馮仲偉 ，方興 ，李紅梅 ，程愛君 ，潘永杰

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081；2. 中國鐵道科學(xué)研究院科技管理部，北京 100081；3. 中國鐵道科學(xué)研究院鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081）

一、前言

黨的“十九大”明確提出要建設(shè)“交通強(qiáng)國”，而衡量一個國家交通行業(yè)發(fā)展水平和科技創(chuàng)新能力，速度是最重要的指標(biāo)之一，交通運輸速度的每一次提升，都對人類文明的加速發(fā)展發(fā)揮了重要作用?，F(xiàn)有軌道交通技術(shù)體系的主流是輪軌式，輪軌式試驗列車最高試驗速度為574.8 km/h（法國高速動車組試驗車V150）[1]，運營列車最高試驗速度為486.1 km/h（中國CRH380AL動車組），最高運營速度為350 km/h（中國）。

輪軌式軌道交通由于受制于空氣阻力、輪軌黏著、蛇行失穩(wěn)、運行噪聲以及弓網(wǎng)接觸受流等問題，運營速度很難經(jīng)濟(jì)地大幅度提升，而且能耗和機(jī)械摩擦磨損亦隨著速度的提高顯著增大。最新試驗結(jié)果表明，動車組以400 km/h運行時每百公里人均能耗較350 km/h運行時增加約30%。

20世紀(jì)20年代在德國誕生了磁懸浮列車概念[2]，采用磁懸浮技術(shù)解決了輪軌式軌道交通的輪軌黏著、摩擦、振動和高速受流等問題，到目前為止高速磁懸浮技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。我國于2002年12月31日建成了目前世界上唯一一條商業(yè)運營的高速磁懸浮線路——運營速度為430 km/h的上海磁懸浮專線。日本于2014年開工建設(shè)東京至名古屋的首條高速磁懸浮線路，設(shè)計最高運營速度為505 km/h，計劃2027年開通。我國正在研制時速為600 km/h的高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)。

無論是輪軌式還是磁懸浮式，當(dāng)車輛處于開放空間大氣環(huán)境下運行時，均要面臨巨大的空氣阻力（與速度的平方成正比）和噪聲（與速度的六至八次方成正比）問題，尤其當(dāng)速度超過400 km/h后，空氣阻力占列車運行總阻力的80%以上，從而給商業(yè)運營帶來經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保的挑戰(zhàn)。

因此，為獲得更高的經(jīng)濟(jì)運行速度，在利用磁懸浮技術(shù)減少輪軌摩擦、振動的基礎(chǔ)上，構(gòu)建低真空運行環(huán)境以減小空氣阻力和噪聲是未來更高速度軌道交通技術(shù)發(fā)展的重要方向。

二、發(fā)展低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)的意義

低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)是軌道交通領(lǐng)域面向未來的顛覆性技術(shù)，它既是一個超大型的系統(tǒng)工程，也是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，具有投資和工程規(guī)模浩大、技術(shù)難度大、層次和接口關(guān)系復(fù)雜、涉及學(xué)科領(lǐng)域眾多，同時社會效益和經(jīng)濟(jì)效益巨大的特征。

（一）發(fā)展低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)是引發(fā)交通運輸方式變革的重要舉措

低真空管道為密閉環(huán)境，受暴風(fēng)、雨雪等惡劣天氣影響較小，列車運行可靠性高，車內(nèi)和外界噪音小。低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)比飛機(jī)具有更大的載運量、更小的能源損耗和環(huán)境污染，比高速鐵路具有更高的速度，且占地較少。在全國乃至全球主要區(qū)域中心之間通過低真空管道相連，實現(xiàn)旅客和貨物的高速送達(dá)，滿足人們對更高質(zhì)量、更快速度交通運輸服務(wù)的需求，極大地改善信息時代信息傳播速度與人和物流動速度極不匹配的現(xiàn)狀，引發(fā)交通運輸方式變革。

（二）發(fā)展低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)是推動“超級城市群”建設(shè)、推進(jìn)全國區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速增長，帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要助力

