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世界科技全景百卷书: 世纪的交通趋势
进入20世纪以来，世界交通运输技术的发展，可谓是日新月异，其变革的速度之快，也是前所未有的。那么，到21世纪，世界的交通将怎样发展呢？我们认为，绿色 （无污染或低污染）化、高速化、智能化以及舒适、便捷是21世纪交通发展的基本趋势。 自行车不会走进博物馆 自行车自1839年问世以来，至今已走过了一个半世纪的历程。发展至今，全世界自行车年产量已达一亿多辆，其中亚洲占70％，而我国自行车产量就占了世界总产量的近一半，目前我国平均每三人就拥有一辆自行车，不愧是自行车王国。 纵观当今自行车的世界潮流，山地车/全地形车已成为世界自行车的主流。该车自80年代问世于美国的海岸，现已遍及欧洲、日本、澳洲和广大第三世界国家。目前，山地车/全地形车及其派生车款式多达上百种，已占世界市场的50～60％以上。 进入90年代，随着人民生活水平和现代化技术的不断提高，自行车的品种日新月异，性能不断提高，山地车的档次和品种也在不断增加，为使山地车在越野骑行中更为舒适、安全，国际市场上正兴起一种带避震装置的山地车。 为了达到车体自重轻的优势，许多厂家已不仅把铝合金用于车把、链轮曲柄、前后轴壳、闸、车圈、脚蹬等零部件，而且扩大应用于车架、前叉；甚至用钛合金和碳纤维制造车圈和车架，从而保证了强度，减轻了重量。最近，日本、美国及台湾的一些自行车厂商采用碳纤维制造的自行车，重量仅1.6～2.4公斤，令人赞叹。 为了达到骑行轻便的目的，变速自行车的变速比不断增多，由原来的五速、10速发展到18速、21速，不少车已发展到24速，而且车把也集变速、制动、导向于一体，使调速时，手不必离开闸把，从而保证导向和制动不受影响，以确保安全。达到骑行轻便的另一途径是利用发动机助动。近年来在我国部分城市，助动自行车发展较快，上海、杭州、青岛等城市的一些助动自行车厂先后生产了几十万辆助动自行车。这些助动自行车最高车速多在25公里/小时左右，油耗在1.5升/百公里以内，质量好、性能稳定，深受消费者欢迎。 美观大方也已成为90年代自行车发展的重要标志。自行车除五颜六色的漆膜涂饰外，包塑产品也有了新的发展。此外，产品规格越来越齐全。如MTB山地车，最小的16英寸，最大的26英寸。车架也各种各样，有菱形的也有非菱形的；有前避震的、后避震的，也有前后混合避震的。各厂家都以新的款式和表面装饰来赢得消费者的青睐，以提高在市场上的竞争力。 然而，随着汽车工业的发展，汽车进入家庭已成为不可逆转的趋势。特别是在欧、美发达国家，家庭汽车已成为现实，而到21世纪，汽车也将走进发展中国家的家庭。那么，自行车是否就将从此退出历史舞台，被推进21世纪的博物馆呢？我们认为情况恰恰相反，这种便捷、无污染（助动车除外）的交通工具，即使在汽车大发展的21世纪，仍有其广阔的市场。 自行车之所以不会被汽车挤下历史舞台，是因为它与汽车相比，存在着许多优势。 一是便捷。骑自行车不受时间影响，受空间、地域的限制也很小，不像公共电汽车那样受发车时间、间隔、行车路线的制约。在交通拥挤使汽车举步维艰的城市，体积小、重量轻、灵活方便的自行车却可以“见缝插针”、游刃有余。 二是便宜。自行车的价格与汽车相比，仅只有其几十分之一甚至几百、上千分之一，这个价格比的悬殊，是相当具有魅力的。特别是像我国这样的发展中国家，时下买得起汽车的人甚少，能玩得起摩托的也不是太多，而买一辆自行车仅需三四百元，即使是漂亮时髦的山地车、变速车，也仅需七八百元左右，一般的工薪阶层都能承受得起，还省去了挤公共汽车的许多麻烦。 三是骑车有益健康。骑车是一种极好的锻炼身体的体育运动，男女皆宜，老少受益。即使在城市交通现代化程度很高、私人汽车十分普遍的发达国家，自行车仍然颇受欢迎。例如作为世界汽车大国之一的德国，1993年自行车销售竟达55.5万辆之多，目前拥有自行车6000万辆。 四是体积小，便于存放。对于家庭来说，小巧的自行车不象私人汽车那样，还得建造专门的停车库或停车场，只要你认为安全的地方，就地安置即可，甚至可以置放于家居室内，省下了许多的空间。 五是无污染公害。以燃烧柴油、汽油为动力的汽车，产生的噪声、污染气体已成为当今城市环境的一大公害，而作为一种重要的绿色交通工具，自行车在这方面却显出了其独特的优势。有人认为，在新的无污染交通工具——电动车问世和普及以前，自行车依然有着广阔的市场和发展前景，至少在百年之内不会被淘汰。 除以上五个优点外，自行车还因主要依靠人力驱动，无需燃烧燃料（助动车除外），因此日益迫近的能源危机对它也不构成威胁。鉴于上述这些优点，我们可以认为，自行车是短距离交通的最佳选择。由于它具有便捷、便宜、健身等其他车辆不具备的特点，即使在电动车普及的时代，自行车仍将具有广阔的市场。 21世纪，自行车仍将魅力无穷，前景光明。 汽车将找到新的动力能源 安全、舒适的生活始终是人类追求的目标；洁净、优美的环境，则是生活舒适与安全所不可缺少的条件之一。 然而，众所周知，汽车是依靠燃烧汽油或柴油来产生行进动力的。汽车在燃烧燃料时又产生了大量的废气排入大气环境中，这使得它在造福人类的同时，又成为一种大气环境的污染源。长期以来，人们却对于汽车尾气是否对大气环境造成危害不曾介意。直到1943年，美国洛杉矶地区突然出现一种严重危害植物、使人眼和咽喉刺疼、使受力橡胶件产生断裂的奇怪烟雾，而 日逐年加重，这才引起美国社会舆论及政府的重视。