如果說(shuō)從北京到上海

1200公里坐火車兩小時(shí)就能到達(dá)

(資料圖)

聽(tīng)起來(lái)是不是像開(kāi)玩笑

時(shí)速600公里的列車的確尚未實(shí)際應(yīng)用

但在不久的將來(lái)也許就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)

近日,由中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司自主研制的國(guó)內(nèi)首套高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng),完成了首次懸浮運(yùn)行,這標(biāo)志著我國(guó)在高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要技術(shù)突破。

在試驗(yàn)過(guò)程中,試驗(yàn)車在行駛68米后進(jìn)入懸浮區(qū),此時(shí)被加速至?xí)r速50公里,進(jìn)入懸浮區(qū)后車輛支撐輪脫離走行面,成功進(jìn)入電動(dòng)懸浮階段,持續(xù)4秒,試驗(yàn)取得了圓滿成功。

雖然只有短短的4秒鐘,卻讓高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮列車離我們又近了一大步,而這種列車的運(yùn)行速度,輕松就可以達(dá)到每小時(shí)600公里以上。

什么是高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮?

會(huì)給我們未來(lái)的出行帶來(lái)哪些改變?

乘坐高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮列車安全嗎?

我們什么時(shí)候才能體驗(yàn)到它飛一般的速度?

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接近零下200℃為何是“高溫”?

什么是高溫超導(dǎo),這里面的“高溫”究竟指的是多高的溫度呢?

所謂超導(dǎo)是指在極低的溫度下,某些材料的電阻消失,也就是零電阻的現(xiàn)象,很多物質(zhì)要在零下250℃以下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。而能夠在液氮的溫度,也就是在零下196℃以上實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)狀態(tài),就算是高溫超導(dǎo)了。因此,高溫超導(dǎo)電動(dòng)磁懸浮系統(tǒng)中的高溫,并不是幾百幾千度的溫度,而是接近零下200℃。

什么是高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮交通系統(tǒng)?

了解了高溫與超導(dǎo)兩大特性,它們又是如何被應(yīng)用到軌道交通的設(shè)計(jì)中呢?相比普通列車,高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮列車又有哪些特點(diǎn)?

高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮,是一種將高溫超導(dǎo)技術(shù)和磁懸浮技術(shù)相結(jié)合的新型交通工具。該技術(shù)利用了高溫超導(dǎo)材料的零電阻特性,可以通入大電流、產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng),再通過(guò)車載超導(dǎo)磁體與地面線圈磁場(chǎng)的相互作用,實(shí)現(xiàn)靠磁力支撐、導(dǎo)向、驅(qū)動(dòng)的無(wú)接觸運(yùn)輸方式。

上海交通大學(xué)電氣工程系副教授 吳蔚:它會(huì)帶來(lái)一些額外的好處,一個(gè)是車載的高溫超導(dǎo)磁體可以使用低成本的制冷方式,來(lái)維持車載磁體零電阻傳輸大電流的優(yōu)點(diǎn)。另外,它雖然是一種電磁鐵,但是一旦給它注入電流,它是可以在完全沒(méi)有電力供應(yīng)的狀態(tài)下工作的。

專家用一根繩子綁定金屬扳手進(jìn)行試驗(yàn),在距離超導(dǎo)電磁體30厘米時(shí),扳手就被牢牢吸引住了。

上海交通大學(xué)電氣工程系副教授 吳蔚:我們通過(guò)這種方式給大家建立一個(gè)直觀感受,它的磁場(chǎng)大概有多強(qiáng)。從定量的角度來(lái)說(shuō),它在磁體內(nèi)部最大的磁場(chǎng)能夠到達(dá)3個(gè)特斯拉,特斯拉是一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位,是地磁場(chǎng)的大概10萬(wàn)倍。磁力強(qiáng)是磁浮制式能夠?qū)崿F(xiàn)更大的懸浮和導(dǎo)向間隙的一個(gè)前提條件,意味著車輛安全控制可以做得更加高,第二個(gè)它的軌道建造成本就可以顯著減小。

高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮技術(shù)如何改變未來(lái)出行?

高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮技術(shù),被認(rèn)為是當(dāng)前世界軌道交通技術(shù)的“制高點(diǎn)”之一。這項(xiàng)前沿科技,將會(huì)給未來(lái)出行帶來(lái)什么樣的改變?

高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮是一種高技術(shù)、大產(chǎn)業(yè)的新型交通工具。它能夠帶動(dòng)電學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展,而且能夠推動(dòng)電力電子、通信、基建等上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。此外,時(shí)速可達(dá)600公里以上的運(yùn)行,也將優(yōu)化交通運(yùn)行。

中車長(zhǎng)客磁浮研究所系統(tǒng)技術(shù)室副主任 邵南:未來(lái)我們希望它能夠填補(bǔ)高鐵和飛機(jī)之間的速度空白,縮短人們的出行時(shí)間,提高出行效率。如果高速磁浮可以應(yīng)用,首先的一個(gè)場(chǎng)景可能會(huì)在我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的地區(qū),比如說(shuō)京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、成渝等等這些地區(qū),可以通過(guò)高速磁浮的線路完成它們交通的一體化。這幾個(gè)都市圈大城市之間就可以更加合理分配資源,比如說(shuō)機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)的設(shè)施資源,這個(gè)非常有利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

乘坐高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮列車安全嗎?

