据公路甲级监理公司了解，可以如过山车般翻转行驶的磁浮轨道交通模型、在透明真空管道中飞速行驶的试验列车、高温超导磁悬浮列车环形试验线……这些新科技是轨道交通领域最新的科研成果。西南交通大学首席教授张卫华介绍，2017年将建成真空管道高速（400公里／小时）试验线。
张卫华认为，速度将引领轨道交通技术的发展，下一代高速列车、高速磁悬浮轨道交通、真空管道轨道交通将成为未来轨道交通技术在高速方向重点发展的三个领域。我国下一代高速列车和时速可达600公里的高速磁悬浮列车正处于紧锣密鼓的研发之中；2017年将建成真空管道高速（400公里／小时）试验线。
“我国首条自主研发的中低速磁悬浮线路在长沙运行得很好，这给磁悬浮技术在全国范围的推广起到了很好的示范作用。现在我们正在积极研发高速磁悬浮列车。”中国工程院院士钱清泉说。
中国超级高铁进展比美国快
观察者网查询得知，尽管美国科技大佬马斯克的超级高铁概念被炒得火热，但中国科学家在相关领域的研究走得更快。
据成都商报早前报道，今年1月，西南交大“第二代高速真空管道高温超导侧浮系统”，也就是中国版的“管道超级高铁”完成第一阶段调试，这一系统由该校超导与新能源研究开发中心赵勇教授团队设计研发。“我们设想将来这样的列车时速将达600~1000km，足以取代飞机。”赵勇说。
此前研发团队不仅成功将管道真空的极限压强降到了1335帕(一个大气压等于101325帕)——相当于抽掉了管道中99%的空气，还在常压下将磁浮实验车最高平均速度达到了每小时82.5km。
截止到今年5月，这一系统的实验进展良好，“目前常压下最高平均时速已经提升到100km左右。”赵勇介绍。虽然速度并未提升太大，但随着真空技术的改进，速度将得到大幅提升。美国的类似项目现在仍处在各部分独立测试阶段，比如马斯克的超级高铁公司展示的就只是推进系统，“时速1120km”还无从说起。而西南交大这一项目则已经进入整体系统实验阶段，在项目开发上走得更快。
虽然技术设想上和美国公司类似，但西南交大也有自己的独创。研发团队将轨道铺在管壁上，形成“壁挂式”磁悬浮列车，能有效解决实验室中轨道半径太小所带来的离心力问题。
不过，两院院士沈志云曾透露对出中国发展真空管道交通的难点：“技术上不存在太大问题，但成本太高了，这么长的隧道，还需要抽气，地铁修一公里需要八个亿，真空管道一公里十个亿也下不来。”
开启中国“超级高铁”的新长征
——西南交通大学赵勇团队自主创新纪实
来自铁路部门的数据显示,目前我国高铁里程已经突破两万公里,居世界第一,运营的高铁占世界高铁总里程的六成以上。而科学家们的下一个目标则是磁悬浮。
日前,美国创业公司“hyperloopone”对其设计的“超级高铁”推进系统成功进行了首次户外测试实验。
实际早在2003年,西南交通大学超导与新能源研究开发中心,就开展了“超级高铁”相关核心技术的实验研究。而西南交通大学赵勇团队通过不断自主创新、卓越攻关,克服了一个又一个难题,实现了一个又一个跨越,向中国“超级高铁”梦不断前进、前进、前进。
一、回到祖国到“最适合搞超导磁浮研究的地方”
“超级高铁”最初由paypal、特斯拉和spacex创始人伊隆马斯克于2013年提出,目的是解决现存高铁技术造价成本高、速度受限的缺点,被认为是未来高速地面交通运输系统发展的终极凯发官网首页的解决方案 。
目前,该技术主要结合了真空管道技术和磁悬浮列车技术,即真空管道磁悬浮列车。当磁浮列车在真空管道中高速行驶时,能够极大的减弱空气阻力对列车的影响,因而在提高列车运行时速后,不会带来巨大的能耗和噪音,被誉为人类未来的“第五种交通方式”。