過去的十年，中國高速鐵路對改善沿線交通基礎(chǔ)設(shè)施條件、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長及協(xié)調(diào)發(fā)展起到了重要的推動作用。低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)交通運輸方式的出現(xiàn)，將推動“超級城市群”的資源優(yōu)化配置，降低空間距離對人員、產(chǎn)品自由流通的限制，形成覆蓋全國范圍、半徑600～1 000 km的“一小時經(jīng)濟(jì)生活圈”。原有的“中心城市+衛(wèi)星城”的區(qū)域性產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)布局將逐步向以“超級城市群”為代表的全國性經(jīng)濟(jì)布局過渡，合理整合原有城市的資源要素，使資金、人才、技術(shù)加速聚集，形成巨大的聚集經(jīng)濟(jì)效益，帶動我國國民經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級和加速發(fā)展。

（三）發(fā)展低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)是貫徹新發(fā)展理念，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家的重要體現(xiàn)

低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)最大的優(yōu)點在于其高速度、低能耗、低污染，對于著力解決當(dāng)前突出的環(huán)境問題，推進(jìn)區(qū)域綠色發(fā)展，構(gòu)建清潔低碳、安全高效、綠色出行的新型交通方式意義重大。低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)作為前沿技術(shù)的典型代表，相關(guān)技術(shù)的實際應(yīng)用對我國相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新也具有很強(qiáng)的引領(lǐng)作用。

（四）發(fā)展低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)是鞏固我國高速鐵路領(lǐng)先優(yōu)勢，貫徹交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的有力武器

當(dāng)前，我國高速鐵路技術(shù)發(fā)展迅速，在世界鐵路行業(yè)處于領(lǐng)先地位，與此同時，俄羅斯、美國、法國、德國、日本、韓國等國家正積極籌劃和發(fā)展各種方式的交通技術(shù)。俄羅斯正在設(shè)計建設(shè)最高速度為400 km/h的莫斯科至喀山輪軌高鐵。日本開展了超導(dǎo)高速磁懸浮技術(shù)研究，并于2015年創(chuàng)造了載人走行603 km/h的世界紀(jì)錄。美國開展了Magplane、Hyperloop等多種技術(shù)方案的研究。國際鐵路聯(lián)盟（UIC）組織成立了管道高鐵技術(shù)組，擬開展相關(guān)前期研究工作。我國亟需在更高速度軌道交通領(lǐng)域深化研究，做好戰(zhàn)略技術(shù)儲備，而發(fā)展低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)，是踐行國家創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，搶占未來交通領(lǐng)域科技制高點，支撐國家更高速度軌道交通戰(zhàn)略發(fā)展定位的有力武器。

三、技術(shù)特點與研究現(xiàn)狀

（一）技術(shù)特點

磁懸浮鐵路是靠電磁吸引力或推斥力將車輛懸浮在導(dǎo)軌上，利用直線電機(jī)的原理推動列車前進(jìn)的鐵路。磁懸浮鐵路按速度劃分，可分為高速磁懸浮和中低速磁懸浮，二者在驅(qū)動、導(dǎo)向和控制方式方面均有所不同，目前世界各國運營的中低速磁懸浮運營速度均為120 km/h以下。

根據(jù)磁懸浮方式的不同，高速磁懸浮列車又分電磁懸浮式（EMS）和電動懸浮式（EDS）兩種。EMS也稱磁吸式，一般采用“T”型導(dǎo)軌，車輛環(huán)抱導(dǎo)軌運行。對置于導(dǎo)軌下方的車載懸浮電磁鐵通電勵磁而產(chǎn)生磁場，磁鐵與軌道上的鐵磁構(gòu)件相互吸引，將列車向上吸起懸浮于軌道上，磁鐵和鐵磁軌道之間的懸浮間隙一般約為10 mm，列車通過控制懸浮磁鐵的勵磁電流來保證穩(wěn)定的懸浮間隙。EDS也稱磁斥式，是利用車載磁體與地面線圈之間的相對運動產(chǎn)生兩個感應(yīng)磁場，這兩個磁場互相作用產(chǎn)生電磁力。當(dāng)車輛行進(jìn)達(dá)到一定速度時，電磁力才能大到足以使車體浮起。電動懸浮式車體懸浮的高度可達(dá)到100 mm以上。電磁懸浮式磁懸浮列車的典型代表是德國Transrapid磁懸浮列車中的TR08列車，其最高速度可達(dá)400～500 km/h。電動懸浮式磁懸浮列車的典型代表為日本超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)magnetically levitated（ML）中的MLX01（最高速度可高達(dá)500～600 km/h）以及面向中央新干線的L0系。高速磁懸浮系統(tǒng)電磁鐵有常導(dǎo)和超導(dǎo)兩種類型。而超導(dǎo)型電磁鐵是用超導(dǎo)材料冷卻到極低的溫度，使其達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)，即電阻接近零，這樣電能損耗很小，電流可以很大，電磁鐵功率也可以很大。目前，由于不同的材料所需的超導(dǎo)溫度不同，又可以分為低溫超導(dǎo)（常用液態(tài)氦制冷，工作溫度低達(dá)-269 ℃）和高溫超導(dǎo)（常用液態(tài)氮制冷，工作溫度為-196 ℃）兩種。

