中國研發(fā)“超級高鐵” 理論時(shí)速可達1000公里

　　科技狂人馬斯克倡導的“超環(huán)高鐵”已經(jīng)在美國得到認可，正在進(jìn)行可行性方案研究，超環(huán)高鐵利用了低真空管道和磁懸浮技術(shù)，速度將接近飛機的1000公里時(shí)速。這種高鐵不僅可以修筑在地表，也可以開(kāi)挖地下隧道。在中國，這項實(shí)驗也正在進(jìn)行中?！督?jīng)濟半小時(shí)》記者在成都的一間實(shí)驗室里，看到中國科學(xué)家正在為之努力。

　　中國公布高溫超導磁懸浮技術(shù)

　　成都西南交通大學(xué)搭建的，全球首個(gè)真空管道超高速磁懸浮列車(chē)環(huán)形實(shí)驗線(xiàn)平臺，是國內第一個(gè)載人高溫超導磁懸浮環(huán)形實(shí)驗線(xiàn)。線(xiàn)路總長(cháng)45米，設計載重300 公斤，最大載重可達1噸，懸浮凈高大于20毫米，是目前國際上同等載重能力，截面最小、永磁材料用量最少的超導懸浮系統，可進(jìn)行0-50 km/h的實(shí)際動(dòng)態(tài)運行實(shí)驗，別小看這些復雜的機器設備，在真空管道理想狀態(tài)下，這項技術(shù)上的創(chuàng )新，可將列車(chē)理論時(shí)速提高到一千公里以上的更高速度，換句話(huà)說(shuō)，眼前的這堆實(shí)驗設備，搭建的將是人類(lèi)目前能觸摸到的未來(lái)超級高鐵的雛形。

　　西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗室博士 副教授 鄧自剛：很多指標都是國際領(lǐng)先的。我們核心的東西，它的實(shí)際載重能力，能夠懸浮一噸重。我們這個(gè)軌道的截面積，是現在全世界最小的，就是它的寬度只有120毫米，厚度只有25毫米，它用的永磁材料特別少。

　　中國科學(xué)家推出的這項高溫超導磁懸浮技術(shù)，一經(jīng)公布，就引起了世界最大的電子電氣工程師協(xié)會(huì )——美國IEEE協(xié)會(huì )的關(guān)注，他們用兩個(gè)整版的文字報道了中國人的這項科研成果，英國B(niǎo)BC、美國CNN、歐洲公共電視臺等媒體，紛紛趕赴西南交通大學(xué)展開(kāi)實(shí)地調查報道。這一項科技技術(shù)的誕生，可能沒(méi)有引起民眾的過(guò)多關(guān)注，但在世界眾多科學(xué)家的眼里，中國人這次干出了幾乎是一件革命性的技術(shù)創(chuàng )造。

　　鄧自剛：當時(shí)它的標題叫超級管道，然后下面還有評語(yǔ)，它覺(jué)得這個(gè)顛覆性技術(shù)，可能對未來(lái)人們的出行方式，或者航天應用，各方面應該都會(huì )有革命性的意義。

　　這個(gè)被世界多位科學(xué)家稱(chēng)為顛覆性技術(shù)的“超級管道”，是如何能夠懸浮在軌道上行駛的呢?37歲的項目負責人鄧自剛告訴記者，幾十年來(lái)，西南交大、國內科研院所和眾多制造企業(yè)的專(zhuān)家，不斷地接力式研發(fā)實(shí)驗，才誕生出今天的成果。

　　磁懸浮技術(shù)是上世紀二十年代德國人最早提出的，距今差不多已有百年歷史。此后幾十年，德國在常導磁懸浮、日本在低溫超導磁懸浮方面一直保持著(zhù)技術(shù)領(lǐng)先;中國從上世紀八十年代中期開(kāi)始追趕，但是想要追上六十年的技術(shù)差距，無(wú)疑是一個(gè)巨大的難題。

　　如果要完成磁懸浮列車(chē)的研究制造，我們需要提前去邁過(guò)很多門(mén)檻，比如高溫超導材料從哪里來(lái)?特殊的軌道如何建設?車(chē)體究竟該怎樣設計等一系列的問(wèn)題，從無(wú)到有的這場(chǎng)挑戰，中國的科學(xué)家又是否能研發(fā)成功呢?

