【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 符潔文】

近日，大洋彼岸接連傳出的幾個(gè)大型軌交基建項(xiàng)目的消息，令人唏噓。

一是深陷“爛尾”困局的加州高鐵項(xiàng)目，總統(tǒng)特朗普手起刀落，砍掉了對該項(xiàng)目約40億美元的聯(lián)邦撥款，這條修了17年耗資160億美元、但只修了一小段的鐵路更加前途未卜。二是美國交通部正式撤銷用于華盛頓至巴爾的摩磁懸浮列車項(xiàng)目的2600萬美元聯(lián)邦撥款，這個(gè)預(yù)計(jì)耗資200億美元的磁懸浮項(xiàng)目被徹底叫停；該線路約43公里，原計(jì)劃實(shí)現(xiàn)時(shí)速500公里以上，兩地路程僅需15分鐘，自2021年以來該項(xiàng)目的環(huán)評工作一直處于暫停狀態(tài)。

美國華盛頓特區(qū)至巴爾的摩磁懸浮線路

看到這些消息，筆者不禁回想起7月初在北京參加第十二屆世界高速鐵路大會時(shí)的所見所聞所感。除了了解全球軌道交通行業(yè)的最新趨勢之外，還見證了一批代表中國鐵路裝備發(fā)展前沿的實(shí)車集體亮相。

與美國相比，且不說高鐵這種深刻融入中國老百姓日常生活的交通工具，中國在磁懸浮技術(shù)方面也飛速發(fā)展，并不斷取得新突破。比如，這次世界高鐵大會上，由中國自主研發(fā)的時(shí)速600公里超導(dǎo)電動(dòng)高速磁浮列車在鐵路技術(shù)裝備展覽會上首次亮相，備受矚目。

實(shí)車展示現(xiàn)場

作為我國高速磁浮列車家族的最新成員，憑借其犀利的外形設(shè)計(jì)與可觀的目標(biāo)速度，迅速成為關(guān)注焦點(diǎn)。這輛“超級列車”有哪些技術(shù)亮點(diǎn)？我們距離“3小時(shí)京滬行”還有多遠(yuǎn)？

時(shí)速600公里超導(dǎo)高速磁懸浮列車作者供圖

一、磁浮原理

目前，高速磁浮列車的技術(shù)路線主要有常導(dǎo)磁浮與超導(dǎo)磁浮兩類。前者以德國TR系列高速磁浮列車、上海磁浮列車示范運(yùn)營線的SMT列車、中車四方自主研發(fā)的CF600高速磁浮列車為代表。

德國TR系列高速磁浮列車

上海磁浮列車示范運(yùn)營線列車

中車四方自主研發(fā)的CF600高速磁浮列車

后者以日本的MLX-01型、L0系高速磁浮列車、西南交通大學(xué)高溫超導(dǎo)磁懸浮工程化樣車為代表。

2003年創(chuàng)造最高時(shí)速581公里紀(jì)錄的高速磁浮列車MLX01-2

2015年創(chuàng)造最高時(shí)速603公里記錄的高速磁浮列車L0

西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)速620公里的高溫超導(dǎo)磁懸浮工程化樣車

無論何種技術(shù)路線，都需要實(shí)現(xiàn)列車的懸浮、導(dǎo)向、牽引功能，使列車“浮起來”“跑起來”?？梢越Y(jié)合原理示意圖，簡單了解中車長客這款高溫超導(dǎo)磁浮列車的基本原理：

超導(dǎo)電動(dòng)磁浮原理示意圖

超導(dǎo)電動(dòng)磁浮懸浮架結(jié)構(gòu)圖（以日本MLX-01型為例）

1.產(chǎn)生磁場的超導(dǎo)線圈：電動(dòng)磁浮技術(shù)的核心原理是楞次定律，車載磁體與軌道上的線圈之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生磁通量變化，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流和力的作用，實(shí)現(xiàn)列車的運(yùn)行。因此，車載磁體是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)懸浮技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)。

作為車輛磁場的來源，與常導(dǎo)電磁鐵線圈不同，超導(dǎo)線圈勵(lì)磁后，由于線圈內(nèi)部電阻為0，電流在閉合線圈內(nèi)不產(chǎn)生損耗，因此能夠產(chǎn)生穩(wěn)定、持久的強(qiáng)磁場。然而，超導(dǎo)線圈必須工作于相對低溫環(huán)境。為了實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)線圈的穩(wěn)定工作，車內(nèi)需配備低溫制冷與恒溫設(shè)備。早期的低溫超導(dǎo)材料（NbTi等）需要在液氦冷卻條件下才能使用，大大限制了其應(yīng)用前景。隨著技術(shù)進(jìn)步，先后出現(xiàn)了第一代高溫超導(dǎo)材料（Bi-2233等）、第二代高溫超導(dǎo)材料（YBCO等）。在研發(fā)過程中，中車長客采用YBCO高溫超導(dǎo)材料進(jìn)行原理驗(yàn)證，論證了第二代高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用可行性。該超導(dǎo)材料具有工作溫度相對較高、具有失超自保護(hù)等優(yōu)勢，達(dá)到領(lǐng)先水平。本次展出的樣車即采用基于高溫超導(dǎo)材料的技術(shù)方案。

