如果上述的驱动能源仍然不能够满足上坡所需的能量的话，还可以利用地面站向列车输送清洁能源。如果有必要的话，还可采用“气垫”、“磁浮”等新兴技术，同样也可以减少上坡时轮轨之间的摩擦力，从而将驱动能源节约下来。
重力列车是未来的一种新型列车，集现代化高科技于一身。更为重要的是，它是一种清洁能源列车，在不久的将来必有广阔的发展前景。
第二节交通大动脉——铁路
1．亲如一家——初识铁轨
铁轨，与火车亲如一家，对火车起着非常重要的作用，让我们共同来认识一下铁轨吧！
铁轨，顾名思义就是铁路轨道。它有很多简称，例如路轨、铁轨、轨道等。主要用于铁路之上，行驶在铁轨上的火车借助于转辙器行驶，无需转向就能够运行。通常情况下，轨道由两条平衡的钢轨组成。
钢轨固定放在轨枕上，而路碴位于轨枕之下。
钢制路轨，与其他路轨比起来，能够承受更多的重物。轨枕，也称为枕木或路枕，其主要功能是将钢轨的重量分散开来，能够使路轨保持固定，从而维持路轨的轨距。
通常情况下，轨道底部的路碴是由石砾铺成的。路碴也被称为道碴、碎石或道床，主要用来为轨道提供弹性及排水功能。除此之外，铁轨同样能够铺在混凝土筑成的基座上(在桥上就相当常见)，然而也能够嵌在混凝土里。
早期，路轨使用的是很薄的铁片钉在木制的路轨上制成板式铁轨。这种路轨的建造成本较低，但由于这种路轨的承重很低，如果从长远的利益来考虑，并不合理。
后来，路轨开始改用铁轨。经过几十年对路轨进行不断的改进，使用的物料由铁变成了钢，而钢的质量也有相当大的提高。由于铁路上使用的钢轨必须具有相当强的承受压力，因此对质量的要求极高。对于铁路钢轨而言，对钢的要求要比其他的应用要高得多。
同样出现一个小漏洞，在建筑物使用的钢筋内出现问题的概率极低；而对于铁路钢轨来说，极有可能随时导致路轨断裂，甚至于引起列车出轨。不仅如此，钢轨价格较高，在铁路成本中，占有相当大的比重。
现如今，我们使用的钢轨切面大多成“工”形，一共分为三部分：与车轮接触的轨头、中间的轨腰以及位于底部的轨底。如果路线不同的话，对钢轨强度、稳定性以及耐磨性的要求，也就不尽相同。所以，钢轨的规格各有差异。如果要知道一条路线上选择哪一种规格的铁轨，首先需要考虑到两个问题：经济与技术。
钢轨的种类及强度通常用千克/米来表示。每一米承受重量越大的钢轨，所能承受的重物也就越大。
在欧洲，现在铁路常见的钢轨重量共有三种：40千克/米，50千克/米，60千克/米。在我国，最为常见的也有三种：50千克/米，60千克/米，75千克/米。
对于一些主要线路而言，使用最多的钢轨是60千克/米或75千克/米。在较为发达的国家，使用的钢轨更重，例如美国有些运煤线路承重高达77千克/米。
2．铁轨的发展历程
在古代，人们往往用坚硬的石头铺路，这是为什么呢？事实上，车轮和路面越坚硬，车轮运动起来就越省力。
古罗马和希腊的城市街道，大多数是用坚硬的石块铺成的。人们也因此受到影响，他们认为，车辆经过的路面并不需要全部铺上石头，只需要在车轮经过的地方铺上即可。
后来，也就形成了轨道的雏形。
事实上，出现最早的轨道与现代的轨道是不同的，是凹下去的。在农村居住的人可能会发现，大雨过后，车辆沿着车辙行走会比较轻松。于是，古希腊人便在石铺的街面上凿出错车道来。如果是今天的话，行驶在上面的马车应该被命名为“有轨马车”了。
随着时间的推移，人们开始采用硬木来架设轨道。不仅如此，还将马车的车轮做成凹形。这样一来，不仅能够更好地嵌在木轨上，还能够避免越轨。这一发明，在交通史上是一个很大的进步。这样的话，不仅可以轻松地在木轮上行驶，而且特殊加工过的车轮能使车辆运行更加安全。
在女王伊丽莎白一世谋求富强这一新政策的影响下，英国于16世纪从德国引入运矿的石轨。1660年，英国纽卡司安里矿山发现当时的轨道极易磨损。随后，人们便开始建造铁轨。由此，出现了世界第一条铁路——斯托克顿-达林顿铁路，是英国于1825年修筑的。
