革命性铁路:高铁计划将为美国带来快速列车

磁悬浮技术的支持者表示,下一波高铁线路应该完全摒弃传统轨道。

在客运列车方面,美国是一个极其落后的国家。任何去过欧洲、日本或上海的人都知道,时速近 200 英里的列车已成为许多国家经济不可或缺的一部分。凭借其著名的东海道新干线子弹头列车,日本中央铁路公司在过去的五十年里,以飞机所需时间的一半,运送了数十亿乘客往返于东京和大阪之间。一条新的马德里至巴塞罗那特快列车的平均时速为 150 英里;自两年前开通以来,这两个城市之间的航空客运量下降了 40%。相比之下,Amtrak 连接波士顿和华盛顿特区的明星列车 Acela 的平均时速仅为 70 英里。这个数字如此之低,是因为 Acela 线路的许多路段无法安全地支持高速行驶,即使列车本身能够以超过 150 英里的时速疾驰。可以把它想象成一辆法拉利在崎岖的乡间小路上突突地行驶。

最近出现了一股改变现状的推动力。今年早些时候,交通运输部宣布了 80 亿美元刺激资金的接受者,该资金旨在在美国各地推广高速铁路。2010 年联邦预算要求在未来五年内每年额外拨款 10 亿美元用于铁路建设。2008 年,加州选民批准了一项 90 亿美元的债券措施,以启动一项雄心勃勃的高速铁路网络,该网络将连接洛杉矶和旧金山,并最终连接萨克拉门托和圣地亚哥。

然而,关于究竟将建设哪种客运系统,仍然存在疑问。自从联邦政府上次将铁路作为一种可行的客运方式(而不仅仅是货运)以来,火车技术已经取得了显著进步,先进的高速线路遍布欧洲,最近又扩展到中国大陆。


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刺激资金指南中“高速”的具体定义仍有待解释。联邦政府部门急于将资金分配到尽可能多的国会选区,因此正在资助大量对现有线路的渐进式改进项目。在许多情况下,这些项目只会略微提高客运列车的速度。

在技术领域的另一端,一些努力旨在通过使用磁悬浮技术来绕过轮轨系统,在这种技术中,客车悬浮在混凝土轨道上方。这项技术的推动力来自多种形式。虽然磁悬浮列车已经开发了几十年,但第一个(也是迄今为止唯一一个)商业系统于 2004 年投入使用。对于美国山区而言,这项技术是解决陡峭坡度问题的唯一可行方案,否则陡峭的坡度会严重阻碍标准铁路线的建设。或许最重要的是,这项技术已获得世界顶尖的商业高速客运铁路线建设和运营专家的惊人信任票。

磁悬浮方案
日本中央铁路公司(CJR)在高速列车运营方面拥有迄今为止全球最丰富的经验,自 1964 年以来,该公司一直在运营连接东京、名古屋和大阪人口中心的时尚轮轨新干线子弹头列车。然而,运营子弹头列车的现实情况现在正在激发 CJR 对磁悬浮的兴趣。每天晚上,一支由 3000 名铁路工人组成的浩浩荡荡的队伍会来到新干线轨道 12 英里的路段,仔细检查路权,更换磨损的部件,并确保轨道的精确对齐。第二天晚上,他们会在下一个 12 英里的轨道路段上工作。这项工作永无止境。

该公司必须投入所有这些昂贵的努力,因为即使轨道上很小的缺陷也可能引发高速行驶的列车的剧烈振动。这些振动反过来又会加剧基础设施的磨损。轨道、列车车轮和为机车供电的架空接触网的劣化程度会随着列车运行速度的提高呈指数级增长。事实证明,真正的高速铁路对硬件是“谋杀”。如果新干线线路的夜间维护工作时间超过预期,其每天 309 趟列车的时刻表就会陷入混乱。

为了避免此类困难,该公司计划建设一条名为东海道新干线旁路的高速磁悬浮线路,目标是在 2025 年前完工。虽然这不会是世界上第一条商业磁悬浮线路——2004 年开通了一条连接上海机场与其金融中心的 19 英里线路——但长达 180 英里的线路将是迄今为止最雄心勃勃的。CJR 董事长葛西敬之去年六月在华盛顿特区的一次交通运输官员聚会上表示,从长远来看,磁悬浮列车将比传统高速铁路更便宜,因为在系统的生命周期内,其维护成本更低。CJR 还表示,磁悬浮列车有望缩短行程时间,因为磁悬浮列车的加速和减速速度比轮轨列车快得多。

对于磁悬浮技术在美国的前景而言,更重要的是,磁悬浮推进系统使列车能够爬上比标准高速铁路线路更陡峭的坡度。这是快速列车穿越美国西部大部分崎岖地形的唯一途径。

经典技术的问题在于牵引力。机车的钢轮对钢轨的附着力是有限的,超过限度就会开始打滑,列车就会熄火。雨、雪、冰,甚至湿树叶等常见且不可预测的条件限制了列车可以爬升或安全下降的坡度。由于这种限制,美国铁路的坡度通常保持在 3% 以下,最大坡度为 2% 或更小的情况最为常见。

