近地飞行：未来交通出行的“第五元素”

文·图/沈臻懿

更迅捷、更环保、更经济的全新交通出行方式

随着现代科技的发展，上天入地对于人类而言早已稀松平常。说起交通出行方式，人们往往想到的是搭载飞机、火车、轮船和汽车这四种常规工具。在这其中，飞机是速度最快、耗时最少的一种。当前，民航喷气式客机的时速通常为800公里/小时左右。若以空客A380为例，其最高巡航速度可达945公里/小时。那么，有没有一种交通工具，能够比万米高空中飞行的客机速度更快呢？答案几乎是肯定的。或许在不久的将来，一种名为“近地飞行”的高速交通系统就将从实验测试阶段走向商业推广，成为继飞机、火车、轮船和汽车之后交通出行的“第五元素”。

“近地飞行”高速交通系统，最初源于科学家们提出的一种新型运输构想——利用“胶囊吊舱”，在密闭真空管道中运载乘客和货物。具体来说，就是研制出一种用磁力和真空驱动的超高速列车，使其能够通过管道进行长距离的运输。这一理念听上去似乎有点类似于磁悬浮列车。相较于传统铁路运输，磁悬浮列车运行速度更快，加速能力更强，噪声影响更小，对轨道设施基本无磨损。某种意义上而言，磁悬浮列车可以看作是“近地飞行”高速交通系统的前身。不过，两者之间依然有着极大的差别。就运行环境而言，“近地飞行”高速交通系统必须配置专门的运输管道。

真空或近似真空的状态，能够最大程度减少空气阻力，以实现列车的超高速行驶。但考虑到真空状态极难维系，即便是管道上出现的细微裂缝或泄漏点，都会导致整个系统的瘫痪。为此，科学家们尝试在低真空环境中运行“胶囊吊舱”列车，并将“近地飞行”高速交通系统管道内的气压设定在100Pa（帕），约为一个标准大气压的千分之一，大为降低了管道内的空气阻力。“胶囊吊舱”底部装载了磁铁，管道地面则有磁场在流动，列车可利用磁场来获得推动力。当“胶囊吊舱”通过管道时，前方会产生拉力，后方则产生推力，从而令其快速前行。同时，管道内部的真空状态，又可极大程度地减少空气摩擦，从而使“胶囊吊舱”列车获得更大的运行速度。

“胶囊吊舱”列车的加速和制动，由线性电机所控制，可以实现全程高加速度。当列车在狭长的管道中达到旅行速度后，空气压缩机亦可提供所需的动力。据测算，“近地飞行”高速交通系统的最高时速可超过1000公里/小时，略低于音速。但随着运输距离的延长，不排除其在超长距离上时速超过音速的可能性。“近地飞行”高速交通系统全速启动时，乘客会有类似飞机起飞的推背感，其速度可达高铁的4倍、一般客机的2倍。“胶囊吊舱”列车的车厢座位设计数为12～28个左右。这一并不算大的运输量，可以让发车班次变得更为密集，乘客也不用花过多时间在站台候车。

除了出行迅捷这一优势外，“近地飞行”高速交通系统的环保性和经济性，则更多体现在其设施结构方面。高速交通运行线路由两条平行设计的管道组成，分别对应起点到终点的上下行线路。该技术所需的运输管道为钢结构材料制成，内径尺寸2.23米或3.3米，具体取决于运行“胶囊吊舱”列车的大小。运输管道通常会安装在距地面6米高的钢筋混凝土支柱上。这种高架结构，可以最大程度减少“近地飞行”高速交通系统基础设施占用的空间。此外，整个“近地飞行”高速交通系统所需的能耗均可由安装在运输管道外侧的太阳能板来供电。若在此过程中电能还有余量，则可接入普通电网，或予以存储，以供系统在夜间或阴天等阳光欠佳的条件下保持正常运行。

“近地飞行”高速交通系统前瞻

从物理定律上，“近地飞行”高速交通系统的技术设计确实可行。但作为一项从未付诸实践的全新技术，真空管道内的“胶囊吊舱”列车运行仍需经过大量验证方可趋于成熟。

此前，已有科技公司在沙漠测试场中完成了一次“近地飞行”高速交通系统的载人试验。此次试验使用了500米长、内径为3.3米的测试轨道，并搭载了两名乘客“体验官”。“胶囊吊舱”列车在管道强磁力的作用下，仅花费15秒时间就将乘客安全送抵终点。由于测试轨道的长度远远不足，试验中测得的“胶囊吊舱”列车最高时速仅为172公里/小时。这一数据看似远低于“近地飞行”高速交通系统1000公里/小时的理论时速，考虑到此系载人试验，其已在一定程度上验证了载人运行时最引人关注的部分——安全性问题。据一名乘客“体验官”称，试车过程非常顺利，完全没有坐过山车的起伏或颠簸之感。“胶囊吊舱”列车的加速极快，且乘坐时并无不适感。载人试验成功后，该科技公司预计在2025年完成“近地飞行”高速交通系统的安全认证，并力争从2030年起正式开通第一条28人座的商用运营线路。

“近地飞行”高速交通系统要想在未来有着更大的发展前景和商业化运行，就必须提供更为安全的体验、更为优质的服务以及更为低廉的售价。唯有如此，才可能将乘客从当前的飞机、火车、轮船和汽车等主流交通出行方式中吸引过去。尽管现行的出行方式还存在着诸多不完美，但至少已建立了深厚的用户基础，且足够安全。因此，“近地飞行”高速交通系统在未来的发展中，还需要进一步证明通过管道进行旅行的技术是安全可靠的。

安装在地面之上的运输管道和支柱，势必会受到地震和地质活动的影响。这不但可能导致管壁变形引发管内碰撞，剧烈的地震甚至还会使支柱坍塌、管道损毁。高速状态下，即便是轻微的轨迹偏离，都会造成相当大的冲击力。不可否认，“近地飞行”高速交通系统的设计，已考虑到地震发生时的安全性。系统在监测到首次地震波后，就会即刻触发紧急制动指令。姑且不说减速过猛可能出现的严重碰撞，即便是采用极强减速力进行紧急制动，也至少需要2公里的制动距离和15秒的停车时间。但对于强烈地震而言，这一应对时间仍然需要再缩短。这就需要“近地飞行”高速交通系统在之后的验证中考虑如何进一步提升碰撞后的安全保护，如何更好地应对灾害、事故带来的后果。为此，研究人员也在探索使用一种新型智能材料作为“胶囊吊舱”的车厢新材料。这种由轻量级碳纤维构成的材料，强度大于钢材料10倍，且比铝合金更轻。材料内集成嵌入了各类传感器，可用于实时读取“胶囊吊舱”的稳定度、完整度、温度等信息，并及时传回运行控制中心。同时，“胶囊吊舱”使用了双层智能材料结构来打造。材料和结构方面的优化，不仅可以大幅减少列车长途运行的能耗，即使发生碰撞造成外层材料毁损，仍可保证列车的安全运行。

“近地飞行”高速交通系统的运行模式，最值得关注的便是其有着极大的低碳减排优势：一方面，系统运行所需的电力均由可再生能源提供，包括太阳能和电池科技等技术的提升，将推动“近地飞行”高速交通愈发成熟；另一方面，若未来能够构建起多区域的“近地飞行”高速交通系统网络，则可以取代当前碳排放量较大的传统地面交通以及短途客运和货运线路，在减少环境污染的同时，还可为道路通行腾出更大的空间。