伊隆·马斯克的超级高铁可能“极其不愉快”，中国项目科学家找到了“解决办法”
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山西省世界上第一条全尺寸磁悬浮试验线的工程师是否已经克服了超高速旅行概念中的一个关键缺陷？

陈志雄

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中国科学家声称已经解决了超高速地面旅行未来愿景中的一个关键缺陷，有可能挽救真空管磁悬浮技术，并为伊隆马斯克的超级高铁概念所面临的挑战带来新的启示。

5 月 16 日，中国同行评审期刊《铁道科学与工程学报》发表的一项研究表明，即使是很小的缺陷（例如线圈不均匀或桥梁变形），也会使旅途变成一场考验，即使是在几乎没有空气的隧道中。

但在中国中部的世界第一条全面试验线上工作的工程师们还表示，他们找到了一种方法，将湍流强度降低近一半，将“极其严重的颠簸”降低到“明显但不令人不快”的水平。

研究人员由中国航天科工集团公司磁悬浮与电磁推进部门的赵明领导，他们表示，他们使用超级计算机模拟和缩小原型测试进行这项研究。

研究小组发现，轨道不平顺和电磁共振足以引发以 1,000 公里/小时（612 英里/小时）巡航速度行驶的磁悬浮列车产生剧烈的低频振动。

该研究采用了 20 世纪 40 年代的斯珀林指数（一种衡量乘坐舒适度的国际指标），结果表明，振动在特定速度下会加剧，在 400 公里/小时（249 英里/小时）时达到峰值，达到被认为“极其令人不快”的振动水平。

当汽车以 600 公里/小时（373 英里/小时）的速度行驶时，出现下一个峰值，研究人员记录到的斯珀林指数为 4.2——在这个水平上，长时间暴露在振动中是有害的。

根据该论文，一旦测试车辆达到 1,000 公里/小时的巡航速度，振动就会降低到斯珀林指数的 3.1，即“勉强可以忍受”。

马斯克于 2013 年在一份白皮书中首次提出了一种通过低压管道以接近超音速的速度推动磁悬浮舱的系统，吸引了全世界工程师的关注。

在克服了一系列技术障碍（包括保持真空完整性和在极高速度下稳定舱体的挑战）之后，在 SpaceX 测试轨道上开发 Hyperloop 概念的尝试于 2023 年结束。

相比之下，中国正在全力向前迈进，其风险已经超越了工程挑战。

北京已将超高速磁悬浮技术列为国家研究重点，该技术不仅可以重新定义全球运输，还可以改变其他关键领域，包括实现低成本航天发射的竞赛。

位于山西省大同的这座测试设施，代表着北京方面押注中国将主导下一代公共交通。为此，中国工程师们取得了气密混凝土、毫米级精度接头等来之不易的成就。

研究团队表示，由于列车与轨道之间没有物理接触，该系统的电磁力会以不可预测的方式与车厢相互作用，从而产生共振，令乘客感到“极度不稳定”。

赵和他的同事写道：“我们的研究考虑了轨道不平顺、桥梁垂直弯曲以及地面线圈横向不平顺引起的单频激励。”

他们补充道：“在相当于 1,000 公里/小时速度的轨道激励下，车身在频率 2.6 Hz、5.2 Hz、7.8 Hz 和 10.4 Hz 处表现出峰值振动幅度。”

为了克服这一问题，中国团队开发了一种混合悬架系统，将被动空气弹簧与人工智能控制的电磁执行器相结合。

论文指出，电动执行器采用了两种先进的控制策略。一种是所谓的“天钩”，它模拟一个虚拟的阻尼器，将座舱与静止的“天空”连接起来，利用实时速度反馈来中和低频震动。

另一种策略是 PID 控制，它通过比例、积分和微分算法调整悬架力，并通过 NSGA-II 遗传 AI 方法进行优化，以处理多变的轨道条件。

当使用六轴运动模拟器在 1:10 比例模型上进行测试时，该系统在真实的轨道轮廓下将垂直振动强度（以均方根加速度测量）降低了 45.6%。

研究表明，在所有速度下，斯珀林指数得分都保持在 2.5 以下——“更明显，但并不令人不快”。

研究人员表示，未来仍面临一些挑战，例如扩大全尺寸列车的悬挂技术，并确保它们能够在紧急制动和其他极端条件下正常工作。

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