未来的火车可以在空中“飞”吗

超级大桥是怎么建成的？研究人员是怎么探索宇宙的？动车为什么能跑那么快？我们国家的一项项超级工程到底是怎么完成的？让我们一起来聆听大科学家讲述超级工程背后的故事，深入感受科学的魅力吧！

作者简介：翟婉明轨道交通工程动力学专家、中国科学院院士、西南交通大学首席教授。翟教授建立的车辆轨道统一模型，在国际上被称为“翟模型”，他的多项研究成果被广泛应用于中国铁路提速重载运输及高速铁路工程领域。

火车是如今最为普遍的出行工具之一，许多同学都坐过火车，它为我们带来了极大的便捷。

世界上第一台蒸汽机车出现后，人类迈人了铁路时代。因为当时使用煤炭或木柴做燃料，所以人们都叫它火车。随着技术的不断升级，相继出现了内燃机车、电力机车、磁悬浮列车等。中国铁路也取得了非常多的成就，尤其是中国高铁，在过去十年间获得了突飞猛进的发展，频频刷新世界纪录，已经成为一张亮丽的国家名片。

那么，中国高铁究竟有多厉害呢？為什么会享誉世界呢？

有人在中国高铁上做过一个有趣的实验：将一枚硬币竖直放置在时速300公里的高铁列车窗台上，硬币居然竖立8分钟不倒。这个小实验的视频发到网络上后，引发海内外热议：为什么硬币可以竖立8分钟不倒？中国高铁还有哪些超能力呢？

从2008年到2019年，这1 1年间，我国高铁建设取得了迅猛的发展，运营的里程已经突破3万公里。3万公里是什么概念呢？除中国以外，世界上其他所有国家的高铁里程加起来都不足3万公里。我国高铁的运营速度，目前达到了350公里/小时，是世界上运营速度最高的。日本、德国、法国这三个国家是世界上最先有高速铁路的，但是他们目前的最高运营速度是320公里/小时。我国后来居上，在短短的十多年间，从无到有，成为世界上高铁里程最长、运输密度最高、运营场景最复杂、运营速度最高的国家。

这么高的速度必须有好的轨面，如果轨面有些高低不平，轮子在上面跑就会产生震动、冲击，车厢就会产生很大的颠簸，所以轨面平整是关键，而中国在这方面做到了极致。乘车舒适度是衡量高铁列车抗震性能的主要指标之一，特别是京沪高铁，它设计和建造的标准，是世界上最高等级的。

什么叫磁悬浮列车？磁悬浮列车跟其他火车有什么区别？

磁悬浮列车跟传统的火车有一个最大的不同，它的轮和轨之间没有接触，而是靠磁力系统让它的车轮悬浮在磁浮轨道上。两者不接触就没有摩擦阻力，从而减少了能耗，这是它的一个很大的优势。借助这个优势，磁悬浮列车作为一种新型的地面交通工具，在未来会有很好的发展前景。

无论是和谐号动车组，还是磁悬浮列车，我们发现它们都是子弹头形状的流线型车头，与方方正正的绿皮车有明显的区别，这是为什么呢？采用流线型的目的是降低空气阻力、压力波、噪声等，从而提高运行速度。

如果没有空气阻力，也没有摩擦阻力，列车的速度是不是可以更快呢？我国对此有哪些探索呢？

列车在大气中跑会受到空气阻力的影响，速度不太高的时候，这个影响很小，但到了300～500公里/小时的时候，空气阻力就会非常明显。如果想在地面上跑出500公里、600公里，甚至更高的时速，就必须解决空气阻力的问题。那么，该怎么办呢？人们想到了在地面上铺设真空管道。把管道抽成低真空，比如0.1个大气压，大体上相当于飞机在万米高空飞行时的空气环境。低真空中空气很稀薄，列车运行时，空气阻力就得到了极大地减除。接着人们提出了一个概念：真空管道磁悬浮。真空管道把空气阻力的问题解决了，磁悬浮则把轮轨接触问题解决了。列车高速运行的时候，轮子不和钢轨接触，振动、冲击、磨耗等问题就得以克服，所以这是一个很理想的设计方案。

真空管道磁悬浮列车的速度有可能超越飞机，它或许会成为21世纪最快的交通工具，为我们的未来交通描绘出一幅奇幻的图景。如今，在不断创新的轨道交通技术的支持下，我们己经创造了许多奇迹，如世界上海拔最高的青藏铁路，世界上速度最快的高铁复兴号。

看到这里，同学们可能会问： “如果乘客迟到了，高铁可以等一下吗？”

高铁不能等乘客，到点必须发车。这是一个很重要的规则。我国高铁现在的运营密度是全世界最高的，如果有一辆车因受到干扰而延迟，整个高铁运营网络就会受到影响。现在大家能体会到的， “坐高铁好准点啊”“误差在一两分钟，有时候还会提前一分钟”等等，就是因为我国高铁有严格的运营图、运营编组控制。所以说，坐火车、高铁都要注意时间，一定要准点上车，不能影响发车。当然，这样也不会耽误自己的时间。

2000多年前，我们的先辈开辟了连通中西方的古丝绸之路，打开了各国友好交往的窗口。现今中国铁路积极走出去，努力服务“一带一路”建设，将过硬的中国标准融入到国内外轨道建设当中，与世界共享发展成果，这是令我们骄傲的成绩。

那么，未来中国高铁还将有哪些突破呢？

中国高铁下一步的发展，就是通过各种先进的技术，进一步提高速度，进一步提高安全性。比如将各种传感器布设在高速列车、高速线路上进行检测、监测，以便及时发现问题、及时预警、及时处置。在提高速度的同时，中国高铁还会更加环保。此外，中国高铁还会更加智能，将智能化、信息化的技术融入到高铁、地铁中，使得将来整个轨道交通系统能更加方便、安全、可靠地运营。

翟婉明院士写给同学们的寄语：中国铁路从无到有，从东部走向西部，从四纵四横到八纵八横，从国内走向海外，承担着互联互通的时代使命。未来中国轨道交通事业将更高速、更安全、更环保、更智能，我们期待同学们的加入，续写中国铁路新传奇！

轨道交通是交通强国的重要组成部分，投身轨道交通事业大有可为，前景广阔。同学们，真空管道、磁悬浮交通、更高速度的列车等研究项目中，很多很有意思的问题和技术上的挑战等着你们去研究，大家可以到轨道交通这个舞台上磨炼、发挥自己的潜能，大展宏图，为人民和国家作出贡献！（版权提供：好未来教育集团）

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黑胡子）