从超级高铁到超音速科技,高超音速旅行何时能实现

2018-08-09 05:02:30 来源: 网易科技报道
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(原标题:What is the future of high speed travel?)

网易科技讯 8月9日消息,据国外媒体报道,当协和式飞机在2003年退役时,高速旅行似乎后退了一大步。尽管协和式飞机的退出有着多种理由,但在技术不断进步并快速发展的世界里,这是一种反常现象。无论如何,协和式飞机的运营过于高昂,且违反了噪音规定。此外,既然大家完全可以用Skype来进行远程视频会议,为什么还要大费周章地去坐飞机去参加商务会议呢?

但工程师们致力于加快旅行速度的努力从未停歇。

超级高铁

马斯克于2013年提出了超级高铁概念,承诺在45分钟内将人们从伦敦送到苏格兰。超级高铁轨道是一种密封的真空管道,其空气阻力相比于自然环境大大降低,吊舱或车辆可以在管道中以非常高的速度行驶。在现实中,空气阻力降低了车辆的运行速度,所以为了加快速度,必须减少空气量,这就是为什么超级高铁管道被抽成真空的原因。在过去几年里,特斯拉(Tesla)和SpaceX的工程师们一直在研发原型机。

这听起来似乎很有希望,但曼彻斯特大学机械、航空和土木工程学院讲师马克·奎因(Mark Quinn)对此并不乐观。

他表示:“过去曾有过不少类似的尝试,但它们从未真正突破基础设施的限制。要使它具备可扩展性,你必须能够降低一个非常长的管道中的压力。为了做到这一点,你只能推高其他地方需要的能源成本。”

被寄予厚望的高速旅行,未来将走向何方?

图示:人类历史上有开发超级高铁的类似尝试,但都未能克服基础设施的限制。

另一个挑战是线路选址。如果超级高铁经过的地区地质活动活跃,任何构造板块运动都可能引起重大问题并影响其运行。此外,随着速度的增加,车辆周围的相对速度可以达到音速。这会产生巨大的噪音,增加压力和振动,以及列车操控上的困难。

“伊隆?马斯克提出了一个解决方案,在超级高铁列车前面安装一个大型压缩机,将列车前方的空气吸入并从列车后部排出,这是可行的,但从本质上讲也是将自己绑在了喷气式发动机上,”奎因如是指出,并补充说世界任何地方都没有相关的监管框架。

目前还没有解决这些挑战的办法,也不清楚以后是否会有。

超音速飞行

超音速飞行是下一个可行的方案。在理查德·布兰森(Richard Branson)的支持下,一家名为Boom Supersonic的小公司正在尝试超音速飞行。自协和式飞机问世以来,这项技术已经得到了改进,飞机将使用3个引擎而不是4个引擎,这能够降低燃料成本。

超音速飞机在陆地上空飞行的一个主要问题是噪音。音爆的声音非常大。美国国家航空航天局(NASA)一直在通过QUESST(安静的超音速技术)项目试图找到一种更安静的方式来解决这个问题。

其目前正在致力于研制一种更安静的超音速客机。“开发、建造和飞行测试一架安静的超音速X-plane,是我们实现为公众开放超音速旅行的下一个合乎逻辑的步骤,”美国国家航空航天局航空研究任务副主管Jaiwon Shin在2016年说。

被寄予厚望的高速旅行,未来将走向何方?

图示:超音速飞机在陆地上空飞行的一个主要问题是噪音。音爆的声音非常大。

2018年4月,总部位于加州帕姆代尔的航空公司洛克希德·马丁公司宣布获得建造、设计和测试安静超音速飞机X-Plane的合同。

高超音速旅行

高超音速飞行是另一个研究领域,它通常意味着5马赫(音速的5倍)以上的速度,不过主要是应用在导弹工业中。德国的工程师们正在研究太空船概念——一种高超音速的载人太空飞机——但是这个项目目前没有足够的资金。即便项目能够落地,期间也需要数十年的发展时间发展,而音爆依旧是个需要解决的关键问题之一。

这一切听起来似乎意味着高速旅行还有很长的路要走。然而,超燃冲压发动机和冲压式喷气发动机技术可能是未来高速旅行的关键组成部分。

冲压式喷气发动机利用发动机的前向运动或冲击波来压缩进气,且不需要压缩机。因为在超音速情况下,压缩机会达到极高的温度。

奎因说:“这在理论上听起来很不错。问题是随着你的速度越来越快,你的冲击波会产生越来越多的热量。当达到1726.85摄氏度后,燃烧燃料不再增加温度或能量,同时开始分解空气中的氧气或氮气。”

科学家提出的解决方案是超燃冲压发动机(超音速燃烧冲压式喷气发动机)。它使用更少、更弱的冲击波来保持超音速流动,而不是使用强冲击波将空气减速到亚音速的速度,从而限制了温度的上升,。

当然,另一个考虑因素是高速旅行的碳排放问题。高速旅行或将使用氢作为燃料,因为它不产生二氧化碳。尽管生成氢的能源成本巨大,但其已经作为一种潜在的解决方案。

奎因说:“如果有足够丰富和清洁的电力来源(比如可再生能源或核聚变能源),那么氢就可以从水中电解出来,生成燃料。但要实现这一目标还有很长的路要走。”(晗冰)

王凤枝 本文来源:网易科技报道 责任编辑:孙博_NBJS6454
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