未来出行最佳方式探讨

【摘要】本着节能环保对未来出行的最佳方式进行探讨,提出长途出行应采用高铁和真空管道磁悬浮列车两种方式;针对未来城市人口和私家车均将成数倍增加,使城市交通供需矛盾日趋加剧,提出了采用可节约能源20多倍和交通资源1倍多的节源环保型电动微轿车作为自助刷卡租用自驾车的一种短途换乘方式。
论文关键词:磁悬浮列车,交通资源,节源环保,电动微轿车

一、长途行程的方式

长途行程的方式虽有飞机、火车、轮船、汽车多种。针对远程,在此主要讨论飞机与火车的比较。对于旅程超过1000公里时,目前人们较多地选择航空。但随着高铁的发展,该选择将有改变的趋势。目前民航班机的飞行时速大约为800公里/小时,加上起降时间,特别是登机前的一系列安检手续等,所以从进机场到出机场扣除空中飞行时间就要化去约3个小时。即航班行程的实际时速随旅程的不同需打一个较大的相应折扣。

对于火车,目前高铁动车组(高速轮轨列车时速)已可达350公里/小时。而世界第一条商业运营的上海磁悬浮列车最高时速为430公里,目前磁悬浮列车最高时速在日本山梨县载人实验运行中已达580公里/小时。据分析,磁悬浮列车是借助于电磁力将车辆悬浮在轨道上方,由于没有车轮与轨道接触所带来的阻力,在高速行驶时就像一架超低空飞行的飞机,预估时速可达600~1000公里。但由于存在地面空气摩擦阻力,按车辆动力学,空气阻力随行驶速度成二次方增加,而为空气阻力所耗功率将随行驶速度以三次方倍增加,所以地面稠密的大气层将使行驶速度超过一定值时,其能耗、噪音会急剧增加,难以被市场所接受。

为此,科学家又提出了真空管道磁悬浮运输的概念。简言之,建造一条与外部空气隔绝的管道,将管内抽为真空,在中运行磁悬浮列车,由于无空气阻碍,列车可运行至令人瞠目结舌的高速,如此将大大缩短地球表面任意地点间的时空阻隔。管道由于密封,可以在海底及气候恶劣地区运行而不受任何影响。据报道,最早提出该设想的是美国兰德咨询公司和麻省理工学院的专家。但真正将该运输方式落实为图纸,是美国佛罗里达州机械工程师戴睿·奥斯特(Daryl Oster),经过多年的研究与设计,戴睿于1999年在美申请获得真空管道运输(ETT)系统发明专利。而毕业于西南交通大学的张耀平与戴睿相识并成为密友后,在2001年首次将该技术引入中国。2002年戴睿曾来中国帮助张耀平和同事在西南交通大学组建了专门研究机构。据报道在2004年年底,曾有八名两院院士和多名国内权威专家在四川成都出席了“真空管道高速交通”研讨会。经过多年的努力,张耀平的研究获得了中国学界和政府全方位的支持,在2007年申请成功了国家自然科学基金项目“真空管道高速磁浮交通基础研究”。

据分析,理想的真空管道磁悬浮列车的理论极限速度接近于第一宇宙速度(7.9公里/秒=2.844万公里/小时),即真空管道磁悬浮的运输时速可达2万公里。乍一听,这确如同天方夜谭,可以想象,如此高的车速,即使列车能达到,乘客也会因各种因素而难以接受。据报道,目前世界上有美国、瑞士、中国3个国家正在研究真空管道磁悬浮技术。由于美国搞的是高真空管道交通,而瑞士是把真空管放在地下隧道中,两种方案均存在成本、难度极高,使其难以进入实际应用,所以美国和瑞士还处于理论阶段。而我国采用了降低要求和分步实施的方案,使该项目能尽快进入试验阶段。即将管道内只降低约0.5个大气压,以适当控制其成本,来较大地减少空气对机车的阻力。而时速提高又分三步进行:第一步采用普通真空高铁,使时速达到500~600公里,技术上预计10年可达到运营要求。第二步采用低真空磁悬浮,使时速达到1000公里以上。第三步采用高真空磁悬浮,时速可望超4000公里。

为保持真空管道内相应的真空度,管道与管道间的接头处必须密封严实,管道沿线需有多个抽气泵站。并还需为维修、检查等情况时预留其可打开的通道口,而这些通道口在正常运行期均为密闭,确保不漏气。更难的是在沿线各车站车辆进出的管道处也需实施防漏气密封措施。另外,在管道中虽是真空状态,但在其中运行的磁悬浮列车内仍须保持适宜人乘坐的大气环境,因此车辆也必须具有良好的密封。据分析,真空管道磁悬浮列车与现有磁悬浮列车相比,主要增加真空管道的造价,但运行时由于减少了空气阻力,将极大地减小其能耗费用。按理论计算即使时速达4000公里时,其能耗也不到民航客机的1/10。

可以想象,如能使真空磁悬浮列车时速达到1000公里(常人可接受的范围)以上,民航就有被淘汰的趋势,这对民航业可能是一种不中听的打击。但是世界的石油资源终将趋于枯竭,并随着现已可达到的高铁时速350公里和磁悬浮时速500公里的进一步实施推广,人们对民航的选择将会从旅程1000公里提升为2000公里以上。更可以利用卧铺在车上睡一夜,早晨到达目的地正好办事。而从节能要求来说也更应提倡人们采用能耗低的交通方式。针对节能环保要求,结合科技发展趋势,国家对铁路运输业与航空业的建设投资应有相应调整。

但再结合太阳能技术发展,在此也对飞机能耗的改进提点技术设想:根据飞机航行时要求在天气睛好,即基本在烈日当空下飞行。而庞大的机身、机翼等部位上若能覆盖一层太阳能电池板,按空气动力学将太阳能电池板定做成与其机身、机翼等部位的弧形类似形状。如此庞大的太阳能电池板在高空烈日下将能接受大量太阳能用作发电。即成为太阳能与发动机相结合的混合动力飞机,如此,即可适当减小发动机功率和油箱体积,适当增加蓄电池。而覆盖在机身的太阳能电池板还可起到一定的隔热效果,以减少客舱的空调能耗。由于太阳能是世界上最清洁,用之不竭的能源,一架太阳能混合动力飞机所起到的节能减排效果能抵于几十辆电动汽车。有关科研机构应尽早对其实施有所计划。

二、短途换乘的方式

短途换乘主要在城市区域内进行,要求以交通畅通为前提。但由于我国城市人均可用交通资源(据分析[1]比发达国家相差十几至几十倍)甚为紧缺,并随城市人口扩展和汽车保有量迅猛增加,城市交通供需矛盾和交通拥堵正日趋加剧。为此作者通过多年来对各种交通问题的长期观察和结合相关理论的深入分析研究,提出了改善交通必须从提高汽车对交通资源的人均利用率和改进交通服务设施两者双管齐下地进行。并对此具体提出了多项改进措施[1],由于实施中涉及到汽车制造、交通管理等多个专业,需要多个政府部门协调而存在相应难度。但面对当前日益突出、牵扯多方利益而阻碍城市发展的交通难题,相信通过各方多种呼吁,政府必能尽早研究实施。如此各种短途换乘方式在交通畅通前提下就能真正被各类人群所接受。

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