经过15年的研究，才发现这种含有大量臭氧 （O）的光化学烟雾，正是由于当地250万辆汽车所排 3放的1000吨碳氢化合物、400吨氮氧化合物汇集于洛杉矶这样一个经常呈现静风、逆温的狭谷地带上空，经强烈阳光照射而形成的二次污染物。这一结论的证实，首次向世人揭示了汽车排气对大气污染危害的严重性。 汽车排放的污染物因其所使用的燃料不同而有差异。汽油车排放的主要有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、二氧化碳和颗粒微尘。此外，还有少量的二氧化硫、醛类、三四苯芊芘等。柴油车排放的污染物与汽油车类似，但由于柴油车的燃烧过程与汽油车截然不同，其排放污染物的情况也有所不同。柴油车颗粒物排放量是汽油车的50倍，但其二氧化碳、碳氢化合物的排放量却大大低于汽油车。 由于汽车越来越多，汽车污染也呈现越来越严重的趋势。根据对全球汽车保有量、排放量的统计：1990年全球汽车保有量为六亿多辆，预计到2000年将达到8亿多辆；全球汽车的大气污染物排放量，也将由1990年的四十多亿吨增加到2000年的五十多亿吨。我国汽车保有量与发达国家相比尽管显得非常小，但到2000年预计也将达到1500万辆。我国的汽车主要集中在城市，而且汽车的单车排放量大，加上一些大城市道路建设缓慢，汽车运行速度低，堵车现象严重，使交通干线上汽车排放的污染物浓度常年都很高，污染严重。 世界上针对汽车排放污染物的严重局面，采取了一些综合性控制措施。如改进装置，控制污染物排放；采取废气净化技术等。然而，这些措施仍不可能根本杜绝汽车废气的污染，而发展中国家由于经济实力所限，还没有能力和余力致力于排污控制与净化问题的研究。这表明，燃料汽车面对追求洁净、舒适、安全环境的21世纪，将是一种危机，寻找一种安全、无污染的能源代替柴油、汽油作为汽车的动力，是今后研究的基本方向。 另一方面，经过一百多年的挖掘，油井已呈现日渐枯竭的迹象。尽管至今仍有不少新的油田被发现，然而油气的总体储量总是有限的，而人类用于汽车和机器的油料消耗却是一个无底洞，而且需求量越来越大。1980年，全球石油钻探业者共找到新油源150亿桶，世界各国同年耗用旧有油源就达100亿桶。而一些发达国家无节制地用油，也加重了问题的严重性。今天，世界石油总产量的1/3为美国所耗用。据估计，美国一年所耗用的石油，大自然需要用1500万年去创造。而全球的石油在未来的不到100年的时间内将最终枯竭。如果能源仅指石油而言，那么能源危机已是一个不争的事实。 面对这种局面，21世纪的汽车将如何发展？这是一个值得思考的问题。寻找一种新的、无污染的能源作为汽车的动力，将是今后必要而且必须面对的研究课题。 为了解决汽车燃料的危机，各国的科学家进行了许多有益的探索，以寻求新的出路。美国的一些未来学家曾预测“酒精汽油”是我们解决未来汽油短缺问题的答案。卡特总统在宣布对苏联实施谷物禁运后，就曾以生产“酒精汽油”作为解决国内玉米滞销问题的办法。然而所谓的“酒精汽油”事实上是一个“跳向灾难的跳板”，决不是长久之计。就美国而言，要生产一加仑乙醇酒精，就要其农民耗用2.3加仑的汽油，何况“酒精汽油”仍无法解决污染问题，反而在生产“酒精汽油”的过程中将排出更多的污染气体。有人提出利用压缩天然气作为未来汽车的新能源，然而世界的天然气蕴藏量也毕竟有限，仅够我们挨过二十余年。 就目前来看，讨论的较为成熟的方法是利用太阳能和电来驱动汽车。太阳能和电力用来驱动汽车，不仅是一种零污染的能源，而且取之不竭、用之不尽。利用太阳能驱动汽车实际上是利用特殊材料把太阳能转换成电能来驱动汽车，运行中不产生任何污染。电能可来源于水力发电站，也可来源于核电厂和火电厂。核电厂只要运营得当，污染甚微；火电厂尽管污染较大，但其所生产的电力在未来的电力结构中仅占极小的比例，因此，电能总体来说是一种相当洁净的能源。 无疑，太阳能和电能尽管是两种洁净、永恒的能源，但用它们来驱动汽车，目前仍存在着许多技术上的问题。例如，如何更充分地利用太阳能？如何提高电动车的速度？如何延长蓄电池的续航时间？等等。尽管存在这许多问题，但随着科技的进步，这些问题正在逐步得到解决。一俟这些问题得以解决，汽车电动化和太阳能化的时代就将到来。 我们深信，电汽化时代即将在21世纪出现。到那时，燃料汽车将作为“上个世纪的遗迹”送进历史博物馆，而光化学烟雾也将彻底从地球上消逝。 高速公路将进入飞速发展时代 公路交通的出现尽管只有一百多年的历史，却取得了突飞猛进的发展，成为人们使用最广泛、接触最频繁的一种运输方式。汽车的出现与普及，深刻地改变了人们的生活方式，美国就被称为“汽车轮子上的社会”。 与铁路交通相比，公路交通在造价上占有明显优势。此外，公路运输还具有机动灵活、能实现从门到门运输等铁路、航海、航空等所不可企及的优势。且能通达穷乡僻壤、没有航运、不通铁路的地方；它不受航班或班次的限制，且能快速直达，符合现代社会快节奏、高效率的需求，是空间和时间利用上自由度最大的一种运输方式。因而公路汽车运输以它特有的魅力赢得了世人的青睐。 然而，早期的公路交通运输因路况、管理等问题，运营速度很慢，在长距离的运输中处于明显劣势。进入本世纪以后，随着高速公路的出现，公路交通的劣势地位有了很大的改变。高速公路运输的速度已不亚于甚至超过了铁路。 随着经济的发展，各主要工业国家纷纷投放巨资修建公路，特别是技术等级高的高速公路，使其公路既成为交通的毛细血管，又成为运输的大动脉。例如，美国有公路620万公里，其中干线公路约57万公里，高选公路7.2万公里。稠密的公路网是实现面上运输的毛细血管，而干线运输特别是高速公路，是通行能力大的公路网的骨架或主干线，它与铁 路和水运主航道一样，能起到运输大通道的作用。 