低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)是使高速磁懸浮列車（鋁和碳纖維材料或其他高強(qiáng)度輕型材料制成密閉車廂）在鋼結(jié)構(gòu)的密閉管道中運行的一種交通工具。采用鋼筋混凝土支柱將鋼結(jié)構(gòu)的管道架設(shè)在離地面一定高度或埋設(shè)在地下，并將管道內(nèi)抽成低真空，其內(nèi)空氣壓力約為海平面大氣壓力的幾百分之一，甚至千分之一。低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)結(jié)合了真空管道技術(shù)和磁懸浮列車技術(shù)，采用該種方式，不存在輪軌動力學(xué)問題，也不存在弓網(wǎng)動力學(xué)問題，甚至高速磁懸浮鐵路面臨的巨大空氣阻力問題也幾乎不存在。因此，低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)可以相對經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)地面交通時速600 km以上的運行速度。

低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)的不足主要包括兩個方面，一是作為與輪軌高鐵技術(shù)迥異的高速交通系統(tǒng)，不能與國內(nèi)已建成的長達(dá)十余萬千米的鐵路聯(lián)網(wǎng)運行；二是受高速磁懸浮道岔及相關(guān)技術(shù)的制約，列車追蹤間隔時間較長，影響列車運行效率。但上述不足主要是基于與輪軌高鐵競爭為出發(fā)點提出的，隨著低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)較輪軌高鐵運行速度的大幅度提高，其對現(xiàn)有交通方式的補(bǔ)充將在很大程度上強(qiáng)化和提升既有交通運輸體系的能力與功能。

（二）研究現(xiàn)狀

1. 磁懸浮鐵路

20世紀(jì)60年代，德國、日本、美國分別開始研制磁懸浮列車。20世紀(jì)70年代，英國、加拿大、蘇聯(lián)也加入了磁懸浮鐵路的研究行列，但隨著時間的推移，美國、蘇聯(lián)、加拿大、英國先后放棄了對磁懸浮鐵路的研究，20世紀(jì)80年代以后，韓國和中國也加入了磁懸浮鐵路的研究行列[3]。

德國是磁懸浮鐵路概念的誕生地。德國學(xué)者肯佩爾早在20世紀(jì)20年代就提出了磁懸浮理論，并在1934年獲得磁懸浮列車發(fā)明專利。1968年德國開始了磁懸浮列車的研究，1969年研制出世界第一列磁懸浮列車的模型車——TR01，以后的數(shù)年，先后研制出TR02、TR03、TR04等型號的磁懸浮列車，這些磁懸浮列車都采用短定子直線電機(jī)原理，以中低速運行為主。1979年研制出第一列采用長定子同步直線電動機(jī)原理的常導(dǎo)吸引型磁懸浮列車——TR05，從TR05之后的列車均采用同步直線電機(jī)驅(qū)動。2007年研制的TR09為截至2017年的最新車型。為開展磁懸浮高速列車試驗，德國于1988年在埃姆斯蘭建成全長為31.5 km的試驗線（TVE）。

