“超級(jí)高鐵”競(jìng)賽誰能勝出
2016-05-21
（原標(biāo)題：“超級(jí)高鐵”競(jìng)賽誰能勝出？）
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主道格拉斯參觀西南交大真空管道超高速磁懸浮列車原型測(cè)試平臺(tái)。
（西南交大超導(dǎo)與新能源研究開發(fā)中心供圖）
一輛模型車從軌道上沖出去，兩秒內(nèi)到達(dá)近百米外，撞到沙堆后減速停車。從公布的視頻中我們可以看到美國(guó)創(chuàng)業(yè)公司“HyperloopOne”開發(fā)的推進(jìn)系統(tǒng)首次戶外測(cè)試情況。作為“超高速管道高鐵”一部分，推進(jìn)系統(tǒng)測(cè)試成功吸引了眾多目光，許多人在期待“超級(jí)高鐵”的實(shí)現(xiàn)?；赝覈?guó)，長(zhǎng)沙中低速磁懸浮列車的商業(yè)運(yùn)營(yíng)，西南交通大學(xué)真空管道超高速磁懸浮列車原型測(cè)試平臺(tái)的建成，都在昭示著“超級(jí)高鐵”已踏上征途。
像“膠囊炮彈”一樣發(fā)射
2013年，被稱為“科技狂人”的美國(guó)電動(dòng)汽車公司特斯拉的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克發(fā)布了名為《超級(jí)高鐵緣起》的白皮書，提出了他的“超級(jí)高鐵”概念。這種“超級(jí)高鐵”采用磁懸浮技術(shù)，形似膠囊的懸浮艙搭載乘客或貨物在近乎真空的管道中運(yùn)行。這種管道可以大幅減少懸浮艙運(yùn)行的空氣阻力，只有海平面空氣阻力的1/1000，相當(dāng)于在4.5萬米高空飛行，像發(fā)射炮彈一樣將車廂發(fā)射至目的地。因此馬斯克的“超級(jí)高鐵”運(yùn)行時(shí)速可達(dá)750英里（約1230公里／小時(shí)）。
因?yàn)槭侵饾u加速且運(yùn)行在可控的環(huán)境中，列車運(yùn)行會(huì)很平穩(wěn)。根據(jù)馬斯克的設(shè)想，如果在洛杉磯和舊金山之間修建一條這樣的管道，往來兩地的車程將可縮短到35分鐘，與傳統(tǒng)交通工具相比，開車需要6小時(shí)，傳統(tǒng)火車更是要整整一天。而且據(jù)稱這樣一條管道的建造成本只有加州在建高鐵項(xiàng)目的1/10。
馬斯克聲稱自己沒有精力完成這個(gè)項(xiàng)目，于是由創(chuàng)業(yè)公司“HyperloopOne”接手。近日在美國(guó)西部?jī)?nèi)華達(dá)州荒漠進(jìn)行的“推進(jìn)系統(tǒng)”測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)滑車兩秒鐘加速到約640公里／小時(shí)，獲得了成功。
“HyperloopOne”公司首席執(zhí)行官羅布·勞埃德預(yù)計(jì)，如果此次測(cè)試獲得的成果可以被復(fù)制和應(yīng)用，這種管道高鐵將在2019年實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸，2021年提供客運(yùn)服務(wù)。他認(rèn)為，管道高鐵將成為一個(gè)全球性的運(yùn)輸網(wǎng)，只不過在這之中我們移動(dòng)的是原子，而不是數(shù)據(jù)。
中國(guó)“第二代高速環(huán)線”設(shè)備建成“真空管道高鐵”的概念并非美國(guó)獨(dú)有，這個(gè)概念在中國(guó)的提出甚至早于美國(guó)，我國(guó)“超級(jí)高鐵”設(shè)想的時(shí)速也將達(dá)600~1000公里，足以取代飛機(jī)。2003年5月，高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的博士趙勇出任西南交大超導(dǎo)研究開發(fā)中心（現(xiàn)超導(dǎo)與新能源研究開發(fā)中心）常務(wù)副主任，學(xué)校投入800多萬元購(gòu)置了兩臺(tái)超導(dǎo)物理性質(zhì)測(cè)量設(shè)備。自2003年起的8年時(shí)間里，在趙勇的帶領(lǐng)下，他的團(tuán)隊(duì)將“真空管道磁浮車”從一個(gè)“概念”變成了一個(gè)模型實(shí)體。
2011年，全球第一個(gè)同時(shí)結(jié)合真空管道、磁懸浮及線性驅(qū)動(dòng)的完整真空管道試驗(yàn)設(shè)備在西南大學(xué)超導(dǎo)中心誕生。2014年，西南交大建成了真空管道超高速磁懸浮列車原型測(cè)試平臺(tái)。不過礙于實(shí)驗(yàn)環(huán)線的半徑僅有6米，當(dāng)時(shí)測(cè)試車輛的最高速度只達(dá)到了50公里/小時(shí)。
2015年底，第二代高速環(huán)線設(shè)備建成，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將軌道鋪在管壁上，形成“壁掛式”磁懸浮列車，能有效解決實(shí)驗(yàn)室中軌道半徑太小所帶來的離心力問題，常壓下的實(shí)驗(yàn)車平均時(shí)速已經(jīng)提升至82.5公里。且團(tuán)隊(duì)成功將管道真空的極限壓強(qiáng)降到了1335帕（一個(gè)大氣壓等于101325帕）——這相當(dāng)于抽掉了管道中99%的空氣。
