卓 然

美國(guó)斯特拉的創(chuàng)始人，有“科技狂人”之稱的埃隆·馬斯克在6年前提出了利用低真空管道和磁懸浮技術(shù)研制“超環(huán)高鐵”的設(shè)想。2016年5月11日，該項(xiàng)目在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的拉斯維加斯郊區(qū)，進(jìn)行公開(kāi)測(cè)試。3米長(zhǎng)的測(cè)試車(chē)在鋪設(shè)好的軌道上跑出了640千米的時(shí)速，舉世震驚。

讓世人更驚訝的是，幾乎與馬斯克團(tuán)隊(duì)同步，中國(guó)科學(xué)家通力協(xié)作，也正在進(jìn)行獨(dú)具特色的超級(jí)高鐵項(xiàng)目研制，從科學(xué)依據(jù)到實(shí)驗(yàn)設(shè)施無(wú)不打上“中國(guó)創(chuàng)造”的鮮明烙印。2017年8月29日，中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司在湖北省武漢市宣布，已啟動(dòng)了1000千米/小時(shí)“高速飛行列車(chē)”的研發(fā)項(xiàng)目，將開(kāi)發(fā)最高運(yùn)行速度2000千米/小時(shí)、4000千米/小時(shí)的超高速列車(chē)。

據(jù)悉，中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司是世界上首家提出超音速地面運(yùn)輸系統(tǒng)的集團(tuán)公司。目前，世界上已經(jīng)有三大公司宣布開(kāi)發(fā)超過(guò)1000千米/小時(shí)的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括美國(guó)HTT公司、Hyperloop One公司和中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司。

中國(guó)超級(jí)高鐵在這里孕育

在西南交通大學(xué)的實(shí)驗(yàn)大樓里，搭建了一條全球首個(gè)真空管道超高速磁懸浮列車(chē)環(huán)形實(shí)驗(yàn)線平臺(tái)，簡(jiǎn)稱“載人高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形實(shí)驗(yàn)線”。該線路總長(zhǎng)45米，設(shè)計(jì)載重300千克，最大載重可達(dá)1噸，懸浮凈高大于20毫米，是目前國(guó)際上同等載重能力條件下，截面最小、永磁材料用量最少的超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)，可進(jìn)行0至50千米/小時(shí)的實(shí)際動(dòng)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。在真空管道理想狀態(tài)下，各項(xiàng)配套設(shè)施精準(zhǔn)達(dá)標(biāo)并完全配合調(diào)試的條件下，它可將列車(chē)?yán)碚摃r(shí)速提高到1000千米以上，開(kāi)創(chuàng)陸地交通工具的新紀(jì)元。

西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士鄧自剛副教授自豪地表示，我們?cè)谠擃I(lǐng)域研究中的很多指標(biāo)都是國(guó)際領(lǐng)先的。除了實(shí)際載重能力外，我們這個(gè)軌道的截面積是現(xiàn)在全世界最小的，它的寬度只有120毫米，厚度只有25毫米。它使用的永磁材料雖少，但動(dòng)力一樣強(qiáng)勁驚人。

超級(jí)高鐵的超級(jí)動(dòng)力哪里來(lái)？

磁懸浮技術(shù)是1個(gè)世紀(jì)前由德國(guó)人最早提出的。它是指利用磁力克服重力，從而使物體懸浮的一種技術(shù)。目前的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。

磁懸浮列車(chē)是依靠電磁吸力或電動(dòng)斥力將列車(chē)懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)列車(chē)與地面軌道間的無(wú)機(jī)械接觸，再利用線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)列車(chē)運(yùn)行。磁懸浮列車(chē)分為常導(dǎo)型和超導(dǎo)型兩大類。前者以德國(guó)高速常導(dǎo)磁浮列車(chē)為代表，后者以日本MAGLEV為代表。

磁懸浮還有高低溫超導(dǎo)磁懸浮之分，這里所說(shuō)的高低溫是相對(duì)而言的。高溫超導(dǎo)磁懸浮中的超導(dǎo)指的是一種超導(dǎo)材料，具有零電阻效應(yīng)。也就是說(shuō)，電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)不發(fā)生熱損耗，可以毫無(wú)阻力地在導(dǎo)線中形成強(qiáng)大電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)。超導(dǎo)磁懸浮，就是利用超導(dǎo)體的抗磁性，實(shí)現(xiàn)磁懸浮。而所謂高溫超導(dǎo)，是指在零下196攝氏度的液氮環(huán)境中，超導(dǎo)所具有的特性；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。

與低溫超導(dǎo)和常溫超導(dǎo)相比，高溫超導(dǎo)有一個(gè)最大特點(diǎn)：它有自穩(wěn)定性。換句話說(shuō)，把高溫超導(dǎo)體放在永磁軌道上后，它既能懸浮，又能懸掛，不管運(yùn)動(dòng)還是靜止，都能懸浮。在永磁軌道上，高溫超導(dǎo)體還提供穩(wěn)定的導(dǎo)向力和懸浮力，也就是不會(huì)上下左右搖晃，像釘子一樣牢牢地扎在永磁軌道上面。

