近地飛行：未來(lái)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(duì)于人類(lèi)而言早已稀松平常。說(shuō)起交通出行方式，人們往往想到的是搭載飛機(jī)、火車(chē)、輪船和汽車(chē)這四種常規(guī)工具。在這其中，飛機(jī)是速度最快、耗時(shí)最少的一種。當(dāng)前，民航噴氣式客機(jī)的時(shí)速通常為800公里/小時(shí)左右。若以空客A380為例，其最高巡航速度可達(dá)945公里/小時(shí)。那么，有沒(méi)有一種交通工具，能夠比萬(wàn)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(lái)，一種名為“近地飛行”的高速交通系統(tǒng)就將從實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段走向商業(yè)推廣，成為繼飛機(jī)、火車(chē)、輪船和汽車(chē)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(yùn)輸構(gòu)想——利用“膠囊吊艙”，在密閉真空管道中運(yùn)載乘客和貨物。具體來(lái)說(shuō)，就是研制出一種用磁力和真空驅(qū)動(dòng)的超高速列車(chē)，使其能夠通過(guò)管道進(jìn)行長(zhǎng)距離的運(yùn)輸。這一理念聽(tīng)上去似乎有點(diǎn)類(lèi)似于磁懸浮列車(chē)。相較于傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸，磁懸浮列車(chē)運(yùn)行速度更快，加速能力更強(qiáng)，噪聲影響更小，對(duì)軌道設(shè)施基本無(wú)磨損。某種意義上而言，磁懸浮列車(chē)可以看作是“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的前身。不過(guò)，兩者之間依然有著極大的差別。就運(yùn)行環(huán)境而言，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)必須配置專(zhuān)門(mén)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)列車(chē)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(diǎn)，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。為此，科學(xué)家們嘗試在低真空環(huán)境中運(yùn)行“膠囊吊艙”列車(chē)，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(gè)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(chǎng)在流動(dòng)，列車(chē)可利用磁場(chǎng)來(lái)獲得推動(dòng)力。當(dāng)“膠囊吊艙”通過(guò)管道時(shí)，前方會(huì)產(chǎn)生拉力，后方則產(chǎn)生推力，從而令其快速前行。同時(shí)，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(chē)獲得更大的運(yùn)行速度。

“膠囊吊艙”列車(chē)的加速和制動(dòng)，由線性電機(jī)所控制，可以實(shí)現(xiàn)全程高加速度。當(dāng)列車(chē)在狹長(zhǎng)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(dòng)力。據(jù)測(cè)算，“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的最高時(shí)速可超過(guò)1000公里/小時(shí)，略低于音速。但隨著運(yùn)輸距離的延長(zhǎng)，不排除其在超長(zhǎng)距離上時(shí)速超過(guò)音速的可能性?！敖仫w行”高速交通系統(tǒng)全速啟動(dòng)時(shí)，乘客會(huì)有類(lèi)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?！澳z囊吊艙”列車(chē)的車(chē)廂座位設(shè)計(jì)數(shù)為12～28個(gè)左右。這一并不算大的運(yùn)輸量，可以讓發(fā)車(chē)班次變得更為密集，乘客也不用花過(guò)多時(shí)間在站臺(tái)候車(chē)。

除了出行迅捷這一優(yōu)勢(shì)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(yùn)行線路由兩條平行設(shè)計(jì)的管道組成，分別對(duì)應(yīng)起點(diǎn)到終點(diǎn)的上下行線路。該技術(shù)所需的運(yùn)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(yùn)行“膠囊吊艙”列車(chē)的大小。運(yùn)輸管道通常會(huì)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(gè)“近地飛行”高速交通系統(tǒng)所需的能耗均可由安裝在運(yùn)輸管道外側(cè)的太陽(yáng)能板來(lái)供電。若在此過(guò)程中電能還有余量，則可接入普通電網(wǎng)，或予以存儲(chǔ)，以供系統(tǒng)在夜間或陰天等陽(yáng)光欠佳的條件下保持正常運(yùn)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(jì)確實(shí)可行。但作為一項(xiàng)從未付諸實(shí)踐的全新技術(shù)，真空管道內(nèi)的“膠囊吊艙”列車(chē)運(yùn)行仍需經(jīng)過(guò)大量驗(yàn)證方可趨于成熟。

此前，已有科技公司在沙漠測(cè)試場(chǎng)中完成了一次“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的載人試驗(yàn)。此次試驗(yàn)使用了500米長(zhǎng)、內(nèi)徑為3.3米的測(cè)試軌道，并搭載了兩名乘客“體驗(yàn)官”?！澳z囊吊艙”列車(chē)在管道強(qiáng)磁力的作用下，僅花費(fèi)15秒時(shí)間就將乘客安全送抵終點(diǎn)。由于測(cè)試軌道的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，試驗(yàn)中測(cè)得的“膠囊吊艙”列車(chē)最高時(shí)速僅為172公里/小時(shí)。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(shí)的理論時(shí)速，考慮到此系載人試驗(yàn)，其已在一定程度上驗(yàn)證了載人運(yùn)行時(shí)最引人關(guān)注的部分——安全性問(wèn)題。據(jù)一名乘客“體驗(yàn)官”稱，試車(chē)過(guò)程非常順利，完全沒(méi)有坐過(guò)山車(chē)的起伏或顛簸之感。“膠囊吊艙”列車(chē)的加速極快，且乘坐時(shí)并無(wú)不適感。載人試驗(yàn)成功后，該科技公司預(yù)計(jì)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(zhēng)從2030年起正式開(kāi)通第一條28人座的商用運(yùn)營(yíng)線路。

“近地飛行”高速交通系統(tǒng)要想在未來(lái)有著更大的發(fā)展前景和商業(yè)化運(yùn)行，就必須提供更為安全的體驗(yàn)、更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)以及更為低廉的售價(jià)。唯有如此，才可能將乘客從當(dāng)前的飛機(jī)、火車(chē)、輪船和汽車(chē)等主流交通出行方式中吸引過(guò)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(lái)的發(fā)展中，還需要進(jìn)一步證明通過(guò)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(yùn)輸管道和支柱，勢(shì)必會(huì)受到地震和地質(zhì)活動(dòng)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(huì)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(huì)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(jì)，已考慮到地震發(fā)生時(shí)的安全性。系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)到首次地震波后，就會(huì)即刻觸發(fā)緊急制動(dòng)指令。姑且不說(shuō)減速過(guò)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(dòng)，也至少需要2公里的制動(dòng)距離和15秒的停車(chē)時(shí)間。但對(duì)于強(qiáng)烈地震而言，這一應(yīng)對(duì)時(shí)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(yàn)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(duì)災(zāi)害、事故帶來(lái)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(chē)廂新材料。這種由輕量級(jí)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(lèi)傳感器，可用于實(shí)時(shí)讀取“膠囊吊艙”的穩(wěn)定度、完整度、溫度等信息，并及時(shí)傳回運(yùn)行控制中心。同時(shí)，“膠囊吊艙”使用了雙層智能材料結(jié)構(gòu)來(lái)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(chē)長(zhǎng)途運(yùn)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(chē)的安全運(yùn)行。

“近地飛行”高速交通系統(tǒng)的運(yùn)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(shì)：一方面，系統(tǒng)運(yùn)行所需的電力均由可再生能源提供，包括太陽(yáng)能和電池科技等技術(shù)的提升，將推動(dòng)“近地飛行”高速交通愈發(fā)成熟；另一方面，若未來(lái)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(yùn)和貨運(yùn)線路，在減少環(huán)境污染的同時(shí)，還可為道路通行騰出更大的空間。