資料圖：美國(guó)加利福尼亞州，全球逾20個(gè)開(kāi)發(fā)超級(jí)高鐵列車車廂的團(tuán)隊(duì)齊聚，在SpaceX的測(cè)試軌道上對(duì)它們的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。
十四秒內(nèi)剎住時(shí)速六百公里乘客艙——
“秒停”的超級(jí)高鐵，現(xiàn)實(shí)嗎?
特斯拉又“搞事”了。
近日，《今日美國(guó)》網(wǎng)站報(bào)道稱，特斯拉公司、SpaceX CEO埃隆·馬斯克宣布，旗下“超級(jí)高鐵乘客艙”將進(jìn)行測(cè)試，目標(biāo)運(yùn)行速度為音速的一半，并在1.2公里內(nèi)完成剎車。
這意味著，乘客艙要以約613公里的時(shí)速運(yùn)行，14秒內(nèi)“秒停”，減速度數(shù)值近重力加速度的1.2倍(1.2g)。
與馬斯克對(duì)這項(xiàng)短距離測(cè)試“瘋狂又興奮”的感覺(jué)不同，人們更好奇“秒停”的可行性。
“秒停”不需“get”新技能
“14秒制動(dòng)馬斯克所提的乘客艙，技術(shù)上沒(méi)問(wèn)題。”“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“中速磁浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題負(fù)責(zé)人、中車首席專家楊穎向科技日?qǐng)?bào)記者表示。
國(guó)防科技大學(xué)磁浮技術(shù)工程研究中心教授李杰表達(dá)了類似看法，并告知“馬斯克的超級(jí)高鐵和我國(guó)高鐵制動(dòng)原理基本一致”。
在我國(guó)，高鐵動(dòng)車組采用復(fù)合制動(dòng)。正常制動(dòng)中，優(yōu)先采用“再生制動(dòng)”，即將電動(dòng)機(jī)“反轉(zhuǎn)”為發(fā)電機(jī)，把動(dòng)車組動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)接觸網(wǎng)供應(yīng)給相鄰區(qū)間動(dòng)車組使用。當(dāng)動(dòng)車組即將停站時(shí)，則改為與汽車制動(dòng)盤工作原理一般的“機(jī)械制動(dòng)”。高鐵遭遇停電等故障，緊急制動(dòng)也為“機(jī)械制動(dòng)”模式。
此外，我國(guó)CRH380AM還使用了“風(fēng)阻制動(dòng)”，通過(guò)在列車端部升起風(fēng)阻板，加大動(dòng)車組空氣阻力;德國(guó)、日本使用“渦流制動(dòng)”，制動(dòng)時(shí)將一套電磁鐵置于鋼軌上方，通電后，電磁鐵與鋼軌間產(chǎn)生渦流發(fā)熱，將動(dòng)能轉(zhuǎn)為熱能消耗掉。
“按馬斯克所述，乘客艙質(zhì)量約在幾百公斤左右。動(dòng)能是質(zhì)量與速度平方的乘積。速度較大，但質(zhì)量較小，制動(dòng)要消耗的能量并不‘巨大’。以現(xiàn)有成熟的長(zhǎng)定子驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)‘秒停’不費(fèi)力，‘再生制動(dòng)’就可實(shí)現(xiàn)。”楊穎說(shuō)。
“秒停”很容易 “商用”很尷尬
對(duì)馬斯克的測(cè)試，楊穎表示不用太“興奮”，譬如美國(guó)航空母艦上MK-73型攔阻索，可使30噸重的艦載機(jī)以260公里時(shí)速著艦，滑跑91.5米停止，減速度約3g，同比難度遠(yuǎn)高于這項(xiàng)測(cè)試。
“研制超級(jí)高鐵，最終是為了成為大眾交通工具。它的啟動(dòng)加速度和制動(dòng)減速度不能超過(guò)普通健康人的承受限值。目前看，普通人承受的減速度限值約為0.5g。”中車株洲所研究院副院長(zhǎng)陳高華說(shuō)。也因此，現(xiàn)有交通工具“減速度”均控制在0.5g以內(nèi)。
“速度越大，減速度應(yīng)該越小。公交車緊急剎車，乘客已‘人仰馬翻’。飛機(jī)降落稍‘猛’，乘客在飛機(jī)落地瞬間心里也會(huì)‘咯噔’一下。只有飛行員等具特殊優(yōu)異體質(zhì)者，可承受這種‘加碼’的減速度。”楊穎補(bǔ)充。
據(jù)悉，我國(guó)350公里時(shí)速?gòu)?fù)興號(hào)高速動(dòng)車組，緊急制動(dòng)大約需6.5公里制動(dòng)距離。正常制動(dòng)下，需8—10公里制動(dòng)距離。對(duì)613公里時(shí)速，制動(dòng)距離僅1.2公里的“極限”挑戰(zhàn)，不具“現(xiàn)實(shí)性”。專家稱，該“超級(jí)高鐵乘客艙”還在原理驗(yàn)證樣機(jī)階段，離工程樣機(jī)差距尚遠(yuǎn)。
“這更像‘玩具’。即便能‘秒停’，但會(huì)產(chǎn)生超大電流和功率的需求。單節(jié)車沒(méi)有商業(yè)價(jià)值。如果在此‘要求’下，做成數(shù)百米長(zhǎng)列車，乘客承受不了此減速度不說(shuō)，僅其要求地面提供數(shù)十兆瓦級(jí)的短時(shí)加、減速功率，在經(jīng)濟(jì)上就很不劃算。”陳高華說(shuō)。
制約輪軌交通往更高速度發(fā)展主要有輪軌阻力、空氣阻力和噪聲等三大因素。真空中的“超級(jí)高鐵”，有望克服這些因素，由此備受關(guān)注。
盡管有消息稱，最早的超級(jí)高鐵有望2021年建成運(yùn)行。不過(guò)，這一目標(biāo)，還顯“路漫漫兮”。譬如，超級(jí)高鐵在技術(shù)上的長(zhǎng)距離測(cè)試，特別是載人測(cè)試如何做;技術(shù)上如何確保高速運(yùn)動(dòng)下磁浮系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、如何解決“車廂內(nèi)有空氣，管道幾乎真空，到站下車后乘客如何呼吸”、真空管道內(nèi)緊急情況下如何安全停車等，至今未有建設(shè)性答案。
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