这个栏目是堂主领导在搞,堂主架不住他要自问自答,还冒用堂主的名号。领导说,现在的世界变得比翻书还快,比电影还精彩,媒体、自媒体胡说八道的多,他老人家要亲自出山,正本清源!!!(堂主觉得他老人家其实是最近工作量不饱和,闲得没事干。所以在开头为大家特别预警一下,这个栏目更新日期不定,一切看领导、还有领导女朋友的心情,大家谨慎入坑!!!)
问:中国航天科工集团提出了一个时速可以达到4000公里的真空管道磁悬浮列车概念。时速4000公里,比SR-71黑鸟超音速侦察机还要快,这现实吗?会不会不安全,会不会造价高得吓人?
答:我们先看航天科工集团是啥企业?他们的主业是搞导弹的,其中最主要的业务是洲际核导弹,就是我们常说的东风21、东风31、东风41都是他们家的。核导弹要求什么?最关键之一,就是可靠,得把核弹头扔到敌人头上去,可千万不能掉在自己头上。
这样的企业,或者说航天文化最精髓的部分就是严谨。所以现在航天科工出来说,已经开展了时速可达4000公里“高速飞行列车”项目研究论证。那么我们完全可以相信,真空管道磁悬浮列车这一概念,是具有技术可行性的,安全性是能保障的,至于经济性估计就是他们论证的重点。
图:航天科工集团的主业是东风31洲际导弹。
有航天科工这个金字招牌作保,好像本期堂主说就可以结束了?为了让大家在茶叶饭后有跟小伙伴吹牛、在微信群里吵架拍砖的谈资,堂主就再拆散、尽可能形象地说说。专家们在干正事,堂主就业余地为他们敲敲锣鼓啦。
“真空管道磁悬浮列车”概念,说起来很简单。
磁悬浮列车,相信大家都已经理解了,就是车内一块电磁铁、轨道一块电磁铁,两者磁场相斥,电磁力足够大的时候,列车就可以悬浮起来。由于没有车轮与铁轨的摩擦,磁悬浮列车本来就可以做得比轮轨高铁快。
磁悬浮列车的商业化使用正在稳步推进
现在世界上投入试验性运营的、速度最快的磁悬浮列车是日本的L0型,由5节车厢组成,测试是在全长 42.8 公里的山梨磁悬浮试验线上进行。4月21日,L0磁悬浮列车创下每小时603公里的列车最高速度纪录。日本计划在2027年开通东京-名古屋的磁悬浮新干线,设计运行速度是时速505公里。
所以,大家不要觉得高速磁悬浮列车很遥远,其实用化、商业化是在扎扎实实地推进的。
图:日本L0磁悬浮列车,那个长长的鼻子看起来是不是很挫?要在稠密大气里飙高速,这也是不得已的事情。
真空管道列车的必要性
无论是轮轨、还是磁悬浮高速列车,其实就算普通汽车都是啦,当速度超过一定值,空气阻力,就成为前进阻力的主要组成部分。例如普通轮轨高铁,当时速达到400公里时,空气阻力占到其全部阻力的80%以上;磁悬浮列车,本身没有轨道摩擦,空气阻力几乎就是全部阻力。
堂主举个更夸张的例子,拿战斗机来说,大家都知道现代战斗机飞个2倍音速、3倍音速是很轻松平常的事情。但大家可能不知道的是,飞2倍、3倍音速,那时在高空;如果在大气稠密的低空,发动机推力再厉害也不行,飞机结构受不了,硬要飞,动压会把飞机压散架,所以“低空大表速”一直是战斗机试飞领域的最高难科目之一。F-22的数据还不知道,知道的,现在在低空速度最快的飞机,就是我国的歼10和美国的F-16,时速也就1400多公里,也只是L0磁悬浮列车的2倍多,不到1.2倍音速。
有我国工程院院士甚至断言,裸露在大气中的高速列车时速到400公里就不能再高了,再高,经济性和噪声环保都搞不定。
图:我国歼10是低空速度最快的飞机之一,低空最大时速也不过1400多公里/小时。
所以,我们人类要追求速度更高,又具有经济性的高速列车,就得开始尝试“真空管道”了,让磁悬浮列车,真空或者超低压管道里行驶,把空气阻力降到最低。而另外一个角度说,裸露在大气里的磁悬浮列车时速都达到500公里了,在真空管道里做到1000公里、2000公里、乃至4000公里,基本可以断定不存在不可逾越的难题。
真空管道没想象中那么难
说到这,相信很多朋友又有疑问了,刚才说大气是限制高速列车速度提高的罪魁祸首,那对于无孔不入的空气,我们人类真能搞出一条上千公里长、能容纳列车在里面开进的大型真空管道么?