　　高溫超導磁懸浮中的超導指的是一種超導材料，具有零電阻效應，也就是說(shuō)，電流流經(jīng)導體時(shí)不發(fā)生熱損耗，可以毫無(wú)阻力地在導線(xiàn)中形成強大電流，從而產(chǎn)生超強磁場(chǎng)。超導磁懸浮，就是利用超導體的抗磁性，實(shí)現磁懸浮。而所謂高溫超導，是指零下196攝氏度的液氮環(huán)境中，超導所具有的特性;低溫超導是指在零下269攝氏度的液氦環(huán)境中，超導所具有的特性。

　　與低溫超導和常溫超導相比，高溫超導有一個(gè)最大特點(diǎn)：它有自穩定性，換句話(huà)說(shuō)，把高溫超導體放在永磁軌道上后，既能懸浮、又能懸掛，不管運動(dòng)還是靜止，都能懸浮;而且在永磁軌道上，高溫超導體還提供穩定的導向力和懸浮力，也就是不會(huì )上下左右搖晃，像釘子一樣牢牢地扎在永磁軌道上面。

　　超導層厚度僅為頭發(fā)絲的百分之一

　　可以懸浮又可以懸掛，看起來(lái)有點(diǎn)像變魔術(shù)。這其中的秘密在哪里呢?鄧自剛介紹，首先是鋪設在軌道上的永磁材料。其實(shí)高性能的永磁材料，國外已經(jīng)研制生產(chǎn)多年，但這些產(chǎn)品技術(shù)曾經(jīng)對我國長(cháng)期封鎖，不要說(shuō)買(mǎi)不到，就是想去參觀(guān)都不行。唯一的辦法，就是中國人自己造。磁懸浮實(shí)驗室在成都，但磁懸浮的材料，卻在杭州一家企業(yè)默默地研發(fā)生產(chǎn)。

　　研制高性能的永磁材料，尤其用于高溫超導磁懸浮軌道上的永磁體，首先需要將十幾種原料、包括多種稀土材料熔合、均勻分布。

　　杭州永磁集團有限公司副總裁 冒守棟告訴《經(jīng)濟半小時(shí)》記者，這個(gè)過(guò)程好比揉面，很難，但是對磁鋼的性能很關(guān)鍵。

　　在對十幾種原料進(jìn)行精密排布后，就需要用電流給磁鋼充磁，這也是危險性比較高的環(huán)節。如果充磁充不好，容易造成它性能不穩定，有些時(shí)候控制不住，磁鋼容易飛到天花板上去。

　　經(jīng)過(guò)反復試驗，高性能永磁材料總算成功研制成功，但接下來(lái)又一個(gè)難題出現了：那就是怎樣把永磁體拼接在一起形成磁懸浮導軌?由于永磁體之間相排斥的磁力很大，一小塊可產(chǎn)生300多公斤的推力，一不小心就可能跑偏。那么，有什么方法能有效解決拼接、組合難題呢?

　　杭州永磁集團有限公司副總裁 冒守棟：要靠一系列設計的工裝，通過(guò)機械的方式，一點(diǎn)一點(diǎn)把它固定好，一個(gè)磁鋼固定好，再裝下一個(gè)磁鋼。

　　西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗室博士 鄧自剛：當時(shí)也是前期做了很充分的一種設計，設計了夾具之后，然后現場(chǎng)又不斷地摸索，不斷地改進(jìn)，最后找到了一種比較優(yōu)的方式，我們最后84塊永磁軌道，安裝只花了一天的時(shí)間。

　　永磁導軌材料的難題得到解決之后，鄧自剛的團隊開(kāi)始面臨第二道難題的考驗，這就是世界制造磁懸浮列車(chē)最為核心的高溫超導材料。

　　鄧自剛：我們的超導材料，就裝在我們車(chē)子四個(gè)角，這塊黑色的蓋板里面。這個(gè)超導材料，它就替代了咱們汽車(chē)的四個(gè)輪子。這個(gè)超導材料，在我們液氮低溫的環(huán)境里面，它就可以實(shí)現懸浮。

