以波音787客機(jī)的加速度，“高速飛行列車”從加速到最高時(shí)速，再馬上減速至停止，正好是一站的距離。

如此壓縮列車的平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)間，不利于乘客的舒適度。因此，如果要實(shí)現(xiàn)時(shí)速4000公里的“高速飛行”，兩站之間的距離必須非常遠(yuǎn)。

線路要又“直”又“平”：如何轉(zhuǎn)彎、過橋

如此，“高速飛行列車”又面臨第二個(gè)挑戰(zhàn)：彎道和橋梁。

長(zhǎng)達(dá)數(shù)千公里的行駛距離，肯定要跨越不同的海拔以及復(fù)雜變化的地形，比如山脈、高原、盆地、平原、丘陵、河流甚至海洋。這就需要轉(zhuǎn)彎以回避線路上的險(xiǎn)阻。但在向心加速度相同的情況下，列車運(yùn)行速度和能承受的最小曲線半徑（編注：非專業(yè)場(chǎng)合稱之為轉(zhuǎn)彎半徑）成平方關(guān)系。也就是說，“高速飛行列車”比高鐵的速度快了10倍，那它在實(shí)際運(yùn)行中需要的最小曲線半徑可能要以百倍計(jì)算。

可查資料顯示，最高時(shí)速350公里的京滬線上的最小曲線半徑7公里左右。這意味著，乘客要達(dá)到高鐵的舒適程度，最高時(shí)速4000公里“飛鐵”的最小曲線半徑得是900公里左右。900公里左右的最小曲線半徑，基本已經(jīng)不具備在地面上的轉(zhuǎn)彎能力。怎么理解這個(gè)概念呢？只有從太空中，才能發(fā)現(xiàn)這條地面上的“直線”是“彎”的。

為了在工程上可行，“飛鐵”就得縮小最小曲線半徑。這就涉及到乘客舒適度的問題。簡(jiǎn)單來說，列車啟動(dòng)時(shí)的加速度帶給人“推背感”，而轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心加速度會(huì)帶給人“甩飛感”。

假設(shè)最高時(shí)速4000公里的“飛鐵”在轉(zhuǎn)彎時(shí)將速度降至最高時(shí)速的25%即1000公里，最小曲線半徑與高鐵一致也是7公里，那么乘客在轉(zhuǎn)彎時(shí)就會(huì)承受1.24個(gè)g的向心加速度。這相當(dāng)于在橫向或者斜向上，給乘客身體上再施加一個(gè)多人的重量，這會(huì)帶來很強(qiáng)的壓迫感。打個(gè)比方，相當(dāng)于每次轉(zhuǎn)彎，都是激烈的過山車體驗(yàn)。

與軌道的彎道問題相似的，是軌道橋梁?jiǎn)栴}。在時(shí)速4000公里下，輕微的曲率都可能造成一定程度的失重。這就意味著，“高速飛行列車”的真空管道不僅要在水平方向上減少拐彎程度，也要在垂直方向上減少坡度變化，否則，列車的安全性和舒適性難以保障。

此外，在安全性方面，成倍提高的速度也會(huì)要求成倍的制動(dòng)和預(yù)警能力。因?yàn)樽罡邥r(shí)速是4000公里，緊急制動(dòng)距離會(huì)很長(zhǎng)?？勺霰容^的是，轎車在緊急制動(dòng)，即一腳剎車踩到底的情況下，加速度是-1g左右，在時(shí)速100公里的情況下制動(dòng)距離需要39米。時(shí)速4000公里，如果加速度也是-1g，緊急制動(dòng)距離需要63公里。這意味著，得確保前方線路63公里之內(nèi)都沒有任何故障，否則后果不堪設(shè)想。

此外，“飛鐵”緊急制動(dòng)時(shí)間得用113秒，可做參考的是，百公里時(shí)速的轎車緊急制動(dòng)是3秒不到。在這個(gè)過程中，乘客會(huì)極度不適，有飛出去的感覺。事實(shí)上，在轎車制動(dòng)中，如果不系安全帶，人已經(jīng)飛出車外了。

總而言之，最高時(shí)速4000公里的列車，一方面需要站點(diǎn)設(shè)置得盡量“遠(yuǎn)”，一方面又需要線路設(shè)計(jì)得盡量又“直”又“平”，這給工程建設(shè)提出了極大挑戰(zhàn)。畢竟，按前文推導(dǎo)，“高速飛行列車”覆蓋距離需要以千公里計(jì)算，而中國(guó)疆域的東西距離為5200公里，南北距離為5500公里，其間地勢(shì)地形變化多端，十分復(fù)雜。

時(shí)速4000公里是航天科工為“高速飛行列車”規(guī)劃的最后一步，在近期內(nèi)，航天科工會(huì)首先突破時(shí)速1000公里這個(gè)“小目標(biāo)”。但對(duì)于“北京到上海半小時(shí)”這個(gè)美好的憧憬，目前還尚未有具體時(shí)間表。

（摘自2017年9月2日網(wǎng)易新聞，標(biāo)題為編者所加）