讓中國(guó)高鐵裝上“中國(guó)心”

根據(jù)中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司近日公布的數(shù)據(jù)，中國(guó)鐵路總里程將突破16萬(wàn)公里，高鐵里程近4.6萬(wàn)公里，穩(wěn)居世界第一。

從落后到跟隨再到引領(lǐng)，中國(guó)鐵路走過(guò)了一條漫長(zhǎng)而艱難的科技自立自強(qiáng)之路。

1949年，中國(guó)可統(tǒng)計(jì)的4069臺(tái)機(jī)車分別來(lái)自9個(gè)國(guó)家的30多家工廠，機(jī)車型號(hào)多達(dá)198種，被稱為“萬(wàn)國(guó)機(jī)車博物館”。直到1958年12月28日，我國(guó)第一臺(tái)電力機(jī)車“韶山型”電力機(jī)車才誕生。

1978年，鄧小平訪問(wèn)日本。途中，他坐上日本新干線后感嘆：“一個(gè)字，‘快’。像是有人在推著我們跑，我們現(xiàn)在很需要跑?！?/p>

同一年，原鐵道部部長(zhǎng)傅志寰隨團(tuán)出國(guó)時(shí)發(fā)現(xiàn)，“我們當(dāng)時(shí)最高速度100公里，人家一跑200公里，這就非常吃驚，感到落后了”。

高速鐵路在中國(guó)人心中埋下了一顆種子。1990年底，原鐵道部出臺(tái)了《京滬高速鐵路線路方案構(gòu)想報(bào)告》，并成立了高鐵辦，開(kāi)啟我國(guó)高鐵的探索之路。此后，經(jīng)過(guò)大量探索，我國(guó)陸續(xù)研制成功“中華之星”“先鋒”“藍(lán)劍”等國(guó)產(chǎn)高速列車，為我國(guó)高鐵的進(jìn)一步發(fā)展沉淀了諸多技術(shù)儲(chǔ)備。

2003年左右，高鐵引進(jìn)過(guò)程確定了“先僵化，再固化，后優(yōu)化”的路線，每花1元錢引進(jìn)技術(shù)，就再花3元錢進(jìn)行消化、吸收和再創(chuàng)新，從而跳出“引進(jìn)再引進(jìn)”怪圈。

2004年，我國(guó)引進(jìn)加拿大、日本、法國(guó)和德國(guó)的高速動(dòng)車組技術(shù)，希望走一條“引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新”之路。消化吸收的目的是自主創(chuàng)新。2007年，和諧號(hào)動(dòng)車組列車正式上線。

然而，我國(guó)路網(wǎng)規(guī)模大、地域分布廣、外部環(huán)境復(fù)雜等特性，對(duì)高速鐵路的安全性、可靠性和運(yùn)輸效率等提出了更高要求。從高鐵大國(guó)邁向高鐵強(qiáng)國(guó)，亟需完全自主、性能優(yōu)越的高速列車，實(shí)現(xiàn)世界最高商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度。

從1990年鐵道部開(kāi)始擘畫高鐵藍(lán)圖到2012年啟動(dòng)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組（復(fù)興號(hào)）研制，中國(guó)高鐵自主創(chuàng)新的步伐一直沒(méi)有停止，經(jīng)過(guò)20多年的積累，具備了完全自主創(chuàng)新的能力。復(fù)興號(hào)的誕生可以說(shuō)是其時(shí)已至，其勢(shì)已成。

2017年，復(fù)興號(hào)精彩亮相，展示了我國(guó)高鐵自主研發(fā)的科研成果，成為我國(guó)自主創(chuàng)新的一個(gè)成功范例。復(fù)興號(hào)是首次以中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)制造的時(shí)速350公里的動(dòng)車組。復(fù)興號(hào)從啟動(dòng)研發(fā)到最終定型，整整5年時(shí)間，歷經(jīng)503項(xiàng)仿真計(jì)算、5278項(xiàng)地面試驗(yàn)、2362項(xiàng)線路試驗(yàn)。復(fù)興號(hào)的問(wèn)世，標(biāo)志著中國(guó)鐵路技術(shù)裝備達(dá)到了領(lǐng)跑世界的水平。有一項(xiàng)數(shù)據(jù)很重要，那就是復(fù)興號(hào)采用的254項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)中，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)占84%。