由于高速公路具有质量高、运输速度快等优点，日益得到世界各国的关注。预计到21世亿，高速公路将成为公路运输的主要承担者和最繁忙的交通线路之一。 然而，高速公路的普及也不能完全解决交通问题。随着汽车的日益普遍和家庭化，交通拥挤、安全事故等成了世界性的令人头疼的问题。据统计，美国公路上，合计每行驶一亿英里就有一名司机死于交通事故，其中90％的事故是由于驾驶失误造成的。通过修建新的高速公路来解决日益增多的交通问题并非总能奏效，因为这需要占用大面积的可耕地，甚至居民密集区的土地。 那么，怎么解决21世纪因车辆的增多而不可避免的交通拥挤问题呢？一些专家认为，较好的办法是设法增加现有高速公路的通行车辆密度，建造自动化高速公路系统，研制和发展由计算机驾驶的汽车，使汽车能快速、安全又畅通无阻地行使在原已十分拥挤的公路上。 到2050年，在自动化高速公路上，所有车辆将一起以100公里/小时的速度成阵列式前进。在美国，也许2020年首批这种公路将投入运行。在自动化高速公路上行驶的汽车均带有用于监测交通情况的传感器，装在汽车内的计算机可以控制汽车的启动、速度、方向和刹车。前后车辆可以通过无线电互相交换信息，使车与车之间维持最佳间距。公路上也装有计算机，用于监探公路整体行驶状况，它们根据各辆车行驶的目的地，安排各自进入相应的车道。当某辆车需要离开正行驶的道路时，计算机会合理进行调度，使该车安全驶入出口。 阵列式行驶的自动化高速公路将大大增加每条公路上的车流量。据专家估计，在未来的自动化高速公路上，每条单行车道每小时至少可以通过6000辆机动车，是目前高速公路单行道上车流量的三倍。而且，用计算机驾驶汽车，行车平稳且功效高，不仅大大降低了事故率，也大大减少了耗油量，废气的排放量也因此相应减少。 近年来，美国的一些专家和学者对自动化高速公路系统和无人驾驶汽车的关键技术展开了研究并进行了一系列实验，取得了不少令人欣喜的成果。 加利福尼亚大学运输学院的张卫彬研究的自动驾驶系统是沿公路设置磁性标志，使带有对应装置的汽车能感应它们。这个以磁铁的两极作为二进制码的系统能将公路上的情况及时传递给汽车上的计算机。这些信息包括：汽车前方的物体、到下一个拐弯处的距离、道路的坡度等等。如果某些标志有损坏或汽车某刻没有收到信号，汽车片刻后仍会收到再次重复播出的信息。汽车上的计算机会根据收到的信息并结合当时的天气资料迅速将汽车调整到最佳安全行使速度。在实验条件下，整个系统运行良好，但因在一些方面如磁场干扰等还存在许多需解决的问题，离正式启用还要假以时日。 由计算机来控制汽车速度较为困难。它需要研制一种性能优良的传感器，必须能精确测定与前面汽车的距离与逼近速度，并能在各种情况下准确无误地工作，而且造价还要低。里士满的史蒂夫·什莱多弗和他领导的实验小组所研制的小型雷达，已能在与前方车辆相距几米的情况下正常工作。1994年他们在一条分隔开的道路上成功展示了由计算机控制的阵列式行车试验。参加试验的四部车都由自己车上的计算机控制油门，以此产生必要的加速和减速。 但用计算机还不能操纵刹车，还得由驾驶员驾驶。只有在自动刹车系统的安全可靠性得到完全确认后，研究人员才能放心地让计算机完全控制汽车。 在阵列式行驶中，车上的计算机通过无线电保持相互联系。最前面的车出现情况时，紧跟其后的各辆汽车均能及时作出反应，并进行调整，而不是只有当自己前面的那辆车发生情况时才作出反应。研究者一直在改进计算程序，以使任何外界干扰均不会被传递或放大，而是在阵列车中渐渐消失。 然而，无论自动驾驶系统的设计如何完善，在阵列式高速行驶时完全无碰撞也是不可能的。虽然碰撞不可避免，但未来的计算机内存储的程序仍可及时作出安全调整。突然情况发生时，计算机系统可以将这种强烈冲击化解为一连串微碰撞，从而避免使头辆车承受猛然的正面冲击。 科学家们所取得的研究成果使21世纪的自动化高速公路出现了曙光。诚然，自动化高速公路的建成还需解决诸多问题，如经费、技术的完善、责任等，但曙光既露，高速公路自动化的到来也将不很遥远了。 高速铁路充当陆上交通的骄子 自1825年英国建成世界上第一条铁路，使陆上运输进入“铁路时代”以来，铁路就强有力地推动了19世纪资本主义工业化的发展。如果说在20世纪里，高速公路和航空运输的迅猛发展使西方发达国家的传统铁路客货运输业相形见绌、衰败不堪的话，专家们预言，在21世纪，铁路运输将随着“高速铁路”的兴起而重展雄风，世界将近入“高速铁路时代”。 何为高速铁路？目前，人们把行车时速在200公里以上的铁路称为高速铁路。在运行中，列车的速度涉及到机车车辆、线路桥梁、通信信号、运输组织管理等各个环节，也就是说，列车速度是机、车、工、电、辆五大系统技术水平先进性的反映。因此，高速铁路的技术是新型牵引机车、高性能轻型车辆 （车厢）、高速线路结构、运行自动控制和行车严密组织等一系列新技术的成果。 世界上第一条高速铁路是花了五年时间、于1964年10月1日建成通车的日本东海道新干线（从东京到大阪），运行时速为210公里，比以前的特快列车运行时间缩短了一半。现在时速又提高到了270公里，从东京到大阪同30年前的特快列车运行时间相比较，差不多缩短了2/3。如今这条日本太平洋沿岸的大动脉新干线又增加了山阳、东北和上越等线路，构成了高速铁路干线网。平均每天运送旅客达75万人次。东海道高速列车新干线总长度已达1835公里，1993年全年共运送旅客2.76亿人次。客运时间的缩短节约了日本国民大量时间，创造了良好的经济效益。 1995年启用的日本新铺设的东京到新泻的新干线，设计时速为350公里，是当今世界上最快的列车之一。据报道，日本将修建五条高速铁路新干线，一旦建成，从北海道的札晃到九洲的鹿儿岛，将形成一个日本列岛的高速铁路网络。 