據(jù)趙勇團(tuán)隊(duì)介紹，目前真空管道懸浮車常壓下最高平均時(shí)速已經(jīng)提升到100km左右，且磁懸浮系統(tǒng)在時(shí)速100km高速運(yùn)行下具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。最大瞬態(tài)時(shí)速達(dá)到了108公里，無論在高溫超導(dǎo)磁浮還是在真空管道磁浮領(lǐng)域的研究中，這都是實(shí)際運(yùn)行的最快速度，同時(shí)108公里的瞬態(tài)時(shí)速也超過了國(guó)產(chǎn)常導(dǎo)中低速磁浮的運(yùn)營(yíng)時(shí)速。在該設(shè)備的第二階段調(diào)試中，有望突破時(shí)速200公里，直接從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證高溫超導(dǎo)磁浮應(yīng)用于超高速載人交通工具的可能性。
中國(guó)“超級(jí)高鐵”設(shè)想的核心原理與美國(guó)相似，但在某種程度上我國(guó)的進(jìn)展可以說快于美國(guó)，美國(guó)的類似項(xiàng)目現(xiàn)在仍處在各部分獨(dú)立測(cè)試階段，比如“HyperloopOne”公司展示的就只是推進(jìn)系統(tǒng)，而西南交大這一項(xiàng)目則已經(jīng)進(jìn)入整體系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)階段，在項(xiàng)目開發(fā)上走得更快。
我國(guó)多條磁懸浮線投入運(yùn)營(yíng)
雖然“真空管道磁懸浮車”暫時(shí)沒有辦法實(shí)現(xiàn)，但普通的磁懸浮列車早已進(jìn)入公眾的視野。早在1922年，德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車的專利。世界上首條商業(yè)運(yùn)營(yíng)的磁浮列車線路是1984年英國(guó)伯明翰機(jī)場(chǎng)的低速磁浮鐵路，但現(xiàn)已被拆除。
今年5月6日我國(guó)長(zhǎng)沙磁浮快線投入載客試運(yùn)營(yíng)，這是我國(guó)第一條具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中低速磁懸浮交通路線。長(zhǎng)沙磁浮快線西起長(zhǎng)沙南站，東至長(zhǎng)沙黃花，采用磁浮列車3輛編組，最大載客量為363人，設(shè)計(jì)最高速度可達(dá)100公里/小時(shí)。在試運(yùn)營(yíng)中，列車計(jì)劃以60公里/小時(shí)的速度前行，最高速度達(dá)到80公里/小時(shí)，從長(zhǎng)沙南站至長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)T2航站樓全程運(yùn)行只需19分30秒。
由于沒有輪軌的摩擦震動(dòng)，車輛在時(shí)速80公里運(yùn)行時(shí)的噪音很??；最小轉(zhuǎn)彎半徑只有50米，僅為地鐵的1/2，適合在市區(qū)內(nèi)建筑間穿行，可最大限度避免拆遷；其爬坡能力也很強(qiáng)，可在100米內(nèi)爬上2層樓的高度，一般輪軌交通最大爬坡能力僅為其1/2。至于頗具爭(zhēng)議的輻射問題，經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，也不用擔(dān)心。運(yùn)行期間，有記者做過測(cè)試，煙、水杯立于地面均平穩(wěn)不倒。另一方面，該型交通系統(tǒng)總成本約為2億元—2.5億元/公里，低于地鐵交通系統(tǒng)的總成本。
中國(guó)工程院院士劉友梅表示，長(zhǎng)沙中低速磁浮工程列車的成功研制，使得我國(guó)軌道交通產(chǎn)業(yè)主機(jī)企業(yè)及其產(chǎn)業(yè)鏈攻克了中低速磁浮列車系統(tǒng)集成技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。也填補(bǔ)了中國(guó)中低速磁浮自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工程化和產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用領(lǐng)域的空白，在世界中低速磁懸浮列車技術(shù)領(lǐng)域居于一流水平。
在長(zhǎng)沙磁浮快線開通之前，上海磁懸浮列車已于2003年正式開始商業(yè)運(yùn)營(yíng)，全長(zhǎng)近30公里。同年，西南交大在四川成都青山磁懸浮列車線完工，該磁懸浮試驗(yàn)軌道長(zhǎng)420米，主要針對(duì)觀光游客。北京磁懸浮示范線也正在建設(shè)之中，預(yù)計(jì)2017年底開通。