　　本世紀第一個(gè)10年，全球只有3家第二代高溫超導材料供應商，2家在美國，以昂貴的價(jià)格向全世界銷(xiāo)售，另一家企業(yè)在日本，但禁止出口。如果材料只能靠進(jìn)口，我國發(fā)展高溫超導產(chǎn)業(yè)就會(huì )被“卡脖子”。經(jīng)過(guò)多方尋找，鄧自剛把目光鎖定在上海超導科技公司。

　　上海超導科技股份有限公司超導材料事業(yè)部副總經(jīng)理 吳 祥：為什么我們做這個(gè)事情?也是有一個(gè)情懷在。因為以前我們去參加國際會(huì )議，大家來(lái)報道的超導材料，都是別人做的，一說(shuō)到中國的超導，提問(wèn)的就非常的少，就是有一種感覺(jué)，就是中國沒(méi)有人做出來(lái)這個(gè)東西。我們的想法就是，不管怎么樣，一定要把這個(gè)做出來(lái)，就是為了爭這口氣。

　　2011年，上海超導科技公司正式成立并開(kāi)始研發(fā)。他們遇到的第一個(gè)難關(guān)，就是怎樣將不同的涂層和超導帶材緊密連在一起。超導帶材是由好幾層不同原料加工涂抹在一起的，超導層位于中間核心層，外面主要分為機帶、隔離層、緩沖層等七、八層，之所以加這么多層，主要起保護、緩沖作用，相當于給中間層的超導帶材，穿了一套防護鎧甲，讓超導帶材的性能保持穩定性和一致性。但這幾層原料都不同、涂抹的厚度，需要非常薄、非常均勻。工藝難度極大。

　　上海交通大學(xué)國家能源智能電網(wǎng)(上海)研發(fā)中心電氣工程系 特別研究員趙 躍：它是在一個(gè)50微米厚的，不銹鋼帶材上，所鍍著(zhù)的超導薄膜，50微米厚的是一個(gè)什么概念?就是我們大概頭發(fā)絲一樣的厚度，但是它們中間所起到的，最重要的超導層厚度，僅為頭發(fā)絲厚度的大概1%左右。

　　上海超導科技股份有限公司超導材料事業(yè)部副總經(jīng)理 吳 祥： 超導層其實(shí)說(shuō)白了，是我們現在最難鍍的，因為它的工藝很特殊，我們用的是激光附著(zhù)沉積來(lái)鍍膜。

　　但最艱難的，是將超導帶材連接在一起的技術(shù)，盡管現在超導帶材長(cháng)度已從最初的百米級做到現在公里級長(cháng)度，但受限于現有技術(shù)，世界上還沒(méi)有不做接頭的超導帶材。超導帶材一有接頭，就會(huì )有電阻。如何把電阻降到最低值，不僅是中國人的難題，也是世界各國企業(yè)面對的難題。

　　吳 祥：我們公司研制了一個(gè)超導接頭技術(shù)，它的電阻能夠達到兩納歐姆左右，現在國際上大家正常能夠做到幾十納歐姆左右。兩納歐姆算是目前比較低的了。

　　經(jīng)過(guò)3年多的努力，世界先進(jìn)水平范圍內的超導材料，終于在中國上海研制成功。

　　趙 躍：我們同樣的一個(gè)條件，和國際的一些同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行比較，它的性能、載電流能力提高了25%，在這個(gè)條件下，我們絕對領(lǐng)先。

　　這種性能先進(jìn)的超導材料應用前景廣闊，不僅用于磁懸浮交通、還運用到超導電纜、新能源汽車(chē)無(wú)線(xiàn)電充電系統、甚至國防軍事上，比如導彈新的發(fā)射技術(shù)——冷發(fā)射。

　　趙 躍：傳統的導彈方式是點(diǎn)火發(fā)射，在一開(kāi)始導彈點(diǎn)火的過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生大量的熱，被敵方偵查到，這樣會(huì )對導彈采取一定的措施。如果我們采用超導儲能裝置，在短時(shí)間把巨大的能量，迅速地釋放出去，可以把這個(gè)武器拋射到空中，達到一定的高度再點(diǎn)火，敵人就很難發(fā)現，這是一個(gè)非常熱門(mén)的技術(shù)，各個(gè)發(fā)達國家都在研究。

