高速磁浮 前景廣闊

高鐵作為我國建設創新型國家的標誌性成果，歷經多年飛速發展，成績斐然，已經成為一張亮麗的“中國名片”。在軌道交通領域，對更高速度的追求一直不曾停步。高鐵之後的中國交通，如何繼續領跑世界？在朝向高速、環保、安全、舒適的道路上，未來的地面交通工具還會有哪些突破？高速磁浮列車或許能給出答案。

高速磁浮列車可填補高鐵和航空之間的速度空白

我們知道，高鐵列車依靠旋轉電機驅動，通過齒輪、車軸帶動車輪旋轉，車輪與鐵軌相互摩擦，將旋轉運動轉化為直線運動。這種接觸式的旋轉不可避免會產生摩擦、磨損、噪聲等，也制約着高鐵的提速。與高鐵列車相比，磁浮列車最大的不同在於它沒有車輪，卻能夠沿着特定軌道前行。這要歸功於電磁力的作用。地面軌道和車載磁體相互作用產生電磁力，將車體懸浮於軌道之上，再利用沿着軌道鋪設的直線電機驅動列車運行。這樣一來，磁浮列車就省卻了旋轉電機、車軸、齒輪、軸承和車輪等構造，避免了機械接觸導致的摩擦磨損，因而具有速度高、噪聲低、維護量少、安全可靠等優點。

僅以速度為例，高速磁浮列車的最高時速可達600公里以上（常規運營時速達到500公里左右），所以被稱為“貼地飛行列車”。倘若按“門到門”理念計算實際旅行時間，高速磁浮在服務1500公里運程範圍內具有一定優勢。它可以填補高鐵（時速400公里以內）和航空（時速800公里以上）之間的速度空白，對現有交通網絡構成重要補充，助力形成航空、高速磁浮、高鐵和城市交通等速度階梯完善、高效便捷的多維立體交通構架。

高速磁浮作為新型軌道交通領域研究的熱點，近年來逐漸走進大眾視野。事實上，早在1922年，常規導體（常導）電磁懸浮原理就被提出，1935年已經研製出世界上最早的磁浮試驗模型。目前世界上有5條商業應用的磁浮線路，均為常導制式。其中，上海高速磁浮列車示範線於2006年開通，是世界上第一條商業運營的高速磁浮線，迄今已經安全運行15年，最高運行時速可達430公里，率先驗證了高速磁浮的技術可靠性與安全性。2021年7月20日，由中國中車承擔研製、具有完全自主知識產權的時速600公里高速磁浮交通系統在山東青島正式下線。這是世界首套設計時速達600公里的常導高速磁浮交通系統，標誌着我國已掌握常導高速磁浮全套技術和工程化能力。

磁浮制式探索路徑不一，各顯其長

常導電磁懸浮發展歷史較長，技術較為成熟，擁有多年運營經驗。除了常導電磁懸浮外，高速磁浮還包括低（高）温超導電動懸浮、永磁電動懸浮和高温超導釘扎磁浮等不同制式的探索。

這些制式首先是依據不同的懸浮導向原理。簡單説來，電磁懸浮依靠列車上的電磁鐵和導軌上的鐵磁軌道之間的相互吸引力實現懸浮；電動懸浮就像列車在軌道上“打水漂”，需要達到一定的速度才能脱離軌道浮起來；釘扎磁浮則如名字所示，超導磁體被無形的磁場緊緊“釘”在軌道上方。科研人員還從導體材料入手，進行不同路徑的探索：常導磁浮使用的是常規導體材料，比如銅或鋁；超導磁浮使用的是超導材料，其最大優點在於沒有電阻，可減少電流傳輸過程中的熱消耗，導電能力能達到常規導體銅線的幾十倍以上，可以產生更大的懸浮力、導向力和驅動力。

以我國擁有全部知識產權的高温超導釘扎磁浮技術為例。這一技術得益於超導材料研發應用的不斷突破。高温超導是相對於低温超導而言的，前者的冷卻温度為零下196攝氏度，後者為零下269攝氏度，相比之下工作温度在很大程度上得到了提高，並且零下196攝氏度恰好處於液氮温區，高温超導體可以利用液氮進行長時間冷卻，簡化了製冷系統，更加節能環保。利用高温超導材料特有的“釘扎”物理現象，永磁軌道形成的磁場就像一隻無形的大手，將超導體緊緊抓住。自懸浮、自穩定、自導向是高温超導釘扎磁浮列車最大的特點。車體在靜止的狀態下，可以呈現“懸浮”狀態。普通人用手輕輕一推，就能將巨型的磁浮列車推動。釘扎力還能使列車實現超強平穩性，帶來舒適乘車體驗。

我國從1997年開始對載人高温超導磁浮列車進行研究。當時國際上對於該領域的關注很少。2000年12月31日，世界首輛載人高温超導磁浮實驗車“世紀號”在西南交通大學誕生。2013年2月，國內首條載人高温超導磁浮環形試驗線研製成功，超導磁浮試驗車可以在環形線上以時速50公里持續運行。

高速磁浮+真空管道，列車速度有望超過民航飛機

雖然取得了這些成果，我們依然面臨着來自速度的嚴峻挑戰。磁浮列車要想跑得更快，還要解決空氣阻力問題。高速列車運行時會受到輪軌接觸摩擦阻力，也會受到空氣阻力，磁浮技術僅僅能夠消除接觸摩擦阻力，但是在地表稠密的大氣環境下，空氣阻力問題依然存在。據實際測試，當列車時速超過400公里，受到的空氣阻力將佔到列車所受總阻力的80％以上。對此，一方面可以利用更強的動力提高時速，而這將會帶來經濟性與技術性難題；另一方面便是想辦法減小空氣阻力，真空管道技術因此應運而生。

簡單地説，如果將磁浮列車置於真空管道中，利用真空減小空氣阻力，能夠繼續提升地面軌道交通的速度上限。從理論上來講，未來高速磁浮交通結合真空管道技術，運營時速將超過民航飛機速度，達到1000公里以上，成為搭載人類出行的“超高速列車”。我國在2014年6月率先建成全球首個真空管道高温超導磁浮列車環形試驗線，驗證了真空管道高温超導磁浮交通的可行性，受到國內外廣泛關注。

如今，不少國家都在研發自己的磁浮系統，高速磁浮交通發展呈現百花齊放的態勢。但客觀上來説，高速磁浮距離工程化和商業運營還有許多技術性和經濟性難題亟待突破，不論是常導磁浮還是超導釘扎磁浮，都需要建設長距離試驗線來做全面的高速試驗驗證。高速磁浮的研發和運行，還有一段長路要走。

相信隨着磁浮技術的不斷探索進步，在地面實現（超）高速軌道交通運輸這一夢想與現實的距離正在不斷縮短。期待着未來有一天，高速磁浮走進我們的生活，成為人們出行的重要交通工具。人們可以早上8點從北京出發，10點就到達上海，不僅可以媲美航空的旅行速度，同時擁有安全舒適的乘坐體驗，這將給人們的工作生活帶來更多便利，極大促進各地的互聯互通。高速磁浮技術擁有較廣闊的應用前景，將為未來的軌道交通注入新的活力。

（作者為西南交通大學教授）

推薦讀物：

《磁懸浮鐵路系統與技術》：魏慶朝、孔永健編著；中國科學技術出版社出版。

《磁懸浮軌道交通國際研發態勢分析》：先進軌道交通重點專項專題服務組編著；電子工業出版社出版。

《軌道上的現代與未來》：本書編寫組編；西南交通大學出版社出版。