我國“超級高鐵”駛出實驗室
高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車外觀及試驗線 新華社記者 劉坤攝
外形酷似高鐵車頭、沒有車輪而依靠磁力懸浮在軌道試驗線上的樣車平穩(wěn)啟動，緩緩前行。1月13日，采用西南交通大學原創(chuàng)技術(shù)的世界首條高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車及試驗線在四川成都正式啟用。樣車運行安靜而平順，作為首批乘客，參加啟用儀式的嘉賓們笑言，他們體驗到的是“沒有感覺的感覺”。
樣車及試驗線的正式啟用，標志著我國高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化研究實現(xiàn)從無到有的突破，具備了工程化試驗示范條件。樣車預(yù)期運行速度目標值大于600km/h，將為遠期結(jié)合真空管道技術(shù)，向1000km/h以上速度值突破奠定基礎(chǔ)。
對于軌道交通來說，這是一個重要的里程碑——“真空管道+高溫超導(dǎo)磁懸浮”的“超級高鐵”終于駛出實驗室，進入了工程化試驗的階段。
高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車駕駛臺 新華社記者 劉坤攝
理想的新型交通工具
樣車停下后，靜靜地懸浮在軌道上方，間隙大約10毫米。用力一推，重達十余噸的車體居然移動起來了。
“它在靜止狀態(tài)下是浮起來的，和軌道之間沒有摩擦阻力，這也是它能跑得快的原因。”西南交通大學教授鄧自剛說。
據(jù)了解，高溫超導(dǎo)中的“高溫”是相對于低溫超導(dǎo)而言的，其工作溫度是零下196攝氏度。在樣車底部安裝有超導(dǎo)體，軌道則是永磁體，當液氮將溫度降至零下196攝氏度后，超導(dǎo)體電阻消失，電流在超導(dǎo)體中產(chǎn)生強大磁場，車體自然就懸浮起來了。該磁懸浮技術(shù)還有“若即若離又不離不棄”的“釘扎”特性，不論對車輛施加哪個方向的力，系統(tǒng)都能自動把車體“拉回來”。
“就像釘子扎在木板上一樣，列車只能沿著軌道運行，可以說是永不脫軌。”西南交通大學設(shè)計研究院有限公司高級工程師吳自立說。
氮氣是空氣的主要成分，液氮獲取成本低廉。該技術(shù)的“釘扎”特性使得懸浮和導(dǎo)向不需要主動控制、不需要車載電源，系統(tǒng)相對簡單。高溫超導(dǎo)體特有的“釘扎力”，不僅能保證車輛運行安全，還能保持車體上下左右穩(wěn)定，實現(xiàn)其他任何交通工具都難以達到的平穩(wěn)性。
“可以說，具有自懸浮、自導(dǎo)向、自穩(wěn)定特征的高溫超導(dǎo)磁浮交通技術(shù)，是面向未來發(fā)展、應(yīng)用前景廣闊的新制式軌道交通方式。”西南交通大學校長楊丹說，高溫超導(dǎo)磁浮交通技術(shù)擁有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能、無化學和噪聲污染、安全舒適、運行成本低等優(yōu)點，是理想的新型軌道交通工具，適用于多種速度域，尤其適合高速及超高速線路的運行。
邁出工程化應(yīng)用的關(guān)鍵一步
截至2020年，我國高鐵營業(yè)里程達到3.79萬公里，運行時速達到350公里的復(fù)興號動車組技術(shù)繼續(xù)領(lǐng)跑世界。更高的速度，一直是我國科學家從未止步的追求。
西南交通大學在20世紀80年代就開始了磁浮技術(shù)的研制，1997年獲批國家863計劃項目“高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車”，正式開展高溫超導(dǎo)磁浮車的研究。2001年初，學校研制的世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車“世紀號”在北京舉行的“863計劃15周年成果展”上初次亮相，引起了廣泛關(guān)注。
“小小的一輛車，最大懸浮重量700公斤，僅可乘坐兩人，卻在全國引起了轟動。”西南交大首席教授張衛(wèi)華說，這個“世界第一”，是在一個用防雨彩條布搭建的臨時工棚中研制出來的，太艱苦了。
2004年，西南交大提出了600km/h及以上載人超高速高溫超導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)方案，得到了包括12位院士在內(nèi)的50余位專家的肯定，從此開始了高溫超導(dǎo)磁浮車工程化的探索。
一轉(zhuǎn)眼又是十多年過去了，西南交大突破了一系列理論和技術(shù)難題，在高溫超導(dǎo)磁浮基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方面已經(jīng)形成了優(yōu)勢和基礎(chǔ)，具備了工程化的條件。2020年，西南交通大學聯(lián)合中車公司、中國中鐵等單位協(xié)同攻關(guān)，共同開展高溫超導(dǎo)磁浮交通工程化樣車和試驗線的研究，構(gòu)建了高溫超導(dǎo)高速磁浮交通系統(tǒng)集成技術(shù)體系。
“項目團隊經(jīng)過半年多的艱辛努力，完成了樣車的研發(fā)制造及試驗線的建設(shè)，并進行了懸浮運行試驗，標志著高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù)由原理機理驗證向工程化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。”中車唐山機車車輛有限公司副總經(jīng)理吳勝權(quán)說。
引發(fā)軌道交通顛覆性變革
“此次展示的高溫超導(dǎo)高速磁浮試驗線是世界上第一條工程化1∶1的試驗線路。”鄧自剛在現(xiàn)場介紹，驗證段全長165米，建設(shè)占地約1250平方米。項目主要內(nèi)容包括：高溫超導(dǎo)磁浮原理工程化樣車、懸浮系統(tǒng)、牽引制動系統(tǒng)、運控系統(tǒng)、線下土建及附屬工程，以及整個系統(tǒng)工程的聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合性能檢測系統(tǒng)。
高溫超導(dǎo)高速磁浮交通工程化樣車及試驗線項目的建成，是推動高溫超導(dǎo)高速磁浮列車技術(shù)走向工程化的重要實施步驟。該項目可實現(xiàn)高溫超導(dǎo)高速磁浮樣車的懸浮、導(dǎo)向、牽引、制動等基本功能，以及整個系統(tǒng)工程的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，滿足后期研究試驗。
據(jù)悉，該樣車及試驗線，結(jié)合西南交通大學校內(nèi)磁浮列車模型試驗臺，可驗證高溫超導(dǎo)磁浮列車高速化及長期運行可靠性，對于技術(shù)轉(zhuǎn)化、工程示范、學科建設(shè)都有重要意義。
“試驗線非常關(guān)鍵，可以幫助車輛從實驗室走向工程化應(yīng)用，去驗證研究一些關(guān)鍵的技術(shù)和關(guān)鍵的問題。此次試驗車輛的所有功能和部件，與未來實際應(yīng)用一致，下一步可能就要找一個地方落地實現(xiàn)，可能要建一個30至50公里的試驗線，實現(xiàn)更高速度的試驗。”鄧自剛說。
“該技術(shù)擬首先在大氣環(huán)境下實現(xiàn)工程化，可望創(chuàng)造陸地交通的速度新紀錄。”楊丹表示，下一步計劃結(jié)合未來真空管道技術(shù)，開發(fā)填補陸地交通和航空交通速度空白的綜合交通系統(tǒng)，將為遠期向1000km/h以上速度值的突破奠定基礎(chǔ)，從而構(gòu)建陸地交通運輸?shù)娜履Ｊ?，引發(fā)軌道交通發(fā)展的前瞻性、顛覆性變革。（記者 周洪雙 李曉東）
