在客運列車方面,美國是一個極其落後的國家。任何去過歐洲、日本或上海的人都知道,時速近 200 英里的列車已成為許多國家經濟不可或缺的一部分。憑藉其著名的東海道新幹線子彈頭列車,日本中央鐵路公司在過去的五十年裡,以飛機所需時間的一半,運送了數十億乘客往返於東京和大阪之間。一條新的馬德里至巴塞羅那特快列車的平均時速為 150 英里;自兩年前開通以來,這兩個城市之間的航空客運量下降了 40%。相比之下,Amtrak 連線波士頓和華盛頓特區的明星列車 Acela 的平均時速僅為 70 英里。這個數字如此之低,是因為 Acela 線路的許多路段無法安全地支援高速行駛,即使列車本身能夠以超過 150 英里的時速疾馳。可以把它想象成一輛法拉利在崎嶇的鄉間小路上突突地行駛。
最近出現了一股改變現狀的推動力。今年早些時候,交通運輸部宣佈了 80 億美元刺激資金的接受者,該資金旨在在美國各地推廣高速鐵路。2010 年聯邦預算要求在未來五年內每年額外撥款 10 億美元用於鐵路建設。2008 年,加州選民批准了一項 90 億美元的債券措施,以啟動一項雄心勃勃的高速鐵路網路,該網路將連線洛杉磯和舊金山,並最終連線薩克拉門託和聖地亞哥。
然而,關於究竟將建設哪種客運系統,仍然存在疑問。自從聯邦政府上次將鐵路作為一種可行的客運方式(而不僅僅是貨運)以來,火車技術已經取得了顯著進步,先進的高速線路遍佈歐洲,最近又擴充套件到中國大陸。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續推出關於塑造我們當今世界的發現和思想的 impactful 報道。
刺激資金指南中“高速”的具體定義仍有待解釋。聯邦政府部門急於將資金分配到儘可能多的國會選區,因此正在資助大量對現有線路的漸進式改進專案。在許多情況下,這些專案只會略微提高客運列車的速度。
在技術領域的另一端,一些努力旨在透過使用磁懸浮技術來繞過輪軌系統,在這種技術中,客車懸浮在混凝土軌道上方。這項技術的推動力來自多種形式。雖然磁懸浮列車已經開發了幾十年,但第一個(也是迄今為止唯一一個)商業系統於 2004 年投入使用。對於美國山區而言,這項技術是解決陡峭坡度問題的唯一可行方案,否則陡峭的坡度會嚴重阻礙標準鐵路線的建設。或許最重要的是,這項技術已獲得世界頂尖的商業高速客運鐵路線建設和運營專家的驚人信任票。
磁懸浮方案
日本中央鐵路公司(CJR)在高速列車運營方面擁有迄今為止全球最豐富的經驗,自 1964 年以來,該公司一直在運營連線東京、名古屋和大阪人口中心的時尚輪軌新幹線子彈頭列車。然而,運營子彈頭列車的現實情況現在正在激發 CJR 對磁懸浮的興趣。每天晚上,一支由 3000 名鐵路工人組成的浩浩蕩蕩的隊伍會來到新幹線軌道 12 英里的路段,仔細檢查路權,更換磨損的部件,並確保軌道的精確對齊。第二天晚上,他們會在下一個 12 英里的軌道路段上工作。這項工作永無止境。
該公司必須投入所有這些昂貴的努力,因為即使軌道上很小的缺陷也可能引發高速行駛的列車的劇烈振動。這些振動反過來又會加劇基礎設施的磨損。軌道、列車車輪和為機車供電的架空接觸網的劣化程度會隨著列車執行速度的提高呈指數級增長。事實證明,真正的高速鐵路對硬體是“謀殺”。如果新幹線線路的夜間維護工作時間超過預期,其每天 309 趟列車的時刻表就會陷入混亂。
為了避免此類困難,該公司計劃建設一條名為東海道新幹線旁路的高速磁懸浮線路,目標是在 2025 年前完工。雖然這不會是世界上第一條商業磁懸浮線路——2004 年開通了一條連線上海機場與其金融中心的 19 英里線路——但長達 180 英里的線路將是迄今為止最雄心勃勃的。CJR 董事長葛西敬之去年六月在華盛頓特區的一次交通運輸官員聚會上表示,從長遠來看,磁懸浮列車將比傳統高速鐵路更便宜,因為在系統的生命週期內,其維護成本更低。CJR 還表示,磁懸浮列車有望縮短行程時間,因為磁懸浮列車的加速和減速速度比輪軌列車快得多。
對於磁懸浮技術在美國的前景而言,更重要的是,磁懸浮推進系統使列車能夠爬上比標準高速鐵路線路更陡峭的坡度。這是快速列車穿越美國西部大部分崎嶇地形的唯一途徑。
經典技術的問題在於牽引力。機車的鋼輪對鋼軌的附著力是有限的,超過限度就會開始打滑,列車就會熄火。雨、雪、冰,甚至溼樹葉等常見且不可預測的條件限制了列車可以爬升或安全下降的坡度。由於這種限制,美國鐵路的坡度通常保持在 3% 以下,最大坡度為 2% 或更小的情況最為常見。
