作者：程虹丹 王雪晴（中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司第三研究院磁電總體部工程師）

(資料圖片僅供參考)

從馬車(chē)、蒸汽火車(chē)到高鐵、飛機(jī)，每一次交通工具的變革，都伴隨著旅行速度的飛躍。如今，人們對(duì)于速度的要求進(jìn)一步提高，下一代交通工具會(huì)是什么樣？高速飛車(chē)，或許就是答案。

2013年美國(guó)太空探索技術(shù)公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克提出，將磁懸浮技術(shù)和真空管道技術(shù)相結(jié)合，研制新一代交通工具——超級(jí)高鐵，即高速飛車(chē)。這種列車(chē)不僅可以大幅縮短出行時(shí)間，提高旅行舒適度，還具有更高的環(huán)境適應(yīng)性，運(yùn)行不再受天氣影響。

高速飛車(chē)通過(guò)管道連接實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接駁，可在城市里運(yùn)行。其發(fā)車(chē)間隔可達(dá)到與地鐵相似水平，旅客進(jìn)站后能即上即下，節(jié)省換乘等候時(shí)間。理想狀態(tài)下，高速飛車(chē)的應(yīng)急運(yùn)行能力強(qiáng)，車(chē)輛設(shè)備磨損小、運(yùn)行阻力低，其維護(hù)成本及能耗成本也更低，因而更經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

的確，作為一種新型軌道交通工具，高速飛車(chē)快捷、安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，是很有潛力的未來(lái)出行方式。在這方面，我國(guó)也在發(fā)力。

列車(chē)貼地“飛”起來(lái)

高速飛車(chē)，是“超高速低真空管道磁浮交通系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是基于超導(dǎo)電動(dòng)懸浮與低真空管道兩大技術(shù)原理而設(shè)計(jì)的新一代交通工具。

高速飛車(chē)?yán)么艖腋〖夹g(shù)，使列車(chē)脫離軌道懸浮在空中運(yùn)行，從而讓車(chē)體“飛”起來(lái)。它借助真空管道技術(shù)，隔絕外界環(huán)境影響，使車(chē)體運(yùn)行時(shí)的空氣阻力大幅減小，列車(chē)行駛時(shí)既能達(dá)到飛機(jī)的飛行速度，又能保持平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)超高速近地“飛行”。

自20世紀(jì)20年代以來(lái)，已有多個(gè)國(guó)家研究各種形式的磁懸浮列車(chē)。根據(jù)不同的技術(shù)路線，磁懸浮列車(chē)可以分為高溫超導(dǎo)釘扎懸浮車(chē)、電磁懸浮車(chē)與電動(dòng)懸浮車(chē)等。上述幾種磁懸浮列車(chē)，在工作原理、結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)組成上各具特色，均能大幅度提高列車(chē)運(yùn)行速度。

其中，釘扎懸浮車(chē)的基本原理是利用高溫超導(dǎo)的磁通釘扎特性，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。磁通釘扎特性是指處于超導(dǎo)態(tài)的高溫超導(dǎo)體內(nèi)存在一些缺陷，外界磁場(chǎng)以“磁通量子束”形式通過(guò)這些位置時(shí)，會(huì)被牢牢地束縛在缺陷中心，從而達(dá)到穩(wěn)定懸浮狀態(tài)的特性。

電磁懸浮車(chē)是利用不同磁極相吸的原理實(shí)現(xiàn)磁體懸浮的。在軌道與車(chē)身上分別布置線圈與電磁鐵，通電后，導(dǎo)體產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)的吸力實(shí)現(xiàn)車(chē)體懸浮，再利用高精度的電控反饋系統(tǒng)，實(shí)時(shí)調(diào)整電磁鐵中的電流，控制車(chē)體與軌道之間的間隙及運(yùn)行速度。

根據(jù)不同的運(yùn)行速度，電磁懸浮車(chē)的發(fā)展又可以分為高速磁懸浮列車(chē)、中低速磁懸浮列車(chē)等。目前，電磁懸浮的技術(shù)已較為成熟，并建設(shè)完成了多條中低速電磁懸浮的商業(yè)運(yùn)行線路。

電動(dòng)懸浮車(chē)的基本工作原理為電磁感應(yīng)，它利用超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)與線圈相互作用實(shí)現(xiàn)懸浮。在列車(chē)及軌道兩側(cè)分別布置超導(dǎo)磁體與線圈，利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車(chē)高速向前運(yùn)行。在車(chē)載超導(dǎo)體高速前進(jìn)時(shí)，地面線圈被磁感線切割，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，上下兩部分產(chǎn)生方向相反的磁場(chǎng)，使車(chē)體抬升并最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。

相較其他兩種技術(shù)路線，電動(dòng)磁懸浮的技術(shù)相對(duì)成熟，并且具有懸浮穩(wěn)定、懸浮間隙大的優(yōu)點(diǎn)，懸浮性能和安全性更高，更適合高速運(yùn)行的場(chǎng)景，也是未來(lái)高速飛車(chē)的主要研究方向。

隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)更高速、便捷的交通運(yùn)輸工具需求越來(lái)越高，中低速磁懸浮列車(chē)已逐漸進(jìn)入城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)。自德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾于1922年提出電磁懸浮原理之后，美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家相繼開(kāi)始了磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的研發(fā)。

20世紀(jì)60年代，日本率先開(kāi)展了中低速電磁懸浮列車(chē)、電動(dòng)懸浮列車(chē)的研究。2005年，日本開(kāi)通了電磁懸浮示范線，實(shí)現(xiàn)了世界上第一條中低速磁懸浮列車(chē)的通車(chē)與運(yùn)營(yíng)。2015年，由日本JR東海鐵路公司研制的電動(dòng)懸浮列車(chē)，在中央新干線上完成了運(yùn)行試驗(yàn)，使日本在新型交通運(yùn)輸方式上的技術(shù)達(dá)到新水平。

我國(guó)是世界上第三個(gè)擁有中低速磁懸浮技術(shù)的國(guó)家。2003年在上海建成了磁浮示范線。

由此可見(jiàn)，中低速磁懸浮交通技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟并得到成功推廣使用。磁懸浮交通技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，不斷刷新著人類(lèi)地面交通速度的紀(jì)錄。作為一種新型的交通工具，磁懸浮列車(chē)正在逐步展現(xiàn)其強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。

中國(guó)高速飛車(chē)進(jìn)行時(shí)

高速飛車(chē)日益受到矚目。目前，在全球范圍內(nèi)，有多家企業(yè)、研究單位聚焦發(fā)展新型地面快速軌道交通工具，競(jìng)相布局高速飛車(chē)的研發(fā)。

日本在2019年開(kāi)始基于超導(dǎo)電動(dòng)磁懸浮列車(chē)，進(jìn)行低真空管（隧）道高速列車(chē)技術(shù)研究。

美國(guó)自2013年提出超級(jí)高鐵的概念后，便開(kāi)始進(jìn)行流體力學(xué)、建筑設(shè)計(jì)和真空管道方面的技術(shù)研究。2017年，美國(guó)一家公司首次在真空管道中進(jìn)行了磁懸浮列車(chē)運(yùn)行測(cè)試。2020年，美國(guó)維珍公司的超級(jí)高鐵項(xiàng)目已經(jīng)完成了首次載人試驗(yàn)，測(cè)試使用500米真空管道，車(chē)體僅用十幾秒就到達(dá)了終點(diǎn)。

我國(guó)也有多家科研單位、高校開(kāi)展相關(guān)的技術(shù)研發(fā)工作。2017年，中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司啟動(dòng)高速飛車(chē)研發(fā)項(xiàng)目。該項(xiàng)目將超導(dǎo)電動(dòng)懸浮技術(shù)與低真空管道技術(shù)相結(jié)合，計(jì)劃研制具有世界先進(jìn)水平的新一代交通工具，希望借助航天領(lǐng)域的新技術(shù)、新裝備、新產(chǎn)品，促進(jìn)我國(guó)交通科技的進(jìn)步，與高鐵、民航等多種交通工具一起，共同構(gòu)建我國(guó)綜合立體交通網(wǎng)，建立我國(guó)核心城市群“一小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司目前正同國(guó)內(nèi)多家科研單位、相關(guān)企業(yè)、高等院校廣泛進(jìn)行技術(shù)合作，持續(xù)開(kāi)展超高速、超導(dǎo)、低真空技術(shù)研究，以快速提升我國(guó)高速飛車(chē)的整體技術(shù)水平。

2021年9月，中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司與山西省人民政府開(kāi)展合作，共同建設(shè)了高速飛車(chē)全尺寸試驗(yàn)線（一期）示范項(xiàng)目，并于2022年4月正式開(kāi)工建設(shè)。為加快項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，該項(xiàng)目采取“邊建設(shè)、邊集成、邊試驗(yàn)”的模式，在不到一年的時(shí)間里，完成了試驗(yàn)基地和首期試驗(yàn)線基礎(chǔ)建設(shè)，進(jìn)行了首段設(shè)備集成調(diào)試，并成功完成了永磁、超導(dǎo)航行試驗(yàn)。

2023年1月，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在山西省大同市高速飛車(chē)試驗(yàn)基地，完成了高速飛車(chē)全尺寸試驗(yàn)線（一期）首次超導(dǎo)航行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)是國(guó)內(nèi)首次全尺寸超導(dǎo)航行試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了高速飛車(chē)系統(tǒng)總體方案的正確性和各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)匹配性，為后續(xù)進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，更加高速、便捷、安全、舒適的高速飛車(chē)將進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活，進(jìn)而改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞?，提高出行效率?/p>

《光明日?qǐng)?bào)》（2023年09月07日?16版）