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(chē)”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(chēng)為“第五種交通方式”的“高速飛行列車(chē)”是個(gè)什么“鬼”？4000公里的時(shí)速，是否考慮過(guò)乘車(chē)群眾“小心臟”的承受力？來(lái)聽(tīng)聽(tīng)專(zhuān)家怎么說(shuō)。

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)?！蔽髂辖煌ù髮W(xué)超導(dǎo)中心教授趙勇說(shuō)。

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(chē)速度確實(shí)可以“無(wú)極限”。4000公里時(shí)速，理論上可行。

不過(guò)，理想很豐滿(mǎn)，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(wèn)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(chē)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(chē)，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(chē)項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人毛凱介紹，目前開(kāi)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(wèn)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(chē)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(kāi)展了在真空管道中的高溫超導(dǎo)磁浮問(wèn)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)?！壁w勇說(shuō)。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(chē)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(méi)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(lèi)。

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(kāi)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(chē)。而上海430公里時(shí)速的磁浮列車(chē)，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(chē)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(chē)有高速和中低速之分。中低速磁浮列車(chē)，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(chē)。高速磁浮列車(chē)中，上海磁浮列車(chē)采用了長(zhǎng)定子同步直線電機(jī)牽引，日本高速磁浮列車(chē)則采用了低溫超導(dǎo)直線電機(jī)牽引。

趙勇補(bǔ)充解釋?zhuān)^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(chē)”為真空管道列車(chē)，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(chēng)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(lèi)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。”鮑威爾說(shuō)。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(méi)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(lái)自研發(fā)團(tuán)隊(duì)rLoop的萊納德的說(shuō)法看起來(lái)既務(wù)實(shí)又樂(lè)觀。他說(shuō)，超級(jí)高鐵能在未來(lái)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(wèn)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)》）