日本國有鐵道從1962年開始研究常導(dǎo)磁懸浮列車，從1972年開始研究采用低溫超導(dǎo)磁鐵的超導(dǎo)電動懸浮式磁懸浮列車——Maglev trains（magnetically levitated trains），同年研制出世界上第一臺單節(jié)試驗車——ML100。后來分別研制了ML500、MLU001、MLU002、MLU001N、MLX01等型號的磁懸浮試驗車。為了更好地服務(wù)于磁懸浮系統(tǒng)的發(fā)展，日本于20世紀(jì)70年代建成了長達(dá)7 km的宮崎磁懸浮試驗線，并于1979年創(chuàng)造了不載人情況下最高517 km/h的試驗速度。1997年開始在山梨縣境內(nèi)川村—秋山村間修建一條全長42.8 km的新的試驗線，首期試驗線（長18.4 km）于1999年建成，全部工程于2013年完成。早在2003年，日本的高速磁懸浮列車就在試驗線上跑出了載人情況下581 km/h的世界紀(jì)錄。2010年10月26日，日本發(fā)布了為營業(yè)線配置的L0系第一代磁懸浮列車技術(shù)要求。2012年11月，新研制的L0系磁懸浮列車進(jìn)入山梨試驗線。L0系列車始發(fā)時是橡膠輪走行，當(dāng)速度超過150 km/h時，電磁力足夠把車體抬起轉(zhuǎn)換為磁懸浮走行，懸浮高度約為100 mm。2015年4月21日，L0系在山梨試驗線的試乘活動中創(chuàng)造了載人走行603 km/h的世界紀(jì)錄。

中國從20世紀(jì)80年代開始研究磁懸浮鐵路技術(shù)，最先開展研究的單位包括鐵道科學(xué)研究院、西南交通大學(xué)、國防科技大學(xué)和中國科學(xué)院電工研究所。1989年，國防科技大學(xué)第一次研制出小型磁浮試驗車。1994年，西南交通大學(xué)研制了雙轉(zhuǎn)向架4 t磁懸浮車。1998年，鐵道科學(xué)研究院研制的6 t單轉(zhuǎn)向架磁懸浮車實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。2000年，西南交通大學(xué)研制成功世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國先后建成國防科技大學(xué)磁懸浮實驗線、青城山磁懸浮列車工程試驗線，以及同濟(jì)大學(xué)高速磁懸浮試驗線。2016年10月21日，國家科技部將“高速磁懸浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”重點專項定向委托給中國中車股份有限公司組織實施，標(biāo)志著我國時速600 km高速磁懸浮的研發(fā)拉開序幕。該項目旨在攻克高速磁懸浮交通系統(tǒng)懸浮、牽引與控制核心技術(shù)，形成我國自主知識產(chǎn)權(quán)并具有國際普遍適應(yīng)性的新一代高速磁懸浮交通系統(tǒng)核心技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，使我國具備高速磁懸浮交通系統(tǒng)和裝備的完全自主化與產(chǎn)業(yè)化能力。

2. 低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)

美國學(xué)者羅伯特·戴維早在1904年就提出“真空管道運輸”設(shè)想。瑞士于20世紀(jì)70年代提出以隧道作為管道的地下低真空高速磁懸浮地鐵系統(tǒng)，即Swissmetro系統(tǒng)，該系統(tǒng)將地下隧道抽成10-1atm的低真空，使用線性推動技術(shù)和磁懸浮與導(dǎo)向技術(shù)，設(shè)計速度為500 km/h [4]。20世紀(jì)90年代，美國工程師奧斯特注冊了真空管道運輸系統(tǒng)（ETT）的商標(biāo)和發(fā)明專利，該系統(tǒng)為小型分散的管道“汽車”模式，管道內(nèi)抽成低真空，采用可乘坐6人的圓柱狀磁懸浮客艙，速度可達(dá)到6 500 km/h。2004年，沈志云院士提出了發(fā)展低真空高溫超導(dǎo)磁懸浮高速系統(tǒng)的技術(shù)方案[5]。