　　材料和軌道這兩道難關(guān)通過(guò)了，西南交大實(shí)驗室里的鄧自剛，開(kāi)始面對最后的難題，磁懸浮的實(shí)驗車(chē)。

　　和其他材料研發(fā)的模式一樣，磁懸浮實(shí)驗車(chē)的研發(fā)工作，從成都轉移到了中車(chē)唐山機車(chē)公司。怎么讓車(chē)懸浮起來(lái)，還能保持磁懸浮車(chē)無(wú)論轉彎，還是上下坡，都能安全、平穩運行、沒(méi)有噪音呢?中車(chē)唐山機車(chē)公司的科研人員接過(guò)了研發(fā)的接力棒。

　　中國中車(chē)唐山機車(chē)車(chē)輛有限公司 博士 高級工程師 吳會(huì )超：我們每個(gè)轉向架，相當于蜈蚣的一排腿，我們轉彎的時(shí)候，就過(guò)彎道的時(shí)候，每個(gè)模塊，都可以靈活進(jìn)行轉動(dòng)，這樣的話(huà)，我們懸浮車(chē)過(guò)整個(gè)的小彎道，是非常靈活的。

　　2014年，真空高溫超導磁懸浮實(shí)驗線(xiàn)，在西南交大的成都實(shí)驗室里順利搭建完成。西南交大幾代學(xué)者，通過(guò)不懈努力，在磁懸浮領(lǐng)域創(chuàng )下一個(gè)又一個(gè)研制奇跡。與此同時(shí)，他們在科研理論上的貢獻，也獲得了國際國內的巨大反響。2016年，鄧自剛的大學(xué)老師王家素、王素玉老師，將自己畢生研究的心血，撰寫(xiě)下來(lái)，在德國出版發(fā)行。此時(shí)，距德國學(xué)者提出磁懸浮技術(shù)將近百年，這是中國學(xué)者在磁懸浮發(fā)源地德國，第一次用英文出版發(fā)行的超導專(zhuān)著(zhù)。

　　西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗室博士 鄧自剛：這兩本書(shū)就體現了一個(gè)，高溫超導磁懸浮技術(shù)，從領(lǐng)先到被追趕，到再次領(lǐng)先的一個(gè)過(guò)程。

　　西南交大在高溫超導磁懸浮方面的研究成果，也強烈吸引著(zhù)國外同行。鄧自剛告訴記者，幾個(gè)月后，也就是2018年7月，有幾名巴西學(xué)者會(huì )來(lái)西南交大留學(xué)。

　　西南交通大學(xué)首席教授 牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任 張衛華：隨著(zhù)我們今年時(shí)速400公里、400公里+，這樣一個(gè)試驗平臺的完成，我們速度也可以做到最高。接下來(lái)我們還做時(shí)速1500公里，所以說(shuō)我覺(jué)得我們在國際上，應該無(wú)論高溫超導磁浮，還是真空管道，都是走在前面的。

　　目前中國、德國、日本、美國、巴西等國正加大力度推進(jìn)超導磁懸浮車(chē)的實(shí)用化進(jìn)程。美國Hyperloop one公司在內華達沙漠搭建了500 m長(cháng)的真空管道試驗線(xiàn)，并于2017年實(shí)現了310 km/h的最高時(shí)速。 在國內，中車(chē)青島四方機車(chē)公司，2016年10月正式啟動(dòng)，研制時(shí)速600公里的高速磁浮列車(chē)項目。2017年8月，中國航天科工集團宣布，人類(lèi)第五種交通工具“高速飛行列車(chē)”項目已開(kāi)展研究論證，時(shí)速最高可達4000公里，相比現在京滬高鐵運行的最高時(shí)速350公里，要快出10倍!

　　半小時(shí)觀(guān)察

　　在科技研發(fā)最關(guān)鍵的時(shí)刻，我們的鏡頭能記錄的都是過(guò)程中的艱辛和枯燥。但正如西南交大校長(cháng)所說(shuō)，今天這個(gè)時(shí)代就是一個(gè)創(chuàng )造奇跡的時(shí)代。中國的高鐵今天已經(jīng)走在了世界的最前面，而下一代革命性的技術(shù)研發(fā)，中國科學(xué)家也沒(méi)有絲毫的松懈，也許在不久的將來(lái)，你我坐上時(shí)速上千公里的高鐵時(shí)，我們會(huì )回想起今天這些科學(xué)家們的艱苦努力，過(guò)程就是這樣的枯燥，但最終匯集在一起的就是中國制造的奇跡。