時(shí)速4千公里的“飛鐵”：面臨懸浮、導(dǎo)向,、牽引等幾大難題

俞慧友

8月的最后一天,，一條科技新聞引發(fā)了輿論場(chǎng)“海嘯”：中國(guó)航天科工集團(tuán)公司宣布，正在推進(jìn)結(jié)合了超聲速飛行技術(shù)與軌道交通技術(shù)的“高速飛行列車”項(xiàng)目,，時(shí)速有望高達(dá)4000公里。一旦實(shí)現(xiàn),，國(guó)內(nèi)超級(jí)城市群便能形成1小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈,。

　　“超級(jí)高鐵”效果圖

“高速飛行列車”是個(gè)什么“鬼”？4000公里的時(shí)速,，是否考慮過(guò)乘車群眾“小心臟”的承受力,？科技日?qǐng)?bào)記者就此采訪了有關(guān)專家，一探神奇列車背后的究竟,。

4000公里時(shí)速

有理論與技術(shù)基礎(chǔ) 尚乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐

“在真空管道中運(yùn)行4000公里時(shí)速,，是基于現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的推斷，有一定理論和技術(shù)基礎(chǔ),，但缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù),。實(shí)現(xiàn)1000公里的目標(biāo)，是最關(guān)鍵的一步,?！蔽髂辖煌ù髮W(xué)超導(dǎo)中心教授趙勇說(shuō)。

不久前,，國(guó)防科技大學(xué)磁浮技術(shù)工程研究中心教授李杰在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)曾肯定,，依據(jù)磁浮原理，磁浮列車速度確實(shí)可以“無(wú)極限”,。4000公里時(shí)速,，理論上可行。不過(guò),，理想很豐滿,，現(xiàn)實(shí)仍“骨感”。

趙勇介紹,，要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)速度,，至少要解決三大問(wèn)題：如何低成本獲得真空管道以及管道維護(hù)；如何確保高速運(yùn)動(dòng)下磁浮系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性,；如何保證高速運(yùn)動(dòng)下的直線驅(qū)動(dòng)效率,?！斑@些都需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐?！?/p>

超高速磁浮列車

仍面臨懸浮,、導(dǎo)向、牽引技術(shù)三大“難”

李杰介紹,，磁浮列車主要涉及懸浮,、導(dǎo)向、牽引等核心關(guān)鍵技術(shù),。時(shí)速1000公里以上的超高速列車,，如何穩(wěn)定懸浮、且“不跑偏”,，如何獲得與超高速相匹配的牽引技術(shù),，都需要一步步向前推進(jìn)。

失之毫厘差之千里,。根據(jù)我國(guó)軌道交通國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，中低速磁浮列車，每10米允許的“跑偏”誤差不超過(guò)3毫米,。高速磁浮列車每跨“跑偏”誤差必須控制在1毫米以內(nèi),。對(duì)于1000公里以上的“超級(jí)高鐵”，其誤差控制精度,，則更高,。如何讓它“不跑偏”？

趙勇表示,，這有望實(shí)現(xiàn),。航天科工集團(tuán)三院三部主任助理、高速飛行列車項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人毛凱介紹,，研制團(tuán)隊(duì)正開(kāi)展的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中,，有一項(xiàng)為高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)。這一技術(shù),，西南交通大學(xué)已有研究,。2014年，該校搭建了實(shí)驗(yàn)環(huán)線半徑為6米的全球首個(gè)真空管超高速磁懸浮列車原型測(cè)試平臺(tái),。學(xué)校有兩個(gè)課題組開(kāi)展了在真空管道中的高溫超導(dǎo)磁浮問(wèn)題研究,。其中，一組偏重載人磁浮系統(tǒng)研究,，目前在平臺(tái)中載人運(yùn)行速度可達(dá)30公里時(shí)速,。另一組則偏重高速運(yùn)動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)行為，在平臺(tái)中運(yùn)行速度可達(dá)160公里時(shí)速,。

“我們的高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù),，基于高溫超導(dǎo)體與永磁體間的抗磁和磁通釘扎作用,，是一種由材料內(nèi)在特性決定的被動(dòng)懸浮。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、安全,、自導(dǎo)向、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì),?！壁w勇說(shuō)。正因?yàn)槠渚邆涞摹白詫?dǎo)向性”,，確保了其在合理軌道設(shè)計(jì)下,，列車沿軌道穩(wěn)定運(yùn)行的可能?！皣?yán)格說(shuō),，它是‘非理想第二類超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)、磁通釘扎’與‘量子磁浮記憶效應(yīng)’的結(jié)合,。”

