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低真空管路高速磁悬浮列车是高投入高风险的奢侈品 央视新闻节目播发了某科研单位研发磁悬浮列车的视频，视频中技术人员介绍，磁悬浮列车由于在空气中运行，阻力小，可以实现高速。按预期计划分三步走，第一步实现每小时1000公里的速度，再实现每小时2000公里，每小时4000公里的速度。当实现每小时2000公里时，可用于城际间交通网。当实现每小时4000公里时，可支持一带一路交通网。技术人员还介绍，磁悬浮列车不消耗“化石能源”。 自真空管路与高速磁悬浮列车的思路近年来被重提后，研发高速磁悬浮列车的热度提升。 在诸多研究者中，往往把注意力放到了磁悬浮列车本身的技术设计上，或关注在良好的预期上，对磁悬浮列车与社会的关联性则关注不足。 其实，与社会的关联性决定着磁悬浮列车的前景。 1）消耗化石能源问题 磁悬浮列车是使用电能驱动的，电能是由“化石能源，水力能源，风能，核能，太阳能”转化而来的，而且在中国用化石能源的发电量占发电总量的70.5%,（2020年前11个月的统计数字），因此，磁悬浮列车不消耗“化石能源”的说法欠妥，能源主要仍是“化石能源”。 忽视了形成电能的化石能源问题，实际上就是忽视了“在现有发电网络的能源结构下，磁悬浮列车是否具有可行性”的问题。 2）磁悬浮列车用于短途客运缺乏合理性 技术人员介绍，当列车使用每小时4000公里的速度时，从北京到天津只需要3分钟。 显然，为实现高速的目的，列车将消耗巨量能源。假定一列磁悬浮列车连同乘客共重65.3吨，启动并加速到每小时4000公里的速度时（按千克米秒制单位，该速度为每秒1111米），按照动能等于“质量乘速度平方的一半”的公式，则加速到上述速度时，若按电能转换为机械能的效率为100%计，则将消耗电网403亿焦耳的电能（按千瓦小时单位计，电能为11195千瓦小时），如果列车的启动加速度确定为2.5g (g为重力加速度，据资料介绍，普通人若承受3、4个g的加速度时就会感到极其难受，甚至昏厥，此处取值2.5g，主要考虑乘客的安全）,则列车完成启动与加速过程需历时45秒钟，运行里程25公里，期间列车需从电网按89.6万千瓦的功率吸收电能。此后列车可按每小时4000公里的速度运行90公里（运行81秒）后，进入制动阶段（假定制动时间也按45秒完成），合计，从北京到天津需要的时间是171秒，符合技术人员介绍的数据。 磁悬浮列车的一次启动过程要从电网吸收403亿焦耳的电能，对电网将构成巨大的冲击。因为中国的装机容量尚不能满足用电量的需求（2020年我国全年发电量为7.42万亿千瓦时，用电量为7.51万亿千瓦时。用电量缺口为900亿千瓦时，用电缺口由从国外购电、电网并“网外的小规模发电单位”发电，和发电机供电才实现了补充），因此，在电网高负荷的情况下，短时间内从电网吸收巨量能量，对电网将引起一定的干扰。 磁悬浮列车用于短途运输时，为了节省按小时或分钟计量的时间，将巨量电能转化为车辆的动能，而后在车辆减速制动时，再将车辆的动能转化为电能，向电网回馈。显然，巨量能量的往返流动，由于能量所经过的环节都存在着能量损失的问题，因此，贪求过高的速度，将导致能量利用效率降低的现象。另一方面，高速行驶的列车必须承担空气阻力带来的能量损失，按有关资料，列车的空气阻力与速度的立方成正比，为减小空气阻力，若车辆被佈置在低真空的管路环境中运行，则抽真空的能量消耗也不能被忽略。 磁悬浮列车用于短途客运，缺乏合理性。 3）高速磁悬浮列车的制动问题是死结 对于高速磁悬浮列车而言，由于具有巨大的速度和动能（403亿焦耳的能量，是10吨TNT黄色炸药的爆炸能量。车辆速度每秒钟1111米，相当于美国最先进的榴弹炮弹丸发射出炮口时速度的46%，高速车辆本身就是准炮弹），高速度和巨量动能使制动过程的设计思路陷入死结。 使制动过程的设计思路陷入死结的主要原因是乘客的安全问题，人所受的加速度是有限的,常人在3g的加速度条件下就会产生严重的头晕，恶心，呕吐等症状，在5g条件下心脑血管会严重受损有生命危险。因此，列车的“负加速度”绝对值只能被设计在2.5g以下。 因此，即使可以采取措施缩短制动的时间，也不能使车辆的制动过程过快，以保障乘客的安全。如果为了加快刹车过程，造成人员的大量伤亡，就失去了刹车的意义。显然，车辆制动的“负加速度”被限定后，车辆刹车过程的行驶里程也就确定了，若在列车前进方向完成刹车所需距离之内存在故障结构时，则仍会形成交通事故。 虽然，用轨道故障监测报警系统可以不间断地监测轨道状况，并报警。