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        超級高鐵要實現(xiàn)“近地飛行”?

        2018-11-07 02:22:38貢曉麗
        創(chuàng)新時代 2018年8期
        關(guān)鍵詞:真空管時速磁懸浮

        貢曉麗

        6月19日,西南交通大學(xué)首席教授張衛(wèi)華在2018年世界交通運輸大會上透露,世界上時速最快的超級高鐵試驗線正在成都搭建,預(yù)計將在今年年底前建成并投入試驗測試。

        據(jù)介紹,中國版超級高鐵將采用“高溫超導(dǎo)磁懸浮+真空管道”技術(shù),且目前已著手探討時速1500公里的可行性。

        國家磁浮交通工程技術(shù)研究中心副主任林國斌曾對媒體表示,1500公里/小時只是目標(biāo)的試驗性速度,是否可行尚有待驗證,即便在試驗線上達到了,能否載人、能否實際應(yīng)用等問題仍然需要解決。從目前的研究階段來看,超級高鐵投入商業(yè)化運行還有很長的路要走。

        “前瞻性基礎(chǔ)研究必須扎扎實實進行,欲速則不達?!敝袊茖W(xué)院和中國工程院兩院院士、機車車輛動力學(xué)專家沈志云告訴記者。

        為后高鐵時代做準(zhǔn)備

        “超級高鐵”的概念是特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克2013年在自己博客中提出來的。按照他的設(shè)計,“超級高鐵”車廂像一個膠囊,每一個膠囊被放置于真空管道中,像炮彈一樣被發(fā)射到目的地。

        “超級高鐵”最高速度可達1200公里/小時,超過目前飛行速度最快的客機之一波音787(最高速度800公里/小時~1000公里/小時),從上海到北京僅需1小時。美國很多科技公司都在積極研制“超級高鐵”的相關(guān)技術(shù),不過目前還在可行性分析和試驗階段,尚未有一個成熟的項目。

        “人類對提高地面交通速度的追求是一個永恒的歷史課題。”沈志云表示,在多年自主創(chuàng)新和實踐經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上,中國鐵路成功實施“引進消化吸收再創(chuàng)新”戰(zhàn)略,如今高鐵“中國標(biāo)準(zhǔn)”正逐漸超越過去的“歐標(biāo)”與“日標(biāo)”,被越來越多的國家采用。

        沈志云認為,人類地面交通的發(fā)展當(dāng)然不會就此止步于高鐵?!捌叫杏诟哞F發(fā)展的是不斷進步的技術(shù),例如采用磁懸浮技術(shù),常導(dǎo)、超導(dǎo),低速、高速等,層出不窮,人類創(chuàng)新的腳步,從未停止過?!?/p>

        “受粘著、弓網(wǎng)和噪聲等制約,輪軌交通技術(shù)時速臨界線為600公里?!睆埿l(wèi)華認為,下一步,高速磁懸浮軌道交通將成為未來軌道交通技術(shù)發(fā)展的主攻方向。

        中國對高速列車的研究由來已久,后高鐵時代也早為學(xué)術(shù)界熱烈討論過。2004年,沈志云在中國科協(xié)舉辦的院士論壇上作了《真空管道高速交通》的報告。他在會上提出,真空(或低壓)管道式地面交通是達到超高速的唯一途徑,并認為我國應(yīng)將目標(biāo)定位在發(fā)展時速600至1000公里的超高速地面交通上。

        “我們不主張急功近利,技術(shù)還未突破前絕不搞大量集資,搞工程化?!鄙蛑驹铺寡裕婵展艿栏咚俳煌夹g(shù)可能要到20到30年以后才能實現(xiàn),“但這項技術(shù)對高鐵來說是又一次顛覆,從現(xiàn)在起就要開始研究,才能確保中國能在引領(lǐng)高鐵時代之后,繼續(xù)引領(lǐng)后高鐵時代?!?/p>

        技術(shù)路線選擇明朗

        資料顯示,今年年底前將建成并投入試驗測試的全新的試驗線是直徑4.2米、長140米的特制管道,將在低氣壓環(huán)境中測試,實驗車車底布滿特制的高溫超導(dǎo)材料,依靠液氮形成的低溫達到超導(dǎo)和磁懸浮效果,懸浮高度10毫米,承重200公斤,測試時速最高可達400公里。

        “實驗室已驗證過,‘磁懸浮+真空管道創(chuàng)造的低阻運行環(huán)境,能有效提升未來高鐵的速度?!睆埿l(wèi)華向記者透露。

        所謂高溫超導(dǎo),是指在零下196攝氏度的液氮環(huán)境中,特殊材料制成的超導(dǎo)體具有零電阻效應(yīng)。低溫超導(dǎo)是指在零下269攝氏度的液氦環(huán)境中,超導(dǎo)所具有的特性。高溫超導(dǎo)磁懸浮有自穩(wěn)定、自導(dǎo)向和能靜浮的優(yōu)點,換句話說,把高溫超導(dǎo)體放在永磁軌道上后,可實現(xiàn)列車在低速甚至靜止?fàn)顟B(tài)下,具有穩(wěn)定的導(dǎo)向力和懸浮力。

