給超級高鐵插上騰飛的翅膀

卓 然

美國斯特拉的創(chuàng)始人，有“科技狂人”之稱的埃隆·馬斯克在6年前提出了利用低真空管道和磁懸浮技術研制“超環(huán)高鐵”的設想。2016年5月11日，該項目在美國內(nèi)華達州的拉斯維加斯郊區(qū)，進行公開測試。3米長的測試車在鋪設好的軌道上跑出了640千米的時速，舉世震驚。

讓世人更驚訝的是，幾乎與馬斯克團隊同步，中國科學家通力協(xié)作，也正在進行獨具特色的超級高鐵項目研制，從科學依據(jù)到實驗設施無不打上“中國創(chuàng)造”的鮮明烙印。2017年8月29日，中國航天科工集團有限公司在湖北省武漢市宣布，已啟動了1000千米/小時“高速飛行列車”的研發(fā)項目，將開發(fā)最高運行速度2000千米/小時、4000千米/小時的超高速列車。

據(jù)悉，中國航天科工集團有限公司是世界上首家提出超音速地面運輸系統(tǒng)的集團公司。目前，世界上已經(jīng)有三大公司宣布開發(fā)超過1000千米/小時的運輸系統(tǒng)，包括美國HTT公司、Hyperloop One公司和中國航天科工集團有限公司。

中國超級高鐵在這里孕育

在西南交通大學的實驗大樓里，搭建了一條全球首個真空管道超高速磁懸浮列車環(huán)形實驗線平臺，簡稱“載人高溫超導磁懸浮環(huán)形實驗線”。該線路總長45米，設計載重300千克，最大載重可達1噸，懸浮凈高大于20毫米，是目前國際上同等載重能力條件下，截面最小、永磁材料用量最少的超導懸浮系統(tǒng)，可進行0至50千米/小時的實際動態(tài)運行實驗。在真空管道理想狀態(tài)下，各項配套設施精準達標并完全配合調(diào)試的條件下，它可將列車理論時速提高到1000千米以上，開創(chuàng)陸地交通工具的新紀元。

西南交通大學牽引動力國家重點實驗室博士鄧自剛副教授自豪地表示，我們在該領域研究中的很多指標都是國際領先的。除了實際載重能力外，我們這個軌道的截面積是現(xiàn)在全世界最小的，它的寬度只有120毫米，厚度只有25毫米。它使用的永磁材料雖少，但動力一樣強勁驚人。

超級高鐵的超級動力哪里來？

磁懸浮技術是1個世紀前由德國人最早提出的。它是指利用磁力克服重力，從而使物體懸浮的一種技術。目前的懸浮技術主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術比較成熟。

磁懸浮列車是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮于空中并進行導向，實現(xiàn)列車與地面軌道間的無機械接觸，再利用線性電機驅(qū)動列車運行。磁懸浮列車分為常導型和超導型兩大類。前者以德國高速常導磁浮列車為代表，后者以日本MAGLEV為代表。

磁懸浮還有高低溫超導磁懸浮之分，這里所說的高低溫是相對而言的。高溫超導磁懸浮中的超導指的是一種超導材料，具有零電阻效應。也就是說，電流流經(jīng)導體時不發(fā)生熱損耗，可以毫無阻力地在導線中形成強大電流，從而產(chǎn)生超強磁場。超導磁懸浮，就是利用超導體的抗磁性，實現(xiàn)磁懸浮。而所謂高溫超導，是指在零下196攝氏度的液氮環(huán)境中，超導所具有的特性；低溫超導是指在零下269攝氏度的液氦環(huán)境中，超導所具有的特性。

與低溫超導和常溫超導相比，高溫超導有一個最大特點：它有自穩(wěn)定性。換句話說，把高溫超導體放在永磁軌道上后，它既能懸浮，又能懸掛，不管運動還是靜止，都能懸浮。在永磁軌道上，高溫超導體還提供穩(wěn)定的導向力和懸浮力，也就是不會上下左右搖晃，像釘子一樣牢牢地扎在永磁軌道上面。

