真空管道運輸:處在科技前沿的下一代運輸方式
1、引言
人類沒有停止過對更高速度的追求,在這種追求過程中,前人的高速旅行期望不斷地由夢想變成現(xiàn)實。迄今,公共運輸工具中速度最快者當(dāng)屬飛機和磁懸浮列車。然而,飛機和磁懸浮列車均有其極限速度,這種速度并非人們旅行的最理想速度和終極速度。飛機和磁懸浮列車速度不能繼續(xù)提高的障礙是空氣阻力,空氣阻力跟速度平方成正比地增加。這意味著要想在飛機和磁懸浮列車的基礎(chǔ)上實現(xiàn)突破,創(chuàng)造下一代高速運載工具,則需要考慮從根本上減少或消除空氣阻力。一個合乎邏輯的可能思路是:建設(shè)真空管道,讓車輛無接觸、無摩擦地在其中運行,即可使速度在飛機基礎(chǔ)上數(shù)倍地提高。這種運輸方式就是真空管道運輸,英文中稱為“Evacuated Tube Transportation (ETT)”,它將給今天的運輸模式與運輸格局帶來革命性變化。
2、真空管道運輸?shù)脑O(shè)想
世界科技史上,任何一項重大發(fā)明或發(fā)現(xiàn)都是人類共同智慧的結(jié)晶,是一代又一代人思想積淀的量的積累達到一定程度時質(zhì)變的體現(xiàn)。最終實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變者,即被人們認定為該技術(shù)的發(fā)明人或締造者,從而載人科技發(fā)展的史冊。至于真空管道運輸,從思想萌芽到概念提出,再到專利申報與獲得,大致也經(jīng)歷了類似的過程。
現(xiàn)代火箭之父Robert Goddard,在Worcester工學(xué)院1904年的開學(xué)典禮上演講時提到:在波斯頓至紐約之間建一條真空管道鐵路線,車輛通過電磁方式懸浮在軌道上,消除金屬之間的接觸,這種運行方式從波斯頓到紐約的旅行時間只需10分鐘(根據(jù)作家Edward Pendray所著的Robert Goddard傳記記載)。
1965年,EDWARDS LK發(fā)表了題為“高速管道運輸(HIGH-SPEED TUBE TRANSFORTATION)”的文章,提出了一個能夠在90分鐘內(nèi)從波斯頓到達華盛頓的客運系統(tǒng)設(shè)想,此系統(tǒng)由一對抽成一定真空的管道組成,其中的車輛運行速度為500mph。
還有資料顯示,早在20世紀(jì)60年代,美國麻省理工學(xué)院的專家通過技術(shù)分析,設(shè)想了一種高速運輸工具——真空管運輸系統(tǒng),而且預(yù)計在21世紀(jì)可能成為現(xiàn)實。該設(shè)想的輪廓是:橫貫美國東西,由紐約到洛杉磯修建一條長3950km的地下隧道,隧道內(nèi)抽成相當(dāng)于1‰個大氣壓的真空,將磁浮車系統(tǒng)安裝在隧道內(nèi),在這種真空隧道中,時速可達25000km/h,即令采用該理論速度1/4的速度,即平均速度6750km/h,由紐約到洛杉磯也只要36分30秒的旅行時間。
Forgacs的研究對真空管道與大氣環(huán)境中的運輸線路進行了比較。他提出的真空管道運輸系統(tǒng)由真空泵抽成一定真空、埋置于地下,且用永久磁鐵對車輛提供懸浮力,速度為966km/h,相應(yīng)的普通線路速度為483km/h。研究表明,真空管道中速度提高增加的效益遠遠大于開挖隧道增加的成本,足以補償隧道開挖工程費用;真空管道運輸系統(tǒng)對環(huán)保貢獻巨大,而能耗又非常小。另外,對不同的懸浮方式作了比較,用電池提供懸浮力的系統(tǒng)可能造成牽引力損失,不如采用永久磁鐵優(yōu)越。還指出真空管道運輸系統(tǒng)最好采用永磁懸浮模式。
1978年,美國蘭德(Rand,www.rand.org)公司的研究人員Robert M.Salter在他的研究報告(Trans-planetary Subway Systems:A Burgeoning Capability)中作了如下描述:一種叫“運輸之星”的地鐵系統(tǒng),由電磁支撐和在地下一定真空度的管道中運行的車輛組成,能夠在一小時內(nèi)穿越美國。該系統(tǒng)跟地方運輸系統(tǒng)之間有轉(zhuǎn)運聯(lián)接,還可以進行貨物運輸。但是隧道開挖是一個復(fù)雜、昂貴的問題,在地下幾百英尺的巖石中挖掘隧道要求采用先進的隧道挖掘機。
經(jīng)過多年的研究與設(shè)計,美國佛羅里達機械工程師Daryl Oster于1999年獲得真空管道運輸(ETT)系統(tǒng)發(fā)明專利,至此,真空管道運輸作為一項正式的專利技術(shù)界科技發(fā)明史上。在此后的幾年中,關(guān)于真空管道運輸?shù)脑u價,一些人認為它并不是什么新發(fā)明,也有人說在幾十年前他們都有類似的設(shè)想。因為道理很簡單,旅行速度要想繼續(xù)提高,必須克服空氣阻力,而在地表消除空氣阻力的惟一有效方法就是建設(shè)真空管道。但是,歷史的光環(huán)最終只落到對該發(fā)明起決定性作用的人身上。從這種意義上來說,歷史所承認的真空管道運輸系統(tǒng)的發(fā)明人大概只有Daryl Oster了。
3、美國Et3.com公司的ETT研究工作
Daryl Oster的ETT專利(美國專利號:5,950,543)包括如下內(nèi)容:沿線路方向的兩根抽成真空的管道,車體,真空設(shè)備,懸浮部件,加速裝置,能夠回復(fù)能量的剎車系統(tǒng),減振裝置,管道定位器,轍叉系統(tǒng),自動控制、檢測與維護裝置,施工方法,安全系統(tǒng)等。
為了促進ETT研究與開發(fā)工作,Daryl Oster于1999年在美國佛羅里達州注冊成立Et3.com公司。公司采用特許加盟制度,加盟費100美元,加盟后即成為Et3.com公司的一名特許人,不僅意味著持有該公司的一份股份,同時可以繼續(xù)發(fā)展其他對ETT有興趣、愿意支持、推動ETT發(fā)展的成員。這種方式的好處是可以調(diào)動和聯(lián)合社會各界人土,把對ETT的支持者凝聚起來,從各自的領(lǐng)域為ETT早日實現(xiàn)貢獻力量。
Daryl Oster夫婦辭去了其他可以獲得較高薪水的職位,專心致力于ETT的研究與開發(fā)工作。除了出租房產(chǎn)(必要時會賣掉其中一些)的收入作為基本研究經(jīng)費外,他們沒有其他收入來源,過著最節(jié)儉樸素的生活。
根據(jù)美國佛羅里達高速鐵路建設(shè)署(Florida High Speed Rail Authority,F(xiàn)HSRA)的計劃,將在Tempar-Lakeland-Orland之間修建一條137km的高速鐵路。2002年,共有來自世界各國的17家公司的技術(shù)方案得到提名。