1825年9月27日，该铁路正式通车营业。与此同时，还举行了盛大的表演会。乔治·斯蒂芬森于当天上午9点，驾驶着他的“动力”1号列车从达灵顿站出发，铁路两旁人山人海，一片欢呼声。不仅如此，还有很多年轻人一直跟着火车奔跑，更有甚者骑马沿路追随。
虽然初次运行途中发生了脱轨，但修复后并无大碍，人们激动的心情也并没有受到影响。机车平均时速大约为13千米，最高时速达到了20～24千米。
于是，1825年便成为世界上第一条铁路诞生的时间。
3．科学和智慧的姻缘——铁轨的接合技术
铁路建成之后，自然能够一直为人们所使用。不过，再坚硬的铁轨也有年久失修的时候，钢轨的连接通常分为以下三种：
（1）接合鱼尾板
事实上，将钢轨连接成轨道，有很多方法。其中一种最为传统：把一截长约20米的钢轨固定在轨枕上，钢轨之间自然会有接头(也称接缝)。对于英国而言，接头出现在两条路轨相同的地方，而美国则与其相反，出现在不同的地方。接头使用鱼尾板接合，钢板长约60厘米，两端有四或六口钢栓，主要用来扣住钢轨上的小洞。一般情况下，钢轨之间的间隙是特意留下来的，宽大约为6毫米，人们称之为伸缩接缝。鱼尾板上钢栓穿过的小洞为椭圆形，此种设计是为了钢轨在炎热的天气能够有足够膨胀的空间。对于钢轨来说，这是非常重要的。如果没有间隙的话，每当温度增加或减少1度，钢轨所承受的压力或拉力就增加1.6吨。如果一个地区每年的温差为30度，那么钢轨就需要承受高达五十吨的力。这样一来，钢轨就有可能扭曲变形，影响列车的安全问题。
在这种情况下，虽然可以解决钢轨热胀冷缩的问题，但是又会出现另一个问题——列车驶过路轨上的小接缝时便会产生“咔哒、咔哒”的声音。高速列车行驶在这种有接缝的路轨上，乘客就会产生行车不平稳的感觉。鱼尾板在缺乏现代化投资的路线上最为常见，大部分美国铁路线差不多都是这一类，而且很多地方使用的还是木制的枕轨(也称枕木)。此外还有一个原因，就是美国的铁路速度较慢，木材价格低廉。
（2）持续焊接
持续焊接轨道，是一种较新的连接钢轨方法，也有人称之为无缝轨道或长焊轨。通过这种方法，能够把长为上千米的钢轨用焊接的方式接成一条连续的钢轨。这样一来，也就不存在接缝了，路轨的强度更大了，需要维修的次数也就越来越少了，更利于车辆的行驶。与用鱼尾板焊接比起来，此焊接法的成本较高。
为了更好地解决无缝轨道由于冷缩热涨引起的问题，钢轨只好被紧紧地固定在线路之上，它们的自由伸缩也就受到了约束。通常情况下，混凝土制成的轨枕，将钢轨用坚固的扣件扣上，再在下方配上足够的道碴。工作人员在更换或铺设钢轨时，钢轨会先被拉长，使它们膨胀，最后就锁定在轨枕上。这样一来，如果以后温度增高，路轨也不会膨胀太多。对于锁定轨道来说，温度是相当重要的。每段轨道通常都会以当地最高及最低温度为参考，然后算出适宜的温度。不过值得注意的是，温度一旦超过最初的预算（例如出现突破历史纪录的炎夏或寒冬），无缝轨道就极有可能出现弯曲或断裂的现象。
因此，如果有需要的话，使用持续焊接的轨道，仍然可以在需要的地方用到接头。但这些接头接合角度大多数都是倾斜的。这样一来，有利于减少车轮经过时产生的震动及噪音，而且钢轨仍然会有膨胀的空间。此类接头，被人们称之为调节道岔。
（3）维修
进行维修工作，对于铁路轨道来说是非常必要的，因为只有这样，才能维持良好的运作状态。路轨维修工作极为繁重，往往需要大量的人力来完成。近年来，由于科技的发展，维修时会用到大量机器。一般情况下，铁路轨道主要保养维修工作有：打磨钢轨，改善钢轨的平面及纵面，更换部分或全部钢轨，更换轨枕，捣固、清理、更换及补充道碴等。在路线繁忙时，列车间距通常都很短，在这种情况下，大多数铁路营运者以自动化的工程列车进行部分维护工作，有利于工作效率的提高。
铁轨能够一直为人类服务，完全得利于这些接合以及维修技术。
如此看来，铁轨的接合与维修，起着非常重要的作用。
4．钢铁历史——世界铁路发展史
