近日。中国航天科工集团正在论证研制的“最高时速4000公里”高速飞行列车在网络上“刷屏”。被网友称为“飞铁”。也引发了对“北京到上海半小时”的未来憧憬。毕竟。相比京沪高铁最高时速350公里。“高速飞行列车”要快出10倍。
据航天科工透露。“高速飞行列车”的原理是利用超导磁悬浮技术和真空管道。实现超音速的“近地飞行”。
时速4000公里。意味着车中乘客的速度。是地面音速的3倍。步枪子弹出膛速度的1.5倍。面对这个数字。许多人最关注的还是舒适性和安全性的问题。对人体来说。“飞”得比子弹还快究竟意味着什么呢？
站点要“远”：以磁悬浮的加速度。要从北京一路加速到上海
首先。对于“坐地日行八万里”的我们来说。速度本身并不是关键。关键在于加速度。
要通俗地理解加速度给人带来的感受。可以参考超级跑车全力启动的过程。一辆能够做到3秒内突破百公里时速的超级跑车。其最快加速度可以超过1g（重力加速度。约为9.8m/s² ）。这时。驾驶者会有一个强烈的“推背感”。感觉人像是被紧紧地钉在座椅上。这个力的大小。相当于一个人压在自己的身上。
中国工程院院士。空军航空医学研究所航空医学工程研究中心主任俞梦孙曾介绍。战机飞行员一般需要承受高达9g的加速度。但飞行员可能会出现黑视或晕厥的现象。
“神舟”十一号航天员陈冬也曾向公众描述过训练时体验4g加速度时的感受：身体像被三个自己牢牢按死。眼泪直流。十分狼狈。
但这种加速持续时间只是数秒或几十秒。是瞬间的事。对于一般的交通运输工具来说。设计者要权衡加速度。加速时间和加速路程。尽量保证乘客的舒适性。
8月31日。航天科工三院三部“高速飞行列车”技术总负责人毛凯回应媒体称：“列车进入高速运行状态前有个缓慢的加速过程。加速度比飞机启动要小”。
在“缓慢加速”的情况下。加速时间和加速距离都会相应增加。波音787客机启动的加速度约为0.25g。以0.25g加速到时速4000公里。加速时间约为450秒。即7.5分钟。加速距离约为250公里。
而上海磁悬浮列车目前的启动加速度约为0.06g。以这个速度加速到时速4000公里。加速时间约为1890秒。即31.5分钟。加速距离约为1050公里。
北京至上海的直线距离为1084公里。也就是说。如果以磁悬浮列车的加速度。乘客从北京出发。开始一路加速。到上海差不多刚刚达到最高时速。
而如果在北京和上海的中点设置一站。以波音787客机的加速度。“高速飞行列车”从加速到最高时速。再马上减速至停止。正好是一站的距离。
如此压缩列车的平稳运行时间。不利于乘客的舒适度。因此。如果要实现时速4000公里的“高速飞行列车”。两站之间的距离必须非常远。
线路要又“直”又“平”：如何转弯。过桥
如此。“高速飞行列车”又面临第二个挑战：弯道和桥梁。
长达数千公里的行驶距离。肯定要跨越不同的海拔以及复杂变化的地形。比如山脉。高原。盆地。平原。丘陵。河流甚至海洋。这就需要转弯以回避线路上的险阻。但在向心加速度相同的情况下。列车运行速度和能承受的最小曲线半径（编注：非专业场合称之为转弯半径）成平方关系。也就是说。“高速飞行列车”比高铁的速度快了10倍。那它在实际运行中需要的最小曲线半径可能要以百倍计算。
可查资料显示。最高时速350公里的京沪线上的最小曲线半径7公里左右。这意味着。乘客要达到高铁的舒适程度。最高时速4000公里“飞铁”的最小曲线半径得是900公里左右。900公里左右的最小曲线半径。基本已经不具备在地面上的转弯能力。怎么理解这个概念呢？只有从太空中。才能发现这条地面上的“直线”是“弯”的。
为了在工程上可行。“飞铁”就得缩小最小曲线半径。这就涉及到乘客舒适度的问题。简单来说。列车启动时的加速度带给人“推背感”。而转弯时的向心加速度会带给人“甩飞感”。
假设最高时速4000公里的“飞铁”在转弯时将速度降至最高时速的25%即1000公里。最小曲线半径与高铁一致也是7公里。那么乘客在转弯时就会承受1.24个g的向心加速度。这相当于在横向或者斜向上。给乘客身体上再施加一个多人的重量。这会带来很强的压迫感。打个比方。相当于每次转弯。都是激烈的过山车体验。
与轨道的弯道问题相似的。是轨道桥梁问题。在时速4000公里下。轻微的曲率都可能造成一定程度的失重。这就意味着。“高速飞行列车”的真空管道不仅要在水平方向上减少拐弯程度。也要在垂直方向上减少坡度变化。否则。列车的安全性和舒适性难以保障。
此外。在安全性方面。成倍提高的速度也会要求成倍的制动和预警能力。因为最高时速是4000公里。紧急制动距离会很长。可做比较的是。轿车在紧急制动。即一脚刹车踩到底的情况下。加速度是-1g左右。在时速100公里的情况下制动距离需要39米。时速4000公里。如果加速度也是-1g。紧急制动距离需要63公里。这意味着。得确保前方线路63公里之内都没有任故障。否则后果不堪设想。
此外。“飞铁”紧急制动时间得用113秒。可做参考的是。百公里时速的轿车紧急制动是3秒不到。在这个过程中。乘客会极度不适。有飞出去的感觉。事实上。在轿车制动中。如果不系安全带。人已经飞出车外了。
总而言之。最高时速4000公里的列车。一方面需要站点设置得尽量“远”。一方面又需要线路设计得尽量又“直”又“平”。这给工程建设提出了极大挑战。毕竟。按前文推导。“高速飞行列车”覆盖距离需要以千公里计算。而中国疆域的东西距离为5200公里。南北距离为5500公里。其间地势地形变化多端。十分复杂。
尚未有研制时间表？
时速4000公里是航天科工为“高速飞行列车”规划的最后一步。在近期内。航天科工会首先突破时速1000公里这个“小目标”。但对于“北京到上海半小时”这个美好的憧憬。他们尚未给出具体时间表。
8月30日。在武汉举办的第三届中国（国际）商业航天高峰论坛上。毛凯告诉媒体。中国航天科工集团。将按三步走方案研发高速飞行列车——
第一步。2020年前完成关键技术突破；2023年前完成全系统演示验证。同步形成时速600公里载人能力。研制出最大运行时速1000公里的列车。建设区域性城市飞行列车交通网；
第二步。2027年前。研制出最高时速2000公里的列车。建设国家超级城市群飞行列车交通网；
第三步。研制出最高时速4000公里的列车。建设“一带一路”飞行列车交通网。
8月31日。毛凯对媒体表示。目前该项目的研制节点和涉及技术路径还处于保密的阶段。不方便透露研制时间表。但是已经有了方案。目前已经在研究论证。同时航天科工已经建立了一支“高速飞行列车”的研发团队。
毛凯进一步表示。希望能给研发人员一个宽容和安静的氛围。让他们一步一步去把这个科研项目完成：“希望大家拭目以待。等下一步消息吧。”
