第一节科学的结晶——高新技术的运用
1．与时间赛跑——中国高速火车“子弹头”随着科技的不断发展，我国也在大力发展高速列车，“子弹头”就是其应用之一。
在我国，“子弹头”列车的科学名称为“动车组”——头文字为“D”。
这种新型列车，无论是从动力、材料，还是其内部结构上，都使用最新的机车技术。近年来，我国已掌握时速为200千米以上的动车组集成、牵引制动、车体材料以及网络等核心技术。
轻量化是高速列车的重要技术之一，列车运行每牵引重为一吨的重物，大约要消耗能是12千瓦。
行驶到300千米时，每牵引一吨重物，大约要耗费16～17千瓦。正由于此，世界各国都争先恐后地发展轻量技术。
“子弹头”的整个车身，采用的都是高强度的铝合金材料，这是为了减少自重和增强耐腐蚀性，而其车体的部分构件，多数是由不锈钢制造出来的。铝合金重量不及钢铁，较多地采用铝合金，高速列车能够更好地减重提速；将列车设计成全列密闭型，是为了最大限度降低噪声，同时抵御高速行驶时来自车厢外巨大的气体压力。
不仅如此，“子弹头”采用的非金属材料和新型内装饰复合材料，都是严格按照国际防火标准而执行的，因为只有这样，才能确保发生火灾时，火势不会迅速蔓延。
另外，在研制“子弹头”列车时，采用了先进的高速动车组动力技术——动力分散技术。对于一般的电力机车和内燃机车而言，动力装置大多集中安装在机车上，而且在机车后有许多没有动力装置的客车车厢。动车组运行的动力，不仅来源于机车，而且部分车厢也有动力设备，能够提供动力，有利于提高、保障时速200千米。
这样的话，即使有一两节动车发生意外，运行仍可正常进行。
如果“子弹头”在轨道上发生故障，可以自动停车或减速，因此其安全性较高。另外，“子弹头”还有一个优点，车厢内空气质量优良，几乎等同于国家机场的水平，这主要获利于中国自主研发的纸滤装置。
再生制动技术，是“子弹头”采取的另一项技术。从200千米下降到90千米左右，靠的完全是电机反向旋转，利用列车产生的巨大惯性产生电能，然后再输电，这一过程既绿色又环保，不会出现任何机械磨损。当列车时速降到低于90千米时，第二阶段的机械制动才开始实施。显然，200千米的列车制动距离，算得上非常小，已经达到世界先进水平。
由于高速列车行驶速度非常快，因此极易遭到飞鸟、碎石、雨雾等近地面物体的“侵袭”。在这种情况下，研制专家将“子弹头”挡风玻璃的防撞和透视性，设计成与飞机驾驶舱玻璃的技术参数差不多相同。而且还采用了视觉调节技术，来减速车窗玻璃，这样的话，旅客即使看了窗外景色，也不会出现头晕目眩的感觉。此外，安装在列车每节车厢两头的车窗玻璃也非常特别，在阳光的照射下，会出现各种颜色。事实上，这些特别的玻璃是用来逃生的，一旦遇上紧急情况，工作人员或乘客就可以拿起车窗旁的尖锥，打破彩色玻璃，然后逃离危险。而且这种玻璃材质特殊，即使打碎了，也不会使人受伤害。
不仅如此，“子弹头”为旅客提供服务的各项设施，都是通过电子计算机操控的，整个列车实行的网络是两级，能够对全列车的所有设备进行监控。电子屏幕可以为乘客随时提供列车行驶的速度、经过的地方等多种信息。
当乘客坐在列车的座椅上时，就会发现扶手上有两个按钮，这是用来调节靠背的倾斜角度和坐垫的长短的。而且前后排座椅之间空间充裕，能够拉展开前排座椅后面的隐藏桌子，用以盛放物品和用餐时使用。此外，整排座椅能够旋转180°，这样的话，前后两排的乘客，就能够面对面地交谈了。研制人员在座椅底部设有一个脚踏装置，乘客只需轻踩一脚，然后轻轻地推一下，座椅便可以旋转了。
列车在返程的时候，不需要掉头，这是由于其能够在两端驾驶。
在列车掉头的同时，只需旋转全部座椅的方向即可。
2．电磁产物——磁悬浮列车
随着时代的发展，人们对火车速度的要求也越来越高，于是，磁悬浮列车便应运而生了，而且它既没有“腿”，也没有“胳膊”。
磁悬浮列车，简言之是一种没有车轮的陆上无接触式有轨交通工具，时速高达500千米。其工作原理是利用常导或超导电磁铁与感应磁场之间产生相吸或相斥的力，使列车“悬浮”在轨道之上或之下，运行时摩擦为零。这样一来，传统列车车轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题也就克服了，同时具有很多优点，例如启动快，停车快，具有很强的爬坡能力等。
