外形酷似高鐵車頭、沒有車輪而依靠磁力懸浮在軌道試驗(yàn)線上的樣車平穩(wěn)啟動(dòng)，緩緩前行。1月13日，采用西南交通大學(xué)原創(chuàng)技術(shù)的世界首條高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車及試驗(yàn)線在四川成都正式啟用。樣車運(yùn)行安靜而平順，作為首批乘客，參加啟用儀式的嘉賓們笑言，他們體驗(yàn)到的是“沒有感覺的感覺”。
樣車及試驗(yàn)線的正式啟用，標(biāo)志著我國(guó)高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化研究實(shí)現(xiàn)從無到有的突破，具備了工程化試驗(yàn)示范條件。樣車預(yù)期運(yùn)行速度目標(biāo)值大于600km/h，將為遠(yuǎn)期結(jié)合真空管道技術(shù)，向1000km/h以上速度值突破奠定基礎(chǔ)。
對(duì)于軌道交通來說，這是一個(gè)重要的里程碑——“真空管道+高溫超導(dǎo)磁懸浮”的“超級(jí)高鐵”終于駛出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入了工程化試驗(yàn)的階段。
理想的新型交通工具
樣車停下后，靜靜地懸浮在軌道上方，間隙大約10毫米。用力一推，重達(dá)十余噸的車體居然移動(dòng)起來了。
“它在靜止?fàn)顟B(tài)下是浮起來的，和軌道之間沒有摩擦阻力，這也是它能跑得快的原因。”西南交通大學(xué)教授鄧自剛說。
據(jù)了解，高溫超導(dǎo)中的“高溫”是相對(duì)于低溫超導(dǎo)而言的，其工作溫度是零下196攝氏度。在樣車底部安裝有超導(dǎo)體，軌道則是永磁體，當(dāng)液氮將溫度降至零下196攝氏度后，超導(dǎo)體電阻消失，電流在超導(dǎo)體中產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，車體自然就懸浮起來了。該磁懸浮技術(shù)還有“若即若離又不離不棄”的“釘扎”特性，不論對(duì)車輛施加哪個(gè)方向的力，系統(tǒng)都能自動(dòng)把車體“拉回來”。
“就像釘子扎在木板上一樣，列車只能沿著軌道運(yùn)行，可以說是永不脫軌。”西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司高級(jí)工程師吳自立說。
氮?dú)馐强諝獾闹饕煞郑旱@取成本低廉。該技術(shù)的“釘扎”特性使得懸浮和導(dǎo)向不需要主動(dòng)控制、不需要車載電源，系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。高溫超導(dǎo)體特有的“釘扎力”，不僅能保證車輛運(yùn)行安全，還能保持車體上下左右穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)其他任何交通工具都難以達(dá)到的平穩(wěn)性。
“可以說，具有自懸浮、自導(dǎo)向、自穩(wěn)定特征的高溫超導(dǎo)磁浮交通技術(shù)，是面向未來發(fā)展、應(yīng)用前景廣闊的新制式軌道交通方式。”西南交通大學(xué)校長(zhǎng)楊丹說，高溫超導(dǎo)磁浮交通技術(shù)擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能、無化學(xué)和噪聲污染、安全舒適、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，是理想的新型軌道交通工具，適用于多種速度域，尤其適合高速及超高速線路的運(yùn)行。
邁出工程化應(yīng)用的關(guān)鍵一步
截至2020年，我國(guó)高鐵營(yíng)業(yè)里程達(dá)到3.79萬公里，運(yùn)行時(shí)速達(dá)到350公里的復(fù)興號(hào)動(dòng)車組技術(shù)繼續(xù)領(lǐng)跑世界。更高的速度，一直是我國(guó)科學(xué)家從未止步的追求。
西南交通大學(xué)在20世紀(jì)80年代就開始了磁浮技術(shù)的研制，1997年獲批國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車”，正式開展高溫超導(dǎo)磁浮車的研究。2001年初，學(xué)校研制的世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車“世紀(jì)號(hào)”在北京舉行的“863計(jì)劃15周年成果展”上初次亮相，引起了廣泛關(guān)注。
