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磁懸浮直道試驗線正在建設。

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磁懸浮直道試驗線正在建設。采用該技術，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研究以及動力學性能的臺架試驗，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、長壽命設計、廣域性復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材料，依靠液氮形成的低溫出現(xiàn)超導態(tài)，和永磁材料感應排斥，讓列車懸浮。

該平臺主要進行真空管道+高溫超導磁懸浮的高速理論試驗，試驗車按1：10比例設置，設計懸浮高度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。

高鐵在真空狀態(tài)下運行，科學家稱為“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”的認知度從學術界擴展到公眾。

牽引動力實驗室做“超級高鐵”的研究，并非跟風。西南交大素有中國交通智庫之稱，學校一代代科學家為引領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”?！俺壐哞F”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——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磁懸浮實驗車“世紀號”，證明了高溫超導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磁懸浮環(huán)形實驗線，研究并驗證了真空管道+高溫超導磁懸浮的可行性。

“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磁懸浮列車，其目的就是把傳統(tǒng)輪軌技術改成高溫超導磁懸浮技術，充分解決輪軌的限制和機械問題。

鄧自剛研究員介紹，目前，真空技術已經(jīng)很成熟，高溫超導磁懸浮技術也有成型的解決方案，兩者相結合，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)化的關鍵時期。

載重方面，高溫超導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，懸浮導向是基礎，牽引驅(qū)動是關鍵。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直線電機，發(fā)展懸浮、導向及驅(qū)動全高溫超導的超高速磁懸浮列車系統(tǒng)。一位實驗室負責人介紹，實驗室正在謀劃建設超高速（1500公里/小時）低真空管道磁浮交通動模試驗平臺。

與科學家聊聊：堅持做好基礎研究 自主創(chuàng)新才能開花結果

2014年，西南交大建成國內(nèi)第一個載人高溫超導磁懸浮環(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。

鄧自剛對高溫超導磁懸浮的研究，始于2004年。他的研究生導師、世界首輛載人高溫超導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術研究路。

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?！败圀w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，這是高溫超導磁懸浮的特性——自穩(wěn)定的懸浮系統(tǒng)。也因此，高溫超導磁懸浮被業(yè)內(nèi)認為是原理最優(yōu)、也最能實現(xiàn)超高速鐵路的技術，換句話說，這是未來交通的前沿。

目前有三種磁懸浮技術：電磁懸浮技術、低溫超導技術、高溫超導技術，后兩者才能實現(xiàn)超高速。2000年高溫超導磁懸浮車誕生、2014年真空高溫超導磁懸浮實驗線面世，西南交大對高溫超導技術的創(chuàng)新應用，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。

“學術研究需要一代代的傳承。”鄧自剛深有感觸地說，這就好比種樹，必須持續(xù)地澆灌，才有可能結出果實。

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

一種困惑：以前嫌“太遠”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：高溫超導磁懸浮技術已研制成功近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技術研究所工作。走進研究所，就可看到“世紀號”——世界首輛載人高溫超導磁懸浮實驗車。18年前，它曾轟動世界，此后卻蒙塵于誕生地。

現(xiàn)在，目標似乎近了。在牽引動力實驗室，真空管道高溫超導磁懸浮直道試驗線的搭建，讓高溫超導磁懸浮在實驗室內(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，高溫超導磁懸浮多年來積累了無數(shù)的基礎研究，但因“看起來太遠”，應用研究缺乏足夠的資金支持，反而停滯不前。但當風口來臨、急需上馬之時，又因缺乏應用研究，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>