日本高速铁路的建成和通车所产生的巨大经济效益，使各国政府和公众对这种速度快、舒适度高、经济便利的新型交通方式刮目相看。继日本之后，许多国家都竞相发展高速铁路，使高速铁路不仅成为发达国家的时尚，也成为发展中国家实现交通运输现代化的必然选择和趋势。 法国于1967年开始提高列车运行速度，到1980年，时速200公里以上的线路已达900公里；1983年，全长427公里，时速达270公里的东南线全线开通；1985年开始兴建的大西洋高速铁路干线（从巴黎到波尔多）于1989年通车运营，时速达300公里；1993年8月，巴黎到里尔的北方干线通车，时速可达320公里。上述三条高速铁路的开通运营，大大减少了高速公路的堵塞现象。法国政府还准备大力发展高速铁路运输，到2015年，法国将形成联系全国的高速铁路网络，总长将达4000公里。 耗资167亿美元的英吉利海峡隧道于1993年6月建成，1994年5月正式通车。乘高速火车通过这条长达50公里的海峡仅需30分钟，从巴黎到伦敦只需三个多小时，从此，高速火车往返于伦敦——巴黎——布鲁塞尔之间。目前，法国、比利时、荷兰和德国正在联合修建巴黎——布鲁塞尔——阿姆斯特丹——科隆——法兰克福之间的高速铁路。 德国把发展高速铁路作为实现铁路现代化的根本途径。第一条高速铁路 （汉堡——法兰克福——斯图加特—慕尼黑）已于1991启用。第二条高速铁路从汉堡至不来梅经维尔茨堡和纽伦堡到慕尼黑，于1992年5月建成通车，时速为250公里，在经过原有铁路部分时，时速维持在200公里。德国和日本的高速列车载客量比法国大，但是速度低于法国。 意大利的高速铁路开通于 1988年，行驶于罗马到佛罗伦萨之间，时速300公里。 英国和西班牙也已经有了自己的高速铁路。比利时、荷兰、瑞士、葡萄牙、奥地利和挪威已着手修建高速铁路。俄罗斯、波兰和捷克也制定了高速铁路计划。欧洲联盟已制定出欧洲高速铁路网发展大纲，并拟投资760亿美元，在2010年到2020年建成四通八达的西欧高速铁路网络，并与计划中的波兰到圣彼得堡和莫斯科的独联体高速铁路网相衔接。 在美洲地区，美国、加拿大和巴西也都在积极规划高速铁路的建设事宜。美国国会于 1991年通过新运输法案，把高速铁路列为优先建设项目，并有12个州计划集资建设高速铁路。目前，美国已建成了东北走廊的高速铁路线，列车运行时速201公里。但到本世纪末，美国预计至少将拥有3000公里高速铁路。 在亚澳地区，除日本外，目前第一个大规模的高速铁路项目是韩国的汉城——釜山线，全程400公里，已于1992年6月动工，计划在六年内建成。澳大利亚、马来西亚、印度、土耳其等也已开始有这方面的打算。 我国的高速铁路也已经提上议事日程。作为中国高速铁路“试验田”的广州——深圳准高速铁路已于1994年底建成通车，全长147公里，时速为160公里，大大提高了运输能力。 为什么世界各国要纷纷投资兴建高速铁路？这主要是因为，在经济与科技日益发展的今天，传统的铁路运输已远远不能满足需要，高速公路堵塞现象在发达国家日渐严重，空中运输方面又往往候机时间过长，特别是空难不断令旅客提心吊胆。而交通运输如果不能得到很大改进，经济的大发展势必受到阻碍。高速铁路的优势，就在于它运行速度快，安全度高（高速铁路运行30多年来，还没有出现旅客伤亡事故），而且，高速铁路较为节能、经济、舒适、方便、省时，又可减轻环境污染，因此，吸引了工业发达国家投资建设。 仅从经济效益上看，高速铁路单向输送能力是航空的10借，是高速公路的五倍，而成本只有航空的1/5，高速公路的2/5。高速铁路的人均能耗仅为小客车的14～16％，是飞机的10～20％。这就难怪它会受到各国的青睐了。 看来，发展高速铁路，不仅要成为发达国家的时尚，而且也将成为发展中国家的必然选择和趋势。21世纪是“高速铁路时代”，决非妄言。 世纪的新型交通工具 随着经济的不断发展，科技的不断进步，人们对于生活的质量及生活环境的要求也越来越高。而随着人民生活水平的提高，各种类型的机动车辆也急剧增加，导致了越来越严重的空气污染问题。燃料车辆的污染问题已日益引起世界各国环保部门的重视，各国政府也都根据各自的实际情况采取了一些措施，以防止问题继续恶化，如限制某些燃油车辆的发展、采用新技术净化车辆排放的废气等等。 然而，消极的限制与防范是不能彻底解决问题的，要使21世纪保持一个较为洁净的环境，研制和发展、普及低污染、无污染的新型交通工具势在必行。诚然，在进入21世纪之初，要短期内废弃传统的交通工具是不现实的，因此，采取一些新技术对传统车辆进行改造，以减少其污染物的排放量，仍然是有效而且必要的手段。然而，发展和普及新型交通工具，最后以之取代高污染的传统交通工具，这才能真正满足新时代的要求。 展望未来，我们认为，21世纪的新型交通工具与传统的交通工具相比，至少有以下几个特点：一是能耗小，低污染或无污染。由于太阳能利用技术和蓄电技术研究的突破，许多燃油交通工具改以电能和太阳能作为动力能源，消除了运行中产生的污染；仍然以燃油为动力的工具也因技术的改进而大大降低了污染物的排放量，这是环境保护的必然要求。二是营运速度大大加快，运输效率极大提高，“高速”是21世纪交通的基本特点。三是技术应用水平越来越高，交通工具日益向智能化和计算机化发展。 这里仅对目前已取得相当研究成果，有望在 21世纪普及的新型交通工具，向读者作一简单介绍。 “绿色产品”——电动摩托车 摩托车自其发明以来，发展很快。特别是随着人民生活水平的提高，这种比自行车快捷、比汽车轻便的轻型现代化交通工具，日益走进千家万户，尤为青年人所喜爱，成为一种时尚。