德国的赫尔曼·肯珀，于1922年提出了电磁悬浮原理，于1934年申请了磁浮列车这一专利。自此之后，人类高速乘行的梦想进程便开始了。由于人们对速度的要求越来越高，便把目光转向了摩擦阻力大大减小的磁悬浮。从技术的角度上来说，磁悬浮并不及量子计算机之类的发明高深莫测。在我们日常生活中，仅一小块磁铁，随便几个钉子，我们就能够轻易体会到磁力产生的相吸与相斥的力。
很显然，这种悬浮要达到稳定状态，是相当困难的。而且科学家的创想，并不能凭一块简单的磁铁和几个小铁钉，就能够说明实质性的问题。
磁悬浮列车的发展史已有几十年了，直到今天，磁悬浮技术形成了两大研究方向，分别是德国的EMS系统和日本的EDS系统。其中EMS（常导磁吸型）系统，是利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，将列车吸附起来，悬浮运行。日本青睐的EDS（排斥式悬浮）系统，则是利用超导的磁悬浮原理，从而使车轮和钢轨之间产生相斥的力，列车受到排斥，悬空而行。目前为止，这两种车型的时速大约都达到了500千米。由此看来，两种方案各有可取之处，至于孰高孰下，目前也很难说清楚。
1992年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔，最早提出了“常导型”磁悬浮列车这一构想。上海磁悬浮列车，是世界首条磁悬浮列车示范运营线。在其建成之后，从浦东龙阳路站抵达浦东国际机场，路程总长为30多千米，最多只用7分钟。此列车为“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车，是利用“异性相吸”的原理设计而成的，属于吸力悬浮系统，利用在列车两侧安装的转向架上的悬浮电磁铁以及轨道上铺设的磁铁，然后在磁场的作用下产生吸力，从而使车辆浮起来。
将电磁铁安装在列车底部及两侧转向架的顶部，在“工”字形轨道的上方和上臂部分的下方，分别安装反作用板和感应钢板，用来控制电磁铁的电流，从而使电磁铁和轨道间距离保持在1厘米，然后让列车间的吸引力与列车重力互为相等，列车在磁铁的吸引力下，就会浮起大约1厘米，列车便悬浮在轨道上运行了。进行这一系列工作，控制电磁铁的电流，必须准确无误。
事实上，悬浮列车的驱动，和同步直线电动机原理是相同的。简单地说，流动的交流电位于轨道两侧的线圈里，线圈会因此变为电磁体，然后利用列车上的电磁体的相互作用，推动列车行驶。
由于被安装在列车头部的N极电磁体，受到位置靠前的轨道上的S极电磁体的吸引，与此同时，又受到位于轨道后方的N极电磁体的排斥。列车前进时，在线圈里流动的电流方向也就反过来了，也就是说S极变成N极，N极变成S极。二者循环交替，列车就能够运行了。
磁悬浮列车的稳定性，通常是由导向系统来控制的。而“常导型磁吸式”导向系统，是安装在列车侧面一组专门用于导向的电磁铁。一旦列车出现左右偏移的情况，安装在列车上的导向电磁铁，就会与导向轨的侧面产生排斥力，车辆因此恢复正常运行。如果列车运行在曲线或坡道上，控制系统便会通过控制导向磁铁中的电流，从而达到控制列车的运行。
虽然上海磁悬浮列车时速高达430千米，然而在一个供电区内，却只能运行一辆列车。而在轨道两旁25米之处均有隔离网，上下两侧同样设有防护设备。轨道全线两边50米的范围之内，设有国际上最先进的隔离装置。在列车转弯处半径为8千米，看上去几乎是一条直线；半径最小的为1300米。在乘坐这样的列车时，人们根本不会产生不舒适的感觉。
磁悬浮列车，是21世纪理想的超级特快列车，已引起世界各国的重视与关注。现如今，中国和日本、德国、英国、美国都在进行积极的研究工作。其中日本的超导磁悬浮列车，已经试验成功，时速超过500千米。
3．城市新干线——地铁
中国古代神魔小说《封神演义》中的土行孙，身怀钻地绝技，而我们生活中的地铁，也具有这样的特性，这似乎与“土行孙”极为相似，让我们共同来了解一下现代新版土行孙吧！
