ETT：处在科技前沿的下一代运输方式.doc

1、 用心专注，服务专业铁路、城市轨道交通专业学习资料摘要：本文回顾了真空管道运输从概念设想到专利技术形成的发展过程，对当前世界范围内真空管道运输的研究开发现状进行了考察。分析表明，美国、瑞士和中国是较早启动该项研究的国家，中国具备率先发展真空管道运输系统的有利条件。 关键词：真空管道运输；研究；发展 1 引言 人类没有停止过对更高速度的追求，在这种追求过程中，前人的高速旅行期望不断地由梦想变成现实。迄今，公共运输工具中速度最快者当属飞机和磁悬浮列车。 然而，飞机和磁悬浮列车均有其极限速度，这种速度并非人们旅行的最理想速度和终极速度。飞机和磁悬浮列车速度不能继续提高的障碍是空气阻力，空气阻力跟速度

2、平方成正比地增加。这意味着要想在飞机和磁悬浮列车的基础上实现突破，创造下一代高速运载工具，则需要考虑从根本上减少或消除空气阻力。一个合乎逻辑的可能思路是：建设真空管道，让车辆无接触、无摩擦地在其中运行，即可使速度在飞机基础上数倍地提高。这种运输方式就是真空管道运输，英文中称为“Evacuated Tube Transportation (ETT)”，它将给今天的运输模式与运输格局带来革命性变化。 2 真空管道运输的设想 世界科技史上，任何一项重大发明或发现都是人类共同智慧的结晶，是一代又一代人思想积淀的量的积累达到一定程度时质变的体现。最终实现这一转变者，即被人们认定为该技术的发明人或缔造者，

3、从而载人科技发展的史册。至于真空管道运输，从思想萌芽到概念提出，再到专利申报与获得，大致也经历了类似的过程。 现代火箭之父 Robert Goddard，在 Worcester 工学院 1904 年的开学典礼上演讲时提到：在波斯顿至纽约之间建一条真空管道铁路线，车辆通过电磁方式悬浮在轨道上，消除金属之间的接触，这种运行方式从波斯顿到纽约的旅行时间只需 10 分钟(根据作家 Edward Pendray 所著的 Robert Goddard 传记记载)。 1965 年，EDWARDS LK 发表了题为“高速管道运输(HIGH-SPEED TUBE TRANSFORTATION)”的文章，提出了一

4、个能够在 90 分钟内从波斯顿到达华盛顿的客运系统设想，此系统由一对抽成一定真空的管道组成，其中的车辆运行速度为 500mph。 还有资料显示，早在 20 世纪 60 年代，美国麻省理工学院的专家通过技术分析，设想了一种高速运输工具真空管运输系统，而且预计在 2l 世纪可能成为现实。该设想的轮廓是：横贯美国东西，由纽约到洛杉矶修建一条长 3950km 的地下隧道，隧道内抽成相当于 1个大气压的真空，将磁浮车系统安装在隧道内，在这种真空隧道中，时速可达25000kmh，即令采用该理论速度 14 的速度，即平均速度 6750kmh，由纽约到洛杉矶也只要 36 分 30 秒的旅行时间。 Forgac

5、s 的研究对真空管道与大气环境中的运输线路进行了比较。他提出的真空管道运输系统由真空泵抽成一定真空、埋置于地下，且用永久磁铁对车辆提供悬浮力，速度为966kmh，相应的普通线路速度为 483kmh。研究表明，真空管道中速度提高增加的效益远远大于开挖隧道增加的成本，足以补偿隧道开挖工程费用；真空管道运输系统对环保贡献巨大，而能耗又非常小。另外，对不同的悬浮方式作了比较，用电池提供悬浮力的系统可能造成牵引力损失，不如采用永久磁铁优越。还指出真空管道运输系统最好采用永磁悬浮模式。 1978 年，美国兰德(Rand，www.rand.org) 公司的研究人员 Robert M.Salter 在他的研究

6、报告(Trans-planetary Subway Systems：A Burgeoning Capability)中作了如下描述：一种叫“运输之星”的地铁系统，由电磁支撑和在地下一定真空度的管道中运行的车辆组成，能够用心专注，服务专业铁路、城市轨道交通专业学习资料在一小时内穿越美国。该系统跟地方运输系统之间有转运联接，还可以进行货物运输。但是隧道开挖是一个复杂、昂贵的问题，在地下几百英尺的岩石中挖掘隧道要求采用先进的隧道挖掘机。 经过多年的研究与设计，美国佛罗里达机械工程师 Daryl Oster 于 1999 年获得真空管道运输(ETT)系统发明专利，至此，真空管道运输作为一项正式的专利技