隨著一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)系高鐵運(yùn)行“心臟”和“大腦”的關(guān)鍵技術(shù)取得國(guó)產(chǎn)化突破，如今，中國(guó)高鐵已經(jīng)有了“中國(guó)心”。

當(dāng)前，以中國(guó)中車為代表的企業(yè)正在加速生產(chǎn)新一代復(fù)興號(hào)列車（CR450）樣車，2024年年底有望正式下線，眾多嶄新科技屆時(shí)將閃亮登場(chǎng)。

回顧中國(guó)高鐵的發(fā)展歷程，科技自立自強(qiáng)是關(guān)鍵?？萍嫉膹?qiáng)大是多少錢都買不來(lái)的，唯有靠中國(guó)人自己發(fā)憤圖強(qiáng)，真正掌握核心技術(shù)，才能在世界高端技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地，才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中勝出。

親歷者

馮江華 中國(guó)中車首席科學(xué)家

1989年，我大學(xué)一畢業(yè)就進(jìn)入軌道交通領(lǐng)域，從此投身于中國(guó)高鐵自主創(chuàng)新的全過(guò)程。我30多年的科研經(jīng)歷幾乎完全貼合我國(guó)高鐵的發(fā)展之路，扎根軌道交通牽引與控制系統(tǒng)這一核心領(lǐng)域，親歷了我國(guó)高速列車核心技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和跨越。我深刻體會(huì)到，核心技術(shù)是買不來(lái)、要不來(lái)和討不來(lái)的，只有通過(guò)艱苦自覺(jué)的科研創(chuàng)新，才能掌握最先進(jìn)的技術(shù)。

從“心臟”和“大腦”，為高鐵做技術(shù)準(zhǔn)備

1990年底，原鐵道部成立了高鐵辦。彼時(shí)的中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司（下稱“株洲所”）有些同事進(jìn)了高鐵辦，我也是那時(shí)候第一次接觸高鐵發(fā)展的初始信息。

當(dāng)時(shí)，我剛大學(xué)畢業(yè)，種種因緣際會(huì)到了現(xiàn)在的株洲所，從此進(jìn)入列車牽引與控制系統(tǒng)這一領(lǐng)域。

牽引與控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，它決定了車輛的速度和性能，被形容為電力機(jī)車的“心臟”和“大腦”。因此，這也是國(guó)外技術(shù)封鎖的重點(diǎn)。

20世紀(jì)90年代初，我國(guó)軌道交通技術(shù)相對(duì)于國(guó)外還比較落后。一進(jìn)株洲所，我剛好趕上交流傳動(dòng)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目啟動(dòng)，參與了我國(guó)軌道交通由直流傳動(dòng)向異步交流傳動(dòng)升級(jí)換代的工程。我受命主持原鐵道部“交直交電傳動(dòng)微機(jī)控制系統(tǒng)及其模塊化研究”課題，牽頭組織大功率異步牽引控制技術(shù)的研究，組建了國(guó)內(nèi)最早的電力牽引高性能交流傳動(dòng)控制技術(shù)研究與工程實(shí)踐團(tuán)隊(duì)，走上了一條自主探索之路。

不過(guò)，我們當(dāng)時(shí)研究異步牽引控制技術(shù)并不是僅僅為了高鐵。牽引技術(shù)是一種通用的技術(shù)，最終應(yīng)用到高鐵上是水到渠成的事。

那個(gè)時(shí)候，我們幾乎沒(méi)有任何可借鑒的資料，很多原理性試驗(yàn)只能“摸著石頭過(guò)河”，甚至連試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性都無(wú)法判斷，只能靠查詢國(guó)外文獻(xiàn)來(lái)佐證。