然而，由于燃油摩托车本身不可避免的污染问题及其管理的困难性，一些国家的大城市已经逐步开始限制摩托车数量的发展。以电力代替燃油作为车辆行驶动力能源的电动摩托车，就是为解决上述矛盾而开发、研制的。 为了迎合人们的审美观和放置蓄电池的需要，大部分电动摩托车都采用类似于现行踏板摩托车的车体。这种车体不仅造型美观，而且可以减小空气阻力。由于目前电动摩托车大都采用铅酸蓄电池，不仅自重大（占整车重量的40％左右），而且体积大，因此，设计中必须考虑加强车架的强度，注意载荷的合理分配，以确保车辆运行平稳和安全可靠。同时，由于整车重量的增加而导致惯性增大，制动系统的可靠性与稳定性也必须加以考虑。 电机作为驱动车体前进的动力机械，是摩托车十分重要的组成部分，可分为直流电机和交流电机两种。由于直流电机便于调速和控制，并兼有控制系统简单、成本低廉等优点，因此，目前直流电机的应用较为广泛。然而，直流电机的缺点也是明显的：在功率相同的情况下，购置成本要比交流电机高，且质量、体积指标远不如交流电机，而且单位功率的耗能也高；另一方面，其制造和维修的工艺性与经济性不如交流电机，检测和保养也甚为个便。所以，许多电动汽车采用的是蓄电池——递交器——交流电机的方式。但对于体积小、重量轻的电动摩托车来说，不宜安装递变器，而应采用直流电机为宜。 控制系统的主要功能是调速，并控制各种信号。一般电动摩托车是利用晶闸管和功率晶体管来进行斩波调速的，以100～1000次/秒的脉冲对直流电动机的磁场进行控制。通过控制电枢端电压和电枢电流就可以控制转速并控制扭矩。另外，控制系统还起着控制灯光、信号、制动时切断电源等作用。 对电动摩托车是否需要传动系统，目前还存在争议。一种观点认为只要合理利用电动机的参数，就可以直接用电机驱动车轮，通过控制电机的转速来调整车辆的行驶速度；另一种观点认为，电机起动低速时扭矩大、高速时扭矩小，为了充分发挥电机的性能，应该配备传动系统。究竟哪一种方法更为科学，还有待于进一步探讨和研究。 与燃油的传统型摩托车相比，电动摩托车具有很多优点： 其一是零排放、低噪声。电动摩托以电作为驱动能源，运行时不排出任何废气。而且，由于没有发动机工作时的噪声，其整体噪声也明显低于燃油摩托车。这对于注重环境保洁与安静的未来社会来说，无疑是一种值得推广的交通工具。 其二是能源来源广。石油资源的日趋不足使燃油车辆日益感到能源危机，而电能却来源广泛，可通过原子能和水力发电等多种途径获得。而且就能源利用效率而言，电动车也高于燃油车。 其三是维护保养费用低。燃油摩托车出现故障是不可避免的，每辆车每年所需付出的维修费就相当可观，而电动摩托车除定期充电外，基本无维护和保养问题。 其四是安全性能好。只要确保蓄电池不漏电，就可以保证电动摩托车的安全，杜绝了汽油车烧车和爆炸的危险。 然而，尽管电动摩托车有着上述许多的优点，但它也存在不少至今还没有克服的缺点和技术上的困难，因此迟迟无法普及，发展缓慢。这些缺点和困难主要有： 第一，续驶能力不足。目前电动摩托车的续驶距离一般仅为60～80公里，远远赶不上同档次的燃油摩托车。其关键原因在于目前的电动摩托车采用的大多是铅酸蓄电池，这种蓄电池尽管工作性能可靠、价格低廉，但质量能（量）（即每千克的电池能够提供的能量〈wh/kg〉，这个指标决定了电动车辆的续驶能力即一次充电能够行驶的距离）太低。所以，选择质量能（量）较高的电池是电动车设计中应该首先考虑的问题。 第二，充电不方便。一是充电时间过长，一般都要在几个小时以上，远不如燃油车的加油来得快捷、方便；二是无专门充电站，即使某些蓄电池具备快速充电能力，也暂时无处可充电。如果恰在中途耗尽电能，就要造成人推车走的“车骑人”的尴尬局面。 第三，成本偏高。由于电机的一些关键部件成本较高，再加上还没有投入批量生产，致使电动车售价偏高。 第四，蓄电池寿命短。普通铅酸蓄电池的寿命长短与用户的使用、维护关系密切。现有铅酸蓄电池的寿命一般为1～2年，显然偏短。 尽管如此，电动摩托车作为一种绿色产品取代燃油摩托车的主导地位还是在所难免的，这只是时间问题。当然，这还得取决于电动车技术的发展。 从长远发展的角度看，今后电动摩托车的研究必须解决如下几个方面的技术问题： 首先是开发新型动力型蓄电池。蓄电池所存在的技术缺陷是导致电动摩托车发展缓慢的主要原因，因此，开发新型的动力型蓄电池对于电动摩托车的开发和普及至关重要。这种新型电池必须在质量能（量）、体积能（量） （即每升容积的蓄电池能够提供的能量〈wh/1〉。它决定了蓄电池占据车内空间的大小）、质量功率（即每千克重量的蓄电池能够提供多大功率〈w/kg〉。它决定电动车的加速性和最高时速）、寿命和价格等五个指标上有大的突破与提高，以延长电动车辆的续驶距离、减轻车体自重、提高时速与加速性能，并使其在价格上具有竞争实力。自然，快速的充电性能也是十分重要的，没有人愿意为充一次电而等上半天。在这种新型电池的开发上，美国和日本都进行了大量的研究，并取得了可喜的进展。据报道，美国飞轮系统公司设计研制的飞轮蓄电池已可使电动车的续驶距离延长三倍，寿命长达25年，而完成一次能量补充仅需15分钟。 其次，运用新型材料减轻车身质量。除采用新技术提高蓄电池的质量能 （量）、体积能（量）和质量功率，以减轻蓄电池的体积和重量外，可用新型材料制成轻量化车身，轮胎、车轮，制动器等也应轻量化。这样既可大大减少电动车辆在运行中因自重所造成的负荷能耗，又可使电动摩托车更加体现出其作为轻型交通工具的轻便特点。 另外，实现低成本化、建立配套设施等，也是今后电动车发展中应重视的问题。 