7、术被记录在世界科技发明史上。在此后的几年中，关于真空管道运输的评价，一些人认为它并不是什么新发明，也有人说在几十年前他们都有类似的设想。因为道理很简单，旅行速度要想继续提高，必须克服空气阻力，而在地表消除空气阻力的惟一有效方法就是建设真空管道。但是，历史的光环最终只落到对该发明起决定性作用的人身上。从这种意义上来说，历史所承认的真空管道运输系统的发明人大概只有 Daryl Oster 了。 3 美国 E 公司的 ETT 研究工作 Daryl Oster 的 ETT 专利(美国专利号：5，950，543)包括如下内容：沿线路方向的两根抽成真空的管道，车体，真空设备，悬浮部件，加速装置，能够回复能

8、量的刹车系统，减振装置，管道定位器，辙叉系统，自动控制、检测与维护装置，施工方法，安全系统等。 为了促进 ETT 研究与开发工作，Daryl Oster 于 1999 年在美国佛罗里达州注册成立E 公司。公司采用特许加盟制度，加盟费 100 美元，加盟后即成为 E 公司的一名特许人，不仅意味着持有该公司的一份股份，同时可以继续发展其他对 ETT 有兴趣、愿意支持、推动 ETT 发展的成员。这种方式的好处是可以调动和联合社会各界人土，把对ETT 的支持者凝聚起来，从各自的领域为 ETT 早日实现贡献力量。 Daryl Oster 夫妇辞去了其他可以获得较高薪水的职位，专心致力于 ETT 的研究与

9、开发工作。除了出租房产(必要时会卖掉其中一些 )的收入作为基本研究经费外，他们没有其他收入来源，过着最节俭朴素的生活。 根据美国佛罗里达高速铁路建设署(Florida High Speed Rail Authority，FHSRA)的计划，将在 Tempar-Lakeland-Orland 之间修建一条 137km 的高速铁路。2002 年，共有来自世界各国的 17 家公司的技术方案得到提名。 E 公司的 ETT 方案名列其中。在 2003 年的最后一轮竟标中，共有四个方案入围，ETT 方案建议报告是其中之一。2003 年 3 月，FHSRA 主持的四个方案的竞标答辩在佛罗里达举行，当时 Da

10、ryl Oster 在中国，没能亲自出席答辩，导致 ETT 方案支持率下降。ETT方案处于不利竞争地位的原因还有：(1)旧有技术势力较强大，形成对 ETT 这种新技术的抵制；(2)FHSRA 的竞标主持者同时是其中一个方案的支持者，造成对其支持方案的偏袒和对 ETT 方案的歧视；(3)ETT 毕竟没有任何试验线，未经过实践检验，技术可行性容易受到质疑。 FHSRA ETT 方案的主要技术参数与成本概算。 由于政府支持以及资金筹措等方面的原因，目前 FHSR 计划处于停顿状态。然而，ETT 从获得专利到列入政府高速线路备选方案，是一个不小的进步。 4 瑞士的 Swissmetro 系统 Swis

11、smetro 是一种完全设置在地下的交通设施，由两个直径 5 米的隧道组成，线路的大部分从岩石中穿过，依据地形的变化，深度一般在地下 60300 米处。车站都设在城镇中心，跟城市和地面的运输线联接成网。隧道中抽成一定的真空，真空度大约跟 18000 米高空的气压相当，这是协和式飞机作高速飞行所需的高度与大气密度，这种真空环境有利于减小空气对车体的阻力，节省用于驱动的能量。运行车体用磁悬浮方式，由直线电机驱动，设计运行速度 500kph。 用心专注，服务专业铁路、城市轨道交通专业学习资料本项目最早由 Rodolphe Nieth 在 20 世纪 70 年代提出，随后受到瑞士联邦理工学院专家的支持

12、。在联邦政府和私人企业的资助下，于 1993 年 3 月完成预可行性研究，表明这种系统在技术上和经济上都是可行的。 1992 年成立 Swissmetro 公司，为主要研究筹集到一定的必要资金。1997 年 11 月，向瑞士政府提交了修建 Geneva-Lausanne 线路的申请报告。1999 年 6 月，完成了主要的研究工作。 5 中国在真空管道运输领域的研究与发展 早在 20 世纪 70 年代，我国有些报纸就对美国科学家提出的真空管道运输系统设想作过报道，后来还有一些评论文章相继见报。1988 年，老一代铁道工程专家郝瀛教授在他的中国铁路建设一书中，把真空管道运输系统视为未来铁路发展的一