“小小的一輛車，最大懸浮重量700公斤，僅可乘坐兩人，卻在全國(guó)引起了轟動(dòng)。”西南交大首席教授張衛(wèi)華說，這個(gè)“世界第一”，是在一個(gè)用防雨彩條布搭建的臨時(shí)工棚中研制出來的，太艱苦了。
2004年，西南交大提出了600km/h及以上載人超高速高溫超導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)方案，得到了包括12位院士在內(nèi)的50余位專家的肯定，從此開始了高溫超導(dǎo)磁浮車工程化的探索。
一轉(zhuǎn)眼又是十多年過去了，西南交大突破了一系列理論和技術(shù)難題，在高溫超導(dǎo)磁浮基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方面已經(jīng)形成了優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)，具備了工程化的條件。2020年，西南交通大學(xué)聯(lián)合中車公司、中國(guó)中鐵等單位協(xié)同攻關(guān)，共同開展高溫超導(dǎo)磁浮交通工程化樣車和試驗(yàn)線的研究，構(gòu)建了高溫超導(dǎo)高速磁浮交通系統(tǒng)集成技術(shù)體系。
“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過半年多的艱辛努力，完成了樣車的研發(fā)制造及試驗(yàn)線的建設(shè)，并進(jìn)行了懸浮運(yùn)行試驗(yàn)，標(biāo)志著高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù)由原理機(jī)理驗(yàn)證向工程化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。”中車唐山機(jī)車車輛有限公司副總經(jīng)理吳勝權(quán)說。
引發(fā)軌道交通顛覆性變革
“此次展示的高溫超導(dǎo)高速磁浮試驗(yàn)線是世界上第一條工程化1∶1的試驗(yàn)線路。”鄧自剛在現(xiàn)場(chǎng)介紹，驗(yàn)證段全長(zhǎng)165米，建設(shè)占地約1250平方米。項(xiàng)目主要內(nèi)容包括：高溫超導(dǎo)磁浮原理工程化樣車、懸浮系統(tǒng)、牽引制動(dòng)系統(tǒng)、運(yùn)控系統(tǒng)、線下土建及附屬工程，以及整個(gè)系統(tǒng)工程的聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合性能檢測(cè)系統(tǒng)。
高溫超導(dǎo)高速磁浮交通工程化樣車及試驗(yàn)線項(xiàng)目的建成，是推動(dòng)高溫超導(dǎo)高速磁浮列車技術(shù)走向工程化的重要實(shí)施步驟。該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)高速磁浮樣車的懸浮、導(dǎo)向、牽引、制動(dòng)等基本功能，以及整個(gè)系統(tǒng)工程的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，滿足后期研究試驗(yàn)。
據(jù)悉，該樣車及試驗(yàn)線，結(jié)合西南交通大學(xué)校內(nèi)磁浮列車模型試驗(yàn)臺(tái)，可驗(yàn)證高溫超導(dǎo)磁浮列車高速化及長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性，對(duì)于技術(shù)轉(zhuǎn)化、工程示范、學(xué)科建設(shè)都有重要意義。
“試驗(yàn)線非常關(guān)鍵，可以幫助車輛從實(shí)驗(yàn)室走向工程化應(yīng)用，去驗(yàn)證研究一些關(guān)鍵的技術(shù)和關(guān)鍵的問題。此次試驗(yàn)車輛的所有功能和部件，與未來實(shí)際應(yīng)用一致，下一步可能就要找一個(gè)地方落地實(shí)現(xiàn)，可能要建一個(gè)30至50公里的試驗(yàn)線，實(shí)現(xiàn)更高速度的試驗(yàn)。”鄧自剛說。
“該技術(shù)擬首先在大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)工程化，可望創(chuàng)造陸地交通的速度新紀(jì)錄。”楊丹表示，下一步計(jì)劃結(jié)合未來真空管道技術(shù)，開發(fā)填補(bǔ)陸地交通和航空交通速度空白的綜合交通系統(tǒng)，將為遠(yuǎn)期向1000km/h以上速度值的突破奠定基礎(chǔ)，從而構(gòu)建陸地交通運(yùn)輸?shù)娜履Ｊ剑l(fā)軌道交通發(fā)展的前瞻性、顛覆性變革。
(本報(bào)記者 周洪雙 李曉東)
