作者:彭丽 来源:科学时报 发布时间:2010-8-12 9:13:48
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沈志云院士:真空管道高速交通必须“三步走”
 
“科学研究不能靠起哄,时速为400~600公里的真空管道都还没开始研制,哪来1000公里甚至更高。”
 
最近有报道称,我国正在研制时速1000公里甚至2万公里的真空磁悬浮列车。对于这类带有浮夸风式的炒作,两院院士、西南交通大学牵引动力国家重点实验室教授沈志云有些愤怒。
 
“科学研究不能靠起哄,时速为400~600公里的真空管道都还没开始研制,哪来1000公里甚至更高。”沈志云在接受《科学时报》记者专访时表示,真空管道高速交通虽是未来的发展趋势,但仍需立足现实,一步一个脚印分阶段规划实施,真正实现真空管道高速交通还有很长的路要走。
 
改变介质密度是地面超高速交通唯一出路
 
“当速度增加时,气动阻力会随速度的平方上升,气动噪音则会随速度的7次或8次方急增,这是任何形式的交通工具都无法避免的客观规律。”沈志云告诉《科学时报》,在地表稠密大气层中运行的地面高速交通,最高经济时速不能超过400公里,否则列车的能耗和对环境的破坏将大大增加,导致它根本无法实现商业运营。
 
沈志云引用德国磁悬浮列车和日本新干线轮轨列车实测数据说明,不管是磁悬浮还是轮轨列车,当时速达到400公里以上时,空气阻力在总阻力中所占比重将超过80%,而噪音则高达89分贝,大大高于交通噪音的环保国际标准。因此,克服稠密大气层的阻力成为地面超高速交通的主要任务。
 
那么,怎样才能摆脱地表稠密大气层的作用?沈志云给出了两种思路:一是让列车在万米高空上运行,以摆脱大气层的作用;二是为列车创造一个低密度介质环境,以摆脱阻力与噪音困扰。“实际上,列车当然不能飞到万米高空,但可以利用密闭的真空管道,改变介质密度,实现任意高速度的运行。”
 
“我国上海的磁悬浮列车时速虽达到430公里,但在大城市和人口稠密的地区,也只能降低到时速300公里甚至200公里及以下,才能通过环保大关。”沈志云表示,只有不回避真空管道,改变列车运行介质,才能大幅度降低能耗和环境污染,实现时速400公里以上超高速交通梦想。
 
真空管道并非天方夜谭
 
事实上,早在1934年,德国工程师赫尔曼·肯培尔在获得世界第一个磁悬浮列车专利时,就设想在抽成接近真空的密闭隧道中运行磁悬浮列车,使列车时速达1800公里。“但半个多世纪以来,人们试图回避真空隧道,尝试在开敞的稠密大气层中实现磁悬浮列车的高速度,但无一成功。”沈志云对此颇感遗憾。
 
从全球范围看,现阶段还没有人对真空管道技术进行实质性研究,有的只是一些设想和规划。在美国,Daryl Oster提出将管道内抽成10~6个标准大气压,从而达到任意速度,不过,这也仅仅是设想,并没有实现。瑞士则设想把隧道抽成低气压真空,虽作了很详细的设计和研究规划,但也只是纸上谈兵,至今没有具体行动。
 
“目前,真空管道高速交通虽没先例可参照,但并非高不可及。”沈志云以京沪铁路为例,描述了他对建设真空管道的构想:在京沪铁路条件较好的区段,可利用现有的整体无砟道床,在隔音墙上面加一个罩,形成密封的管道,通过抽气站将管道抽成低气压真空。
 
“单纯从技术层面考虑,让列车在密闭的、抽成真空或部分真空的管道中高速运行,不存在不可克服的困难。”沈志云说,真正需要认真考虑的,是技术经济方面的可行性,建设成本和运营费用是否能为运输市场所接受。“当然,从现阶段看,还有很多技术问题需要突破,比如罩子应采用何种材料和结构才能承受外部大气压的挤压等等。但总的来说,建真空管道具有实现的可能性”。
 
路漫漫而修远
 
能不能利用真空管道技术使我国“和谐号”高速列车实现时速400~600公里的商业运营?这是沈志云今年初开始思考的一个问题。这个设想的萌发,与“和谐号”高速列车将展开时速达500公里的线路试验有关。
 
“和谐号”高速列车是我国自主研发的世界品牌,运行时速已达350~380公里,处于世界顶峰位置。为确保“和谐号”技术稳定,提高“和谐号”品质,研究人员决定进行时速达500公里的高速列车试验。
 
“试验的目的,一方面是为了指导当下400公里以下的高速铁路的运行,这就像是人负重一样,如果我们有背100公斤的能力,那么背50公斤就肯定没有问题;另一方面是为未来的真空管道高速列车作准备。”据沈志云介绍,在线路上进行时速500公里测试前,还会在试验台上进行高速列车失稳临界速度的测试。只有在试验台上确认试验车的失稳临界时速在600公里以上,才能确保在线路上进行时速500公里的测试。
 
一旦在线路上测试成功,沈志云希望“和谐号”能以最高时速500公里甚至600公里运营。“列车运营时速超过400公里,就必须采用真空管道技术。”沈志云表示,如果这一设想能够实现,就能使真空管道技术与现有高速列车技术兼容。
 
沈志云把真空管道研究定位为3步:第一阶段,利用现有的“和谐号”列车进行真空管道研究,以达到时速500~600公里;第二阶段,利用前一阶段的真空管道技术,进行高温超导磁悬浮列车研究,以达到时速600~1000公里;第三阶段再研究高真空技术,以达到更高的运行速度。
 
“科学研究是一环扣一环的,不能搞虚假的东西。”沈志云反复强调,对于真空管道高速交通这样的高技术项目,一定不能急功近利,过早考虑上马实际工程、盲目追求市场效应,必须进行多方案比较试验,优选各个层次上的技术,反复进行系统综合评估,找出最佳结构方案及参数。
 
《科学时报》 (2010-8-12 A1 要闻)
 
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