時(shí)速可達(dá)600公里以上,而且還是懸浮在軌道之上,這完全就是在貼地飛行。速度這么快,乘坐高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮列車,安全有保障嗎?

專家介紹,相比其他交通工具軌道,高溫超導(dǎo)懸浮列車需要運(yùn)行在U型半包圍的軌道之內(nèi),不存在脫軌問(wèn)題。此外,車輛的懸浮導(dǎo)向是通過(guò)車載磁體與地面線圈之間的電磁感應(yīng)物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的,是被動(dòng)自穩(wěn)定懸浮,不需主動(dòng)控制,高速運(yùn)行可靠性更高。

中車長(zhǎng)客磁浮研究所系統(tǒng)技術(shù)室副主任 邵南:由于我們使用了高溫超導(dǎo)的線圈,通過(guò)合理設(shè)計(jì),在以后的使用過(guò)程中,即使是車輛斷電了,高溫超導(dǎo)線圈也可以保持1到2個(gè)小時(shí)之內(nèi)磁場(chǎng)不大幅衰減,這樣車輛就有足夠的時(shí)間行駛到救援或者疏散比較便利的區(qū)域,并且能夠可靠制動(dòng)、平穩(wěn)停車。

不僅于此,專家介紹說(shuō),高溫超導(dǎo)線圈的繞制工藝也有其獨(dú)特之處。

中車長(zhǎng)客磁浮研究所系統(tǒng)技術(shù)室副主任 邵南:我們的高溫超導(dǎo)線圈,繞制工藝非常特殊,在這種繞制工藝下的高溫超導(dǎo)線圈,即使在使用過(guò)程中,有某一個(gè)部位發(fā)生故障或者發(fā)生損傷,里面的電流也是在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)緩慢地下降,它永遠(yuǎn)都不會(huì)突然就沒(méi)有電流,也就是我們車輛的行駛狀態(tài)不會(huì)發(fā)生突然改變,就保障了乘客的安全性。

哪些“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)被突破?

高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮,妥妥的高科技,它是車軌高度耦合的大系統(tǒng),涉及的關(guān)鍵技術(shù)非常之多。按照技術(shù)體系,可以分為系統(tǒng)集成、車輛、線路軌道、牽引供電、運(yùn)行控制以及安全保障六個(gè)大類。其中很多的關(guān)鍵技術(shù),都被國(guó)外實(shí)施了技術(shù)封鎖。此次我國(guó)首套高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng),成功完成了首次懸浮運(yùn)行,這當(dāng)中都實(shí)現(xiàn)了哪些技術(shù)突破?

專家介紹,超導(dǎo)磁體、感應(yīng)供電、線路軌道等專用技術(shù)都受到了國(guó)外的技術(shù)封鎖,但是經(jīng)過(guò)幾年的時(shí)間,國(guó)內(nèi)的企業(yè)、高校、科研院所在各系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究方面都有了一定的階段性成果。

中車長(zhǎng)客磁浮研究所系統(tǒng)技術(shù)室副主任 邵南:對(duì)我們來(lái)說(shuō)最困難的肯定還是高溫超導(dǎo)磁體。對(duì)國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō),可車載的高溫超導(dǎo)磁體是沒(méi)有的。之前有過(guò)的一些磁體,面向地面應(yīng)用的很大,磁場(chǎng)很高,耗電量也很大,并不適合車載應(yīng)用。所以對(duì)于高溫超導(dǎo)磁體,比如說(shuō)里面的線圈以及整個(gè)支撐結(jié)構(gòu),還有外面的低溫恒溫保溫結(jié)構(gòu),我們聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)都做了非常多的攻堅(jiān)工作。

此次懸浮運(yùn)行試驗(yàn)的成功,對(duì)超導(dǎo)磁體、直線同步牽引、感應(yīng)供電及低溫制冷等超導(dǎo)電動(dòng)懸浮交通系統(tǒng)的關(guān)鍵核心技術(shù),進(jìn)行了充分驗(yàn)證,為推動(dòng)超導(dǎo)電動(dòng)磁浮交通系統(tǒng)工程化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

時(shí)速600公里的“貼地飛行”還有多遠(yuǎn)?

這種時(shí)速600公里的“貼地飛行”,什么時(shí)候我們才能真正體驗(yàn)到?近日我國(guó)首套高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng)完成首次懸浮運(yùn)行后,該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人表示,在此基礎(chǔ)上,我國(guó)其實(shí)已經(jīng)具備了設(shè)計(jì)工程樣車的能力。下一步工作的重點(diǎn)就將圍繞高速懸浮工程樣車開(kāi)展方案設(shè)計(jì),預(yù)計(jì)今年年底就能完成一些部件的制造。相信在不久的將來(lái),大家一定能夠坐上電動(dòng)懸浮列車。

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