历史上中外闻名的“光荣革命”，想必是众所周知的，实际上世界铁路的发展史就起源于这一次事件。
1688年，英国资产阶级发动了“光荣革命”，自此，便诞生了资本主义制度。生产力得到进一步发展，手工业分工日渐精密，各个生产过程越来越简单，甚至机器能够取代部分手工劳动，使手工技术越来越趋于专业化，这为机器的发明和应用提供了良好的条件。
纺织业——工业革命由此开始。后来，随着纺织业的发展，大机器生产逐步取得了主导地位。这样一来，蒸汽机便应运而生了。
后来，利用蒸汽机的原理研制出能够在公路上行驶的蒸汽车（也就是后来的汽车）。数十年后，运行在轨道上的蒸汽火车头便诞生了。
英国的斯托克顿-达灵顿铁路，是世界上首条承载蒸汽机车的永久性公用运输设施，于1825年9月27日正式通车。通车典礼极为盛大，设计者斯蒂芬森亲自驾驶着由机车、煤水车、32辆货车和1辆客车组成的载重量约90吨的“旅行号”列车，于上午9点从伊库拉因车站出发，在下午3点47分抵达斯托克顿，运行路程为31.8千米。
世界第一条铁路的正式开业与运营，是近代铁路运输业的开端。由于铁路有很多优点（速度快、方便、经济等），因此其发展极为迅速。在其发源地英国，修筑铁路成为最热门、最时髦的一件事。
英国铁路修建的高潮时期出现在19世纪50年代，1880年，基本完成主要线路，1890年，已经形成全国性的铁路网。
近年来，全世界117个国家和地区拥有的铁路里程大约为120万千米，印度、加拿大的铁路里程达6万多千米，我国铁路里程已突破7万千米，俄罗斯铁路里程大约为10余万千米，而美国则多达20多万千米；其他国家拥有的铁路里程相对较少，例如法国、德国只有4万多千米，阿根廷只有大约3万多千米；日本、意大利、墨西哥、巴西、波兰、南非等拥有铁路更少，差不多都是2万多千米；英国、西班牙、瑞典、罗马尼亚等1万多千米，而澳大利亚、匈牙利、新西兰、奥地利、芬兰、智利、古巴、挪威、保加利亚、比利时、巴基斯坦、土耳其、朝鲜、印度尼西亚、伊朗、埃及等国家大多才超过4000千米。
铁路在各大洲的分布比例大约为：美洲36.8%，欧洲34.2%，亚洲17.5%，非洲7.5%，大洋洲4.0%。
从上述数据可以看出，经济越是发达的国家，拥有的铁路也就越多。因此世界各个国家要想拥有更多的铁路，只有努力提高自己的经济实力。
5．欲穷千里目——铁路的发展趋势
对于未来铁路的发展趋势，生活在今天的人们是很难准确地说出来的，也不太可能说清楚。然而我们可以根据已有的科学原理，来设想我们可以通过努力能够造出什么样的铁轨来。
在长达一个世纪的时间里，铁路一直是陆上运输的宠儿。然而，随着汽车、航空和管道运输的快速发展，铁路的优势地位便开始动摇了。
安全、准确、快速、方便、舒适是社会经济发展的要求。为了更好地适应货主和旅客这一需求，世界各国铁路纷纷采用大规模的现代化技术，对其进行改造。与此同时，改革运输组织工作，在重载、高速运输和信息技术方面取得了优秀的成绩。另外，由于现代管理和优质服务以及铁路的区域联网、洲际联网的快速发展，使得铁路又添活力，因此仍然在陆上运输起着非常重要的作用。
依据近年来的发展水平，世界各国铁路客运发展的总趋势是：高速、密度大，扩编或采用双层客车。要想实现客运高速化，就必须采用动车组和电力机车牵引旅客列车，这是一个必不可少的重要条件。
轻轨交通的发展，不仅能够改善城市交通环境，而且也是一种富有生命力的交通工具，因此会受到越来越多的关注。世界各国解决人口密度相对较大地区的客运繁忙的有效措施就是：市郊铁路与地下铁道、轻轨铁路紧密联结，不仅共线，而且共站，共同构成大城市的快速运输系统。随着科技的发展，未来的大城市快速运输系统将与全国铁路网相连，共同合作，构成一个统一的客运运输网。
集中化、单元化和大宗货物运输重载化，是世界各国铁路发展在货物运输方面的共同趋势。现如今，列车性能已趋于维护费用和能源的极限。铁路的软件革命（即改进管理与控制），能够使铁路技术设备的效能发挥得更充分。