地铁通常指地下铁路，故也有人将其称之为地下铁路。
从狭义的角度来讲，专指以在地底下运行为主的城市铁路系统或捷运系统；如从广义上来讲，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能存在地面化的路段，所以地铁涵盖了各种地底与地面上的高密度交通运输系统。
1863年，伦敦大都会铁路，为了解决当时伦敦的交通堵塞问题，开通了世界上首条地下铁路系统。由于那时电力还未普及，所以即便是地下铁路，也只能使用蒸汽机车。而机车释放出的废气会危害人体，因此那时的隧道每隔一段距离，便要有一个与地面打通的通风槽。
伦敦于1870年开办了第一条客运的钻挖式地铁，从伦敦塔附近越过泰晤士河。由于这条铁路存在许多问题，几个月之后就关闭了。
1890年，开通了现存最早的钻挖式地下铁路，位于伦敦，与市中心及南部地区相连接。起初，铁路的建造者计划使用与缆车类似的推动方法，然而后来却用了电力机车，于是就成了第一条电动化地下铁路。
1905年，伦敦市内开通的地下铁路，已完全实现电气化。奥匈帝国的城市布达佩斯，于1896年开通了欧洲大陆首条地下铁路，全程为5千米，途经11站，直到今天仍然在使用。
1900年，法国巴黎开通了巴黎地铁，最初的名字是法文的，译意指“大都会铁路”，是直译过来的，后来简写成“metro”，这就是为什么现在会有许多城市轨道系统都称metro的原因。
通常情况下，大多数城市轨道交通系统，都是用来运载市内通勤的乘客。然而在很多场合下，城市轨道交通系统都是城市交通的骨干。不过它们有一个共同点，城市轨道交通系统，大多是用来解决交通堵塞问题的。
美国芝加哥，曾有用来运载货物的地下铁路；英国伦敦，曾有专门运载邮件的地下铁路。不过，这两条地下铁路在1959年与2003年相继停用。
在战争时期，例如第二次世界大战，地下铁路也可当作工厂或防空洞。其中有许多国家，例如韩国的地铁系统，在设计时都将战争发生的可能性设计在内，因此无论从铁路的深度方面，还是人群控制方面来说，都同时肩负着日常交通及国防的双重重要任务。
此外，一些地方的地下铁路建筑在地底下，不仅是为了避开地面的繁忙交通及房屋，更重要的是为了避免铁路系统受到外界恶劣天气的影响，莫斯科地铁地面线就是一个典型例子：4号线及L1号线。
此铁路线在极端寒冷的天气下，维修费比地下线的建造费用要多得多。
不仅如此，城市轨道交通系统，也会用来展示国家的经济、社会以及技术上的优势地位。
其中最为着名的是苏联的地下铁路系统以及朝鲜首都平壤的地下铁路系统，二者都以华丽的装饰而蜚声中外。
早期的城市轨道系统车厢是木制的。后来成了钢制的，这主要是为了减少发生火灾造成的多种危险。于1953年开通的多伦多地下铁路，车厢改良为铝制，不仅大大降低了维修成本，而且还大大减少了重量。
与主要干线上的铁路比起来，很多地下铁路行走的隧道相对较小。因此通常情况下，地下铁路的列车体积相对要小。在一些条件下，隧道甚至能够对列车的形状设计造成影响，如伦敦地铁的部分列车。
对于大多数城市轨道系统来说，使用较多的是动力分布式（即使用动车车厢，每一节车厢都拥有自己的动力），却不采用动力集中式。如果使用动力集中式的话，用到的往往是推拉运作。
更为先进的是，部分地下铁路系统已开始引入列车自动操作系统。例如伦敦、巴黎、新加坡和我国台湾、香港等地，都不需要对列车进行控制。最先进的是加拿大温哥华的自动化LRT系统，整个LRT所有的车站及列车实施的都是“无人管理”。在我国，上海轨道交通10号线也将试行无人驾驶，司机只需进行一些简单的监控。
地铁适应时代应运而生，这是由于它有以下几个优点：
（1）节省土地
一般情况下，大都市的市区地价昂贵，如果将铁路建于地底下，不仅可以节省地面空间，而且剩下的地皮还可用在其他重要的方面。
（2）减少噪音
由于铁路建于地底下，所以列车运行时，会大大降低地面噪音。
（3）减少干扰
地铁的行驶路线，不与其他运输系统（如地面道路）交叉、混杂在一起，因而行车受到的交通干扰就相对要少，同时也能够节省大量时间。
（4）节约能源
现如今，环境问题日趋严重，地铁便成了最佳的大众交通运输工具。
