比飛機還快的“超級高鐵”有望在西南交大誕生

在西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室，一條測試時速可達400公里的真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮直道試驗線正在建設(shè)。

實驗室里的超高速磁懸浮列車環(huán)形實驗線平臺。

目前地面載人交通最快速度已經(jīng)超過600公里/小時。還能否更快？“能！”在西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室，一條測試時速可達400公里的真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮直道試驗線正在建設(shè)。采用該技術(shù)，列車時速甚至有望突破1000公里。換句話說，中國的“超級高鐵”極有可能在這里誕生。

“超級高鐵”只是其最前沿研究之一。建成25年來，牽引動力實驗室完成了我國幾乎所有機車車輛的動力學(xué)研究以及動力學(xué)性能的臺架試驗，2004年以來，又對高速動車組、新制式軌道交通的安全性保障、可靠性控制、長壽命設(shè)計、廣域性復(fù)議等進行了一系列的創(chuàng)新研究，助推中國高鐵以及軌道交通產(chǎn)業(yè)不斷向前飛奔。

令人驚嘆的“中國速度”是怎么誕生的？“超級高鐵”何時能成為現(xiàn)實？日前，記者走進實驗室、走近科學(xué)家，進行實地探訪。

實驗室里的“最前沿”：搭起試驗平臺 列車將在真空管里“飛”起來

走進牽引動力實驗室的試驗大廳，一個紅色、圓形管道類裝置即映入眼簾。這就是國內(nèi)首個真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮直道試驗平臺。這條直徑4.2米、長140米的特制管道，已經(jīng)完成了真空氣密性測試。正在進行的，是直線電機驅(qū)動裝置的安裝和調(diào)試。

記者看到，管道內(nèi)的底部，鋼材料橫豎交叉，形成一個可以放置平板的底座，漆黑的管道深處燈火明明滅滅，工程師正在進行安裝。管道內(nèi)外，架設(shè)了好幾臺小型起重機，用來運送動輒幾百公斤的裝備。

管道外排放著一摞摞材料。下一步，要把數(shù)米寬的永磁材料導(dǎo)軌放在底座上，這是磁懸浮列車的“軌道”。試驗車的車底則布滿特制的高溫超導(dǎo)材料，依靠液氮形成的低溫出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，和永磁材料感應(yīng)排斥，讓列車懸浮。

該平臺主要進行真空管道+高溫超導(dǎo)磁懸浮的高速理論試驗，試驗車按1：10比例設(shè)置，設(shè)計懸浮高度10毫米，能承重200公斤，測試時速可達400公里/小時。搭建這個試驗平臺，是為下一步的工程化試驗打基礎(chǔ)。

高鐵在真空狀態(tài)下運行，科學(xué)家稱為“后高鐵時代”，也就是大眾俗稱的“超級高鐵”。2013年，美國“高鐵狂人”馬斯克提出要建時速1200公里高鐵，讓“超級高鐵”的認(rèn)知度從學(xué)術(shù)界擴展到公眾。

牽引動力實驗室做“超級高鐵”的研究，并非跟風(fēng)。西南交大素有中國交通智庫之稱，學(xué)校一代代科學(xué)家為引領(lǐng)未來交通方向而努力。早在2004年，兩院院士、西南交大教授沈志云就提出，有軌高鐵的經(jīng)濟運行最高時速為400公里，速度還要高，就要發(fā)展“超級高鐵”。“超級高鐵”在真空管道內(nèi)運行，通過磁懸浮支撐車體，減少了空氣、輪軌的阻力，由此可以實現(xiàn)超高速。

西南交大也有做磁懸浮的基礎(chǔ)——2000年，西南交大教授王家素、王素玉帶頭，成功研制出世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車“世紀(jì)號”，證明了高溫超導(dǎo)磁懸浮車在原理上的可行性。

2011年，師從王家素和王素玉的博士后鄧自剛從日本留學(xué)后回到母校，2014年在西南交大首席教授、牽引動力實驗室時任主任張衛(wèi)華的支持下，建成全球首個真空管道超高速磁懸浮列車環(huán)形實驗線平臺、國內(nèi)第一個載人高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形實驗線，研究并驗證了真空管道+高溫超導(dǎo)磁懸浮的可行性。

“目前國家已對時速為五六百公里的磁懸浮列車研究立項。未來，超高速列車的速度應(yīng)該會逐步達到音速和超音速?！睆埿l(wèi)華表示，要達到這種速度，一定是在真空環(huán)境下進行。目前實驗室正在不遺余力地研究高溫超導(dǎo)磁懸浮列車，其目的就是把傳統(tǒng)輪軌技術(shù)改成高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，充分解決輪軌的限制和機械問題。

鄧自剛研究員介紹，目前，真空技術(shù)已經(jīng)很成熟，高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)也有成型的解決方案，兩者相結(jié)合，時速有望突破1000公里——超過飛機的速度。今后5-10年，將是“超級高鐵”載人試驗取得突破、并實現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵時期。

載重方面，高溫超導(dǎo)磁懸浮車的懸浮能力可達到2噸/米，懸浮高度15毫米，能達到現(xiàn)有軌道交通運營載重的要求。

實現(xiàn)列車的高速運行，懸浮導(dǎo)向是基礎(chǔ)，牽引驅(qū)動是關(guān)鍵。實驗室正在加緊研制能實現(xiàn)超高速運行的大推進力高溫超導(dǎo)直線電機，發(fā)展懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動全高溫超導(dǎo)的超高速磁懸浮列車系統(tǒng)。一位實驗室負(fù)責(zé)人介紹，實驗室正在謀劃建設(shè)超高速（1500公里/小時）低真空管道磁浮交通動模試驗平臺。