按懸浮形式,，磁浮技術(shù)可分為常導(dǎo)與超導(dǎo)兩類,。日本采用了基于電磁動(dòng)態(tài)懸浮的低溫超導(dǎo)磁浮技術(shù)，這一技術(shù)業(yè)已成熟,，載人速度可達(dá)時(shí)速600多公里,。2014年，日本開(kāi)工建設(shè)世界首條最高時(shí)速達(dá)505公里的超導(dǎo)磁懸浮高速鐵路,。預(yù)期2027年建成通車,；上海430公里時(shí)速的磁浮列車，則采用了德國(guó)的常導(dǎo)磁浮技術(shù),，利用了電磁吸引懸浮原理,。全球尚未形成1000公里時(shí)速以上的磁浮成熟技術(shù)。

中車株洲電機(jī)有限公司牽引電機(jī)研發(fā)部副經(jīng)理何云風(fēng)則介紹,，根據(jù)速度,，磁浮列車有高速和中低速之分。中低速磁浮列車,，一般采用短定子直線感應(yīng)電機(jī)牽引,，如長(zhǎng)沙磁浮列車。高速磁浮列車中,，上海磁浮列車采用了長(zhǎng)定子同步直線電機(jī)牽引,，日本高速磁浮列車則采用了低溫超導(dǎo)直線電機(jī)牽引?！皣?guó)內(nèi)對(duì)長(zhǎng)定子直線電機(jī)尚未實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用,，且有同步,，永磁、超導(dǎo)等技術(shù)路線之分,，國(guó)內(nèi)正在開(kāi)展長(zhǎng)定子直線電機(jī)工程化研究,。不過(guò)目前主要是針對(duì)400-600公里時(shí)速的直線同步電機(jī)，600公里以上的還在前期研究中,?！?/p>

趙勇補(bǔ)充解釋，所謂航天技術(shù)與磁浮技術(shù)的結(jié)合,，是指將其空氣動(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)勢(shì),，運(yùn)用于高速運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、氣動(dòng)設(shè)計(jì)等方面,，并非簡(jiǎn)單的“航天技術(shù)+磁浮技術(shù)”,。

“超級(jí)高鐵”

一場(chǎng)全球磁浮技術(shù)的“星際爭(zhēng)霸”

“高速飛行列車”為真空管道列車，實(shí)質(zhì)也是“Hyperloop超級(jí)高鐵”概念,。這一千公里時(shí)速的超級(jí)高鐵架構(gòu)由特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克提出,，是“第五種交通方式”。這一概念提出后,，吸引了國(guó)際廣泛關(guān)注,，包括Space X、HTT,、Hyperloop One等在內(nèi)的大企業(yè),，均參與了研究。

然而,，盡管“超級(jí)高鐵”形勢(shì)看好,，但它的實(shí)現(xiàn)，存有諸多技術(shù)難題,。退休物理學(xué)家,、超導(dǎo)磁懸浮概念的聯(lián)合提出者詹姆士·鮑威爾就曾警示，軌道誤差必須非常小,，如果軌道墻壁位置差之毫厘,，都可能導(dǎo)致災(zāi)難。此外,，長(zhǎng)真空管道如何維持低壓,，甚至接近真空狀態(tài)極為困難。

“整套系統(tǒng)非常脆弱,，哪怕一個(gè)點(diǎn)失敗,，都可能引發(fā)災(zāi)難?！滨U威爾說(shuō),。譬如,，假設(shè)有人在管壁穿孔，或地震導(dǎo)致管道稍微移位,，都可能導(dǎo)致乘客艙崩潰,。

此外，超級(jí)高鐵成本也不“平民”,。HTT正在搭建的8公里長(zhǎng)測(cè)試軌道,，預(yù)估需耗資1億美元，這僅是最初期測(cè)試軌道的鋪設(shè)花費(fèi),。

來(lái)自研發(fā)團(tuán)隊(duì)rLoop的萊納德表示,，超級(jí)高鐵能在未來(lái)5到10年成為現(xiàn)實(shí)已非常了不起。在任何形式的公共使用之前,，將會(huì)有大量的測(cè)試和監(jiān)管問(wèn)題有待解決,。