2.提供能量的推進(jìn)線圈：超導(dǎo)電動(dòng)磁浮列車的車載線圈與安裝于軌道上的推進(jìn)線圈構(gòu)成長定子直線同步電機(jī)。推進(jìn)線圈通電后，產(chǎn)生沿軌道方向的行波磁場，實(shí)現(xiàn)列車的牽引推進(jìn)。列車的牽引控制依賴于地面設(shè)備，且每段線路分區(qū)只有在列車通過時(shí)才會通電，故能夠?qū)崿F(xiàn)安全可控的無人駕駛。

3.參與懸浮導(dǎo)向的“8”字線圈：超導(dǎo)電動(dòng)磁浮列車依靠車載線圈及安裝于軌道內(nèi)側(cè)的“8”字線圈實(shí)現(xiàn)懸浮與導(dǎo)向。車輛運(yùn)行時(shí)，“8”字線圈產(chǎn)生感應(yīng)磁場，線圈的上半部分產(chǎn)生的磁場與車載線圈互相吸引，而下半部分與車載線圈互相排斥，上、下兩部分線圈共同作用產(chǎn)生的合力在垂直方向（z方向）表現(xiàn)為懸浮力，在水平方向（y方向）表現(xiàn)為導(dǎo)向力，從而實(shí)現(xiàn)列車的懸浮與導(dǎo)向。

需要注意的是，只有列車運(yùn)行到一定速度時(shí)（>160km/h），所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場大小才能滿足懸浮與導(dǎo)向需求。因此，電動(dòng)磁浮列車的懸浮架通常采用“雙模式”設(shè)計(jì)。列車低速運(yùn)行時(shí)，依靠車載的支撐輪和導(dǎo)向輪行駛。當(dāng)列車達(dá)到指定速度后，懸浮力大于列車重力，列車才能實(shí)現(xiàn)無接觸懸浮運(yùn)行。通常情況下，列車的懸浮高度為80-150mm（標(biāo)準(zhǔn)值約100mm）。

二、研發(fā)歷程

中車長客是我國最早進(jìn)行磁浮列車研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)之一，其產(chǎn)品涵蓋中低速與高速磁浮列車。高速磁浮列車方面，曾先后參與國產(chǎn)化高速磁浮列車“同濟(jì)成長號”“電力飛車”的研發(fā)與生產(chǎn)工作，形成了較為完整的技術(shù)和產(chǎn)品鏈。

“同濟(jì)成長號”高速磁浮列車

“電力飛車”高速磁浮列車

近年來，中車長客積極投身高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮技術(shù)的研發(fā)工作，按照“原型樣機(jī)→工程化小系統(tǒng)→工程化驗(yàn)證與優(yōu)化→商業(yè)化運(yùn)用”的路線開展研究。

2021年，中車長客建立了長200m的高溫超導(dǎo)電動(dòng)磁浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng)，并于2023年首次完成展示運(yùn)行。該試驗(yàn)系統(tǒng)采用無人駕駛縮比模型，能夠滿足超導(dǎo)電動(dòng)磁浮系統(tǒng)的原理驗(yàn)證需求。目前，中車長客同國內(nèi)多個(gè)高校及多個(gè)科研院所合作攻關(guān)，獨(dú)立掌握了從材料、線圈到低溫恒溫器、制冷系統(tǒng)設(shè)備等全環(huán)節(jié)的核心技術(shù)。

高溫超導(dǎo)電動(dòng)磁浮全要素試驗(yàn)線

本次展出高溫超導(dǎo)電動(dòng)磁浮全尺寸樣車，標(biāo)志著相關(guān)研發(fā)工作即將邁入到工程化驗(yàn)證階段。此外，中車長客正在開展磁浮整備廠房的擴(kuò)建，積極推動(dòng)工程化樣車的試驗(yàn)工作，高溫超導(dǎo)電動(dòng)磁浮逐漸從藍(lán)圖走向現(xiàn)實(shí)。

三、商用前景

在全球軌道交通領(lǐng)域內(nèi)，以日本為代表的超導(dǎo)磁浮技術(shù)的研究已持續(xù)數(shù)十年，展示了超導(dǎo)磁浮技術(shù)所具備的技術(shù)潛力。日本基于超導(dǎo)電動(dòng)磁浮技術(shù)，以山梨磁浮試驗(yàn)線（全長?42.8公里?）為平臺，設(shè)計(jì)開發(fā)了MLX-01、L0系等列車，并實(shí)現(xiàn)了由低溫超導(dǎo)到高溫超導(dǎo)的多輪技術(shù)迭代。目前，日本正在開展中央新干線的建設(shè)工作，預(yù)期商業(yè)運(yùn)營時(shí)速為600公里。項(xiàng)目如能建成，則可實(shí)現(xiàn)東京與名古屋之間1小時(shí)直達(dá)。

