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

        2017-11-27 06:38:32俞慧友
        初中生世界 2017年42期
        關(guān)鍵詞:趙勇真空管時(shí)速

        俞慧友

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

        俞慧友

        8月的最后一天,一條科技新聞引發(fā)了輿論場(chǎng)“海嘯”:中國(guó)航天科工集團(tuán)公司宣布,正在推進(jìn)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(xiàng)目,時(shí)速有望高達(dá)4000公里。一旦實(shí)現(xiàn),國(guó)內(nèi)超級(jí)城市群便能形成1小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈。

        被稱為“第五種交通方式”的“高速飛行列車”是個(gè)什么“鬼”?4000公里的時(shí)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(chǔ) 尚缺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐

        “在真空管道中運(yùn)行4000公里時(shí)速,是基于現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的推斷,有一定理論和技術(shù)基礎(chǔ),但缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)。”西南交通大學(xué)超導(dǎo)中心教授趙勇說。

        國(guó)防科技大學(xué)磁浮技術(shù)工程研究中心教授李杰也認(rèn)為,依據(jù)磁浮原理,磁浮列車速度確實(shí)可以“無極限”。4000公里時(shí)速,理論上可行。

        不過,理想很豐滿,現(xiàn)實(shí)仍“骨感”。

        趙勇介紹,要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)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(hù);如何確保高速運(yùn)動(dòng)下磁浮系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性;如何保證高速運(yùn)動(dòng)下的直線驅(qū)動(dòng)效率。“這些都需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐”。

        磁浮列車主要涉及懸浮、導(dǎo)向、牽引等核心關(guān)鍵技術(shù)。時(shí)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(jìn)。

        如何讓它“不跑偏”?

        高速飛行列車項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人毛凱介紹,目前開展的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中,有一項(xiàng)高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)正是要解決這個(gè)問題。

        2014年,西南交通大學(xué)搭建了全球首個(gè)真空管超高速磁懸浮列車原型測(cè)試平臺(tái),實(shí)驗(yàn)環(huán)線半徑為6米。有兩個(gè)課題組開展了在真空管道中的高溫超導(dǎo)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(tái)中載人運(yùn)行可達(dá)時(shí)速30公里。另一組則偏重高速運(yùn)動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)行為,在平臺(tái)中運(yùn)行可達(dá)時(shí)速160公里。

        “我們的高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù),是基于高溫超導(dǎo)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(dòng)懸浮。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全、自導(dǎo)向、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。”趙勇說。正因?yàn)槠洹白詫?dǎo)向性”,確保了在合理軌道設(shè)計(jì)下列車沿軌道穩(wěn)定運(yùn)行的可能。

        1000公里時(shí)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(dǎo)與超導(dǎo)兩類。

        日本采用了基于電磁動(dòng)態(tài)懸浮的低溫超導(dǎo)磁浮技術(shù),這一技術(shù)業(yè)已成熟,載人速度可達(dá)時(shí)速600多公里。2014年,日本開工建設(shè)世界首條最高時(shí)速達(dá)505公里的超導(dǎo)磁懸浮高速鐵路,預(yù)期2027年建成通車。而上海430公里時(shí)速的磁浮列車,則采用了德國(guó)的常導(dǎo)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(shí)速以上的磁浮成熟技術(shù)。

        中車株洲電機(jī)有限公司牽引電機(jī)研發(fā)部副經(jīng)理何云風(fēng)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(yīng)電機(jī)牽引,如長(zhǎng)沙磁浮列車。高速磁浮列車中,上海磁浮列車采用了長(zhǎng)定子同步直線電機(jī)牽引,日本高速磁浮列車則采用了低溫超導(dǎo)直線電機(jī)牽引。

        趙勇補(bǔ)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(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)勢(shì),運(yùn)用于高速運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、氣動(dòng)設(shè)計(jì)等方面,并非簡(jiǎn)單的“航天技術(shù)+磁浮技術(shù)”。

        全球磁浮技術(shù)的“星際爭(zhēng)霸”

        “高速飛行列車”為真空管道列車,實(shí)質(zhì)也是“Hyperloop超級(jí)高鐵”概念。千公里時(shí)速的超級(jí)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(guó)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(duì)超級(jí)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(jìng)賽”般的激烈競(jìng)爭(zhēng)中,顯示出對(duì)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(jí)高鐵”的形勢(shì),也絲毫不回避諸多技術(shù)難題。退休物理學(xué)家、超導(dǎo)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(dǎo)致災(zāi)難。此外,長(zhǎng)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(gè)點(diǎn)失敗,都可能引發(fā)災(zāi)難?!滨U威爾說。譬如,假設(shè)有人在管壁穿孔,或地震導(dǎo)致管道稍微移位,都可能導(dǎo)致乘客艙崩潰。

        超級(jí)高鐵成本一點(diǎn)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(zhǎng)達(dá)8公里的全球首個(gè)全尺寸Hyperloop模型,可對(duì)該交通方式的系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行全局測(cè)試和考量。這段僅8公里長(zhǎng)的測(cè)試軌道預(yù)估需耗資1億美元——還只是最初期測(cè)試軌道的鋪設(shè)花費(fèi)。

        來自研發(fā)團(tuán)隊(duì)rLoop的萊納德的說法看起來既務(wù)實(shí)又樂觀。他說,超級(jí)高鐵能在未來5年到10年成為現(xiàn)實(shí)已非常了不起,但在任何形式的公共使用之前,將會(huì)有大量的測(cè)試和監(jiān)管問題有待解決。

        (摘自2017年9月5日《科技日?qǐng)?bào)社·中國(guó)科技網(wǎng)》)

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