标题：真空管道磁悬浮星际列车
简介
目前，人类采用的高速远程客运工具以飞机为主，民航客机的运营速度约为每小时1000公里。对于5000公里以上的远程旅行来说，乘飞机旅行耗费的时间、经济成本惊人，并且造成了严重的环境污染。今年爆发的冰岛火山灰危机，以及连续不断的空难事件，更让人们意识到了民航系统的缺陷。
然而，部分中美科学家在接受晨报记者专访时透露，一种最低时速4000公里、能耗不到民航客机1/10、噪音和废气污染及事故率接近于零的新型交通工具——真空管道磁悬浮列车已呼之欲出。作为新一代磁悬浮列车，真空管道磁悬浮列车将把北京与华盛顿纳入两小时交通圈，用数小时完成环球旅行已经成为科学家近期努力的目标。
据国外媒体报道，美国约翰-霍普金斯大学应用物理学实验室科学家近日设计了一种名为“星际列车”发射系统，该系统利用一条长约1000英里(约合1609公里)的真空管道和一条超导电缆将磁悬浮列车送往低地轨道。研究人员认为，这种技术不仅仅可以实现，而且实现成本也要远远低于火箭成本。[1]  想象图
可行性分析
真空管道磁悬浮列车给未来的交通描绘出一幅奇幻的图景，那么，它到底是怎样的？
为了提升性价比，它的车厢外形和内饰将与我们平时乘坐的轨道列车类似，但体积将比普通列车、高速列车，甚至比目前的地铁列车都略微小一点。对于列车运行的真空管道来说，目前，专家更倾向于内层用钢管，外层用钢筋加混凝土的结构建设，这也主要是为了减少钢管用量，节约成本。
因为是真空的管道，根据设计，所有管道的入口和出口都会有两道门。运行时，工作人员首先打开外层门，列车将从车站进入管道两门之间的夹层，外层门关闭后，真空泵开始抽走空气，此时，工作人员再打开里层的门，列车就会进入真空管道，开始加速、运行。而出管道时，则是相反的顺序，先是里层门打开，列车出来后，里层门关闭，外层门再打开。这个过程也参照了航天员在太空进出太空舱的操作模式。
除了在管道口要设立泵站，真空管道内大概每隔2公里或3公里也要设一个泵站，用真空泵抽取管道内的空气。根据设计标准，管道内甚至达到0.001个大气压，即千分之一的大气压，这样的气压范围也是列车高速运行的基本保障。
真空磁悬浮列车行驶时应当比飞机更加平稳。虽然是在真空环境下运行的，但车厢内绝对不会是真空环境，全密封的车厢内会模仿日常的列车环境，让乘客感到舒适。现在网上许多人怀疑列车如果加速度过快，人坐在里边是否受得了。对此，它的加速度达到飞机的加速度就行了，飞机的加速度一般是0.5~0.6G，相当于每秒钟加速5米左右，其实，人们百米跑的加速度比这大得多。这个加速度对普通人来说根本没问题。而等到列车加到一定速度后，它将匀速运动，那时，乘客对速度不会有任何感觉，就像航天员在太空中飞行一样感觉平稳。[2]
尽管“星际列车”系统听起来有些不可思议，但其基本概念却非常简单。因为磁悬浮列车是悬浮于轨道之上，因此不必要担心摩擦问题。理论上讲，它们的速度要远远超过现有的每小时大约350英里(约合每小时563公里)的时速，可达每小时2000英里(约合每小时3219公里)的轨道速度。当然，为了让乘客能够安全地加速到这一速度，“星际列车”系统需要大量的轨道，同时需要防止极音速列车被周围的空气撕成碎片。据设计师介绍，长约1000英里(约合1609公里)的管道，通过模拟中间层的低气压，应该可以完成这个任务。
管道的大部分将与海平面齐平，出口点需要高出海平面大约12英里(约合19.3公里)。用于火车中的磁悬浮技术同样可以用来将这条管道悬浮起来。在发射管道中，位于20千米高度的带有2000万安培的超导电缆，每平米产生的悬浮力大约为4吨。通过高强度缆绳解决真空管本身所需的多余的浮力，如迪尼玛超强纤维的强度足以满足这种用途。另有一套备用系统足以保证悬浮系统顺畅运行而不出故障。