在這樣的情況下，我們夜以繼日地開(kāi)展了不計(jì)其數(shù)的中小功率樣機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)研究，攻克了低開(kāi)關(guān)頻率下電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩高實(shí)時(shí)控制等關(guān)鍵技術(shù)，確立了自主異步牽引控制技術(shù)模式，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)大功率交流傳動(dòng)控制技術(shù)的從無(wú)到有，使我國(guó)成為少數(shù)幾個(gè)掌握該技術(shù)的國(guó)家之一。該技術(shù)裝備于中華之星，后來(lái)在和諧號(hào)實(shí)現(xiàn)自主替代、批量應(yīng)用。

2003年10月，我國(guó)自建的第一條高速鐵路——秦沈客運(yùn)專線竣工運(yùn)營(yíng)，為中華之星的研制提供了絕佳的試驗(yàn)條件。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)同步開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究，最終我們成功攻克了系列關(guān)鍵技術(shù)，并創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的“中國(guó)鐵路第一速”——321.5公里/小時(shí)。

雖然中華之星研制出來(lái)后僅兩年就停運(yùn)了，但它這8年的研制為中國(guó)高鐵發(fā)展積累了寶貴的技術(shù)和人才，為此后進(jìn)入“引進(jìn)消化吸收”時(shí)期奠定了很好的基礎(chǔ)。如果沒(méi)有中華之星，后面引進(jìn)和諧號(hào)時(shí)，很多技術(shù)可能無(wú)法理解和掌握，也難以進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化和創(chuàng)新。

“引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新”，掌握主動(dòng)權(quán)要靠自主研發(fā)

2004年，我國(guó)高鐵發(fā)展進(jìn)入以和諧號(hào)為代表的階段。

在研究和諧號(hào)的初期，外方技術(shù)支持有限，中方技術(shù)人員承擔(dān)了很多問(wèn)題的解決工作。在消化吸收的第一階段，我們的主要任務(wù)是服務(wù)和諧號(hào)的國(guó)產(chǎn)化制造、運(yùn)營(yíng)等，深入了解高速列車的運(yùn)營(yíng)邊界條件和應(yīng)用需求。我們堅(jiān)持不懈地進(jìn)行自主研發(fā)。外方并不會(huì)把核心的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和控制技術(shù)傳授給中方。因此，株洲所組織團(tuán)隊(duì)齊頭并進(jìn)地進(jìn)行自主研發(fā)，以避免受制于人。

例如，在和諧號(hào)的控制系統(tǒng)方面，我們不斷改進(jìn)和優(yōu)化控制策略，提高列車的運(yùn)行效率和安全性。我們還通過(guò)優(yōu)化算法解決了電機(jī)超溫問(wèn)題，部分技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)外的超越。

我還記得高寒動(dòng)車組原進(jìn)口牽引技術(shù)在蘭州至烏魯木齊運(yùn)用時(shí)，出現(xiàn)電機(jī)超溫失效的問(wèn)題，無(wú)法滿足蘭新線長(zhǎng)大坡道持續(xù)高速運(yùn)行需求，而系統(tǒng)配置已固化，無(wú)法變更硬件。我和團(tuán)隊(duì)大膽提出新的控制策略，在硬件不變條件下，只替換自主控制軟件，使得電機(jī)功率增加20%、溫升降低25K，解決了全局高能效牽引行業(yè)難題。

博采眾長(zhǎng)的和諧號(hào)實(shí)現(xiàn)了中國(guó)高鐵的加速發(fā)展，然而，由于使用國(guó)外的技術(shù)平臺(tái)、采用國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)高鐵的進(jìn)一步發(fā)展受到制約。比如說(shuō)，和諧號(hào)引進(jìn)時(shí)有4種車型，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，零部件不通用，給運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)和成本。

