俞慧友

“第五種交通方式”可行嗎？
——從時速四千公里的“超級高鐵”看磁浮技術(shù)“星球爭霸”

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”：中國航天科工集團公司宣布，正在推進結(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”項目，時速有望高達4000公里。一旦實現(xiàn)，國內(nèi)超級城市群便能形成1小時經(jīng)濟圈。

被稱為“第五種交通方式”的“高速飛行列車”是個什么“鬼”？4000公里的時速，是否考慮過乘車群眾“小心臟”的承受力？來聽聽專家怎么說。

有理論與技術(shù)基礎 尚缺實驗數(shù)據(jù)支撐

“在真空管道中運行4000公里時速，是基于現(xiàn)有技術(shù)基礎上的推斷，有一定理論和技術(shù)基礎，但缺乏實驗依據(jù)?！蔽髂辖煌ù髮W超導中心教授趙勇說。

國防科技大學磁浮技術(shù)工程研究中心教授李杰也認為，依據(jù)磁浮原理，磁浮列車速度確實可以“無極限”。4000公里時速，理論上可行。

不過，理想很豐滿，現(xiàn)實仍“骨感”。

趙勇介紹，要實現(xiàn)目標速度，至少有三大問題待解：如何低成本獲得真空管道以及管道維護；如何確保高速運動下磁浮系統(tǒng)的動力學穩(wěn)定性；如何保證高速運動下的直線驅(qū)動效率?！斑@些都需要實驗數(shù)據(jù)支撐”。

磁浮列車主要涉及懸浮、導向、牽引等核心關(guān)鍵技術(shù)。時速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。

如何讓它“不跑偏”？

高速飛行列車項目技術(shù)負責人毛凱介紹，目前開展的多項關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中，有一項高溫超導磁懸浮技術(shù)正是要解決這個問題。

2014年，西南交通大學搭建了全球首個真空管超高速磁懸浮列車原型測試平臺，實驗環(huán)線半徑為6米。有兩個課題組開展了在真空管道中的高溫超導磁浮問題研究。其中，一組偏重載人磁浮系統(tǒng)研究，目前在平臺中載人運行可達時速30公里。另一組則偏重高速運動下的動力學行為，在平臺中運行可達時速160公里。

“我們的高溫超導磁浮技術(shù)，是基于高溫超導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、自導向、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢?！壁w勇說。正因為其“自導向性”，確保了在合理軌道設計下列車沿軌道穩(wěn)定運行的可能。

1000公里時速以上的磁浮成熟技術(shù)還沒出現(xiàn)

按懸浮形式，磁浮技術(shù)可分為常導與超導兩類。

日本采用了基于電磁動態(tài)懸浮的低溫超導磁浮技術(shù)，這一技術(shù)業(yè)已成熟，載人速度可達時速600多公里。2014年，日本開工建設世界首條最高時速達505公里的超導磁懸浮高速鐵路，預期2027年建成通車。而上海430公里時速的磁浮列車，則采用了德國的常導磁浮技術(shù)，利用的是電磁吸引懸浮原理。目前全球尚未形成1000公里時速以上的磁浮成熟技術(shù)。

中車株洲電機有限公司牽引電機研發(fā)部副經(jīng)理何云風介紹，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電機牽引，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牽引，日本高速磁浮列車則采用了低溫超導直線電機牽引。

趙勇補充解釋，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方面的優(yōu)勢，運用于高速運動的穩(wěn)定性、氣動設計等方面，并非簡單的“航天技術(shù)+磁浮技術(shù)”。

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，實質(zhì)也是“Hyperloop超級高鐵”概念。千公里時速的超級高鐵架構(gòu)由特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克提出，被稱為“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SpaceX、HTT、HyperloopOne等在內(nèi)的大企業(yè)，均參與了研究。

對超級高鐵這一前沿技術(shù)的研究，多家公司正處于一種類似“太空競賽”般的激烈競爭中，顯示出對這一可能改變世界的交通技術(shù)的極大熱情。

他們看好“超級高鐵”的形勢，也絲毫不回避諸多技術(shù)難題。退休物理學家、超導磁懸浮概念的聯(lián)合提出者詹姆士·鮑威爾曾警示，軌道誤差必須非常小，如果軌道墻壁位置差之毫厘，都可能導致災難。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，哪怕一個點失敗，都可能引發(fā)災難?！滨U威爾說。譬如，假設有人在管壁穿孔，或地震導致管道稍微移位，都可能導致乘客艙崩潰。

超級高鐵成本一點也不“平民”，但沒有擋住這些大企業(yè)探索的腳步。HTT正在搭建長達8公里的全球首個全尺寸Hyperloop模型，可對該交通方式的系統(tǒng)和技術(shù)進行全局測試和考量。這段僅8公里長的測試軌道預估需耗資1億美元——還只是最初期測試軌道的鋪設花費。

來自研發(fā)團隊rLoop的萊納德的說法看起來既務實又樂觀。他說，超級高鐵能在未來5年到10年成為現(xiàn)實已非常了不起，但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。

（摘自2017年9月5日《科技日報社·中國科技網(wǎng)》）