難點(diǎn)與亮點(diǎn)同時(shí)聚焦

磁懸浮技術(shù)是當(dāng)今世界最前沿的高科技，我們國(guó)家要用幾年時(shí)間完成發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)资曜哌^(guò)的歷程，更何況中國(guó)科學(xué)家是在探索一條艱難、全新的路徑。

比如高溫超導(dǎo)材料從哪里來(lái)？特殊的軌道如何建設(shè)？車(chē)體究竟該怎樣設(shè)計(jì)等一系列的難題，如同一道道深不可測(cè)的鴻溝，橫亙?cè)谥袊?guó)科研團(tuán)隊(duì)的面前，每道溝壑還與深淺不一的湖汊堰塞相連，抬腿跨越，談何容易。接受挑戰(zhàn)，迎接考驗(yàn)，是必然的。

專家介紹說(shuō)，磁懸浮列車(chē)的最大秘密是鋪設(shè)在軌道上的永磁材料。歐美國(guó)家研發(fā)永磁材料多年，并對(duì)我國(guó)長(zhǎng)期封鎖禁運(yùn)，不但東西不賣(mài)給我們，想去參觀都被婉言謝絕。唯一的辦法，就是從零開(kāi)始，我們自己摸索制造?，F(xiàn)在杭州一家企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的永磁材料，為中國(guó)超級(jí)高鐵的研制立下頭功一件。

攻克高性能的永磁材料難關(guān)后，接踵而至的難題是怎樣把永磁體拼接在一起，并形成磁懸浮導(dǎo)軌。由于永磁體之間相互排斥的磁力很大，一小塊便可產(chǎn)生300多千克的推力，一不小心就可能跑偏。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)終于摸索出一系列設(shè)計(jì)的工序，通過(guò)機(jī)械的方式，一點(diǎn)一點(diǎn)把它固定好，一個(gè)磁鋼固定好，再裝下一個(gè)磁鋼。

當(dāng)參與全程研制的年輕專家被問(wèn)到，中國(guó)超級(jí)高鐵的研發(fā)截止目前遇到的最棘手的困難是什么時(shí)，他脫口而出，就是怎樣將超導(dǎo)帶材以最小的電阻值連接在一起。盡管現(xiàn)在超導(dǎo)帶材越做越長(zhǎng)，從百米級(jí)躍升為千米級(jí)，但世界上還沒(méi)有不做接頭的超導(dǎo)帶材。超導(dǎo)帶材一有接頭，就會(huì)有電阻。如何把電阻降到最低值，一直是世界級(jí)難題。中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)研制了一個(gè)超導(dǎo)接頭技術(shù)，它的電阻能夠達(dá)到兩納歐姆左右，遠(yuǎn)超國(guó)際最高水平。

就像“阿波羅計(jì)劃”給美國(guó)社會(huì)掀起一波又一波的高科技浪潮一樣，超級(jí)高鐵也必定會(huì)給中國(guó)科技制造業(yè)帶來(lái)深刻影響。原因很簡(jiǎn)單，性能先進(jìn)的超導(dǎo)材料應(yīng)用前景廣闊，不僅用于磁懸浮交通，還能運(yùn)用到超導(dǎo)電纜、新能源汽車(chē)無(wú)線電充電系統(tǒng)，甚至運(yùn)用到國(guó)防軍事領(lǐng)域，比如導(dǎo)彈目前最新的冷發(fā)射技術(shù)。

傳統(tǒng)的導(dǎo)彈發(fā)射方式是點(diǎn)火發(fā)射方式，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，很容易被對(duì)方熱感應(yīng)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，使他們有時(shí)間啟動(dòng)反導(dǎo)系統(tǒng)。如果采用超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，在短時(shí)間內(nèi)把巨大的能量，迅速釋放出去，可以把這個(gè)導(dǎo)彈拋射到空中，達(dá)到一定的高度再點(diǎn)火，等對(duì)方發(fā)現(xiàn)時(shí)，導(dǎo)彈已經(jīng)打到家門(mén)口了。

談到我國(guó)超級(jí)高鐵目前的發(fā)展、樣機(jī)制造、何時(shí)下線等問(wèn)題時(shí)，相關(guān)工程人員表示，有明確的計(jì)劃，但不方便詳情透露。而有媒體曾描繪過(guò)我國(guó)超級(jí)高鐵大概的發(fā)展規(guī)劃。

首先，要實(shí)現(xiàn)超級(jí)高鐵時(shí)速達(dá)1000千米，建立我國(guó)城際超級(jí)高鐵運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。第二步是實(shí)現(xiàn)時(shí)速2000千米，在國(guó)家干線上，特別是在北京、上海、成都、廣州、武漢五大經(jīng)濟(jì)區(qū)周?chē)?，建設(shè)全國(guó)性的超級(jí)高鐵運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。第三步是時(shí)速達(dá)到4000千米，這也意味著未來(lái)有可能形成北京、上海、廣州、武漢、成都五個(gè)超高速鐵路樞紐。由于武漢位于五個(gè)車(chē)站的中間，因此可能設(shè)計(jì)成最大的超高速火車(chē)站。