與科學(xué)家聊聊：堅持做好基礎(chǔ)研究 自主創(chuàng)新才能開花結(jié)果

2014年，西南交大建成國內(nèi)第一個載人高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形實驗線被公開報道后，鄧自剛一下“火”了，每天的訪者絡(luò)繹不絕，他只能犧牲休息時間來彌補被打斷的研究。

鄧自剛對高溫超導(dǎo)磁懸浮的研究，始于2004年。他的研究生導(dǎo)師、世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車的研發(fā)者王家素和王素玉，帶著他走上了這條學(xué)術(shù)研究路。

輪軌高鐵飛速發(fā)展，磁懸浮卻進展緩慢，只有上海一條磁懸浮列車在商用。但研究，鄧自剛卻一直沒有丟下，“我喜歡這個專業(yè)，也看好這個方向?！?/p>

在實驗室的環(huán)形實驗平臺旁，豎著個同比例縮小版的模型，仔細(xì)觀察可看到，軌道并非一直正面朝上，有時像過山車一樣扭轉(zhuǎn)著，朝上面就變?yōu)閭?cè)面甚至朝下。“車體既能懸浮、也能懸掛，無論運動還是靜止，都能懸浮，就像被牢牢‘釘’在軌道上?！彼f，這是高溫超導(dǎo)磁懸浮的特性——自穩(wěn)定的懸浮系統(tǒng)。也因此，高溫超導(dǎo)磁懸浮被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是原理最優(yōu)、也最能實現(xiàn)超高速鐵路的技術(shù)，換句話說，這是未來交通的前沿。

目前有三種磁懸浮技術(shù)：電磁懸浮技術(shù)、低溫超導(dǎo)技術(shù)、高溫超導(dǎo)技術(shù)，后兩者才能實現(xiàn)超高速。2000年高溫超導(dǎo)磁懸浮車誕生、2014年真空高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗線面世，西南交大對高溫超導(dǎo)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，走在了國際前列，也是前后兩代師生的努力，讓這一自主創(chuàng)新得以傳承并發(fā)揚光大。

“學(xué)術(shù)研究需要一代代的傳承?！编囎詣偵钣懈杏|地說，這就好比種樹，必須持續(xù)地澆灌，才有可能結(jié)出果實。

研究人員李婧等也持同樣觀點。磁浮超導(dǎo)研究所有6位老師、60多名學(xué)生，每周的例會，無論前一天多忙、多晚，老師們都會趕回學(xué)校參加例會，商討近期學(xué)術(shù)研究的重點、難點。如果實在時間調(diào)劑不過來，寧愿改例會時間?！鞍鸦A(chǔ)研究做好，積累在這里，一旦需要，可以馬上拿出來，盡快轉(zhuǎn)化為成果。”

一種困惑：以前嫌“太遠(yuǎn)”現(xiàn)在嫌“太慢” 市場對前沿科研的看法總有錯位

有個問題一直困擾著實驗室研究人員李婧：高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)已研制成功近20年，為什么還走不出實驗室？

李婧在牽引動力實驗室的超導(dǎo)技術(shù)研究所工作。走進研究所，就可看到“世紀(jì)號”——世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車。18年前，它曾轟動世界，此后卻蒙塵于誕生地。

現(xiàn)在，目標(biāo)似乎近了。在牽引動力實驗室，真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮直道試驗線的搭建，讓高溫超導(dǎo)磁懸浮在實驗室內(nèi)“再進一步”。國內(nèi)也掀起“磁懸浮潮”，繼上海磁懸浮列車商業(yè)運行14年后，國內(nèi)第二條、第三條磁懸浮列車相繼在長沙、北京投運，不久的將來，成都也將迎來磁懸浮列車。

風(fēng)口已至，不過，困惑并未緩解?！昂芏嗥髽I(yè)來過，希望能馬上投入商用，但事實上，我們的研究離商用還差一步。”鄧自剛說，這個重要的“坎”就是載人試驗。該試驗需要建一條2公里左右的工程示范線，按1:1比例搭載列車，解決了實際運行中出現(xiàn)的各種問題后，之后才能轉(zhuǎn)向商用。這需要投入三四億元資金，以及3-5年時間。資金投入或許不算高，但企業(yè)已經(jīng)等不得，從目前的接洽來看，幾乎沒人愿意放慢腳步。

作為前沿技術(shù)，高溫超導(dǎo)磁懸浮多年來積累了無數(shù)的基礎(chǔ)研究，但因“看起來太遠(yuǎn)”，應(yīng)用研究缺乏足夠的資金支持，反而停滯不前。但當(dāng)風(fēng)口來臨、急需上馬之時，又因缺乏應(yīng)用研究，難以實現(xiàn)快速的成果轉(zhuǎn)化。這也是很多前沿科研項目的無奈。

在理論研究中，高溫超導(dǎo)磁懸浮已實現(xiàn)速度的全覆蓋，能在真空裝置中達到1000公里/小時的超高速，也適用于100-300公里/小時的中低速和高速列車，成為新制式城市軌道交通。鄧自剛說：“現(xiàn)在，我們希望有‘伯樂’?！?/p>