“超級高鐵”競賽誰能勝出
2016-05-21
（原標(biāo)題：“超級高鐵”競賽誰能勝出？）
諾貝爾物理學(xué)獎得主道格拉斯參觀西南交大真空管道超高速磁懸浮列車原型測試平臺。
（西南交大超導(dǎo)與新能源研究開發(fā)中心供圖）
一輛模型車從軌道上沖出去，兩秒內(nèi)到達(dá)近百米外，撞到沙堆后減速停車。從公布的視頻中我們可以看到美國創(chuàng)業(yè)公司“HyperloopOne”開發(fā)的推進(jìn)系統(tǒng)首次戶外測試情況。作為“超高速管道高鐵”一部分，推進(jìn)系統(tǒng)測試成功吸引了眾多目光，許多人在期待“超級高鐵”的實現(xiàn)?；赝覈?，長沙中低速磁懸浮列車的商業(yè)運營，西南交通大學(xué)真空管道超高速磁懸浮列車原型測試平臺的建成，都在昭示著“超級高鐵”已踏上征途。
像“膠囊炮彈”一樣發(fā)射
2013年，被稱為“科技狂人”的美國電動汽車公司特斯拉的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克發(fā)布了名為《超級高鐵緣起》的白皮書，提出了他的“超級高鐵”概念。這種“超級高鐵”采用磁懸浮技術(shù)，形似膠囊的懸浮艙搭載乘客或貨物在近乎真空的管道中運行。這種管道可以大幅減少懸浮艙運行的空氣阻力，只有海平面空氣阻力的1/1000，相當(dāng)于在4.5萬米高空飛行，像發(fā)射炮彈一樣將車廂發(fā)射至目的地。因此馬斯克的“超級高鐵”運行時速可達(dá)750英里（約1230公里／小時）。
因為是逐漸加速且運行在可控的環(huán)境中，列車運行會很平穩(wěn)。根據(jù)馬斯克的設(shè)想，如果在洛杉磯和舊金山之間修建一條這樣的管道，往來兩地的車程將可縮短到35分鐘，與傳統(tǒng)交通工具相比，開車需要6小時，傳統(tǒng)火車更是要整整一天。而且據(jù)稱這樣一條管道的建造成本只有加州在建高鐵項目的1/10。
馬斯克聲稱自己沒有精力完成這個項目，于是由創(chuàng)業(yè)公司“HyperloopOne”接手。近日在美國西部內(nèi)華達(dá)州荒漠進(jìn)行的“推進(jìn)系統(tǒng)”測試中，實驗滑車兩秒鐘加速到約640公里／小時，獲得了成功。
“HyperloopOne”公司首席執(zhí)行官羅布·勞埃德預(yù)計，如果此次測試獲得的成果可以被復(fù)制和應(yīng)用，這種管道高鐵將在2019年實現(xiàn)貨物運輸，2021年提供客運服務(wù)。他認(rèn)為，管道高鐵將成為一個全球性的運輸網(wǎng)，只不過在這之中我們移動的是原子，而不是數(shù)據(jù)。
中國“第二代高速環(huán)線”設(shè)備建成“真空管道高鐵”的概念并非美國獨有，這個概念在中國的提出甚至早于美國，我國“超級高鐵”設(shè)想的時速也將達(dá)600~1000公里，足以取代飛機。2003年5月，高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的博士趙勇出任西南交大超導(dǎo)研究開發(fā)中心（現(xiàn)超導(dǎo)與新能源研究開發(fā)中心）常務(wù)副主任，學(xué)校投入800多萬元購置了兩臺超導(dǎo)物理性質(zhì)測量設(shè)備。自2003年起的8年時間里，在趙勇的帶領(lǐng)下，他的團隊將“真空管道磁浮車”從一個“概念”變成了一個模型實體。
2011年，全球第一個同時結(jié)合真空管道、磁懸浮及線性驅(qū)動的完整真空管道試驗設(shè)備在西南大學(xué)超導(dǎo)中心誕生。2014年，西南交大建成了真空管道超高速磁懸浮列車原型測試平臺。不過礙于實驗環(huán)線的半徑僅有6米，當(dāng)時測試車輛的最高速度只達(dá)到了50公里/小時。
