超級(jí)高鐵時(shí)速達(dá)四千公里 "第五種交通方式"可行嗎
來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
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作者:pmo62cc4e
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發(fā)布時(shí)間: 2017-09-14
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8月的最后一天,，一條科技新聞引發(fā)了輿論場(chǎng)“海嘯”：中國(guó)航天科工集團(tuán)公司宣布,，正在推進(jìn)結(jié)合了超聲速飛行技術(shù)與軌道交通技術(shù)的“高速飛行列車(chē)”項(xiàng)目，時(shí)速有望高達(dá)4000公里,。一旦實(shí)現(xiàn),，國(guó)內(nèi)超級(jí)城市群便能形成1小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈。
被稱(chēng)為“第五種交通方式”的“高速飛行列車(chē)”是個(gè)什么“鬼”?4000公里的時(shí)速,，是否考慮過(guò)乘車(chē)群眾“小心臟”的承受力?記者就此采訪了有關(guān)專(zhuān)家,。
國(guó)防科技大學(xué)磁浮技術(shù)工程研究中心教授李杰也認(rèn)為,，依據(jù)磁浮原理，磁浮列車(chē)速度確實(shí)可以“無(wú)極限”,。4000公里時(shí)速,，理論上可行。
不過(guò),，理想很豐滿(mǎn),，現(xiàn)實(shí)仍“骨感”。
被稱(chēng)為“第五種交通方式”的“高速飛行列車(chē)”是個(gè)什么“鬼”?4000公里的時(shí)速,，是否考慮過(guò)乘車(chē)群眾“小心臟”的承受力?記者就此采訪了有關(guān)專(zhuān)家,。
有理論與技術(shù)基礎(chǔ) 尚缺試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐
“在真空管道中運(yùn)行4000公里時(shí)速，是基于現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的推斷,，有一定理論和技術(shù)基礎(chǔ),，但缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù),。”西南交通大學(xué)超導(dǎo)中心教授趙勇說(shuō),。國(guó)防科技大學(xué)磁浮技術(shù)工程研究中心教授李杰也認(rèn)為,，依據(jù)磁浮原理，磁浮列車(chē)速度確實(shí)可以“無(wú)極限”,。4000公里時(shí)速,，理論上可行。
不過(guò),，理想很豐滿(mǎn),，現(xiàn)實(shí)仍“骨感”。
趙勇介紹,，要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)速度,，至少有三大問(wèn)題待解：如何低成本獲得真空管道以及管道維護(hù);如何確保高速運(yùn)動(dòng)下磁浮系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性;如何保證高速運(yùn)動(dòng)下的直線驅(qū)動(dòng)效率?！斑@些都需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐,。”
磁浮列車(chē)主要涉及懸浮,、導(dǎo)向,、牽引等核心關(guān)鍵技術(shù),。時(shí)速1000公里以上的超高速列車(chē),，如何穩(wěn)定懸浮、且“不跑偏”,，如何獲得與超高速相匹配的牽引技術(shù),，都需要一步步向前推進(jìn)。
根據(jù)我國(guó)軌道交通國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，中低速磁浮列車(chē),，每10米允許的“跑偏”誤差不超過(guò)3毫米。高速磁浮列車(chē)每跨“跑偏”誤差必須控制在1毫米以?xún)?nèi),。對(duì)于1000公里以上的“超級(jí)高鐵”,，其誤差控制精度，則更高,。
如何讓它“不跑偏”?
航天科工集團(tuán)三院三部主任助理,、高速飛行列車(chē)項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人毛凱介紹，目前開(kāi)展的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中,，有一項(xiàng)高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)正是要解決這個(gè)問(wèn)題,。
2014年，西南交通大學(xué)搭建了全球首個(gè)真空管超高速磁懸浮列車(chē)原型測(cè)試平臺(tái),，實(shí)驗(yàn)環(huán)線半徑為6米,。有兩個(gè)課題組開(kāi)展了在真空管道中的高溫超導(dǎo)磁浮問(wèn)題研究,。其中，一組偏重載人磁浮系統(tǒng)研究,，目前在平臺(tái)中載人運(yùn)行可達(dá)時(shí)速30公里,。另一組則偏重高速運(yùn)動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)行為，在平臺(tái)中運(yùn)行可達(dá)時(shí)速160公里,。