雖然低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)的概念或方案已經(jīng)提出數(shù)十年，但由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因，在世界各國均未得到工程應(yīng)用。2013年，美國特斯拉電動汽車公司首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）提出“超級高鐵”（Hyperloop）的初始計劃方案，并參與加州高鐵項目的競爭，全球再次掀起了真空管道高鐵熱潮。根據(jù)馬斯克的設(shè)計，超級高鐵主要由四部分組成：膠囊、管道、推進(jìn)系統(tǒng)和儲能部件，膠囊可以乘坐28名乘客，放置于真空管道中正常行駛時速可達(dá)1 220 km，管道由鋼材制成，管道內(nèi)壓力預(yù)計保持在地球表面壓力的1/1 000。自馬斯克提出“超級高鐵”的概念后，有很多美國公司著手研究“超級高鐵”，包括Hyperloop One公司和Hyperloop Transportation Technologies（HTT）公司。

2015年12月，美國Hyperloop One公司開始在拉斯維加斯北部建設(shè)測試點，包括一段長約1 km的測試軌道。2016年5月，Hyperloop One公司的超級高鐵推進(jìn)系統(tǒng)首次戶外測試成功，測試車輛重約680 kg，以相當(dāng)于2.5倍重力的推力加速，速度從0加速到97 km/h僅需要1.1 s，最高測試速度達(dá)到186 km/h。2017年還進(jìn)行過三個階段的試驗。

低真空環(huán)境下首次磁懸浮小車全系統(tǒng)測試。2017年5月12日，Hyperloop One公司首次在位于內(nèi)華達(dá)州的真空管道中對其超級高鐵進(jìn)行了全系統(tǒng)測試。在測試中，Hyperloop One公司的超級高鐵車輛利用磁懸浮技術(shù)在低真空管道中運行了5.3 s，加速度接近2g，時速達(dá)到113 km。

全尺寸乘客艙測試。2017年7月29日，Hyperloop One公司首次投入使用長8.7 m、寬2.4 m、高2.7 m，由鋁和碳纖維構(gòu)成的全尺寸乘客艙XP-1。測試車輛跑完了全程，最高時速達(dá)到310 km。Hyperloop One公司在測試后表示，發(fā)動機(jī)、電子器件、真空泵和磁懸浮機(jī)制等系統(tǒng)在測試過程中均運行良好，XP-1乘客艙以磁懸浮方式在軌道上滑動，推進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動功率是第一階段的3.5倍，低管道被減壓到相當(dāng)于海拔2×105ft（1 ft = 0.3048 m）的氣壓，盡可能減小了運行阻力。

更高速度測試。2017年12月中旬，Hyperloop One公司完成了最高時速387 km的測試，除了速度測試，還進(jìn)行了一系列對新氣閘系統(tǒng)（讓列車在500 m長的真空管和正常空氣壓力下運行）、電動發(fā)動機(jī)、控制與電力電子設(shè)備、磁懸浮設(shè)備等的測試。

HTT公司于2015年開始在加州中部地區(qū)修建長約8 km的測試軌道。首節(jié)全尺寸車廂HyperloopTM也于2017年3月22日進(jìn)入制造階段，HTT公司計劃其“超級高鐵”將于2019年實現(xiàn)運輸貨物，2021年運載乘客。

韓國也曾經(jīng)計劃自主開發(fā)亞音速膠囊列車，計劃應(yīng)用于首爾—釜山段超高速鐵路。2016年10月21日，韓國鐵道技術(shù)研究院、韓國建設(shè)技術(shù)研究院、蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)等聯(lián)合成立真空管道磁懸浮研究會。2017年初，韓國政府以及相關(guān)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)宣布了擬打造代號為“HTX”超級高鐵的計劃。

目前，我國有西南交通大學(xué)、中國航天科工集團(tuán)有限公司、中國鐵道科學(xué)研究院等單位正在致力于低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)的研究，同時這些單位已經(jīng)建立了或正在推動建立相關(guān)試驗平臺。其中西南交通大學(xué)于2011年研制出側(cè)掛式小比例低真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形加速列車系統(tǒng)，2014年建成了低真空管道高速磁懸浮列車原型測試平臺。

四、科學(xué)技術(shù)問題與關(guān)鍵技術(shù)