13、种模式作了介绍与描述。后来还有其他书籍作过类似的介绍。 2001 年，我国在这一领域的研究人员跟 Daryl Oster 建立联系，启动了真空管道运输在中国的研究与推动工作。令人欣慰的是，真空管道运输理念在中国的认可程度甚至超过美国。开始时，尚有部分嘲笑、怀疑和视其为科学幻想者，随着一些专业领域教授、院土层面专家表示出认同、关心和支持，人们开始转向理解，并给予力所能及的支持。 2002 年底，Daryl Oster 来到中国，先后应邀到北方交通大学、中科院电工所、西南交通大学、北京特运科技公司、铁道部专业设计院等单位演讲报告 ETT 及其研究工作。由于E 公司提交给 FHSRA 的 ETT 方

14、案选用高温超导磁浮技术，高温超导块材和永久磁铁是建设 ETT 系统的主要材料，所以 Daryl Oster 走访了北京有色金属研究院超导研究中心。作为意向的超导块材供应方，E 公司跟北京有色院超导中心签订了合作协议，其他签订合作协议的还有山西磁材联盟、铁道部专业设计院、北方交通大学建筑设计院、西南交通大学超导研究开发中心等单位。 作为外聘专家，Daryl Oster 在西南交通大学工作三个月，就建设高温超导磁浮模式的真空管道运输试验线进行了交流探讨。大家对世界上第一条真空管道运输试验线率先在中国建成充满信心。Daryl Oster 离开后，西南交通大学成立了 “真空管道运输研究所” ，正式启动

15、了我国在真空管道运输领域的研究开发工作。这是世界上第一个由大学或者政府部门成立的真空管道运输研究机构，表明中国在这一领域的研究已经走在了世界前列。 6 其他国家的相关研究 跟中国、美国和瑞士相比，其他国家对真空管道运输的研究只限于部分学者通过写论文发表一些个人见解，均无专门的研究机构和协作团队，研究工作缺乏系统性和组织性。 2003 年，日本学者 M.Okano 等人在 Physic C 上发表文章：“ 超导磁浮货运系统可行性研究暨高温超导块材磁浮导轨的荷载特征”。文中描述了一种在真空管道中行驶的货运系统，这种系统采用超导块材的磁通钉扎原理进行导向。 7 结论 真空管道运输从设想提出、概念形成

16、到技术专利的确立，经历了一个漫长的过程。随着 20 世纪末材料工艺、航天工业、计算机、自动控制、高速铁路等技术走向成熟，建设ETT 所需的基础条件已经具备。尤其是，互联网、电子商务、无线通讯的高度发达，对便捷物流和超高速运输提出了新的要求。人类环保、能源意识的增强，也要求开发更加生态友好、节省能源的交通工具。因此现在启动 ETT 建设项目研究既有客观需求，又符合现实条件。 美国 E 公司的 ETT 系统和瑞士 Swissmetro 公司的 Swissmetro 系统都属于真空管道运输范畴，但二者之间有本质的区别。E 公司的 ETT 基于小管道断面、独立的小车体，高频率连续发车，除了可以低速运行

17、，更追求高目标速度，不仅适合较短距离运输，用心专注，服务专业铁路、城市轨道交通专业学习资料长大距离更能发挥其优越性。而 Swissmetro 的出发点是为了解决瑞士本国或者欧洲范围内的运输问题，由于将来应用的目标区域较小，则没有追求超高速度。管道断面以及车辆大小跟现有的地铁相当，运行车辆采用组合车列方式。可见，ETT 模式更符合真空管道运输的未来发展方向。 目前，美国在真空管道运输领域的研究工作暂时处于领先地位。由于我国相关领域的研究人员能够瞄准这一国际前沿科技，并积极开展交流与合作研究，使得中国在真空管道运输领域的研究同样处于国际领先水平。近年来，我国经济保持持续高速增长，综合国力不断攀升，许多高端科技创新研究及应用开发进入世界前列。种种迹象表明，中国占领未来世界科技制高点的趋势越来越明显。就真空管道运输而言，我国具有非常有利的研究开发基础，具备率先建成世界第一条真空管道运输试验线路的环境条件。占领这一科技制高点是中国的机遇，也是中国实现跨越式发展的机会窗口之一。