科学技术发展到今天，重视环境保护已成为世人的共识，任何污染环境的行为都越来越受到公众的指责。电动车是当今唯一最有希望的绿色产品之一，各国政府、科研机构、企业都不惜耗费大量的人力、物力进行研究，着手解决各个关键技术。所有这些表明，电动车时代的到来已指日可待。 “绿色”自动化汽车 如何解决汽车的污染问题，是世人所关注的问题之一，尽管为减少汽车燃料消耗和排气污染采取了许多技术措施，但基本只是改良性质，治标而不治本。汽车还在不断增多，能源和环境问题日趋尖锐。采用新能源代替石油燃料的呼声也随之越来越高。 科学家们经过多年的研究和试验，近年来研制出了几种以新能源为动力的无污染车辆，尽管技术还有待完善，但毕竟给人们带来了希望。电动汽车和太阳能汽车便是这些处于试验开发阶段的车辆中的两种。 电动汽车是用车载蓄电池作为动力能源的汽车。作为一种新型的绿色交通工具，它具有零排放、低噪声、能源补充来源广等优点。但研制电动车的根本问题，一是要研制出高效能的蓄电池，二是要配置一种快速方便的充电系统。 在这两大难题的研究上，目前都已有了突破性的进展。比如，日本日产公司研制的FEV电动小客车采用23个12V的镍镉电池作动力能源，输出电压280V，容量为16千瓦/小时。电池充电采用100V超快速充电，补充充电达到40％时只需六分钟，这与汽车加油时间相比并不逊色，完全充电后的续驶里程以40公里/小时等速行驶时为200公里。日本电动车研究会主持开发的IZA电动小客车则采用24个镍镉电池，输出电压为288V，容量为28.8千瓦/小时，最大时速可达180公里/小时，一次充电的续驶里程达500公里。但因镍镉电池价格高昂，而且它与镍锌、钠硫等蓄电池一样，可靠性能尚差，因此，上述两种车型离商业化还有待时日。 英国与瑞典合资的CleanAir公司与IAD（国际汽车设计公司）联合开发的LA301型混合电动小客车，既能用传统的密封铅酸蓄电池，也能用新型的钠硫和镍镉蓄电池。其特点是安全、可靠，且能适合大众消费水平，具有商业化生产前景。 在社会以及各国政府的关注下，各汽车制造商都进行了电动车的开发工作。我们有理由相信，性能更优越、实用性更强的新一代电动车将成为 21世纪城市重要的交通工具。 太阳能汽车从某种意义上来说，它也是一种电动车。它们之间的区别只在于：一般的电动车所使用的蓄电池需要靠工业电网来充电，而太阳能汽车则带有一套专用的太阳能充电系统，包括随车电网和将太阳能转换为电能的光电元件。这些元件统称为“太阳能电池。” 研制这种带专用太阳能充电系统的太阳能汽车，现在看来已不再是一件异想天开的事，只要能研制出将太阳能转化为电能（太阳能电池）或热能（斯特林发动机）的装置就可以实现。在这种条件下，地球上一半的空间将有可能利用太阳的光能和热能，无论是北欧地区还是极地地带，利用太阳能汽车都是可行的，更不用说赤道附近地区了。 世界上不少工业发达国家已全面展开了对太阳能汽车的研制，并取得了许多成果。例如，美国“鲍英克”公司研制出了砷化镓太阳能电池元件，在使用太阳光线聚集器的情况下，这种元件可将能量转变效率提高到37％，已接近于理论上的极限值。日本一家公司研制的晶体硅太阳能电池能量转化效率也达到了14.5％。 目前，太阳能汽车的研制已接近于成功。其典型样车按结构可分为三类：第一类的外型奇特、轻便（150公斤以下），空气动力性好，有的带蓄电池组，有的则不带 （其电动机直接利用太阳能电池的电能来驱动）；第二类太阳能汽车的车身是以塑料单独制作的，重500公斤左右；第三类则是采用批量生产的汽车车身或专用车车身的电动车，这种车采用蓄电池和电动机代替内燃机，车上装有太阳能电池，用以给蓄电池充电，是蓄电池和太阳能电池的良好组合。 太阳能汽车成为国际汽车集团和整个科学界的主攻目标。日本一家公司已造出了第三辆太阳能汽车样车，车重150公斤，外形尺寸5.9×1.6×1.0米，车身外装有由2500片晶状硅片构成的太阳能电池，功率为1.4千瓦，该车时速可达100公里。专家们拟在下一个型号上装用镍—锌蓄电池，使车速提高到130公里/小时，在澳大利亚举办的汽车赛上，由美、德联合研制的太阳能汽车，平均时速已达110公里，现已进入商业开发阶段。 如果太阳能汽车的研制工作今后能继续保持当前的进展势头，那么我们可以断言，21世纪的陆上交通中，太阳能汽车将大显身手，占尽风流。 目前，英国科学家正在研制几种用在未来汽车上的智能玻璃，看来也颇具吸引力。这些玻璃包括以下几种： 有色玻璃。这是一种能控制太阳光的智能玻璃，它能阻挡 84％的太阳光，可有效地保护车内纤维和装饰品不褪色。 映象玻璃。这种智能玻璃可作车前挡风之用，实际上是未来车内的路线导航、标记和信息系统。司机可以直接从挡风玻璃上了解到所需要的一切信息，还可以在雾雨天气里看到一英里外的景物。 防雨、防光玻璃。这种玻璃表面采用新技术处理，使它容易防水，并降低玻璃对光的反射率。它除用于车窗玻璃以外，主要用作车内各种仪表面罩以防从挡风玻璃上映射进来的光反射到司机的视线。 嵌入天线玻璃。这种玻璃可将无线电天线嵌入其内部，还可将蜂窝电话或电视机等各种设备嵌入到玻璃里面，这样使车型更为美观，不会因天线而破坏车的整体形象。 无疑，这些玻璃的开发和应用，将会使未来的汽车更为完美。 诚然，未来汽车不仅仅是动力与材料上的变化。正如美国一位汽车制造工程师所预言：21世纪的汽车将是名副其实的自动化汽车。这种汽车全部由电脑操纵，电脑能用语言指示驾驶人员何时转向、何时加速等。假如驾驶人员在途中打瞌睡，电脑不但能发声予以警告，而且在驾驶人员出现差错、可能发生意外时，还可以自动刹车并收紧安全带。 这种汽车也可以不用人驾驶。在特殊设计的公路上，它可以自动行驶。