高鐵復興時代(22):全天候的超級高鐵│脫苦海

雖然現時只有中國在營運磁浮高速列車,但世人對速度的追求仍未達止境,未來更高速的超級高鐵仍在進行研究。目前的京滬高鐵運行時速為300公里,京滬之間最快5小時到達。如果替換為時速600公里的磁浮列車,意味著京滬之間的鐵路旅行將只需花費2個半小時,與坐飛機的行程差不多。

法國高速列車TGV在2007年4月3日,從巴黎-斯特拉斯堡東線鐵路上以時速574.8公里運行,當時創造了高鐵速度的世界紀錄,同時打破了自己在1990年5月創下的515.3公里的世界記錄。中國高鐵在2010年12月3日京滬先導段試驗蚌埠-棗莊,第二代和諧號CRH380A達到最高時速486.1公里。

為研發及測試更高速度的高鐵,中國鐵路總公司及中國鐵道科學研究院特別設有中國鐵路高速綜合檢測列車(Comprehensive Inspection Train, CIT)是一系列應用於中國高速鐵路的綜合檢測動車組列車,實施定期檢測、綜合檢測和高速檢測,擁有對軌道、接觸網、通信信號等基礎設施的綜合檢測能力。中國共有13組綜合檢測列車,其中,速度最高的更高速度試驗列車最高運行時速超過500公里。

其中最出名的是被網民暱稱為「青銅劍」的CIT500型的「更高速度試驗列車」,後更名為CRH380AM-0204。該試驗列車頭型的設計靈感來源於中國古代的兵器「劍」,通過大量的概念設計、數值模擬分析、風洞試驗等,優化出「劍」和「火箭」的頭尾組合,實現了頭車降低阻力、尾車升力接近於零的最優技術匹配。2013年3月在滾動試驗台上試驗時速605公里。2014年1月16日更達到795公里。

CIT500:暱稱「青銅劍」

輪軌高速鐵路雖然有載客量高及兼舊有系統的優點,但要進一步提速運輸有一定的物理局限,成本較高,經濟時速就是250-300公里。要進一步提升舒適度,運營速度磁浮具有理論上的優勢,能夠提供更大的牽引功率而無震動,經濟時速與飛機相當,運量是波音737機型的8倍,運輸效率更高。

2015年4月,日本東海旅客鐵路公司的磁浮列車L0系超磁浮高速列車,在載人運行中創造了603公里的最高時速,再次刷新了世界列車最高速度紀錄。日本政府計劃投入巨資加速推進東京到大阪的磁浮高鐵建設。

而美國科技公司HyperloopOne則於2016年5月,在美國內華達沙漠的試驗中,讓懸浮的「膠囊」在巨大的管道中飛馳,於真空管道內的磁浮列車在2秒內加速至640公里,設計時速可高達1,200公里,據該公司發佈公告,這種超級高鐵很可能會落戶阿聯酋杜拜。

2017年1月南韓鐵路研究所(Korea Railroad Research Institute, KRRI)宣布,將研發在低壓管內運行的高速火車:「近超音速列車」(Near-supersonic Train),時速將達到接近音速1,000公里,從首爾到釜山的運行時間能從原本的160分鐘縮短為半小時。

中國也正在研究超級高鐵。2013年3月西南交通大學的研究小組研製超級磁浮列車,採用高溫超導磁懸浮環形軌道真空管設計,通過消除空氣阻力提升速度,每小時的速度可達到3,000公里,可以用於一些軍事用途或者太空發射系統。

超級磁浮列車(西南交通大學)

2016年10月中國鐵建斥資20億元成立全國首家專業化、產業化的新型城市軌交投資建設公司──中鐵磁浮交通投資建設有限公司,從事磁浮交通、單軌交通及其他新型交通項目的投資、研發、規劃、設計、建設、運營組織管理、諮詢、技術服務等。

國家「十三五」重點研發計劃《現代軌道交通專項》啟動時速600公里高速磁浮交通和時速200公里中速磁浮交通研發項目,由中國中車股份有限公司牽頭組建聯合體承擔,形成中國自主並具有國際普遍適應性的新一代中、高速磁浮交通系統核心技術體系及標準規範體系,將於2020年交付首台樣車,並在山東將建設一條長度不小於5公里的高速磁浮試驗線。

中國啟動的時速600公里高速磁浮項目,與德國、日本磁浮技術相比,不會像高溫超導或者低溫超導那麼複雜,為了保持低溫,需要復雜的配套設施,系統的可靠性大大提高,能耗降低35%,電磁鐵溫升降低40℃,單位有效載荷車輛減重6%以上,能耗降低35%,電磁鐵溫升降低40℃,單位有效載荷車輛減重6%以上。

現時輪軌列已時速已超過350公里,要解決的不單只是速度問題,而是要克服「跨國聯運」所衍生出來的問題,最大的難點在於「一帶一路」沿線要路過各國之間不同的技術體制,所以將要研究不同軌距、不同電壓制式、不同環境溫度、不同技術標準、不同信號控制的運用需求,按照統一的技術平台、不同的技術路線研製具有產品平台特徵的時速400公里跨國聯運高速列車。換句話說,就是在不變更基礎設施的條件下,列車要適應各國的鐵路基礎設施,超級高鐵不單只是快速的列車,更要求是全方位的列車。

中國在2014年掌握突破了20倍音速(20馬赫)高超音速飛行器的關鍵技術,目前世界沒有任何攔截可以堵截。馬赫是表示速度的量詞,一馬赫即一倍音速(聲速),大約為每秒340米,即時速1,224公里。目前的民航客機的飛行時速約為900公里,暫時還未有任何陸上交通工具能超越音速。

超音速列車模擬圖

2017年8月中國航天科工集團公司宣布,最高時速可達4,000公里的「高速飛行列車」(又名「超音速列車)已經進入研究論證階段,擬通過商業化、市場化模式,將超聲速飛行技術與軌道交通技術相結合,利用超導磁懸浮技術和真空管道,實現超音速列車的「近地飛行」。中國航天科工集團,將按三步走方案研發高速飛行列車:

第一步,2020年前完成關鍵技術突破;2023年前完成全系統演示驗證,同步形成時速600公里載人能力,研製出最大運行時速1,000公里的列車,建設區域性城市飛行列車交通網;

第二步,2027年前,研製出最高時速2,000公里的列車,建設國家超級城市群飛行列車交通網;

第三步,研製出最高時速4,000公里的列車,建設「一帶一路」飛行列車交通網。

中航科工採用的技術路徑和國外的不同,國外採取的懸浮方式,需要車輪先跑起來,達到一定速度才能懸浮起來,而中國採取的高溫超導磁懸浮方式屬於被動懸浮方式,沒有初速度也能懸浮起來,不需要用車輪。

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