“星际列车”系统的设计者为美国约翰-霍普金斯大学应用物理学实验室科学家詹姆斯-鲍威尔、乔治-麦瑟和约翰-拉瑟尔。他们指出，这种设计方案听起来似乎有些不太现实，但是支撑12英里(约合19.3公里)长的电缆所需要的工程技术与支撑比这长得多的太空电梯所需要的工程技术相比，要简单得多。工程师们提出，可以在阿拉斯加、加拿大北部、格陵兰岛或西伯利亚等极地地区建造这种系统。此外，南极冰原也是一个可供选择的选址点。
研究团队估算，建成可载人“星际列车”系统，可能需要20年时间和600亿美元的成本。这些数字听起来很大，但是如果考虑到航天飞机的各种费用是“星际列车”系统成本的三倍时，你就会认为这套系统确实很经济。而且，“星际列车”系统一旦建成后，向低地轨道运送货物的成本每公斤仅需50美元，而目前的技术将货物和人员送上低地轨道，每公斤重量分别需要花费1万美元和10万美元。这意味着，太空旅行的车票只需要大约5000美元。设计者估计，“星际列车”系统的事故率与现代的客机差不多，安全系数较高。[1]相关报道图片(4张)
作用
大大缩短交通时间顾名思义，真空管道磁悬浮列车，就是让普通的磁悬浮列车在真空管道中运行。由于没有空气摩擦的阻碍，这种列车将运行至令人难以想象的速度。每小时1000公里，只是一个保守的对外口径，实际上所有研究者一开始就把这一运输方式的常规运行速度定位为每小时4000公里，经过技术改进，每小时6500公里将是一个中期目标。而当磁悬浮列车技术改进之后，有专家甚至提出，真空管道磁悬浮列车的理论极限速度能够接近第一宇宙速度，达到每小时20000公里。这意味着，真空管道磁悬浮列车将把北京与华盛顿纳入两小时交通圈，用数小时完成环球旅行已经成为科学家努力的目标。并且，由于管道是密封的，列车的行驶可以不受任何气候条件的影响。附带作用“星际列车”系统还有一项优势，那就是它能够将数吨重的材料快速送至轨道，这一能力可以用来有效地防御任何大型天体撞向我们。研究人员也把这一功能看作是“星际列车”系统最重要的应用。目前，我们人类还没有防御小行星或彗星撞击的能力，甚至还没有提前发出撞击警报的能力。如果继续使用现有的发射系统，这种情况仍然无法得到改善。为了能够真正实现防御天体撞击，人类需要更强大的报警系统以及多个大型高速拦截系统，这些系统可以预先安装于轨道上，随时监测和抗御可能到来的威胁。这就需要将数吨重的设备发射到轨道上，这对于当前的高成本发射系统来说，是不现实的。[1]  外来天体袭击地球想象图
中国相关研究
中国在此项研究中已经走在世界前列，2007年，该项目被列为国家自然科学基金项目，由张耀平教授等专家申请的大量相关专利已被受理，一场交通运输革命已经迫在眉睫。新磁悬浮不惧环境影响2004年12月29日，一场有八名“两院”（中国科学院、中国工程院）院士参与、多名国内权威专家出席的研讨会在四川成都低调召开。众多学界权威参与此次会议的主要议题是——真空管道高速交通。简而言之，就是建造一条与外部空气隔绝的管道，将管内抽为真空后，在其中运行磁悬浮列车等交通工具，由于没有空气摩擦的阻碍，列车将运行至令人瞠目结舌的高速，大大缩短地球表面任意地点间的时空阻隔。管道由于是密封的，因此可以在海底及气候恶劣地区运行而不受任何影响。
身兼“两院”院士殊荣的沈志云在会上指出，任何一种地面交通工具，不管是否悬浮，商业运营速度都不宜超过每小时400公里，否则能耗大、噪音超标，难以被市场接受，这是由稠密大气层决定的。但超高速是21世纪地面高速交通的需求，真空（或低压）管道式地面交通达到超高速的唯一途径，真空管道将是不可回避的选择。