相比之下,磁懸浮線路沒有鋼與鋼的接觸,因此牽引力不像輪軌線路那樣構成挑戰。磁懸浮線路可以爬升 10% 的坡度,這使得規劃人員在丘陵地形中規劃新的路權時可以選擇更快捷的路線。
這項技術還允許在原本無法通行的地區進行高速運輸。“落基山鐵路管理局”最近完成了一項為期 18 個月的研究,研究內容是沿著科羅拉多州南北和東西向州際公路約 400 英里的路段修建兩條交叉的高速鐵路線。研究結論是,列車需要採用磁懸浮技術,因為高速公路沿線的一些坡度達到了 7%。“你要穿越落基山脈,”鐵路管理局主席哈里·戴爾說。他還指出,由於推動和減速列車的是磁力,而不是物理附著力,因此科羅拉多的“冰雪問題就消失了”。
戴爾認為,德國西門子公司和蒂森克虜伯公司合資企業“Transrapid International”製造的磁懸浮列車可以勝任這項工作。Transrapid 是上海機場系統的製造商,該系統已運送超過 1700 萬名乘客從上海前往機場,最高時速達 267 英里。Transrapid 的磁懸浮列車使用傳統的電磁鐵;另一方面,日本人一直在研究採用超導電磁鐵的技術,這種電磁鐵與大型強子對撞機內部的電磁鐵非常相似。雖然超導方法在列車和軌道之間提供了更大的間隙,以預防地震,但磁鐵必須用液氦冷卻,這是一個昂貴且笨拙的方案。
快速路線
連線拉斯維加斯和南加州的客運鐵路線的競爭性提案進一步證明了磁懸浮技術的重要性。城市規劃者幾十年來一直夢想著用快速列車連線拉斯維加斯和洛杉磯。“這是一個高速列車的理想走廊,因為你要將美國最大的娛樂區之一與南加州這個最大的人口中心之一連線起來,”拉斯維加斯工程公司 Parsons Transportation 的高階交通經理托馬斯·波爾多工程師說。這兩個城市相距 270 英里——正處於 100 到 500 英里之間的最佳距離,在這個距離內,火車旅行比開車或飛行都更方便。而且這兩個城市之間的土地只不過是沙子和灌木叢,是一張可以繪製軌道的空白畫布。
不幸的是,洛杉磯盆地東側是聖貝納迪諾山脈和聖哈辛托山脈。任何穿透這些自然障礙的高速線路都必須爬升高達 7% 的坡度,這隻有使用磁懸浮技術才是可行的。“加利福尼亞-內華達超級高鐵”專案旨在做到這一點,將拉斯維加斯與洛杉磯以南的大城市阿納海姆連線起來。
磁懸浮技術的替代方案是完全避開洛杉磯盆地地區。名為“沙漠快線”的專案將建設一條傳統的高速鐵路線,連線拉斯維加斯和維克托維爾,這是一個位於洛杉磯市中心以北一個半多小時的高沙漠前哨站(這假設沒有交通,這在洛杉磯是一個特例)。雖然它不需要先進的技術,但它也不會將乘客帶到他們想去的任何地方。
“沙漠快線”也將無法連線到計劃中的將洛杉磯與舊金山連線起來的加州高速鐵路系統。加州專案是今年刺激基金贈款的兩大贏家之一,另一個贏家是連線佛羅里達州坦帕和奧蘭多的 84 英里線路。當刺激資金與 2008 年選民公投中獲得的 90 億美元結合起來時,加州專案將掌握其預計總成本 400 億美元的四分之一以上。建設很可能早在 2011 年就開始。
專用通道
無論使用磁懸浮技術還是傳統的輪軌技術,安全快速列車執行的一個不可侵犯的要求是擁有專用於高速列車的特殊軌道,不允許有任何例外。這就是 Amtrak 緩慢的 Acela 線路註定要失敗的原因,該線路與貨運列車和速度較慢的客運列車共享線路。
另一個必要條件是鋪設軌道,使其沒有平面交叉道口,因為大多數涉及火車和公路車輛的碰撞都發生在這裡。一次又一次,人們試圖繞過關閉的道口閘門以搶在火車前面透過,或者行人沒有意識到迎面而來的火車在其前方發出的聲音非常小,等到注意到火車時已經為時已晚,無法逃脫。根據線路的地形,可能需要大量的立交橋、地下通道和隧道,以使外界遠離快速列車的專用通道。
美國為什麼花了這麼長時間才開始採用已經成熟的技術?簡短的回答是:客運列車在很長一段時間內都不是聯邦政府的優先事項。美國花了數十年時間建設州際公路和機場;對適合快速列車行駛的軌道的投資幾乎降至為零。美國鐵路幾乎完全變成了重型貨物的低速運輸工具。
但最近對綠色交通的推動,以及人們意識到美國的高速公路和機場已經超負荷運轉,可能會使快速列車重新流行起來——至少在該國的一些關鍵地區是這樣。