相比之下,磁悬浮线路没有钢与钢的接触,因此牵引力不像轮轨线路那样构成挑战。磁悬浮线路可以爬升 10% 的坡度,这使得规划人员在丘陵地形中规划新的路权时可以选择更快捷的路线。

这项技术还允许在原本无法通行的地区进行高速运输。“落基山铁路管理局”最近完成了一项为期 18 个月的研究,研究内容是沿着科罗拉多州南北和东西向州际公路约 400 英里的路段修建两条交叉的高速铁路线。研究结论是,列车需要采用磁悬浮技术,因为高速公路沿线的一些坡度达到了 7%。“你要穿越落基山脉,”铁路管理局主席哈里·戴尔说。他还指出,由于推动和减速列车的是磁力,而不是物理附着力,因此科罗拉多的“冰雪问题就消失了”。

戴尔认为,德国西门子公司和蒂森克虏伯公司合资企业“Transrapid International”制造的磁悬浮列车可以胜任这项工作。Transrapid 是上海机场系统的制造商,该系统已运送超过 1700 万名乘客从上海前往机场,最高时速达 267 英里。Transrapid 的磁悬浮列车使用传统的电磁铁;另一方面,日本人一直在研究采用超导电磁铁的技术,这种电磁铁与大型强子对撞机内部的电磁铁非常相似。虽然超导方法在列车和轨道之间提供了更大的间隙,以预防地震,但磁铁必须用液氦冷却,这是一个昂贵且笨拙的方案。

快速路线
连接拉斯维加斯和南加州的客运铁路线的竞争性提案进一步证明了磁悬浮技术的重要性。城市规划者几十年来一直梦想着用快速列车连接拉斯维加斯和洛杉矶。“这是一个高速列车的理想走廊,因为你要将美国最大的娱乐区之一与南加州这个最大的人口中心之一连接起来,”拉斯维加斯工程公司 Parsons Transportation 的高级交通经理托马斯·波尔多工程师说。这两个城市相距 270 英里——正处于 100 到 500 英里之间的最佳距离,在这个距离内,火车旅行比开车或飞行都更方便。而且这两个城市之间的土地只不过是沙子和灌木丛,是一张可以绘制轨道的空白画布。

不幸的是,洛杉矶盆地东侧是圣贝纳迪诺山脉和圣哈辛托山脉。任何穿透这些自然障碍的高速线路都必须爬升高达 7% 的坡度,这只有使用磁悬浮技术才是可行的。“加利福尼亚-内华达超级高铁”项目旨在做到这一点,将拉斯维加斯与洛杉矶以南的大城市阿纳海姆连接起来。

磁悬浮技术的替代方案是完全避开洛杉矶盆地地区。名为“沙漠快线”的项目将建设一条传统的高速铁路线,连接拉斯维加斯和维克托维尔,这是一个位于洛杉矶市中心以北一个半多小时的高沙漠前哨站(这假设没有交通,这在洛杉矶是一个特例)。虽然它不需要先进的技术,但它也不会将乘客带到他们想去的任何地方。

“沙漠快线”也将无法连接到计划中的将洛杉矶与旧金山连接起来的加州高速铁路系统。加州项目是今年刺激基金赠款的两大赢家之一,另一个赢家是连接佛罗里达州坦帕和奥兰多的 84 英里线路。当刺激资金与 2008 年选民公投中获得的 90 亿美元结合起来时,加州项目将掌握其预计总成本 400 亿美元的四分之一以上。建设很可能早在 2011 年就开始。

专用通道
无论使用磁悬浮技术还是传统的轮轨技术,安全快速列车运行的一个不可侵犯的要求是拥有专用于高速列车的特殊轨道,不允许有任何例外。这就是 Amtrak 缓慢的 Acela 线路注定要失败的原因,该线路与货运列车和速度较慢的客运列车共享线路。

另一个必要条件是铺设轨道,使其没有平面交叉道口,因为大多数涉及火车和公路车辆的碰撞都发生在这里。一次又一次,人们试图绕过关闭的道口闸门以抢在火车前面通过,或者行人没有意识到迎面而来的火车在其前方发出的声音非常小,等到注意到火车时已经为时已晚,无法逃脱。根据线路的地形,可能需要大量的立交桥、地下通道和隧道,以使外界远离快速列车的专用通道。

美国为什么花了这么长时间才开始采用已经成熟的技术?简短的回答是:客运列车在很长一段时间内都不是联邦政府的优先事项。美国花了数十年时间建设州际公路和机场;对适合快速列车行驶的轨道的投资几乎降至为零。美国铁路几乎完全变成了重型货物的低速运输工具。

但最近对绿色交通的推动,以及人们意识到美国的高速公路和机场已经超负荷运转,可能会使快速列车重新流行起来——至少在该国的一些关键地区是这样。

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