原標(biāo)題：高速磁浮將為未來的軌道交通注入新的活力

來源：人民日報

圖為高溫超導(dǎo)磁浮列車效果圖。西南交通大學(xué)牽引動力國家重點(diǎn)實驗室供圖

高鐵作為我國建設(shè)創(chuàng)新型國家的標(biāo)志性成果，歷經(jīng)多年飛速發(fā)展，成績斐然，已經(jīng)成為一張亮麗的“中國名片”。在軌道交通領(lǐng)域，對更高速度的追求一直不曾停步。高鐵之后的中國交通，如何繼續(xù)領(lǐng)跑世界？在朝向高速、環(huán)保、安全、舒適的道路上，未來的地面交通工具還會有哪些突破？高速磁浮列車或許能給出答案。

高速磁浮列車可填補(bǔ)高鐵和航空之間的速度空白

我們知道，高鐵列車依靠旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動，通過齒輪、車軸帶動車輪旋轉(zhuǎn)，車輪與鐵軌相互摩擦，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動。這種接觸式的旋轉(zhuǎn)不可避免會產(chǎn)生摩擦、磨損、噪聲等，也制約著高鐵的提速。與高鐵列車相比，磁浮列車最大的不同在于它沒有車輪，卻能夠沿著特定軌道前行。這要?dú)w功于電磁力的作用。地面軌道和車載磁體相互作用產(chǎn)生電磁力，將車體懸浮于軌道之上，再利用沿著軌道鋪設(shè)的直線電機(jī)驅(qū)動列車運(yùn)行。這樣一來，磁浮列車就省卻了旋轉(zhuǎn)電機(jī)、車軸、齒輪、軸承和車輪等構(gòu)造，避免了機(jī)械接觸導(dǎo)致的摩擦磨損，因而具有速度高、噪聲低、維護(hù)量少、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

僅以速度為例，高速磁浮列車的最高時速可達(dá)600公里以上（常規(guī)運(yùn)營時速達(dá)到500公里左右），所以被稱為“貼地飛行列車”。倘若按“門到門”理念計算實際旅行時間，高速磁浮在服務(wù)1500公里運(yùn)程范圍內(nèi)具有一定優(yōu)勢。它可以填補(bǔ)高鐵（時速400公里以內(nèi)）和航空（時速800公里以上）之間的速度空白，對現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成重要補(bǔ)充，助力形成航空、高速磁浮、高鐵和城市交通等速度階梯完善、高效便捷的多維立體交通構(gòu)架。

高速磁浮作為新型軌道交通領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，近年來逐漸走進(jìn)大眾視野。事實上，早在1922年，常規(guī)導(dǎo)體（常導(dǎo)）電磁懸浮原理就被提出，1935年已經(jīng)研制出世界上最早的磁浮試驗?zāi)Ｐ汀Ｄ壳笆澜缟嫌?條商業(yè)應(yīng)用的磁浮線路，均為常導(dǎo)制式。其中，上海高速磁浮列車示范線于2006年開通，是世界上第一條商業(yè)運(yùn)營的高速磁浮線，迄今已經(jīng)安全運(yùn)行15年，最高運(yùn)行時速可達(dá)430公里，率先驗證了高速磁浮的技術(shù)可靠性與安全性。2021年7月20日，由中國中車承擔(dān)研制、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的時速600公里高速磁浮交通系統(tǒng)在山東青島正式下線。這是世界首套設(shè)計時速達(dá)600公里的常導(dǎo)高速磁浮交通系統(tǒng)，標(biāo)志著我國已掌握常導(dǎo)高速磁浮全套技術(shù)和工程化能力。

磁浮制式探索路徑不一，各顯其長

常導(dǎo)電磁懸浮發(fā)展歷史較長，技術(shù)較為成熟，擁有多年運(yùn)營經(jīng)驗。除了常導(dǎo)電磁懸浮外，高速磁浮還包括低（高）溫超導(dǎo)電動懸浮、永磁電動懸浮和高溫超導(dǎo)釘扎磁浮等不同制式的探索。

這些制式首先是依據(jù)不同的懸浮導(dǎo)向原理。簡單說來，電磁懸浮依靠列車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道之間的相互吸引力實現(xiàn)懸浮；電動懸浮就像列車在軌道上“打水漂”，需要達(dá)到一定的速度才能脫離軌道浮起來；釘扎磁浮則如名字所示，超導(dǎo)磁體被無形的磁場緊緊“釘”在軌道上方。科研人員還從導(dǎo)體材料入手，進(jìn)行不同路徑的探索：常導(dǎo)磁浮使用的是常規(guī)導(dǎo)體材料，比如銅或鋁；超導(dǎo)磁浮使用的是超導(dǎo)材料，其最大優(yōu)點(diǎn)在于沒有電阻，可減少電流傳輸過程中的熱消耗，導(dǎo)電能力能達(dá)到常規(guī)導(dǎo)體銅線的幾十倍以上，可以產(chǎn)生更大的懸浮力、導(dǎo)向力和驅(qū)動力。

