超导磁悬浮列车已经投入运营（超导高速磁浮列车将带来交通变革）

西南交通大学副校长何川说：“如果国家支持建设长途试验线，短则两三年，长则五六年，我对此充满信心。”如果把火车的轮子去掉，它还能沿着轨道上方十几毫米的地方疾驰，还能以每小时620公里的速度奔跑，甚至有一天超过飞机的速度……这还是我们平时的“火车”吗？这就是磁悬浮列车，它已经出现了很多年，但仍然让人感到神秘，并可能导致未来交通方式的革命。

近日，在四川成都亮相的一辆高速磁浮原型车，再次引起了人们对这种带有科幻色彩的交通工具的关注。

1月13日，我国自主研发设计制造的世界首条高温超导高速磁浮工程样机和试验线，在西南交通大学正式开通。这种全碳纤维、流线型的原型机设计时速为620公里，有望创造大气环境下陆地交通速度的新纪录。

与其他磁悬浮技术相比，高温超导磁悬浮技术特别适合未来的真空管(隧道)运输，理论预测速度可以高于1000 km/h，考虑到民航客机的飞行速度约为900 km/h，这个速度可以称为“地面飞行”。

“汽车、飞机、现代轮船，最初都不是来自中国。包括我们现在领先世界的高铁，也是从引进开始，消化吸收再创造，从跟随变成领先。然而，一旦我们的技术成功，它完全是中国人的原创。它将成为一种颠覆性的交通方式，填补陆地交通和空中交通的速度差距。”教育部科学技术委员会委员、西南交通大学副校长何川这样评价这辆样车和检测线的意义。

高温超导磁悬浮列车有绝招。

磁悬浮是一种完全依靠磁场来悬浮物体的新技术。吸力(或斥力)不仅可以抵消重力，使物体悬浮，还可以将物体牢牢锁定在特定位置，保持稳定。

为了帮助公众更直观地了解磁浮列车的工作原理，西南交通大学超高速真空管道磁浮交通研究中心副主任邓子刚教授在一辆高速磁浮原型车的轨道上做了一个实验。他双手举起一块长方形的铝板，扔在永磁轨道上方。结果铝板没有直接撞到轨道上：先掉下来，然后在靠近轨道的位置“飘”起来，沿着轨道滑了一段距离才落地，轻如鸿毛。

邓子刚告诉记者，因为铝板有电阻，电流会衰减，这个铝板最终会掉在轨道上。如果把铝板换成超导体，也就是在一定温度下电阻变为零的导体，可以悬浮很长时间。

磁悬浮列车可以通过三种原理悬浮，即电磁悬浮(EMS)、电悬浮(EDS)和高温超导悬浮(HTS)。电磁悬浮原理出现的时间早于高温超导悬浮原理，高温超导悬浮原理是在80年代末高温超导材料被发现后提出的。利用电磁悬浮原理的列车已经在低速和高速领域进行了商业应用，但是高温超导悬浮还没有进行商业应用。

国内外都有人利用以上两个原理做出了时速600公里的磁悬浮样机。

2015年，日本低温超导磁悬浮中央新干线创下时速603公里的世界新纪录，引发广泛关注。

2019年，时速600公里的中国高速磁悬浮试验样机在青岛下线，标志着我国高速磁悬浮技术领域取得重大突破。

西南交通大学超高速真空管道磁悬浮交通研究中心首席科学家张卫华教授认为，高温超导电缆是一种新型的磁悬浮技术

第一，运营成本低。所谓“高温”是指零下196摄氏度，明显高于低温超导体的相应温度要求(零下269摄氏度)，这意味着悬浮可以通过更经济的方式实现。“日本的低温超导磁悬浮技术要求零下269摄氏度，需要液氦冷却，液氦在全世界都是稀缺资源。但是，对于高温超导磁悬浮来说，液氮就足够了。空气中78%是氮气，液氮的成本比矿泉水还低。”张卫华说。

第二，系统更简单。同样，以日本的低温超导磁悬浮车为参照，需要加速到一定速度才能悬浮，而采用高温超导技术可以实现列车的静态悬浮，从而省去复杂的启动系统。

据西南交通大学项目组介绍，高温超导悬浮技术还有一个重要优势，就是拥有完全自主的知识产权。

“我们的技术一旦成功，就完全是中国人的原创。从基础研究到基础应用，从实用技术到产业化，中国人都在做。”何川说。

值得一提的是，无论采用哪种技术路线，与其他交通方式相比，磁悬浮列车都有很多共同的优势，包括维护成本低、安全性高、环境污染少等。

因为没有轮轨接触，列车不需要轮轨、变速箱、轴承等部件，所以磁悬浮列车的损耗比高铁好很多，不会因为雨雪而晚点；

由于磁场的作用力可以使列车在水平和垂直方向保持稳定，且磁悬浮列车采用“轨对轨”或“车对轨”的结构形式，磁悬浮列车脱轨的可能性大大降低；没有了车轮和铁轨的噪音，火车可以运行得更安静。

然而，在现有的技术条件下，磁悬浮列车的商业化仍然面临着很大的挑战，主要是由于建设成本高和回报率低。全球范围内，只有中国、日本和韩国有商业磁悬浮列车在运营。

由于缺乏资金，一度进展缓慢。

在邓子刚看来，他的团队20年来最大的成就是大幅提升了高温超导技术的悬浮负载性能。悬挂载荷性能是指单位面积能产生多大的悬挂力。

2000年底，西南交通大学的王和的研究团队研制出世界上第一台载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”。目前通过优化研究，该车悬挂性能提升了6-7倍。

