“磁懸浮”：零高度飛行器

專家簡介

朱其杰 原中國鐵道科學研究院副院長、研究員。任職期間，領(lǐng)導、組織過很多國家和鐵道部重大科研攻關(guān)項目，其中包括原國家科委“八五”攻關(guān)“低速磁懸浮列車研究”項目。曾擔任“上海磁浮示范運營線后評估”專家組組長，“滬杭磁浮支線(上海機場聯(lián)絡線)可研報告評審”專家組組長。

中低速磁懸浮擬用于北京S1線

中低速磁懸浮列車項目是北京市科委從2001年開始支持的重大科研項目，據(jù)介紹，該項目已經(jīng)突破了懸浮與控制等一系列具有世界領(lǐng)先水平的核心技術(shù)，掌握了自主知識產(chǎn)權(quán)的工程化技術(shù)，今年4月初在唐山建立了1.6公里的試驗線。中低速磁懸浮擬用于北京S1線，規(guī)劃中的S1線東起西四環(huán)定慧橋北五路橋，西到門頭溝區(qū)。圖為由北京控股磁懸浮技術(shù)發(fā)展有限公司制造的中低速磁懸浮列車模型。

日前，北京市軌道交通相關(guān)負責人透露，從西四環(huán)定慧橋北五路到門頭溝的S1線將采用低速磁懸浮列車，預計2015年運營。一時間，神秘的磁懸浮列車成為了人們關(guān)注的焦點，猶如其別致的名稱，人們對磁懸浮的種種疑問也變成了一個個懸念:乘坐磁懸浮安全不安全?人體會不會接受磁輻射?日前，記者采訪了原中國鐵道科學研究院副院長、研究員朱其杰，他詳細解答了大家的疑問。

何為磁懸浮列車

朱其杰研究員介紹，磁懸浮列車作為一種新型的軌道交通工具。它不使用機械力，而是主要依靠電磁力使車體浮離軌道，就像一架超低空飛機貼近特殊的軌道運行。整個運行過程是在無接觸、無磨擦的狀態(tài)下實現(xiàn)高速行駛，因而具有“地面飛行器”、“超低空飛機”的美譽。很多人在問:磁懸浮列車為什么能離開軌道飛馳呢?

磁懸浮列車的原理其實并不深奧，它是運用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的原理，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”?？茖W家將“磁性懸浮”這種原理運用在鐵路運輸系統(tǒng)上，使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車，時速可達幾百公里以上。這就是所謂的“磁懸浮列車”，亦稱之為“磁墊車”。

磁懸浮的發(fā)展歷史

早在1922年，德國的赫爾曼·肯珀就提出了電磁原理，并在1934年申請了磁懸浮列車的專利，并由此開始為人類編織一個高速乘行的夢想。

數(shù)十年的發(fā)展，時至今日，磁懸浮技術(shù)形成了分別以德國和日本為代表的兩大研究方向——EMS系統(tǒng)和EDS系統(tǒng)。德國認準的EMS(常導磁吸型)系統(tǒng)，是利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵性物質(zhì)相吸引的基本原理，把列車吸附上來懸浮運行。日本看好的EDS(超導磁斥行)系統(tǒng)，則是用超導的磁懸浮原理，使車輪和鋼軌之間產(chǎn)生排斥力，使列車懸空運行。目前兩種車型都達到了500公里左右的時速，兩種方案都切實可行，孰優(yōu)孰劣，也確實難分高下。

1981年，德國開始修建第一條磁懸浮鐵路，至1987年完工。日本于1977年制成了ML500型超導磁浮列車的實驗車，1979年在宮崎縣建成全長7000米的試驗鐵路線，1979年12月達到了每小時517公里的高速度，證明了用磁懸浮方式高速行駛的可能性。1987年3月，日本完成了超導體磁懸浮列車的原型車。

磁懸浮列車的優(yōu)點

磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)，磁懸浮列車意味著這些火車利用磁的基本原理懸浮在導軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術(shù)利用電磁力將整個列車車廂托起，擺脫了摩擦和令人不快的鏘鏘聲，實現(xiàn)與地面無接觸的快速“飛行”。朱其杰研究員說，作為一種地面交通工具，磁懸浮列車技術(shù)的確有其速度優(yōu)勢。主要優(yōu)點如下:

首先，它克服了傳統(tǒng)輪軌鐵路提高速度的主要障礙，發(fā)展前景廣闊。

第一條輪軌鐵路出現(xiàn)在1825年，經(jīng)過140年努力，其運營速度才突破200公里/小時，由200公里/小時到300公里/小時又花了近30年。還應注意到，輪軌鐵路提高速度的代價是很高的，300公里/小時高速鐵路的造價比200公里/小時的準高速鐵路高近兩倍，比120公里/小時的普通鐵路高3～8倍，繼續(xù)提高速度，其造價還將急劇上升。

第二，磁懸浮列車是當今唯一能達到運營速度500公里/小時的地面客運交通工具，具有不可取代的優(yōu)越性。

對于客運來說，提高速度的主要目的在于縮短乘客的旅行時間，因此，運行速度的要求與旅行距離的長短緊密相關(guān)。各種交通工具根據(jù)其自身速度、安全、舒適與經(jīng)濟的特點，分別在不同旅行距離中起骨干作用。

第三，能耗低。

第四，啟動停車快，爬坡能力強，選擇自由度較大。已經(jīng)證明，磁懸浮列車爬坡能力可達100%，而輪軌高速為40%，在同等速度下，磁懸浮列車轉(zhuǎn)彎半徑小，從而其選擇自由度較大，這意味路軌可較短、少占地面、耕地，降低總投資。

第五，磁懸浮列車與輪軌列車相比還有安全、舒適，維修少的優(yōu)勢。磁懸浮列車在結(jié)構(gòu)上保證不易脫軌，推進方式保證不易撞車。磁懸浮列車沒有車輪和鐵軌的接觸以及機械接觸，震動小、舒適性好，其工作屬于無磨損運行，維修主要集中在電子技術(shù)方面，不需大量體力勞動。

第六大優(yōu)點是磁懸浮列車采用電力驅(qū)動，不需燃油，這使它的發(fā)展不受能源結(jié)構(gòu)，特別是燃油供應的限制;同時，無有害氣體排放，環(huán)境污染小。

“磁懸浮”輻射安全嗎?

朱其杰研究員介紹，根據(jù)多次試驗數(shù)據(jù)表明，磁懸浮列車的磁場輻射強度非常低，與地球磁場相當，遠低于家用電器。聽了這些介紹，你還為磁懸浮的安全問題擔憂嗎?

磁懸浮列車的缺點

磁懸浮列車技術(shù)還處在發(fā)展中，與運營已有30多年經(jīng)驗的高速輪軌鐵路相比，高速磁懸浮列車在技術(shù)成熟性和建設運營經(jīng)驗上還有明顯差距。目前磁懸浮列車應用的最大難點是，作為一種新型交通工具，高速磁懸浮列車與輪軌鐵路只能像汽車、飛機、輪船一樣通過換乘來兼容。

磁懸浮列車最大的缺點是，由于列車速度高，在地面運行必將產(chǎn)生很大噪音，所以，做為地面交通工具，其速度最高值選擇是很值得探討的問題。

其次，磁懸浮鐵路無法利用既有的線路，必須全部重新建設。由于磁懸浮鐵路與常規(guī)鐵路在原理、技術(shù)等方面完全不同，因而難以在原有設備的基礎上進行利用和改造。

磁懸浮列車的中國現(xiàn)狀

我國從上世紀70年代開始進行磁懸浮技術(shù)的研究，首臺小型磁懸浮原理樣車在1989年春出現(xiàn)。原國家科委在“八五”期間曾將低速磁懸浮列車列為國家攻關(guān)項目，由鐵道部科學研究院牽頭，西南交大、國防科大、鐵道部長春客車廠、中科院參加，對低速磁懸浮技術(shù)開展了系統(tǒng)研究，并研制了載人磁懸浮樣車。1995年5月，我國第一臺載人高速磁懸浮樣車研制成功，這臺磁懸浮車長3.36米，寬3米，軌距2米，可乘坐20人，設計時速500公里。1996年7月，國防科技大學緊跟世界磁懸浮列車技術(shù)的最新進展，成功地進行了各電磁鐵運動解耦的獨立轉(zhuǎn)向架模塊的試驗。