難點與亮點同時聚焦

磁懸浮技術是當今世界最前沿的高科技，我們國家要用幾年時間完成發(fā)達國家?guī)资曜哌^的歷程，更何況中國科學家是在探索一條艱難、全新的路徑。

比如高溫超導材料從哪里來？特殊的軌道如何建設？車體究竟該怎樣設計等一系列的難題，如同一道道深不可測的鴻溝，橫亙在中國科研團隊的面前，每道溝壑還與深淺不一的湖汊堰塞相連，抬腿跨越，談何容易。接受挑戰(zhàn)，迎接考驗，是必然的。

專家介紹說，磁懸浮列車的最大秘密是鋪設在軌道上的永磁材料。歐美國家研發(fā)永磁材料多年，并對我國長期封鎖禁運，不但東西不賣給我們，想去參觀都被婉言謝絕。唯一的辦法，就是從零開始，我們自己摸索制造?，F(xiàn)在杭州一家企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的永磁材料，為中國超級高鐵的研制立下頭功一件。

攻克高性能的永磁材料難關后，接踵而至的難題是怎樣把永磁體拼接在一起，并形成磁懸浮導軌。由于永磁體之間相互排斥的磁力很大，一小塊便可產(chǎn)生300多千克的推力，一不小心就可能跑偏。經(jīng)過反復試驗，攻關團隊終于摸索出一系列設計的工序，通過機械的方式，一點一點把它固定好，一個磁鋼固定好，再裝下一個磁鋼。

當參與全程研制的年輕專家被問到，中國超級高鐵的研發(fā)截止目前遇到的最棘手的困難是什么時，他脫口而出，就是怎樣將超導帶材以最小的電阻值連接在一起。盡管現(xiàn)在超導帶材越做越長，從百米級躍升為千米級，但世界上還沒有不做接頭的超導帶材。超導帶材一有接頭，就會有電阻。如何把電阻降到最低值，一直是世界級難題。中國科研團隊研制了一個超導接頭技術，它的電阻能夠達到兩納歐姆左右，遠超國際最高水平。

就像“阿波羅計劃”給美國社會掀起一波又一波的高科技浪潮一樣，超級高鐵也必定會給中國科技制造業(yè)帶來深刻影響。原因很簡單，性能先進的超導材料應用前景廣闊，不僅用于磁懸浮交通，還能運用到超導電纜、新能源汽車無線電充電系統(tǒng)，甚至運用到國防軍事領域，比如導彈目前最新的冷發(fā)射技術。

傳統(tǒng)的導彈發(fā)射方式是點火發(fā)射方式，會產(chǎn)生大量的熱，很容易被對方熱感應雷達發(fā)現(xiàn)，使他們有時間啟動反導系統(tǒng)。如果采用超導儲能裝置，在短時間內(nèi)把巨大的能量，迅速釋放出去，可以把這個導彈拋射到空中，達到一定的高度再點火，等對方發(fā)現(xiàn)時，導彈已經(jīng)打到家門口了。

談到我國超級高鐵目前的發(fā)展、樣機制造、何時下線等問題時，相關工程人員表示，有明確的計劃，但不方便詳情透露。而有媒體曾描繪過我國超級高鐵大概的發(fā)展規(guī)劃。

首先，要實現(xiàn)超級高鐵時速達1000千米，建立我國城際超級高鐵運行網(wǎng)絡。第二步是實現(xiàn)時速2000千米，在國家干線上，特別是在北京、上海、成都、廣州、武漢五大經(jīng)濟區(qū)周圍，建設全國性的超級高鐵運行網(wǎng)絡。第三步是時速達到4000千米，這也意味著未來有可能形成北京、上海、廣州、武漢、成都五個超高速鐵路樞紐。由于武漢位于五個車站的中間，因此可能設計成最大的超高速火車站。