“要提高悬浮性能，首先需要研究高温超导体和永磁轨道对车辆的作用机理，这是一项系统的研究工作。以研究结论为导向，具体实施过程就像拼图一样。”邓子刚说。

一般来说，超导块材的尺寸很小，因为越大，工艺要求越高。研究人员需要选择超导块材的形状，如圆形、正方形或六边形，然后研究如何排列，并试图以最小的间隙组合成更大的块材，使每块超导体的性能最大化。

磁轨的设计也面临类似的问题。邓子刚透露，“目前1米长的轨道由90块小磁铁组成。”他们必须想出如何排列磁铁，以最小的成本获得最大的磁场性能。

早期的轨道磁场是上下对称分布的，也就是说轨道下面的磁场有一半是浪费的，不在工作面。通过不断的仿真优化和实验，现在邓子刚团队已经可以让90%以上的永磁体磁场聚集在轨道上方，发挥关键作用。

还有一些挑战来自技术之外，比如筹集研发资金。邓子刚坦承“过去10年的研究进展非常缓慢”，因为没有争取到数千万元的投资和建设试验线。看到巴西等国建设小批量、短距离的高温超导电缆试验线，他感到非常焦虑

“可以说是打开了一个新世界，让这项技术起死回生，让外界重新看到了高温超导磁悬浮技术。”邓子刚说。

实现“浮”和“动”

1月13日，世界首条高温超导高速磁浮工程样机和试验线的正式开通，是又一个里程碑。该项目由西南交通大学、CRRC公司和中国铁路总公司联合研发。是我国从实验室推广高温超导磁悬浮技术的重要一步，可以验证高温超导磁悬浮列车高速长期运行的可靠性。

邓子刚对此评价道，“1: 1比例的样车和检测线是研究所有关键技术所必需的。如果没有工程样机和试验线，就没办法走向真正的工程应用。”

这条165米长的试验线只是一个开始。

“我们现在的试验线实现了‘浮起来’和‘动起来’两个目标。要实现‘跑起来’的目标，我们需要在长距离的试验线上，才能进行600公里的实车试验，完成最后的验证，高温超导高速磁浮列车才能投入民用。”项目负责人、成都西南交通大学设计研究院有限公司副院长、昆明分院院长金朝辉说。

你还能跑多久？

中国高铁技术的发展速度举世瞩目。短短几十年，中国从一寸高铁发展成为世界上运营里程最长的高铁。中国高速铁路的高速、高原、高寒、重载铁路技术达到世界领先水平。

现在，中国正试图在磁悬浮技术上取得类似的成功。北京轨道交通技术装备集团有限公司磁浮工程事业部总经理勾劲松曾撰文指出，中国、日本、德国、美国、韩国是世界上拥有磁浮列车技术专利最多的五个国家。根据他在2017年11月26日完成的统计，中国磁悬浮列车的专利数量已经占到全球的27.11%。

中国也是推广磁悬浮技术最积极的国家之一。上海磁悬浮列车于2002年通车，成为世界上第一条商用高速磁悬浮列车线。上海磁浮列车采用电磁悬浮，时速600公里的青岛高速电磁悬浮试验样机是在上海磁浮列车技术基础上进一步优化的结果。2019年，中共中央、国务院发布《交通强国建设纲要》，明确提出合理安排时速600公里高速磁悬浮系统、低真空管(隧道)高速列车等技术储备研发。2020年，云南省和浙江省分别宣布计划投资超过1000亿元建设高速磁悬浮列车。

金朝辉认为，中国已经具备建设高速磁悬浮试验线和产业落地的基础。首先，HTS磁浮列车的土木工程技术与现有的高铁技术非常接近，桥梁、隧道、路基的形式非常相似。主要变化是把钢轨改成磁轨，中间是直线电机。这样做的好处是可以让土木工程技术有更高的成熟度，也可以利用现有的成熟产业链。因此，土建技术完全能够胜任施工。

其次，中国稀土资源丰富。如果应用在高温超导磁悬浮线路上，完全可以支撑轨道建设。因此，磁轨也具备了建设、生产和产业落地的条件。

第三，国内很多单位可以制备高温超导块材，但由于需求量小，暂时没有实现量产。如果实现工程应用，在市场的驱动下，短时间内就可以实现量产。

第四，其他技术，如直线电机、列车控制技术、安全管理技术等。中国已经拥有成熟的技术和完整的产业链支持。因此，中国的高速超导磁悬浮列车完全具备建设高速磁悬浮列车的基础

另外，在开工建设时，建设成本也需要进一步降低。土木工程方面，由于列车更轻、尺寸更小、荷载均匀，土木工程的造价会低于现有的高铁模式。而直线电机和磁轨这种新产品，之前没有大规模的应用场景，成本依然较高。R&D团队还需要努力降低建设成本，使高温超导高速磁悬浮技术更具竞争力。

对于高温超导高速磁浮列车投入商用的时间表，何川预测，“如果国家支持建设长距离试验线，短则两三年，长则五六年。我完全有信心。”编辑AJX