（一）科學(xué)技術(shù)問題

理論上，采用真空管道技術(shù)，讓列車處于真空環(huán)境中，沒有了空氣阻力，將大幅提升磁懸浮列車的速度，但要真正實現(xiàn)“工程化”，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等諸多方面仍存在很多問題和爭議。本文從巨系統(tǒng)頂層設(shè)計、低真空管道及環(huán)境、高速磁懸浮以及商業(yè)化運營四個方面對低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)可能存在的科學(xué)技術(shù)和工程問題進(jìn)行了梳理凝練。

1. 巨系統(tǒng)頂層設(shè)計

巨系統(tǒng)頂層設(shè)計主要包括高速磁懸浮線路選線及平縱斷面設(shè)計，真空度與車輛-管道斷面合理匹配，站場布置、線路轉(zhuǎn)換及乘客乘降環(huán)境過渡，系統(tǒng)與子系統(tǒng)及其部件全生命周期可靠性、可用性、可維修性、安全性（RAMS）體系構(gòu)建及保障，系統(tǒng)內(nèi)部與外部接口關(guān)系及管理，流-固-磁-熱多物理場耦合作用機(jī)理及其分析等問題。

2. 低真空管道及環(huán)境

低真空管道及環(huán)境主要包括低真空管道材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計，管道支撐結(jié)構(gòu)的類型、鋪設(shè)精度、溫度及沉降變形控制、與管道聯(lián)接方式及變形協(xié)調(diào)，管道內(nèi)運行及輔助系統(tǒng)布置及其與管道聯(lián)接方式，長距離大斷面低真空環(huán)境快速構(gòu)建及控制，車體密封及車內(nèi)環(huán)境維持，車體及電氣元件在低真空環(huán)境條件下的散熱，低真空環(huán)境下電氣設(shè)備特性及電磁場動態(tài)畸變，低真空環(huán)境下噪聲傳播機(jī)理及車內(nèi)噪聲控制，低真空密閉環(huán)境下超高速車-地?zé)o線通信，低真空環(huán)境下應(yīng)急疏散救援，管道內(nèi)養(yǎng)護(hù)維修等問題。

3. 高速磁懸浮

高速磁懸浮主要包括懸浮導(dǎo)向技術(shù)方案選擇及軌道梁幾何精度合理匹配，高速運行條件下懸浮導(dǎo)向穩(wěn)定性控制，高速運行條件下驅(qū)動與制動方案及控制，驅(qū)動制動與懸浮導(dǎo)向磁場耦合機(jī)理及分析方法，高速運行條件下列車測速定位，高速運行時低真空管內(nèi)壓力波效應(yīng)及其對列車運行安全性、穩(wěn)定性影響，高速運行時磁阻效應(yīng)特性及磁場平順優(yōu)化，高速長距離運行條件下多端口同步牽引供電協(xié)調(diào)控制，高速運動邊界引起的氣動熱輻射、熱傳導(dǎo)及散熱等問題。

4. 商業(yè)化運營

商業(yè)化運營主要包括相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建，調(diào)度指揮及安全防護(hù)，運輸組織與客運服務(wù)，運營維護(hù)，以及與既有交通運輸體系的銜接等問題。

（二）關(guān)鍵技術(shù)

從系統(tǒng)功能劃分，低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)可分為總體系統(tǒng)、低真空與線路系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)、懸浮導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動與制動系統(tǒng)、通信與運控系統(tǒng)、安全保障及防災(zāi)救援系統(tǒng)等，初步提出22項各子系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

1. 總體系統(tǒng)

低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)總體層面尚無成功的可借鑒設(shè)計經(jīng)驗，需攻克的關(guān)鍵技術(shù)有：一體化設(shè)計技術(shù)、復(fù)雜多物理場系統(tǒng)耦合分析技術(shù)、系統(tǒng)安全及可靠性技術(shù)、系統(tǒng)仿真優(yōu)化及試驗驗證技術(shù)等。

2. 低真空與線路系統(tǒng)

系統(tǒng)真空尺度大，真空中難以通過對流及時散熱；同時，高速對線路的平順度、可靠性、結(jié)構(gòu)特征等參數(shù)提出了更高要求。需攻克的關(guān)鍵技術(shù)包括：大尺寸管道低真空環(huán)境構(gòu)建與控制、高精度軌道及線橋隧設(shè)計制造技術(shù)、高速磁懸浮道岔技術(shù)[6]、軌道瞬時大面積高熱量密度散熱技術(shù)等。