“我們的高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù),，是基于高溫超導(dǎo)體與永磁體間的抗磁和磁通釘扎作用，是一種由材料內(nèi)在特性決定的被動(dòng)懸浮,。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、安全、自導(dǎo)向,、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì),。”趙勇說(shuō),。正因?yàn)槠洹白詫?dǎo)向性”,，確保了在合理軌道設(shè)計(jì)下列車(chē)沿軌道穩(wěn)定運(yùn)行的可能?！皣?yán)格說(shuō),，它是‘非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)、磁通釘扎’與‘量子磁浮記憶效應(yīng)’的結(jié)合,?！?/span>
1000公里時(shí)速以上的磁浮成熟技術(shù)還沒(méi)出現(xiàn)
按懸浮形式，磁浮技術(shù)可分為常導(dǎo)與超導(dǎo)兩類(lèi),。
日本采用了基于電磁動(dòng)態(tài)懸浮的低溫超導(dǎo)磁浮技術(shù),，這一技術(shù)業(yè)已成熟，載人速度可達(dá)時(shí)速600多公里,。2014年,，日本開(kāi)工建設(shè)世界首條最高時(shí)速達(dá)505公里的超導(dǎo)磁懸浮高速鐵路，預(yù)期2027年建成通車(chē),。而上海430公里時(shí)速的磁浮列車(chē),，則采用了德國(guó)的常導(dǎo)磁浮技術(shù)，利用的是電磁吸引懸浮原理,。目前全球尚未形成1000公里時(shí)速以上的磁浮成熟技術(shù),。
中車(chē)株洲電機(jī)有限公司牽引電機(jī)研發(fā)部副經(jīng)理何云風(fēng)介紹，根據(jù)速度,，磁浮列車(chē)有高速和中低速之分,。中低速磁浮列車(chē)，一般采用短定子直線感應(yīng)電機(jī)牽引，如長(zhǎng)沙磁浮列車(chē),。高速磁浮列車(chē)中,，上海磁浮列車(chē)采用了長(zhǎng)定子同步直線電機(jī)牽引，日本高速磁浮列車(chē)則采用了低溫超導(dǎo)直線電機(jī)牽引,?！皣?guó)內(nèi)對(duì)長(zhǎng)定子直線電機(jī)尚未實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，且有同步,，永磁,、超導(dǎo)等技術(shù)路線之分，國(guó)內(nèi)正在開(kāi)展長(zhǎng)定子直線電機(jī)工程化研究,。不過(guò)目前主要是針對(duì)400—600公里時(shí)速的直線同步電機(jī),，600公里以上的還在前期研究中?！?/span>
趙勇補(bǔ)充解釋?zhuān)^航天技術(shù)與磁浮技術(shù)的結(jié)合,，是指將其空氣動(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用于高速運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,、氣動(dòng)設(shè)計(jì)等方面,，并非簡(jiǎn)單的“航天技術(shù)+磁浮技術(shù)”。
全球磁浮技術(shù)的“星際爭(zhēng)霸”
“高速飛行列車(chē)”為真空管道列車(chē),，實(shí)質(zhì)也是“Hyperloop超級(jí)高鐵”概念,。千公里時(shí)速的超級(jí)高鐵架構(gòu)由特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克提出，被稱(chēng)為“第五種交通方式”,。這一概念提出后,，吸引了國(guó)際廣泛關(guān)注，包括Space X,、HTT,、Hyperloop One等在內(nèi)的大企業(yè)，均參與了研究,。
對(duì)超級(jí)高鐵這一前沿技術(shù)的研究，多家公司正處于一種類(lèi)似“太空競(jìng)賽”般的激烈競(jìng)爭(zhēng)中,，顯示出對(duì)這一可能改變世界的交通技術(shù)的極大熱情,。他們看好“超級(jí)高鐵”的形勢(shì)，也絲毫不回避諸多技術(shù)難題,。退休物理學(xué)家,、超導(dǎo)磁懸浮概念的聯(lián)合提出者詹姆士·鮑威爾曾警示，軌道誤差必須非常小,，如果軌道墻壁位置差之毫厘,，都可能導(dǎo)致災(zāi)難。此外，長(zhǎng)真空管道如何維持低壓,，甚至接近真空狀態(tài)極為困難,。
“整套系統(tǒng)非常脆弱，哪怕一個(gè)點(diǎn)失敗,，都可能引發(fā)災(zāi)難,。”鮑威爾說(shuō),。譬如,，假設(shè)有人在管壁穿孔，或地震導(dǎo)致管道稍微移位,，都可能導(dǎo)致乘客艙崩潰,。
超級(jí)高鐵成本一點(diǎn)也不“平民”，但沒(méi)有擋住這些大企業(yè)探索的腳步,。HTT正在搭建長(zhǎng)達(dá)8公里的全球首個(gè)全尺寸Hyperloop模型,，可對(duì)該交通方式的系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行全局測(cè)試和考量。這段僅8公里長(zhǎng)的測(cè)試軌道預(yù)估需耗資1億美元——還只是最初期測(cè)試軌道的鋪設(shè)花費(fèi),。
來(lái)自研發(fā)團(tuán)隊(duì)rLoop的萊納德的說(shuō)法看起來(lái)既務(wù)實(shí)又樂(lè)觀,。他說(shuō)，超級(jí)高鐵能在未來(lái)5年到10年成為現(xiàn)實(shí)已非常了不起,，但在任何形式的公共使用之前,，將會(huì)有大量的測(cè)試和監(jiān)管問(wèn)題有待解決。