但有些偶发事件可能不能被及时地发现，而造成事故。偶发事件虽然对不同速度的车辆，都造成威胁，但对高速磁悬浮列车的威胁最大，因为它的撞击能量大。 鉴于高速磁悬浮列车不能具有急刹车功能，使论证并确认在现代社会生产力的发展水平下，“在地面运行的车辆”的速度上限是必要的，该速度上限应该以国家法定规范的形式确认下来。因为在地面运行的高速车辆，在地面设施产生偶发故障时，自身的毁伤概率与速度有关，速度越高，毁伤概率越高。 另外，若单使用能量回馈方式不能达到负加速度2.5g的制动效果时，磁悬浮列车可增加”感应涡流阻尼，或机械摩擦阻尼，或两者复合阻尼“的制动方式，实现车辆制动，但为此都会增加地面设备的制造成本。 4）磁悬浮列车能耗大，间接增加二氧化碳排放量 据资料介绍，低速磁悬浮列车与相同速度的轨道高铁列车比，多消耗电能16%，磁悬浮列车速度提高后，空气阻力非线性剧增，为降低阻力，必须设置真空管路外壳，并抽真空，抽真空的能量消耗与工程设计方案有关，目前，尚缺乏较好的设计方案。 5）高速磁悬浮列车的社会需求问题 高速交通对人类在地面活动中是否已经到了“渴求”的程度，是值得斟酌的。工薪阶层和普通劳动者，可能对像炮弹速度一样的车辆并不渴求，因为他们乘坐高速交通工具节省出来的时间，即使全部用到生产上去，产生的效益也不能补偿购买车票的支出。 如果高速磁悬浮列车的服务对象是富裕的人群，由于在世界范围内富裕人群所占总人口的比例不大，因此，运营亏损的概率巨大。 6）磁悬浮列车用于城际交通时，与现有交通网络的对接问题 由于支撑磁悬浮列车的地面设施与“高铁，地铁”的地面结构不具备兼容性。因此，解决乘客换乘交通工具的大概率方法是，乘客回到地面后换乘交通工具。因此，磁悬浮列车与城市交通网络间难以实现无缝对接。 7）磁悬浮列车用于一带一路的前途展望 推进一带一路战略规划的目的是促进沿途各国的经济发展，正是由于这些国家是发展中国家，才需要“富有实效的交通网络”以促进其经济的发展。分析具体的情况，一带一路的交通网络建设，其基础组成部分应该是“普速铁路”，以兼容解决客运和货运两方面的需求，在条件允许和有需求的地段，可适量发展“高铁”。发展中国家对交通网络综合性能需求的合理定位，决定着交通网络的建设方向。 磁悬浮列车作为高速交通工具，用电大户，若用于支撑一带一路的发展规划，将遇到以下问题。 ● 发展中国家是否已经出现了对高速交通的渴求 ● 发展中国家是否已经形成了强有力的供电网络 ● 磁悬浮列车的运营成本是否可以降低到沿途各国低收入人群的支付能力以内。 展望这些问题，磁悬浮列车作为支撑一带一路交通网络的设想，缺乏量化评估数据的支持。 8）磁悬浮列车对环境的噪声和电磁干扰问题 磁悬浮列车研发者认为该种车辆运行平稳，噪声小。其实轨道高铁的车辆在长轨上运行，也是相当平稳的。轨道高速列车的噪声与速度相近的磁悬浮列车差不多。据实验数据，每小时300公里的高铁列车，在外轨中心线两侧30米处，测得噪声为68分贝。时速200公里的磁悬浮列车，在距离列车25米处测得噪声73分贝，噪声均未构成对周边环境的明显干扰。 但磁悬浮列车对周围环境的电磁干扰要比轨道高铁高，因为磁悬浮列车传递能量的磁场难以全屏蔽，而轨道高铁的驱动电机的磁场是在电磁屏蔽状态下传递能量的。磁悬浮列车的电磁辐射对周边健康人群的健康虽然不会造成威胁，但对周边的智能设备会形成电磁辐射干扰，周边的智能设备应具有适度的抗电磁辐射的能力。 9）启示 磁悬浮列车为实现高速运行的目的，成为用电大户，成为间接对大气排放二氧化碳的大户，是值得分析研究的。 高速交通与现实社会生产力发展水平的协调性是值得研究的，交通越快越好的逻辑，存在“在直观层面上看问题”的嫌疑。 磁悬浮列车不消耗化石能源的观点被认可，这是一个“警钟性的信号”，警示社会上存在着“独立思考，逆向思维意识不足”的现象，显然，该现象将导致“良好的预期与现实的后果相背离”现象的发生。因此，警示信号给社会的启示是，“应该改变视角，激活学术交流氛围，以提高社会独立思考的能力”，在“大型工程领域，或社会管理领域”需要决策某些问题时，在关注可能实现的良好预期的同时必须认真关注可能存在的缺陷，只有优先把可能存在的缺陷分析透了，才有可能顺利地迈过走向成功预期的门槛，少走弯路。 把低真空管路与高速磁悬浮列车放到与其相关联的社会环境中分析，就可以看到，这是一个高投入高风险的奢侈品。 “良好的预期与现实的后果相背离”现象的发生，以及形成这种现象的深层原因，值得关注。 |
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