超级高铁是一种以“真空管道运输”为理论而设计的交通工具，这种交通工具将一系列“真空管道”连接起来，构成整个运输线路系统，可以让乘客在数分钟时间内就能从甲地到达乙地。超级高铁作为交通工具方便了乘客出行，节省了出行时间，提高了运送效率。如图 6.16 所示。
超级高铁是一种在真空管道中运行的超级列车，属于真空管道磁悬浮列车（Evacuated Tube Transport），超级列车在密闭的真空管道内行驶，不受空气阻力、摩擦及天气等影响，特别是不受自然环境影响（如大风、暴雨、泥石流、低温等）。超级列车时速可达到 1 000～20 000 km，超过了飞机飞行速度的数倍，是一种理想的交通方式。超级高铁的优点：无需车载电源、安全性高、能静止悬浮启动耗能很少、运行噪声小、不容易耳鸣、车体轻、适合高频发车；超级高铁的缺点：大大提高轨道成本。
6.4.1.1 速度与空气阻力的关系
在稠密的地表大气层中，高速交通工具在运行过程中都会受到摩擦（包括接触摩擦和空气摩擦，主要是空气摩擦）的影响。在地表交通工具的最高时速在 500 km 左右，而管道运输系统中的理论上最高速度能够达到时速 20 000 km 以上。如高铁时速超过300 km 时，主要阻力就来自于空气了，而时速到 400 km 时来自空气的阻力就超过 90% 了，时速到 500 km 时来自空气的阻力就超过 99% 了。高铁的运行速度超不过飞机的飞行速度，主要原因是轮轨高铁遇到的地表空气阻力远远大于飞机遇到空中的空气阻力。所以，交通工具的运行速度与空气阻力有关，空气阻力越大交通工具的运行速度越小。
（1）地表的阻力关系。当交通工具在地面运行时，面对的是1 个大气压，轮轨高铁与汽车、轮船、普通火车等交通工具相比较是地表的速度王者。根据最新研究成果，地面轮轨高铁（轮轨式）正常运营的最高经济时速 400 km，而地面轮轨高铁（磁浮式）正常运营的最高经济时速 500 km。因此，在地表由于空气阻力作用，无论哪种交通工具最快的经济速度不能超过 500 km/h，不同距离下的最佳运营速度见表 6.1。
表6.1 不同距离下的最佳速度值
（2）空中的阻力关系。由于不同的高度空气密度不一样，因此不同高度空气阻力也不一样，而这种空气阻力也和大气压力（也叫大气压）有关。因此，不同大气压下交通工具的运营速度也不一样。根据现有研究成果，不同大气压下的最佳速度值见表6.2。
表6.2 不同大气压下的最佳速度值
通过对地表和空中的空气阻力分析：空气越稀薄，空气阻力就越小，交通工具的运营速度就越大。因此，如果建设一个管道，将里面的空气排出去，管道里面是真空，这样交通工具运行没有空气阻力了，其速度就可以达到时速 6 500 km 以上；即使管道里面有少许空气，只要小于0.1 个大气压，交通工具也可以达到时速1 000 km 到 2 000 km。
6.4.1.2 超级高铁设计中的主要问题
在地表稠密的大气层中，交通工具运行时受到接触摩擦和空气摩擦的影响，而限制交通工具运行的主要是空气摩擦，即空气阻力。如何提升速度？只有降低摩擦，减少阻力了。一方面，针对接触摩擦，超级高铁本质上是利用磁铁提供的推力，依靠压缩空气提供升力，超级高铁不会有“轮子和轨道”之间产生的摩擦阻力；另一方面，针对空气摩擦，超级高铁要达到目标时速，行驶轨道内要保持低压，以减小超级列车与空气之间的阻力。
（1）设计原理——空气阻力问题。超级高铁运行的管道，可以建成一个密闭管道。管道里面的空气可以排除，运行时管道变成真空或部分真空。这样超级高铁在没有空气阻力的密闭管道中运行，超级高铁运行中的阻力会大大减小，同时能耗也大大降低，气动噪声和超级列车震动也大大降低。图6.17 为超级高铁管道起点图。
图6.17 超级高铁管道起点图(www.xing528.com)
（2）设计原理——接触摩擦问题。超级高铁运行的摩擦阻力，来自于空气摩擦和接触摩擦。超级高铁除了消除空气摩擦带来的阻力，超级高铁的另一大亮点是悬浮技术。悬浮技术要解决的正是接触摩擦的阻力，利用磁悬浮技术使运载工具在真空管道中无接触、无摩擦地运行，达到点对点的传送运输，这样不存在接触摩擦问题了。如图 6.18 所示。
图6.18 超级高铁管道运行图
（3）设计原理——动力促动问题。超级高铁可以采用自供电设计。根据美国专家马斯克研究，在线路管道上部铺设太阳能面板，就能够产生足够的电能维持其正常运行。超级高铁系统在运营管道上装上太阳能电板后，获得的能量将满足整个系统的能耗。并且在超级高铁系统中增设存储能量的设施，把多余能量存储起来，供超级高铁系统应急时应用。图6.19 为超级高铁太阳能板示意图。
图6.19 超级高铁太阳能板示意图
因此，基于以上三大原理，建造超级高铁在理论上非常简单。首先，只要从封闭环境中抽掉空气，形成真空环境就行了；其次，消除摩擦，让运载工具悬浮在管道内，这样就可以用很小的能量推动运载工具高速前进；最后，在太阳能的促动下，超级高铁在真空管道中快速运行了。
6.4.1.3 超级高铁的基本定义
超级高铁系统是建造一条与外部空气隔绝的管道，将管内抽为真空后，在其中运行磁悬浮列车等交通工具（基于美国马斯克的设想，超级高铁示意图见图 6.20），运载工具（即超级列车）处于一个几乎没有摩擦力的环境中，利用低压管内的浮舱以时速1 200 km 运送旅客。超级高铁的特征及所属类型见表 6.3。
表6.3 超级高铁的特征及所属类型
图6.20 马斯克超级列车设想图
从现有五种交通运输方式（轨道、航空、水运、道路、管道等）特征来看：
（1）超级列车。超级高铁是利用“真空管道运输”的概念，建造的一种全新交通工具。该交通工具是继汽车、轮船、火车和飞机等之后的新一代交通运输工具，具有超高速、高安全、低能耗、无噪声、零污染等特性。由于在管道中真空运行，且采用磁悬浮技术，所以本书建议该交通工具叫真空飞车或超级列车。
（2）真空管道。超级高铁有别于传统铁路，是真空悬浮无摩擦力飞行系统，该系统是一套全新的高速运输体系。如图 6.21 所示。超级高铁系统由运输管道、载人舱体、真空设备、悬浮部件、弹射和刹车系统等组成。超级高铁系统具有：一方面，在管道内部，超级列车悬浮于空中，时速可达 1 000 km 以上；另一方面，通过磁浮技术，超级列车漂浮于真空处理的管道中，再利用弹射装置，发射超级列车沿着管道无间断地驶向目的地。
图6.21 超级高铁管道设想图
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