教育部长江学者特聘教授、首批国家杰出青年基金(外籍)获得者、西南交通大学首席教授、物理科学与技术学院院长、超导与新能源研究开发中心主任赵勇教授是真空管道磁悬浮列车应用研究领域的专家。
上世纪80年代后期,赵勇成为我国高温超导领域第一个博士。辗转意大利、澳大利亚和日本13年后,他回到了祖国。但他选择的,既不是故乡武汉,也不是同时向他抛出橄榄枝的北京、南京等城市。他选择了成都,来到了西南交通大学,因为“这里是最适合搞超导磁浮研究的地方”。
二、研制出全球首个真空环形管道磁浮列车系统
基于真空管道磁浮列车系统的理论研究,赵勇团队于2011年率先研制出全球第一个真空环形管道磁浮列车系统,该系统轨道直径3m,管道最低压强2000pa,磁浮车采用线性电机驱动。但受轨道半径的限制,磁浮车只能在低速下行驶。第二代真空环形管道磁浮列车系统首次采用“壁挂”式运行,即将直径6.5m的环形轨道铺设在环形金属壁面上,使磁浮车沿壁面高速行驶。在结构力学上,有效增大了磁浮车沿环线运行时的向心力,并防止磁浮车沿轨道切向脱轨,从而使磁浮车获得更高的运行时速和安全稳定性。
赵勇介绍,“超级高铁”核心模块主要包括真空管道系统、磁悬浮系统及驱动系统,各模块单独来看都具有相应的成熟技术,但针对完整系统的研究却几乎是空白。较成熟的磁悬浮技术主要包括中低速电磁悬浮和高速电动悬浮(低温超导磁浮)技术,前者已经实现商业化应用,后者在户外常压试验运行下,更是达到了整车时速近603km。基于高温超导磁浮技术的磁浮列车,相对于电磁悬浮和电动悬浮技术,不需要复杂的电力控制系统,理论上时速可高达3000km,更适合在真空管道中行驶。但高温超导磁悬浮列车仍处于实验室研究阶段。
目前高温超导磁悬浮列车实际最高运行时速为150km,即二代真空环形管道磁浮列车系统第二阶段调试运行的最高时速,其更高时速及动态稳定性还尚需实验验证。同时,低压环境下的超导磁悬浮及线性电机驱动特性也缺乏相关实验研究,除考虑磁浮列车高速下的悬浮稳定性外,还需要考虑磁浮列车驱动系统在低压环境下的稳定性。
赵勇认为,真空管道磁悬浮列车的关键技术问题是:“如何保证磁浮列车在真空管道中高速运行时的稳定性和可靠性”,研究这一关键技术的两个基本试验条件是低压和高速。
三、第二代系统为“超级高铁”提供核心技术平台
赵勇团队研制的第二代真空管道磁悬浮列车试验系统,通过“壁挂”的运行方式,在小半径环线轨道上同时实现了低压和高速。在第一代设备的基础上,管道内的最低压强进一步降低到647pa(相当于抽掉了管道内约99.5%的气体),磁浮车的最大时速提高到150km。
相关试验人员表示,磁浮列车在低压高速条件下运行的驱动性能区别于常压低速下的常规特性,在低压高速下可能存在电力设备的真空击穿现象,导致驱动系统的瘫痪。此外,磁浮列车在真空管道内高速行驶时,还会导致管道内局部气压的不稳定,从而降低磁浮列车高速行驶下的动态稳定性。相信“超级高铁”从理论到实际应用的过程中,还有更多的技术难点等待发现和解决。
第二代真空管道磁悬浮列车实现全系统调试,为“超级高铁”核心技术研究提供了试验研究平台,有效推动了高速地面交通运输系统的发展。在该试验系统的第三阶段调试中,磁浮车将有望突破时速300km,进一步对“超级高铁”可行性和关键技术进行深入研究。同时,赵勇表明团队将开展直线运行方面的研究,希望能将磁浮车运行时速提高到1000km,这将是超越飞机的速度。
赵勇说,“超级高铁”虽然面临着诸多难题,但仍具有良好的发展前景,会为未来的交通提供很大的便利,将是未来满足人们地面高速出行的一种交通方案。但是,要真正投入应用,还取决于社会的进步,经济的发展,也取决于社会的需求。赵勇表示欢迎对超导磁悬浮方面感兴趣的同仁来共同研究,一起把这美好的蓝图变成现实。