这种公路装有感应器，装在车上的感应器能接收它们发出的信号，作出相应的自动化操作。其情况与目前大型民航机自动飞行操纵类似。 汽车机件出现问题时，电脑会预先提出警告，让车主修理，车辆始终保持一种良好的使用状态。 “家庭式”列车 专家们预言，随着科学技术的迅速进步和铁路运输的不断发展，铁路列车将会有一个质的飞跃。未来的各种各样的高级、舒适、安全的列车将为旅客提供一个良好的旅游环境，那种使人感到宾至如归的“家庭式”列车不再是一个遥远的梦想。 众所周知，发展高速铁路不仅是铁路现代化的一个重要标志，而且它也是现代工业化发达国家用来缓解公路、水运和空中交通拥挤的一个必然趋势。因此，高速列车已成为未来列车的一个重要发展目标。 各国高速列车运行实践证明，高速列车的研究开发是实现铁路高速化的一个极其关键的课题。任何一种高速列车的研制，都必须解决许多技术难点。为了解决这些技术难点，各国在研究中都大量引入相关领域中的众多高新技术，从根本上突破了铁路列车传统设计的条条框框。这些高速列车融合了当今最先进的电子、机械、动力和计算机技术。其流线型的车体和风驰电掣般的速度，使人感觉到它就像一架地面飞机，可以说，“高速”将成为未来铁路列车的一个共同的基本特点。 那么，未来的列车究竟是一副什么样子呢？我们来看看最具代表性的高级列车。 高级列车通常采用各种先进的、舒适性和安全性能高的新型材料来制造和装饰车体内外设施。整节列车厢显得豪华气派，乘坐十分舒适。例如，流线型车体外壳用铝合金或不锈钢制成，地板以耐热阻燃塑料铺设，座椅由高级仿皮人造革、铝合金或玻璃钢制成，聚苯乙烯泡沫塑料及人造板制成的板梁混合结构的宽大行李架造型美观、坚固，等等。 车厢内部布局宽敞新颖，两侧的车窗采用通长的大幅面玻璃从外侧连成一片，视野开阔，光线充足。座席车厢内有可躺式旋转座椅，每排三个或四个座位，中间为走道。座椅的旋转角度可以任意调节，也可以由列车乘务员用电动按纽统一操作。每个座椅都附设有一个脚靠、一个报刊架和一个折叠桌，折叠桌平时藏在座椅的靠手内，旅客用餐时可拉出使用。有的高级列车在座席中还辟有独立的小型客室，供诸如吸烟旅客等使用，独立客室用透明幕墙同主客室隔开。 卧铺车厢通常采用包厢式格局，一般分成经济包间、豪华包间、家庭包间、公务包间等几种形式。经济包间通常设置两张铺位，内部还配备有衣柜、书架、小垃圾箱和厕所等设施；家庭包间则有四张铺位，并比经济包间多一间淋浴室；豪华包间通常只一张铺位，除了各种旅行设施外，还配备有酒吧、图书室、电视、更衣室等高档生活、娱乐设施。 无论四季如何变化，高级列车内部所具有的完善的空调系统和通风设备使车厢里始终保持温度适宜、空气新鲜，且干湿度符合人体需要，让人时时感到舒适惬意。旅客上下列车可以通过高度可谓的踏板畅通无阻，车门口还装有供晚间上下车使用的照明灯，旅客上下车时照明灯会自动开启。列车上还设有专供残疾人、妇婴等特殊旅客使用的服务设施，例如轮椅升降、哺乳、换尿布等各种器械。 此外，高级列车上的厕所已由目前的直排式改为集便式。这种集便式厕所粪便不外溢，厕所内清洁卫生，没有任何异味。集便器中的粪便将在列车到达终点后通过管道设施送到地面进行集中处理。之后用压缩空气或真空泵水流对厕所进行冲洗，或采用混有化学药剂的液体进行循环冲洗。 双层列车作为一种理想的中、长途观光度假旅游列车，可能会成为未来客运列车的主要车型。这种列车可以有效地利用其空间，尽可能地增加列车的乘坐定员。从实践的效果看，双层列车可使座席定员增加40～60％。而且，双层列车可以提高列车的了望性和舒适性。由于其上层视野开阔，人们可以透过两侧大开面玻璃窗尽情眺望沿途风光。同时，上层座席又远离车底行走部位和发电装置及其它设备的噪声源，显得安静舒适，下层则设有各种用途的包间以及诸如自助餐厅、酒吧、卡拉OK等服务设施。 按原有的非高速铁路为基础设计的一种新型列车——倾摆式列车，由于其速度与高速列车不相上下（目前时速达210～250公里），而投资还不足高速铁路的一半，为更快、更好、更经济地发展高速化列车提供了新的思路，引起了各国的广泛关注。这种列车特别适合于那些由于经济或生态保护等原因不可能进行改造的多弯道线路上运行，并能在提供极佳的舒适条件下为旅客节省下大约30％的旅行时间。 各种娱乐服务设施是否齐全，是列车现代化的一个重要体现。那么，未来的列车在这方面有哪些新的改进呢？ 车内的广播电视系统是未来列车中一个具有代表性的娱乐设施。列车的AV音乐系统，可以向全体旅客播放四声道的高保真立体声音乐和转播无线电广播。在每个座椅扶手上都有一个耳机插孔、一个通道选择开关和一个音量控制旋纽。AV音乐系统有三套无线电广播节目和三套立体声音乐节目供旅客任意选择。同时，列车的闭路电视系统，可以向所有旅客提供各种电视节目。在每个座椅靠背后都设置有一个五英寸的彩色电视显示屏幕，有一套闭路电视节目和二个无线电视频道，可供旅客自行选择，电视节目的伴音则可以通过设在座椅扶手上的耳机插孔提供。那时，人们再也不会因旅行错过观看自己喜欢的节目而懊丧。 未来列车上还设有旅客公用电话、传真机、电子计算机等现代化通信设施。旅客可以在高速行驶的列车上使用电话与世界上任何一个地方进行通话联络；通过传真机接收来自世界各地的传真和电子信函；旅客使用列车上的电子计算机可以像在自己的办公室里一样查阅各种资料，编写各种文件，还可以通过它在列车上预订旅行目的地的住宿房间、返程车票，等等。 安装在车厢内部的信息显示装置，可为车内旅客提供各种旅行信息。例如，电子显示屏定期向旅客发布诸如车次、车厢号、列车沿途到站时间，中间站换乘列车车次及开车时刻等消息。