2015年底，第二代高速環(huán)線設(shè)備建成，研發(fā)團隊將軌道鋪在管壁上，形成“壁掛式”磁懸浮列車，能有效解決實驗室中軌道半徑太小所帶來的離心力問題，常壓下的實驗車平均時速已經(jīng)提升至82.5公里。且團隊成功將管道真空的極限壓強降到了1335帕（一個大氣壓等于101325帕）——這相當(dāng)于抽掉了管道中99%的空氣。
據(jù)趙勇團隊介紹，目前真空管道懸浮車常壓下最高平均時速已經(jīng)提升到100km左右，且磁懸浮系統(tǒng)在時速100km高速運行下具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。最大瞬態(tài)時速達(dá)到了108公里，無論在高溫超導(dǎo)磁浮還是在真空管道磁浮領(lǐng)域的研究中，這都是實際運行的最快速度，同時108公里的瞬態(tài)時速也超過了國產(chǎn)常導(dǎo)中低速磁浮的運營時速。在該設(shè)備的第二階段調(diào)試中，有望突破時速200公里，直接從實驗角度驗證高溫超導(dǎo)磁浮應(yīng)用于超高速載人交通工具的可能性。
中國“超級高鐵”設(shè)想的核心原理與美國相似，但在某種程度上我國的進(jìn)展可以說快于美國，美國的類似項目現(xiàn)在仍處在各部分獨立測試階段，比如“HyperloopOne”公司展示的就只是推進(jìn)系統(tǒng)，而西南交大這一項目則已經(jīng)進(jìn)入整體系統(tǒng)實驗階段，在項目開發(fā)上走得更快。
我國多條磁懸浮線投入運營
雖然“真空管道磁懸浮車”暫時沒有辦法實現(xiàn)，但普通的磁懸浮列車早已進(jìn)入公眾的視野。早在1922年，德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車的專利。世界上首條商業(yè)運營的磁浮列車線路是1984年英國伯明翰機場的低速磁浮鐵路，但現(xiàn)已被拆除。
今年5月6日我國長沙磁浮快線投入載客試運營，這是我國第一條具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中低速磁懸浮交通路線。長沙磁浮快線西起長沙南站，東至長沙黃花，采用磁浮列車3輛編組，最大載客量為363人，設(shè)計最高速度可達(dá)100公里/小時。在試運營中，列車計劃以60公里/小時的速度前行，最高速度達(dá)到80公里/小時，從長沙南站至長沙黃花機場T2航站樓全程運行只需19分30秒。
由于沒有輪軌的摩擦震動，車輛在時速80公里運行時的噪音很小；最小轉(zhuǎn)彎半徑只有50米，僅為地鐵的1/2，適合在市區(qū)內(nèi)建筑間穿行，可最大限度避免拆遷；其爬坡能力也很強，可在100米內(nèi)爬上2層樓的高度，一般輪軌交通最大爬坡能力僅為其1/2。至于頗具爭議的輻射問題，經(jīng)權(quán)威機構(gòu)檢測，也不用擔(dān)心。運行期間，有記者做過測試，煙、水杯立于地面均平穩(wěn)不倒。另一方面，該型交通系統(tǒng)總成本約為2億元—2.5億元/公里，低于地鐵交通系統(tǒng)的總成本。
中國工程院院士劉友梅表示，長沙中低速磁浮工程列車的成功研制，使得我國軌道交通產(chǎn)業(yè)主機企業(yè)及其產(chǎn)業(yè)鏈攻克了中低速磁浮列車系統(tǒng)集成技術(shù)的關(guān)鍵點。也填補了中國中低速磁浮自主知識產(chǎn)權(quán)的工程化和產(chǎn)業(yè)化運用領(lǐng)域的空白，在世界中低速磁懸浮列車技術(shù)領(lǐng)域居于一流水平。
在長沙磁浮快線開通之前，上海磁懸浮列車已于2003年正式開始商業(yè)運營，全長近30公里。同年，西南交大在四川成都青山磁懸浮列車線完工，該磁懸浮試驗軌道長420米，主要針對觀光游客。北京磁懸浮示范線也正在建設(shè)之中，預(yù)計2017年底開通。