3. 車輛系統(tǒng)

車輛在高速運動狀態(tài)下，受到力、熱、振動及噪聲多種載荷的耦合作用，對列車車體、走行機(jī)構(gòu)提出了新的要求。需攻克的關(guān)鍵技術(shù)有：低阻/噪/熱車體外形一體化設(shè)計技術(shù)、輕質(zhì)-高承載車體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)、高固有頻率走行機(jī)構(gòu)設(shè)計技術(shù)等。

4. 懸浮導(dǎo)向系統(tǒng)

列車在高速運動狀態(tài)下，對于懸浮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、損耗抑制、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等提出了較高要求。需攻克的關(guān)鍵技術(shù)有：大重載穩(wěn)定磁懸浮設(shè)計技術(shù)、高速動態(tài)懸浮力波動抑制技術(shù)、新型高性能超導(dǎo)體研制技術(shù)等。

5. 驅(qū)動與制動系統(tǒng)

列車在高速運行狀態(tài)時，對高頻、高壓、大電流條件下驅(qū)動系統(tǒng)的工作效率，以及不同速度下渦流制動器的制動力密度和速域范圍等提出了更高要求。需攻克的關(guān)鍵技術(shù)有：大推力高速電機(jī)研制技術(shù)、大功率高速驅(qū)動變流控制技術(shù)、高密度高可靠儲能及供電技術(shù)、寬域高密度渦流制動技術(shù)等。

6. 通信與運控系統(tǒng)

低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)間耦合性強(qiáng)，控制復(fù)雜且可靠性要求高，需攻克的關(guān)鍵技術(shù)有：高速高可靠運行控制技術(shù)、低真空密閉環(huán)境高速高可靠車地?zé)o線通信技術(shù)等。

7. 安全保障及防災(zāi)救援系統(tǒng)

安全保障及防災(zāi)救援系統(tǒng)主要包括狀態(tài)和災(zāi)害監(jiān)測與評估技術(shù)、應(yīng)急處置與安全救援技術(shù)等。

五、建議

（一）國家層面立項研究

雖然國家科學(xué)技術(shù)部已立項“磁懸浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”重點專項，但由于低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)注入了低真空的環(huán)境特征，其技術(shù)復(fù)雜程度大幅度增加。建議由國家立項，在前期研究的基礎(chǔ)上，開展面向時速600 km以上的低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)研究，包括系統(tǒng)整體架構(gòu)與系統(tǒng)技術(shù)研究、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計建造技術(shù)研究、關(guān)鍵裝備研發(fā)與制造技術(shù)研究，以及運營維護(hù)和安全保障策略研究等。

（二）建設(shè)低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)試驗線

低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)作為技術(shù)復(fù)雜的工程巨系統(tǒng)，需反復(fù)進(jìn)行工程驗證試驗，雖然西南交通大學(xué)正在建設(shè)一條低真空高溫超導(dǎo)磁懸浮直道試驗線，但其總長度為140 m，僅可用于400 km/h以下的技術(shù)測試，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工程驗證試驗的目的，建議立項研究建設(shè)約5 km長度的試驗線，推動低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)工程應(yīng)用突破，促進(jìn)科技成果的工程化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

（三）建設(shè)低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)國家級實驗室

由國家科學(xué)技術(shù)部、交通運輸部、中國鐵路總公司共建，主要依托中國鐵道科學(xué)研究院、西南交通大學(xué)、中國中車股份有限公司、航天科工集團(tuán)、中國中鐵股份有限公司、中國鐵建股份有限公司、中國石油管道公司等單位聯(lián)合建設(shè)。實驗室瞄準(zhǔn)“交通強(qiáng)國戰(zhàn)略”需求，通過科研院所、高校、軌道交通領(lǐng)域大型企業(yè)集團(tuán)資源共享，持續(xù)開展科技創(chuàng)新，最終建成我國低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和前沿技術(shù)研發(fā)基地、學(xué)術(shù)交流中心和人才培養(yǎng)基地，形成低真空管道高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的科技創(chuàng)新體系。