有了高铁之后,很多人曾经认为,地面交通的速度已经接近极限,毕竟,时速300多公里的列车,已经让过去遥远的城市变得触手可及。

但谁也没有想到,人类对于速度的追求并没有停下来,下一步目标,可能是让列车跑到每小时4000公里。

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这个速度到底意味着什么?北京到上海,两座相距超过1000公里的城市,如果按照4000公里每小时的速度计算,理论上20分钟左右就可以到达。

这样的速度已经超过音速的3倍,甚至比很多民航飞机的巡航速度还要快,很多人第一次听到这个设想时都会产生疑问,列车真的能跑这么快吗?

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如果速度达到4000公里每小时,坐在里面的人还能承受吗?其实,这个想法并不是突然出现的。

2017年,中国航天科工曾对外公布超级高铁相关研发计划,提出探索一种最高时速达到4000公里的新型交通方式。

虽然名字里依然带着“高铁”,但它和我们现在每天乘坐的高速铁路已经不是同一种技术,现在的高铁,本质上还是高速轮轨列车。

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列车依靠车轮压在钢轨上,通过电力驱动列车前进,这种技术经过多年发展,已经非常成熟。

我国高铁能够长期保持300公里以上的运行速度,靠的就是轨道、车辆、电气系统等多个方面的综合突破。

但是,轮轨列车有一个无法绕开的限制,那就是车轮和轨道之间的接触,速度越快,车轮与钢轨之间产生的摩擦、振动以及机械损耗越明显。

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想继续提升速度,就必须寻找新的技术路线,磁悬浮就是其中一种方向。

磁悬浮列车最大的特点,就是让列车摆脱传统车轮,它利用磁场之间相互作用的原理,在列车底部和轨道系统中布置磁力装置,让列车悬浮起来。

列车运行时,轨道上的磁力系统不断变化,通过同性相斥、异性相吸产生推动力,使列车向前移动。

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因为列车和轨道之间几乎没有直接接触,传统意义上的摩擦阻力大幅降低,这也是为什么磁悬浮列车理论速度可以超过普通高铁。

但问题也随之出现,很多人以为,只要解决了车轮摩擦,速度就可以无限提升,实际上,真正限制高速交通的另一个巨大障碍,是空气阻力。

当速度较低时,空气阻力并不明显,但速度达到几百公里每小时后,空气就像一堵无形的墙,不断阻碍列车前进。

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研究发现,高铁运行速度达到350公里每小时时,空气阻力已经占据列车总阻力的大部分,甚至接近90%,而且速度越往上提升,空气阻力增长越快。

也就是说,列车不是没有动力继续加速,而是越来越多的能量被用来对抗空气,上海磁悬浮线路就是一个例子。

2006年,上海磁悬浮列车正式投入运营,这条线路全长约30公里,设计最高速度达到505公里每小时,按照设计能力,它具备更高速度运行的基础。

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但实际运行过程中,列车最高速度约为430公里每小时,而且能够达到这一速度的区间只有约10公里。

限制它继续提速的主要因素,并不是磁悬浮技术本身,而是高速状态下面临的空气阻力,那么,如果空气成为最大的阻碍,能不能像飞机一样,换一个环境?

飞机为什么能够达到800公里甚至1000公里左右的巡航速度?一个重要原因就是它飞到了高空。

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在万米左右的高空,大气密度远低于地面,飞机受到的空气阻力明显降低,所以能够保持高速飞行,但是列车不可能飞到天上,它必须依靠固定线路运行。

于是,超级高铁提出了另一种思路,既然不能离开地面,那就在地面创造一个低空气阻力环境。

航天科工团队设计的方案,是建设封闭式真空管道,通过抽走管道内部的大部分空气,让列车运行在低真空环境中。

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这样一来,列车周围的空气密度大幅降低,受到的阻力也会减少,在这种环境下,同样速度运行时,空气阻力可能只有传统高铁的很小一部分。

再加上流线型车身设计,以及直线电机提供持续电磁推动力,超级高铁理论上就具备冲击4000公里时速的可能,不过,速度越快,另一个问题也摆在面前。

人坐在里面真的安全吗?很多人认为,4000公里每小时这样的速度,人体肯定无法承受。

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但实际上,人体害怕的并不是速度,而是速度变化带来的加速度,比如地球本身一直在高速运动,但人们并不会感觉自己正在快速移动。

原因就在于地球运行相对稳定,没有明显的速度变化,超级高铁也是类似。

如果列车突然从静止状态瞬间加速到4000公里每小时,人当然无法承受。

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但如果按照人体舒适范围设计,让列车缓慢增加速度,乘客感受到的只是启动过程中的轻微推力。

达到目标速度后,列车保持稳定运行,人体并不会因为“4000公里每小时”这个数字本身产生特殊感觉。

目前,超级高铁的发展也不是一步直接冲向4000公里,按照规划,技术研发分为多个阶段。

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第一阶段目标是突破1000公里时速,相关验已经在2024年完成,之后还需要继续向2000公里时速以及最终4000公里时速推进。

但从实验速度走向真正商业运营,中间还有很多问题需要解决,比如,数百公里甚至上千公里长距离真空管道如何建设,巨大的建设成本如何降低。

管道长期稳定运行如何保障,乘客安全和应急方案如何设计,这些都是需要长期投入和试验的课题。

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如果未来这些难题逐渐被攻克,超级高铁带来的变化可能不仅仅是速度上的提升,城市之间的距离概念可能会发生改变。

过去,北京到上海是一段需要几个小时的旅程,未来,如果超级高铁实现应用,这样的距离可能被压缩到几十分钟。

北京、天津这样的城市之间,理论上可能进入几分钟交通圈,更远距离的城市,也可能因为高速交通连接形成更加紧密的联系。

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过去,人们根据距离选择工作、生活和商业布局,未来,随着交通速度不断提升,距离带来的限制可能进一步减少。

从蒸汽火车到高速铁路,再到磁悬浮和超级高铁,人类一直在尝试突破地理带来的限制。

4000公里时速目前仍然是一项正在探索中的技术目标,距离真正走进普通人的生活,还有很长的路要走。

但围绕更快交通方式的探索已经开始,未来的城市之间,可能会因为速度的变化,重新定义人与空间之间的关系。