        張衛(wèi)華進一步介紹稱,由西南交通大學(xué)承擔(dān)的“多態(tài)耦合軌道交通動模試驗平臺”,是在1500米可模擬不同低氣壓環(huán)境的真空管道里,開展不同磁懸浮模式比例模型車運行測試,包括高溫超導(dǎo)磁懸浮模式在內(nèi),試驗速度超過音速。據(jù)張衛(wèi)華透露,我國最快將于2021年4月達到1500公里試驗時速。

        提到磁懸浮列車,不得不提的是世界上首條投入運營的磁懸浮線—上海浦東機場線,其采用的是德國常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)。列車最高時速達430公里,平均運行時速380公里。

        “常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)利用磁場吸引力實現(xiàn)懸浮,是一個不穩(wěn)定系統(tǒng),需要強大的人工控制設(shè)備,才能保證懸浮高度。任何控制都需要時間,稱為時遲,運行速度越高,容許的時遲越小。偶有不慎,就可導(dǎo)致失穩(wěn)?!鄙蛑驹平榻B,德國試驗線上就曾發(fā)生類似事故而燒毀了一輛車,故德國目前沒有繼續(xù)發(fā)展常導(dǎo)高速,并且連試驗線都拆掉了。“常導(dǎo)高速磁懸浮在世界上唯一保存下來的運營線路只有上海浦東常導(dǎo)磁浮機場線了,能否有更大突破,還要拭目以待?!?/p>

        “超導(dǎo)利用的是同性磁極相斥原理,靠排斥力把車輛懸浮高達100毫米以上。它是自穩(wěn)定系統(tǒng),不需要任何控制裝置,即可自動保持設(shè)計的懸浮高度。僅此一點,高速列車采用超導(dǎo)技術(shù)相對于常導(dǎo)技術(shù)的優(yōu)勢就不言自明了?!鄙蛑驹普f。

        離商用還有時日

        從當(dāng)前情況來看,我國最新研制的“復(fù)興號”動車組最高設(shè)計速度為400公里/小時,在測試中速度曾達到420公里/小時,而在實際中,仍以350公里/小時的速度運行。

        “當(dāng)時為了保證350公里/小時運營速度,我們建立了600—500—400公里/小時試驗體系,即:地面模擬運行試驗達到600公里/小時,使線路上的試驗速度能達到500公里/小時,用以保證運營最高速度能達到400公里/小時。”沈志云介紹,對于超級高鐵,要保證能以1000公里/小時的速度運營,地面模擬最高速度要擬定為1500公里/小時,這樣不僅能確保初期1000公里/小時的運營速度,還可為以后運營速度的提高預(yù)留試驗手段。

        1000公里的時速并非不可能實現(xiàn),而是需要花費大量的人力、物力與財力。無論是真空技術(shù)還是磁懸浮技術(shù),并非沒有突破的可能,而是需要推動落地試點?!霸砩闲械猛?,但要加快發(fā)展工程,把商業(yè)運行和科學(xué)實驗結(jié)合起來。”中國工程院院士、空氣動力學(xué)專家樂嘉陵在一場有關(guān)海底真空磁懸浮列車項目的研討會上建議。

        “超級高鐵”在開始工程化以前,還有許多基礎(chǔ)性研究要做。沈志云說:“我們已經(jīng)取得小型環(huán)形線試驗的突破,正在進行大管道(4.2米直徑,140米長,0.05~5.0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)中加速到450公里/小時的動模風(fēng)洞試驗。已確定在成都市天府新區(qū)建設(shè)1.5公里管道,進行1500公里/小時超高速的動模風(fēng)洞試驗,研究解決‘超級高鐵一系列關(guān)鍵技術(shù)問題,然后才能夠在鐵路總公司領(lǐng)導(dǎo)下,進行工程化的1000公里/小時示范線建設(shè)?!?/p>

        中國工程院副院長、中國鐵路總公司總工程師何華武表示,上海虹橋到杭州預(yù)留了“超級高鐵”的條件,在這條線路上繼續(xù)深化,十年內(nèi)是有可能實現(xiàn)的。

        沈志云認為,真空管道高溫超導(dǎo)磁浮滬杭線將是第一條示范線,建成后的發(fā)展是不可限量的,包括速度的提高?!皯?yīng)當(dāng)說2000公里/小時,甚至4000公里/小時的超高速都是可以納入視線之中的?!?/p>

        (本文轉(zhuǎn)自《中國科學(xué)報》)

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