復(fù)興號(hào)：

邁出從追趕到領(lǐng)跑的關(guān)鍵一步

2012年開(kāi)始研發(fā)的復(fù)興號(hào)是我國(guó)高鐵從追趕到領(lǐng)跑的關(guān)鍵一步。

我受命主持研發(fā)復(fù)興號(hào)牽引與控制系統(tǒng)。我和團(tuán)隊(duì)奔赴全國(guó)十?dāng)?shù)個(gè)鐵路局、動(dòng)車段調(diào)研，跟車添乘、測(cè)量，采集列車復(fù)雜、多變的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，先后攻克一系列關(guān)鍵難題，打造了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界領(lǐng)先的牽引系統(tǒng)產(chǎn)品平臺(tái)，使復(fù)興號(hào)的速度、加速度、牽引動(dòng)力等關(guān)鍵指標(biāo)領(lǐng)先國(guó)際同行。

創(chuàng)新永無(wú)止境，我們瞄準(zhǔn)了更高的目標(biāo)。2011年，株洲所受命參與國(guó)家“863計(jì)劃”之“高速鐵路重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制重點(diǎn)項(xiàng)目”，承擔(dān)高速動(dòng)車組用永磁牽引系統(tǒng)的研發(fā)工作。

永磁牽引具有能耗低、噪音低、功率密度大等優(yōu)勢(shì)，是更高速列車的必然選擇。對(duì)軌道交通牽引技術(shù)來(lái)說(shuō)，永磁牽引系統(tǒng)是一場(chǎng)革命，誰(shuí)擁有永磁牽引系統(tǒng)，誰(shuí)就擁有高鐵的話語(yǔ)權(quán)。

其實(shí)，我們最初關(guān)注到永磁牽引系統(tǒng)是2003年，但那時(shí)已經(jīng)晚了別人差不多10年。為避免我國(guó)牽引傳動(dòng)技術(shù)重陷“落后、追趕”的被動(dòng)局面，株洲所組建國(guó)內(nèi)第一支永磁牽引系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展?fàn)恳到y(tǒng)向永磁升級(jí)換代的研究。當(dāng)時(shí)，大功率永磁牽引技術(shù)屬于前瞻性核心技術(shù)，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)研究成果嚴(yán)格保密，沒(méi)有任何可以借鑒的資料，也缺少研發(fā)測(cè)試用的相關(guān)設(shè)備，研究團(tuán)隊(duì)只能“摸著石頭過(guò)河”，不少數(shù)據(jù)仍要依靠比較原始的笨辦法。比如說(shuō)，電機(jī)升溫試驗(yàn)一做就是五六個(gè)小時(shí)，電機(jī)溫控?cái)?shù)據(jù)就靠人工全程蹲守來(lái)慢慢記錄積累。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)成立8年后，也就是2011年底，中車株洲所永磁牽引系統(tǒng)在沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線成功裝車，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)軌道交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用，結(jié)束了中國(guó)鐵路沒(méi)有永磁牽引系統(tǒng)的歷史。當(dāng)年，株洲所受命承擔(dān)高速動(dòng)車組用永磁牽引系統(tǒng)的研發(fā)工作。2013年12月，株洲所成功開(kāi)發(fā)出可用于時(shí)速350公里高鐵動(dòng)車的永磁牽引系統(tǒng)。

2015年，中國(guó)鐵路總公司組織專家鑒定，這套永磁同步牽引系統(tǒng)使我國(guó)高速鐵路擁有了世界上最先進(jìn)的牽引技術(shù)，有力提升了我國(guó)高速鐵路的技術(shù)水平，再次向世界表明我國(guó)高速鐵路完全具備自主創(chuàng)新的技術(shù)能力，讓我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握高鐵永磁牽引系統(tǒng)技術(shù)的國(guó)家。

為持續(xù)鞏固高鐵領(lǐng)跑全球優(yōu)勢(shì)，由國(guó)鐵集團(tuán)牽頭實(shí)施的更高速度高速列車（CR450）科技創(chuàng)新工程正在全面推進(jìn)。2023年6月，試驗(yàn)列車跑出了單列時(shí)速453公里、相對(duì)交會(huì)時(shí)速891公里的世界新紀(jì)錄，牽引動(dòng)力采用的正是永磁牽引技術(shù)。

責(zé)編：楊琳 yanglin@ceweekly.cn

美編：孟凡婷