以我國擁有全部知識產(chǎn)權(quán)的高溫超導(dǎo)釘扎磁浮技術(shù)為例。這一技術(shù)得益于超導(dǎo)材料研發(fā)應(yīng)用的不斷突破。高溫超導(dǎo)是相對于低溫超導(dǎo)而言的，前者的冷卻溫度為零下196攝氏度，后者為零下269攝氏度，相比之下工作溫度在很大程度上得到了提高，并且零下196攝氏度恰好處于液氮溫區(qū)，高溫超導(dǎo)體可以利用液氮進(jìn)行長時間冷卻，簡化了制冷系統(tǒng)，更加節(jié)能環(huán)保。利用高溫超導(dǎo)材料特有的“釘扎”物理現(xiàn)象，永磁軌道形成的磁場就像一只無形的大手，將超導(dǎo)體緊緊抓住。自懸浮、自穩(wěn)定、自導(dǎo)向是高溫超導(dǎo)釘扎磁浮列車最大的特點(diǎn)。車體在靜止的狀態(tài)下，可以呈現(xiàn)“懸浮”狀態(tài)。普通人用手輕輕一推，就能將巨型的磁浮列車推動。釘扎力還能使列車實現(xiàn)超強(qiáng)平穩(wěn)性，帶來舒適乘車體驗。

我國從1997年開始對載人高溫超導(dǎo)磁浮列車進(jìn)行研究。當(dāng)時國際上對于該領(lǐng)域的關(guān)注很少。2000年12月31日，世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁浮實驗車“世紀(jì)號”在西南交通大學(xué)誕生。2013年2月，國內(nèi)首條載人高溫超導(dǎo)磁浮環(huán)形試驗線研制成功，超導(dǎo)磁浮試驗車可以在環(huán)形線上以時速50公里持續(xù)運(yùn)行。

高速磁浮+真空管道，列車速度有望超過民航飛機(jī)

雖然取得了這些成果，我們依然面臨著來自速度的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。磁浮列車要想跑得更快，還要解決空氣阻力問題。高速列車運(yùn)行時會受到輪軌接觸摩擦阻力，也會受到空氣阻力，磁浮技術(shù)僅僅能夠消除接觸摩擦阻力，但是在地表稠密的大氣環(huán)境下，空氣阻力問題依然存在。據(jù)實際測試，當(dāng)列車時速超過400公里，受到的空氣阻力將占到列車所受總阻力的80％以上。對此，一方面可以利用更強(qiáng)的動力提高時速，而這將會帶來經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性難題；另一方面便是想辦法減小空氣阻力，真空管道技術(shù)因此應(yīng)運(yùn)而生。

簡單地說，如果將磁浮列車置于真空管道中，利用真空減小空氣阻力，能夠繼續(xù)提升地面軌道交通的速度上限。從理論上來講，未來高速磁浮交通結(jié)合真空管道技術(shù)，運(yùn)營時速將超過民航飛機(jī)速度，達(dá)到1000公里以上，成為搭載人類出行的“超高速列車”。我國在2014年6月率先建成全球首個真空管道高溫超導(dǎo)磁浮列車環(huán)形試驗線，驗證了真空管道高溫超導(dǎo)磁浮交通的可行性，受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。

如今，不少國家都在研發(fā)自己的磁浮系統(tǒng)，高速磁浮交通發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢。但客觀上來說，高速磁浮距離工程化和商業(yè)運(yùn)營還有許多技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性難題亟待突破，不論是常導(dǎo)磁浮還是超導(dǎo)釘扎磁浮，都需要建設(shè)長距離試驗線來做全面的高速試驗驗證。高速磁浮的研發(fā)和運(yùn)行，還有一段長路要走。

相信隨著磁浮技術(shù)的不斷探索進(jìn)步，在地面實現(xiàn)（超）高速軌道交通運(yùn)輸這一夢想與現(xiàn)實的距離正在不斷縮短。期待著未來有一天，高速磁浮走進(jìn)我們的生活，成為人們出行的重要交通工具。人們可以早上8點(diǎn)從北京出發(fā)，10點(diǎn)就到達(dá)上海，不僅可以媲美航空的旅行速度，同時擁有安全舒適的乘坐體驗，這將給人們的工作生活帶來更多便利，極大促進(jìn)各地的互聯(lián)互通。高速磁浮技術(shù)擁有較廣闊的應(yīng)用前景，將為未來的軌道交通注入新的活力。

（作者為西南交通大學(xué)教授）

制圖：趙偲汝

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《磁懸浮鐵路系統(tǒng)與技術(shù)》：魏慶朝、孔永健編著；中國科學(xué)技術(shù)出版社出版。

《磁懸浮軌道交通國際研發(fā)態(tài)勢分析》：先進(jìn)軌道交通重點(diǎn)專項專題服務(wù)組編著；電子工業(yè)出版社出版。

《軌道上的現(xiàn)代與未來》：本書編寫組編；西南交通大學(xué)出版社出版。

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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