時速高達4000公里的超級高鐵項目正在啟動,是否需要接近宇航員的體質才能乘用?

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時速4000千米的列車,這不是開得太快,這是飛得太低啊!但它確實已在開展前期的可行性研究。這是中國航天科工集團公司正在開展的一項工作。列車被設計成磁懸浮,並在一個被抽成真空的管道中行駛。


圖:高速列車


每小時4000千米有多快?

大約每秒中就能跑1111米,是音速3.27倍。目前飛得最快的有人駕駛飛機是美國的SR-71黑鳥高空偵察機,它的最快速度為3馬赫(3倍於音速,這個速度只是打開加力後的速度,持續時間很短)。一般的民航客機的速度只能達到900千米/小時。它比最快的飛機還快,是普通民航客機速度的4倍多。差不多就是子彈出膛的速度了。

圖:SR-71

高速列車能夠達到這樣的速度嗎?

由於列車為磁懸浮且在一個真空管裡行駛,受到的阻力比常規的列車和飛機大大減小。只要持續加速,在理論上達到這個速度是一點都沒有問題。

如此快的速度需要乘客有宇航員的身體素質嗎?

車輛在做加速運動時,乘客會受到一個方向相反的慣性力作用,這就是推背感的由來。加速越快,推背感就越強烈。物理學將這個描述單位時間內,運動速度變化快慢的物理量稱為“加速度”。地球引力產生的加速度為9.8m/s²,也就是一個g。

一般戰鬥機飛行員需要能承受8個g的重量加速度,也就是需要承受8倍於體重的力。宇航員在搭乘火箭升空時最大要承受10個g的加速度。

前面說到了,加速度的大小和單位時間內速度變化的大小成正比。如果火車在1秒鐘由靜止加速到每小時4000千米,乘客就會受到113個g的加速度,相當於身體變重113倍,這能把人壓扁。但如果在半小時加速到每小時4000千米,乘客只會承受0.06個g的加速度。

所以,乘坐這種超高速列車並不需要有一個鐵打的身體。

科技超人馬斯克的公司也在研製這種超高速列車,他們已經搭建起了一個實驗線,走在了我國的前面。

圖:馬斯克的膠囊列車

筆者認為,這種高速列車能不能夠成功,不在於能不能夠製造出來,而是成本問題。如果成本太高,再好的技術也得不到推廣。


講科學堂


當看到中國正在啟動每小時高達4000公里的超高速列車項目時,本人也與所有新聞讀者一樣,確實有些興奮,想想看,早上在合肥吃完早餐,然後出門去高鐵站,8分鐘到上海;中午在北京吃個烤鴨,然後3分鐘又飛到天津;晚上想去深圳購物逛街,再坐上高鐵,然後30分鐘就到了深圳,行走千里如庭園散步!這是多開心的事情?

但是,不知道大家注意到這樣的問題了沒有:當人體處於高速運動中的加速過程中,體內血液會形成與運動方向相反的慣性偏邊高壓(即推背高壓),當處於減速過程時,血液又會形成與運動方向相同的慣性偏邊高壓(即前傾高壓),這很容易形成心血管功能障礙,有些人很可能會發生心臟病暴斃,除非他們有接近宇航員的體質,否則,很難保障萬無一失,其風險性確實不小。

如果在3秒鐘內由靜止加速到每小時4000公里(即1111米/秒),乘客將承受到37個g的加速度,相當於身體變重37倍,足可把人壓扁,血管與心臟同樣形成相同的偏邊遞增壓力。即使下降到在1分鐘內加速到4000公里/小時,也會形成接近兩倍於自身重量的壓力,是否對部分人的心血系統造成損害是個未知數。並且,在1分鐘內加速到4000公里/小時,相當於走過了33公里(半個縣)的路程,剛提速至最高值,接著又要減速進站了,很難維持較長時間的高速,或許被迫設置到在30秒甚至更短時間內加速至最高速度狀態,這將形成數倍於自身重量以上的壓力,對心血系統的威脅也將成倍增加。

上述難題不是做了超級彈性座椅與封閉空間就可以解決的,因此,先做動物與人在同等高速狀態下加、減速度的安全性測試是非常必要的,否則,花鉅額投資做出來的超高速列車,最後叫誰乘坐呢?大家認為呢?


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可能有些人覺得速度達4000km/h的超級高鐵速度好快好危險,這些人物理都沒學好。速度再快,只要是勻速直線運動,人就如履平地沒什麼適應不了的。人真正不能承受的是過高的加速度,或者說加速引起的等效力場。

我們人類在地表生活所承受的重力加速度是9.8m/s²,我們稱之為1G重力。對於大多數老人、兒童和病弱的人而言,1G至2G是其能承受的範圍,有的甚至完全不能承受超過1G的任何情況。普通健康人面對3G至4G時就會感到呼吸困難、身心難受,甚至產生昏厥。人類中的強者如F1賽車手,據說能承受6G重力。訓練有素的飛行員、宇航員能承受9G重力,但會出現危險的黑視現象。承受16G重力情況下,任何人都無法避免死亡的命運。

那麼以對絕大多數人安全的1G,我們來計算一下所謂超級高鐵從相對靜止加速到4000km/h所用的時間,看看有無實際運營的可行性。

4000'000/3600/9.8/60≈1.85

即不到2分鐘,超級高鐵就可以從相對靜止加速到4000公里每小時(或者從4000km/h減速到零),並且對絕大多數人是安全的。如果要追求更加舒適,甚至可以使用更長的啟動時間(停止時間),把加速度降到更低。所以,認為只有如宇航員一般強壯的人才能乘坐這種超級高鐵,是一種完全沒有必要的擔心。


科學人類


我覺得如果做成全封閉的,乘員座位再適合高速運動,內部有成熟的緩衝裝置減小震動,內部環境舒適度很高水平等等的情況下,完全沒有不適應性。


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