而安装在车厢外的信息显示装置，则可以为上车的旅客提供诸如本次列车车次、到站、车厢等级以及车厢内预留座席数量等情况的信息。 带有酒吧、咖啡厅、卡拉OK厅的餐车，除提供饮食之外，也为旅客营造了一个交友叙情的环境。 此外，列车内还设置有投币式或磁卡式的寄存小柜，专供旅客存放各种贵重物品；还设置有电子游戏机、卡拉OK机、录象机，供人们娱乐、消遣；有的列车甚至还配备有医疗、健身器械、儿童玩具等设施，以满足不同层次旅客的需要。 海运家族的新贵——地效翼船 1956年，前苏联著名的船舶设计专家阿列克谢耶夫领导研制的一种新型海上船舶在里海进行秘密试验。当这艘被西方称“里海怪物”的船舶以时速400千米的惊人速度超低空掠过里海海面时，整个西方世界都被震惊了。一个新的海运时代，也就由此拉开序幕。 这个“里海怪物”，就是前苏联出于军事目的而研制的世界上第一艘试航成功的地效翼船——KM“样板船”。 什么是地效翼船？地效翼船是指在航行过程中，利用贴近水面或其他支撑表面时的表面效应，气翼上产生气动升力来支撑船重的动力气垫船。良好的耐波性、船与支撑表面气动联系、飞行过程中可随时升空或迫降的性能，是对地效翼船航行安全起保障作用的因素。 为什么这种可以脱离水面飞行的“怪物”要称为“船”呢？这是因为，地效翼船要在水上才能起飞降落；贴近水面是最能充分发挥其长处的理想场所。为跨越障碍，地效翼船可作短暂升空飞行，但这只能属于短时间的特殊工况或应急工况。因此，地效翼船显然应当属于水运工具，其安全主要应由航海规范保证。 自第一艘“样板船”成功试航以来，地效翼船的研究遭到了不少挫折和损失。然而，困难和曲折终究抵挡不住新技术被人们广为接受的大趋势。地效翼船已经显示出来的优势是抹杀不了的。与飞机相比，地效翼船不仅装载量大，而且造价要比飞机低得多。当年建造一架“伊尔—62”飞机试验样机的造价，要比“雏鹰”号地效翼船首制艇的造价高出好几倍。而且，地效翼船还有许多潜能尚未完全发挥出来。这就是为什么地效翼船技术会在军工工业转换机制后，成为各国竞相引进目标的原因。 由于地效翼船有诸如航速高、两栖性、航行隐蔽性好，不易被雷达发现，在水面以上低空掠行，不易受到水雷、鱼雷等武器攻山等等优点，早就受到美国许多军事专家的瞩目。几乎就在阿列克谢耶夫开始潜心研究地效翼船技术的时候，美国即已展开这一课题的研究。洛克希德公司1960年即组织技术班子专攻这一项目。但是，美国地效翼船技术尚欠成熟，除了一些小型试验艇外，还没有造过大型的地效翼船。 水运业完成客货运输时船舶运力的增长，有赖于船舶航速的提高。而在现有的新一代船型中，速度最快的就是地效翼船。无论从何种指标看，地效翼船在运输效率方面的优势都走无可置疑的。 为了发挥地效翼船的快速性、经济性的优势，特别强调应当在地效区内低空飞行。还应注意的是，地效翼船的短暂升空飞行只能在应急工况和特殊场合不得已而为之。 此外，地改翼也并非没有缺点。地效翼船在运行时，除巡航工况外，还可以呈排水状态在水中浮航，在进出港口时少不了这种工况。这时便会受港区水文气象条件的限制。还有起飞和降落时，虽说时间短暂，但也会造成受力构件超负荷。排水状态下浮航时，地效翼船不够灵活的特点便显露出来了：尺寸特别宽大，机动性差；此时同样有耐波性问题。过大的船体尺度，易遭波浪拍击，于结构强度和设备寿命不利。 地效翼船作为航运工具中的一枝新花，当它以15～20千米时速进行排水状态航行时，欲作机动航行当无限制，其航行状态与水上飞机差异不大。但当地效翼船在3～5米高适用的水面上空以400千米每小时的速度飞行时，便不可以急剧改变航向和航速，因而，其机动性也就受到限制。因此有人提议应当划出一个专供地效翼船飞行的地带，其他船舶不应进入这一地带。在划定地效翼船航行地带时，应当考虑能用无线电导航设备、卫星导航系统、无线电导航台、雷达确定其方位，以保障航行安全。 尽管目前无论在俄罗斯还是在其他国家，都还没有建立起真正稳定开航的地效翼船客运航线，但我们有理由借鉴俄罗斯地效翼船多年的运行经验。航运事业的发展，终究必须依靠科技进步。地效翼船是迈向新世纪的任何常规排水量船、水翼船、气垫船都不能相比的速度最快的船舶。沿海路长距离运送旅客，地效翼船的运输能力远胜于其他常规船只。地效翼船可以做到在四小时内把200名左右的旅客送达相距2000千米以外的地方，这是其他船只无法企及的。 由于地效翼船本身的特性，确定它在海上的航线所需考虑的问题便要复杂的多。比如，途中和终点是否处在地震活动带、航线所在区域的地磁学特性、洋底地貌等等，都是必须考虑的问题。此外，航线区还应当能方便地接收到气象及导航信息、数据等。各个区域实际客流量及经济上的承受能力，也是关系到新型高速船舶投入航班营运成败的关键之一。经各种指标的综合比较后认为，东南亚是少数几个比较适合最先开辟地效翼船客运航线的地区之一。 曾几何时，人们还对“里海怪物”的试航感到新奇和惊讶。如今，则有越来越多的人们希望早日利用地效翼船这一科技成果，为人类创造更多的效益。新加坡已有人向俄罗斯订购地效翼船。英国也已于1992年与俄下诺夫哥罗德气垫船科研中心签署协议，联合研制用于英法之间的快速航线客、货运地效翼船“水上显贵”分船队。这些新型快速船舶将有可能在14米高度只需10分钟驶完英吉利海峡航程。富于想象力的美国人则认为可以在“21世纪的设计”中建造载重量为5000吨、航速为900千米每小时的新世纪地效翼船用于越洋商业航线。 所有这些都说明当今世界对地效翼船诸多特殊性能的肯定。可以预见，地效翼船这朵瑰丽的奇葩，必将盛开于21世纪的水面上。 |
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