日本超導(dǎo)磁浮所采用的低溫、高溫超導(dǎo)線圈

由此可見，時(shí)速600公里的磁浮列車確實(shí)在繁忙干線上具有速度優(yōu)勢。如果未來我國能夠利用高速磁浮列車實(shí)現(xiàn)京滬（京滬高鐵全長1318公里）3小時(shí)內(nèi)到達(dá)、京廣（京廣高鐵運(yùn)營里程2291公里）4小時(shí)內(nèi)到達(dá)，將對商務(wù)人士起到非常大的吸引力。

盡管中國的超導(dǎo)磁浮技術(shù)起步較晚，但在近十幾年間已經(jīng)達(dá)到業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平。除中車長客外，中國航天科工三院、西南交通大學(xué)等科研單位積極投身超導(dǎo)磁浮技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)開展相關(guān)試驗(yàn)。

近年來，航天三院基于低溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮技術(shù)，正在開展時(shí)速1000公里以上的低真空管道磁浮列車技術(shù)研發(fā)工作，并建成了全尺寸試驗(yàn)線；西南交通大學(xué)多態(tài)耦合軌道交通動(dòng)模試驗(yàn)平臺采用一個(gè)長1620米、設(shè)計(jì)最高試驗(yàn)時(shí)速1500公里的高架真空管道高溫超導(dǎo)磁浮交通綜合性研究試驗(yàn)平臺，可以開展運(yùn)動(dòng)條件下不同軌道形態(tài)、不同速度狀態(tài)、不同環(huán)境狀態(tài)及不同模型狀態(tài)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

高速飛車大同（陽高）試驗(yàn)線工程基地

西南交通大學(xué)多態(tài)耦合軌道交通動(dòng)模試驗(yàn)平臺

盡管距離實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用仍有遙遠(yuǎn)距離，但作為綜合性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，超導(dǎo)磁浮列車的研發(fā)設(shè)計(jì)融合了車輛工程、材料科學(xué)、超導(dǎo)物理等多學(xué)科內(nèi)容，推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展。

當(dāng)前我國磁浮交通最為優(yōu)先的事項(xiàng)是應(yīng)該建立一條類似于日本山梨試驗(yàn)線的常導(dǎo)磁浮試驗(yàn)線，以滿足中車四方的CF600高速磁浮列車的高速驗(yàn)證（類似目前CR450在全國各地的高鐵上進(jìn)行樣車驗(yàn)證）。如今，30公里長的上海磁浮列車示范運(yùn)營線已安全運(yùn)營23年（于2002年12月31日開通試運(yùn)行），積累了充足經(jīng)驗(yàn)。但經(jīng)過20余年的使用，線路、設(shè)備等老化問題日益凸顯，亟需一條能夠滿足設(shè)計(jì)時(shí)速600公里的高速磁浮示范線的落地。

而目前最有可能落地的區(qū)域有三處，分別是長三角、珠三角和成渝地區(qū)。目前可查詢的公開信息是，《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》中提及，軌道交通方面將積極審慎開展滬杭等磁懸浮項(xiàng)目規(guī)劃研究。2020年5月，浙江舉行全面推進(jìn)高水平交通強(qiáng)省建設(shè)動(dòng)員大會，其中將“滬杭超級磁浮”列入“千億工程”，表明該線路有建設(shè)規(guī)劃意向。根據(jù)《廣東省國土空間規(guī)劃（2020-2035 年）》，該線路為縱向磁懸浮廊道，走向?yàn)楸本?韶關(guān)-廣州-佛山-珠海-澳門，廣州是其中重要節(jié)點(diǎn)城市，若建成，廣州至北京約2000公里的路程乘坐高速磁浮僅需約3.3小時(shí)，珠海到北京只需約3.5個(gè)小時(shí)。2019年7月，成都在編制的《東部新城綜合交通規(guī)劃》中，規(guī)劃預(yù)留了成渝時(shí)速600至800公里超高速磁懸浮建設(shè)通道，未來有望實(shí)現(xiàn)成都與重慶之間的高速磁浮連接，促進(jìn)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈的發(fā)展。

常導(dǎo)高速磁浮在可見的未來，將先落地一條中距離示范線后，通過充分驗(yàn)證其安全性、經(jīng)濟(jì)性后，才會開始長大干線的推廣建設(shè)。

而到了超導(dǎo)高速磁浮的技術(shù)路線，恐怕會更加遙遠(yuǎn)。通過中國航天科工三院和西南交通大學(xué)搭建試驗(yàn)線的情況，可以看到超導(dǎo)高速磁浮列車未來會在真空管道中運(yùn)行，以達(dá)到時(shí)速1000公里以上的商業(yè)運(yùn)營。因此，在短期內(nèi)，我們還無法看到超導(dǎo)高速磁浮列車在中國實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營，但常導(dǎo)高速磁浮沖擊600公里以上的時(shí)速是可以預(yù)見的未來。

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