其实,真空管道并没有大家想象的那么难。无论文科生、理科生冷静想想,所谓“真空管道”,不就是一根承受着1倍大气压强的管子吗?技术上很容易做到的,其实“真空管道”在我们日常生活中无所不在。
堂主在这里简单说说几种实物:
1、普通电灯泡
这应该是人类最早搞的真空管了,当初人们发现钨丝暴露在空气里通电,很快就会烧断,于是就把灯泡抽成真空,使得钨丝寿命大大延长。可见,大气静压很容易搞定,薄薄一层脆弱的玻璃就可以搞定。堂主小时候比较淘,无数次敲破灯泡,很多次被那灯泡玻璃割伤手。
图:最普通的灯泡,就是我们最早使用的真空管。
2、电子管
最早的电子元件,也是真空管,可以有很大的放电功率,传说中可以烤熟1公里外兔子的米格25战斗机的雷达,就是用电子管电路。当然啦,电子管产生的电信号据说很纯净,现在一帮音响发烧友也在用电子管搞功率放大器,俗称“胆机”。这电子管用来抗1倍大气压的,也是一层薄薄的玻璃。
3、真空管太阳能热水器
这种热水器的关键部件就是玻璃制作的真空管,真空中热传递只有辐射一条途径,散热量很小,所以真空管热水器很快走进千家万户。这种承受着1倍大气压的玻璃真空管就放在户外日晒雨淋,还很耐用。
图:日晒雨淋的真空管太阳能热水器。
现在相信了吧?扛1倍大气压的真空管很容易搞定了,玻璃作材料都行。当然了,做高速铁路的真空管道,肯定不能用玻璃那么脆弱的材料,主要考虑是不要被外界异物破坏。美国的“钢铁侠”musk的Hyperloop One公司已经建成试验性的列车真空管道了,从图片上看,他们是用了非常薄的钢筒,一部叉车就可以轻松举起一节。
其实我们人类相当牛逼的,抗压能力特别强的管道早就做过了。比如潜艇,最普通、无能的军用潜艇,下潜深度都有300米,承压的水压相当于30多倍大气压强。
而上千公里的管道也有例子,那就是天然气输送管道,现在普遍使用的X80级钢管道,输气压力达到12兆帕,相当于100多倍大气压强!这些主干天然气管道的直径都不小,达到1.2米,而且天然气极度易燃,对管道密封性要求非常高。
我们人类把这么难的管道都搞定了,要搞定一个抗1倍大气压的高铁真空管道不是so easy么?尽管直径要扩大到5米左右。
图:Hyperloop One公司建造列车真空管道时的照片,普通叉车轻而易举就可以举起一截。
图:天然气输送管道,它承受的压力是真空管道的100倍。
说到此,可能又有朋友不服了,就算你搞出了真空管道磁悬浮列车,这玩意安全不安全呀?舒适不舒适呀?
先说舒适性,没错,真空管道磁悬浮列车肯定会是一个密闭筒子。但我们人类有能力把它做得舒适,做个人工微环境不难的。潜艇、空间站不就是密闭的大铁筒子么?我们的潜艇艇员、航天员要在上面生活、吃喝拉撒几个月,乃至1年。客机不也是近乎密闭的大铁筒子?做几个小时、十几个小时也是没问题的。
还有朋友会说,你这车开得那么快,会不会不舒服呀?朋友,我们可以再算一下,假设我们这车时速3600公里,即是每秒1000米。普通家用轿车,百公里加速一般在10多秒,即加速度约为2米/秒平方。我们就按这个加速度来加速,500秒能就达到1000米/秒的速度,需要250公里的距离来加速。
其实呀,人坐着,承受向前的加速度可以很大。都花那么多钱来坐高速列车了,就试试超跑水平的加速推背感吧。按百公里加速3秒来算,加速度10米/秒平方,100秒就达到1000米/秒的速度,只需要50公里的距离来加速。
所以最高速度再快,真空管道磁悬浮列车也可以以人类接受的加速度来进行加速。
图:蔚蓝电动超跑,百公里加速2.7秒!
安全方面,这真空管道突然破了,空气灌进来了怎么办?
其实这问题也不大,为了预防这种万一情况,真空管道磁悬浮列车的车头仍可以设计成减阻的形状,并保持现在的强度设计。管道破裂、空气阻力变大,列车速度自然就慢慢降下来了。
总的来说,现在裸露在大气中的磁悬浮列车速度都达到每小时500公里了,真空管道磁悬浮列车的时速要达到第一阶段的“小目标”——1000公里/小时,是不难达成的。
对于,真空管道磁悬浮列车,我们真正要关注的经济性。建造维护成本上,等于现在的磁悬浮线,再加上真空管道的建设费用,而且速度快要求线路直,可能是现在轮轨高铁的数倍。而速度快了,为保障安全,行车间隔也要拉大,同一条线路的运力会不会出现下降?
不过堂主相信真空管道磁悬浮列车前景是非常光明的,毕竟如果在地面上,北京到上海,只要1个多小时,当然是坐火车好过坐飞机呀。
站在全人类的高度来说,经济、环保的真空管道磁悬浮列车,值得我们期待。
版权声明:本文系腾讯军事微信公众号《讲武堂》独家稿件,禁止商业转载,欢迎朋友圈分享。