给超级高铁插上腾飞的翅膀

卓 然

美国斯特拉的创始人，有“科技狂人”之称的埃隆·马斯克在6年前提出了利用低真空管道和磁悬浮技术研制“超环高铁”的设想。2016年5月11日，该项目在美国内华达州的拉斯维加斯郊区，进行公开测试。3米长的测试车在铺设好的轨道上跑出了640千米的时速，举世震惊。

让世人更惊讶的是，几乎与马斯克团队同步，中国科学家通力协作，也正在进行独具特色的超级高铁项目研制，从科学依据到实验设施无不打上“中国创造”的鲜明烙印。2017年8月29日，中国航天科工集团有限公司在湖北省武汉市宣布，已启动了1000千米/小时“高速飞行列车”的研发项目，将开发最高运行速度2000千米/小时、4000千米/小时的超高速列车。

据悉，中国航天科工集团有限公司是世界上首家提出超音速地面运输系统的集团公司。目前，世界上已经有三大公司宣布开发超过1000千米/小时的运输系统，包括美国HTT公司、Hyperloop One公司和中国航天科工集团有限公司。

中国超级高铁在这里孕育

在西南交通大学的实验大楼里，搭建了一条全球首个真空管道超高速磁悬浮列车环形实验线平台，简称“载人高温超导磁悬浮环形实验线”。该线路总长45米，设计载重300千克，最大载重可达1吨，悬浮净高大于20毫米，是目前国际上同等载重能力条件下，截面最小、永磁材料用量最少的超导悬浮系统，可进行0至50千米/小时的实际动态运行实验。在真空管道理想状态下，各项配套设施精准达标并完全配合调试的条件下，它可将列车理论时速提高到1000千米以上，开创陆地交通工具的新纪元。

西南交通大学牵引动力国家重点实验室博士邓自刚副教授自豪地表示，我们在该领域研究中的很多指标都是国际领先的。除了实际载重能力外，我们这个轨道的截面积是现在全世界最小的，它的宽度只有120毫米，厚度只有25毫米。它使用的永磁材料虽少，但动力一样强劲惊人。

超级高铁的超级动力哪里来？

磁悬浮技术是1个世纪前由德国人最早提出的。它是指利用磁力克服重力，从而使物体悬浮的一种技术。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。

磁悬浮列车是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，再利用线性电机驱动列车运行。磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。前者以德国高速常导磁浮列车为代表，后者以日本MAGLEV为代表。

磁悬浮还有高低温超导磁悬浮之分，这里所说的高低温是相对而言的。高温超导磁悬浮中的超导指的是一种超导材料，具有零电阻效应。也就是说，电流流经导体时不发生热损耗，可以毫无阻力地在导线中形成强大电流，从而产生超强磁场。超导磁悬浮，就是利用超导体的抗磁性，实现磁悬浮。而所谓高温超导，是指在零下196摄氏度的液氮环境中，超导所具有的特性；低温超导是指在零下269摄氏度的液氦环境中，超导所具有的特性。

与低温超导和常温超导相比，高温超导有一个最大特点：它有自稳定性。换句话说，把高温超导体放在永磁轨道上后，它既能悬浮，又能悬挂，不管运动还是静止，都能悬浮。在永磁轨道上，高温超导体还提供稳定的导向力和悬浮力，也就是不会上下左右摇晃，像钉子一样牢牢地扎在永磁轨道上面。

难点与亮点同时聚焦

磁悬浮技术是当今世界最前沿的高科技，我们国家要用几年时间完成发达国家几十年走过的历程，更何况中国科学家是在探索一条艰难、全新的路径。

比如高温超导材料从哪里来？特殊的轨道如何建设？车体究竟该怎样设计等一系列的难题，如同一道道深不可测的鸿沟，横亘在中国科研团队的面前，每道沟壑还与深浅不一的湖汊堰塞相连，抬腿跨越，谈何容易。接受挑战，迎接考验，是必然的。

专家介绍说，磁悬浮列车的最大秘密是铺设在轨道上的永磁材料。欧美国家研发永磁材料多年，并对我国长期封锁禁运，不但东西不卖给我们，想去参观都被婉言谢绝。唯一的办法，就是从零开始，我们自己摸索制造。现在杭州一家企业已经能够生产出高质量的永磁材料，为中国超级高铁的研制立下头功一件。

攻克高性能的永磁材料难关后，接踵而至的难题是怎样把永磁体拼接在一起，并形成磁悬浮导轨。由于永磁体之间相互排斥的磁力很大，一小块便可产生300多千克的推力，一不小心就可能跑偏。经过反复试验，攻关团队终于摸索出一系列设计的工序，通过机械的方式，一点一点把它固定好，一个磁钢固定好，再装下一个磁钢。

当参与全程研制的年轻专家被问到，中国超级高铁的研发截止目前遇到的最棘手的困难是什么时，他脱口而出，就是怎样将超导带材以最小的电阻值连接在一起。尽管现在超导带材越做越长，从百米级跃升为千米级，但世界上还没有不做接头的超导带材。超导带材一有接头，就会有电阻。如何把电阻降到最低值，一直是世界级难题。中国科研团队研制了一个超导接头技术，它的电阻能够达到两纳欧姆左右，远超国际最高水平。

就像“阿波罗计划”给美国社会掀起一波又一波的高科技浪潮一样，超级高铁也必定会给中国科技制造业带来深刻影响。原因很简单，性能先进的超导材料应用前景广阔，不仅用于磁悬浮交通，还能运用到超导电缆、新能源汽车无线电充电系统，甚至运用到国防军事领域，比如导弹目前最新的冷发射技术。

传统的导弹发射方式是点火发射方式，会产生大量的热，很容易被对方热感应雷达发现，使他们有时间启动反导系统。如果采用超导储能装置，在短时间内把巨大的能量，迅速释放出去，可以把这个导弹抛射到空中，达到一定的高度再点火，等对方发现时，导弹已经打到家门口了。

谈到我国超级高铁目前的发展、样机制造、何时下线等问题时，相关工程人员表示，有明确的计划，但不方便详情透露。而有媒体曾描绘过我国超级高铁大概的发展规划。

首先，要实现超级高铁时速达1000千米，建立我国城际超级高铁运行网络。第二步是实现时速2000千米，在国家干线上，特别是在北京、上海、成都、广州、武汉五大经济区周围，建设全国性的超级高铁运行网络。第三步是时速达到4000千米，这也意味着未来有可能形成北京、上海、广州、武汉、成都五个超高速铁路枢纽。由于武汉位于五个车站的中间，因此可能设计成最大的超高速火车站。