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“海嘯”：中國航天科工集團(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)，國內(nèi)超級城市群便能形成1小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈,。

　　“超級高鐵”效果圖

“高速飛行列車”是個(gè)什么“鬼”,？4000公里的時(shí)速,，是否考慮過乘車群眾“小心臟”的承受力？科技日報(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,。”西南交通大學(xué)超導(dǎo)中心教授趙勇說,。

不久前,，國防科技大學(xué)磁浮技術(shù)工程研究中心教授李杰在接受科技日報(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“無極限”,。4000公里時(shí)速，理論上可行,。不過,，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)動下磁浮系統(tǒng)的動力學(xué)穩(wěn)定性；如何保證高速運(yùn)動下的直線驅(qū)動效率,?！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)我國軌道交通國家標(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),。對于1000公里以上的“超級高鐵”,，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試平臺。學(xué)校有兩個(gè)課題組開展了在真空管道中的高溫超導(dǎo)磁浮問題研究,。其中,，一組偏重載人磁浮系統(tǒng)研究，目前在平臺中載人運(yùn)行速度可達(dá)30公里時(shí)速,。另一組則偏重高速運(yùn)動下的動力學(xué)行為,，在平臺中運(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)在特性決定的被動懸浮。它具有結(jié)構(gòu)簡單,、安全,、自導(dǎo)向、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢,?！壁w勇說。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,，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?！?/p>

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，如長沙磁浮列車,。高速磁浮列車中,，上海磁浮列車采用了長定子同步直線電機(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,?！皣鴥?nèi)對長定子直線電機(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，國內(nèi)正在開展長定子直線電機(jī)工程化研究,。不過目前主要是針對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,，是指將其空氣動力學(xué)方面的優(yōu)勢,，運(yùn)用于高速運(yùn)動的穩(wěn)定性、氣動設(shè)計(jì)等方面,，并非簡單的“航天技術(shù)+磁浮技術(shù)”,。

“超級高鐵”

一場全球磁浮技術(shù)的“星際爭霸”

“高速飛行列車”為真空管道列車,，實(shí)質(zhì)也是“Hyperloop超級高鐵”概念。這一千公里時(shí)速的超級高鐵架構(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“超級高鐵”形勢看好,，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,。”鮑威爾說,。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，超級高鐵成本也不“平民”,。HTT正在搭建的8公里長測試軌道,，預(yù)估需耗資1億美元，這僅是最初期測試軌道的鋪設(shè)花費(fèi),。

來自研發(fā)團(tuán)隊(duì)rLoop的萊納德表示,，超級高鐵能在未來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,，將會有大量的測試和監(jiān)管問題有待解決,。