目前以引進德國技術(shù)為主建設的上海磁懸浮示范運營線，西起上海地鐵2號線龍陽路站，東到浦東國際機場。線路正線全長約30公里，雙線上下折返運行，最高運行速度為每小時430公里，單線運行時間約8分鐘。這是世界上第一條投入商業(yè)化運營的磁懸浮示范線，具有科學研究、城市交通、展示等功能。

21世紀，中國如何發(fā)展磁懸浮列車?

磁懸浮列車是21世紀地面交通技術(shù)發(fā)展的一個方面，在中國，是選擇國外已成功運營30多年、時速300公里以上的輪軌系高速列車，還是選擇時速500公里目前尚在試驗階段的磁懸浮列車問題上，爭論已持續(xù)了多年，有關(guān)專家的意見分歧還是很大。朱其杰研究員認為，各種交通工具都有自己的優(yōu)勢和適用范圍，就像沒有人去選擇北京到天津開航班一樣，關(guān)鍵是要選好某種交通工具建設的地點及其相關(guān)條件，這樣才能充分發(fā)揮該種交通工具的優(yōu)勢，這是最重要的。就磁懸浮列車而言，同樣有其發(fā)展空間。低速磁懸浮列車國產(chǎn)化程度高，如造價與地鐵相比有優(yōu)勢，在山區(qū)城市做為市內(nèi)交通工具就是很好的選擇。高速磁懸浮列車，當前要充分利用上海磁懸浮示范運營線的條件，加快國產(chǎn)化進程，完全掌握關(guān)鍵技術(shù)，降低造價，在未來做為中長距離城市間快速交通工具，也是有其發(fā)展空間的。

未來:“磁懸浮” 在地下穿行

展望未來，隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，高速、平穩(wěn)、安全、無污染的磁懸浮列車，將成為21世紀人類理想的交通工具。朱其杰研究員分紹了未來磁懸浮列車的發(fā)展趨勢。

目前，日本的磁懸浮列車為保護乘客安全采用了屏蔽車廂，這樣，讓列車完全在地下線路上行駛的設想日臻成熟。瑞士的一些設計人員正在研究地下磁懸浮列車穿越瑞士的可行性，當然，這還只是未來可能實現(xiàn)的設想。許多專家認為，地下磁懸浮列車正是因其在地下(真空中)線路上行駛，由于來自空氣動力方面的阻力為零，客觀上便可節(jié)約能源，同時安全性也大大地提高了(沒有任何振動，沒有由列車對開會車時風或氣流引起的任何問題)，并且不與環(huán)境保護問題發(fā)生沖突。

位于奧地利維也納附近的“系統(tǒng)應用分析研究所”的有關(guān)報告肯定了這一設想，該研究所的負責人在其研究報告中說明，地下磁懸浮列車在200公里以內(nèi)運行所需時間不超過30分鐘，這就可能滿足經(jīng)常要在兩地之間往返的那些人的需求。該負責人還計算過從德國波恩到柏林的磁懸浮列車地下線路的造價，這個造價要遠遠低于德國遷都柏林的費用，如果建造一條地下磁懸浮列車線，那就等于修建了一個在地理上分開、然而卻由地下磁懸浮列車連接起來的首都，從首都的這一邊到另一邊的旅行只需要一個半小時。

美國甚至設想用這種地下磁懸浮列車將東海岸同西海岸連接起來，美國正在研制地下真空磁懸浮超音速列車。這種神奇的“行星列車”設計最高時速為2.25萬公里，是音速的20多倍。它橫穿美國大陸只需21分鐘，而噴氣式客機則需5小時。這項計劃要求首先在地下挖出隧道，鋪設兩根至四根直徑為12米的管道，然后抽出管道中的空氣，使其接近真空狀態(tài)，最后再用超導方式行駛磁懸浮列車。這種聽似天方夜譚設想，隨著科技的發(fā)展并不是夢。