沈志云提出，我国应将目标定位在发展每小时600-1000公里超高速地面交通，分四个阶段推行，2020-2030年实现运营。
中国科学院院士何祚庥虽然未参加此次会议，但他向大会提交了他的书面意见。他认为，在石油能源高度紧张的情况下，开展超高速磁悬浮列车技术的研究更具特殊意义。他通过技术分析指出，超高速磁悬浮列车的研发，在真空度问题上并不会存在原则性困难。可达2万公里时速首先将真空管道磁悬浮概念引进中国的科学家，是毕业于西南交通大学的张耀平，在2007年成功申请国家自然科学基金项目“真空管道高速磁浮交通基础研究 ”（项 目 编 号 ：50678152）后，他的研究得到了政府层面的资助。在陕西省有关方面支持下，他目前调至该省西京学院，专门组建了真空管道运输研究所，正全力推进这一“运输革命”进入现实。  想象中的真空管道悬磁浮列车运行张耀平在接受晨报记者专访时介绍，最早提出真空管道磁悬浮运输概念的，是美国兰德咨询公司和麻省理工学院的专家，真正将这一运输方式落实为图纸的，是美国佛罗里达州机械工程师戴睿·奥斯特（Daryl Oster），经过多年的研究与设计，戴睿于1999 年在美申请获得真空管道运输（ETT）系统发明专利。
2001年，与戴睿相识并成为密友的张耀平将这项技术首次引进中国。2002年，戴睿和妻子前往中国，帮助张耀平和同事在西南交通大学组建了专门研究机构。经过多年努力，张耀平的研究获得了中国学界和政府全方位的支持，他认为，目前这项技术所需的技术已经完全成熟。“院士大会上专家们提出的每小时600-1000公里时速，是一个保守的对外口径，实际上所有研究者一开始就把这一运输方式的常规运行速度定位为每小时4000公里，经过技术改进，每小时6500公里是一个中期目标。虽现在不宜提得太高，但只要磁悬浮列车改进之后，克服技术障碍，那就相当于一颗卫星。近日我在与一名长江学者及其研究生座谈时，他们提出，真空管道磁悬浮列车的理路极限速度接近第一宇宙速度，要达到每小时2万公里是可以实现的。”
张耀平在接受采访时指出，中国目前在各国研究者中研究进度最快。如果国家能将这项技术上升到三峡工程、长征火箭这样的国家高度，统筹资金、技术，就能在21世纪运输革命中占得先机。带来交通运输巨大变化戴睿和张耀平在接受晨报记者采访时指出，真空管道磁悬浮技术的意义，类似于当初蒸汽机取代马力，将带来划时代的变革。民航、铁路运输将被大面积取代，人类将进入更清洁、高效的旅行时代。
张耀平介绍，近年来自己的团队已经连续申请了许多专利，已经克服了真空管道在建设中的实际障碍。“例如，管道与管道之间的接头处，必须密封严实。另外，管道沿线有许多抽气泵站，还要为维修、检查以及紧急情况预留能打开的开口，在真空管道运输系统正常工作时，这些开口都密闭，必须保证不漏气。在沿线各车站车辆进出主管道的空气锁部位， 系统连续运行时少量漏气不可避免，但闭合时的密封一定要可靠，达到相应的密封要求。管道中是真空状态，而在其中运行的磁浮车辆中必须是适宜人乘坐的大气环境，因此车辆必须具有良好的密封。”
为了解决建造和运行中的难题，张耀平和他的团队日以继夜地工作，“真空管道中的隔离室”、“一种真空管道运输系统中磁悬浮车与车站间的对接装置”、“一种用于真空管道系统中的密封门”、“真空管道高速交通运行抽气系统”等专利相继问世。
张耀平认为，目前科研项目唯一的需要，就是要从国家层面统筹建造第一条实验线路，“要有建设三峡大坝和开发大飞机、长征火箭项目的魄力，这个项目无法由某一高校、公司或单位单独完成，但一旦完成，中国将在技术革命中占据主导地位。”[3]