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关注高温超导高速磁浮工程化样车丨背后故事:20年潜心造一辆车

时间:2021-01-13 13:15:15 | 来源:四川在线

四川在线记者 张彧希 摄影 华小峰

走出实验室、走上试验线,这一步,跨了20年。

1月13日上午,具有完全自主知识产权的高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在西南交通大学九里校区正式启用。静静浮在轨道上的样车揭开“红盖头”的那一刹那,西南交通大学超高速真空管道磁浮交通研究中心首席科学家张卫华的眼睛湿了。

20年,上百人的青春。坐过“冷板凳”,经历过“轮轨”与“磁悬浮”之争,攻克了一个又一个技术难关,心中那朵梦想的火花,终于绽放出了耀眼的光芒。

从2000年12月31日研制成功的那辆小小的“世纪号”出发,这20年的研发之路,背后有着怎样的曲折与波澜?

“世纪号”和它的20年

“世纪号”,是西南交大王家素、王素玉教授带头研制的世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车。它,正是今天启用的样车的雏形。

张卫华至今记得第一次见到“世纪号”的情形:小小的一辆车,最大悬浮重量700公斤,仅可乘坐两人。而这个“世界第一”,是在一个用防雨彩条布搭建的临时工棚中研制出来的,“当时条件太艰苦了。”

2001年初,在北京展览馆举行的“863计划15周年成果展”上,初次亮相的“世纪号”让参观者惊叹不已,“可以说在全国引起了轰动。”张卫华说。

彼时,对于“世纪号”走出实验室,专家们都非常乐观,“接下来的工作是要修一段试验线,进一步考察它的稳定性、安全性和维护等方面的问题。”

没想到,这一等,便是10年。

“大概有10年的时间,我们没有经费支持,没有能力去把它工程化,所以这10年基本上是停滞的。”张卫华说。

2005年5月,在首届成都科技节上,“世纪号”仍以实验车的身份出现在市民面前。王素玉曾向媒体表示,“目前超导磁悬浮列车由试验车向运营阶段过渡的实施方案已经制订出来,能否实施关键在于资金的落实。”那个时候,头发花白的王素玉已经接近退休年龄。

她建议,可以先修两三百米长的线路,既可作为娱乐设施,又可作为过渡阶段的试验线取得试验数据。然而,根据预算,仅修建两三百米也需要上千万的资金。

2000年,王家素、王素玉教授退休,张卫华接手项目。当时,牵引动力国家重点实验室主任张卫华终于要来了科研资金,带领一帮年轻人干起来。

2011年底,年仅29岁的邓自刚结束了在日本东京海洋大学的特别研究员生涯,回到西南交通大学,投身于高温超导磁悬浮的研究。不到一年时间,高温超导磁悬浮环形轨道就搭建完毕。

2013年初,轨道外又披上了有机玻璃管道的“外衣”:45米的环形轨道线上,罩着一层由钢架和有机玻璃做成的全封闭管道,像一颗透明的胶囊。一辆可供一人乘坐的车辆停在轨道上,研究员只需轻触遥控器,它就能以空载50公里/小时的速度跑起来。

“到今天,已经有上万人坐过这个小车。”张卫华说。

“轮轨”与“磁悬浮”之争

事实上,从“世纪号”出发一路走过的20年,也是不断伴随争议的20年。

2001年3月,曾有一家北京媒体报道了当时亮相“863计划15周年成果展”的“世纪号”,文章的四个小标题,分别是“磁悬浮”走出实验室、“磁悬浮”上马上海、“磁悬浮”德国下马和哪里有“磁悬浮”哪里就有争议。

多年来,高速磁悬浮技术,在全球的推广之路异常坎坷。

在磁悬浮的发源地德国,至今仍没有一条商业运营的磁悬浮线路,德国媒体界甚至把磁悬浮列车技术称为“昂贵的高科技玩具”。

在另一个磁悬浮大国日本,早在上世纪90年代初期就规划了东京—大阪的磁悬浮线路,但最终因为造价过高而搁置。直到2013年才再次启动连接东京到名古屋的中央新干线项目。

在中国高铁的标杆线路京沪高铁上,也曾经有过一场著名的关于采用轮轨还是磁悬浮的争论。争论持续10年。2008年京沪高铁正式开工,轮轨派获胜。

获胜的原因,一是当轮轨运营速度能够突破350公里的时候,磁悬浮的速度优势已经不那么明显;二是磁悬浮线路的修建成本要大幅度高于轮轨线路的建设。

“现在回过头来看,我觉得这个争论挺有意思的。”张卫华说,在产生争论的那个年代,国外的轮轨技术已经相当成熟,而中国的轮轨铁路,还仅仅能跑出100多公里的速度。在高铁要加速成网的背景下,主张采用轮轨技术,显得很合理。

不过,到了现在,中国高铁已经领跑世界,追求更高的速度,箭在弦上。“每一个交通速度大幅提升的节点,都伴随着财富的增长和技术的革命。”西南交通大学副校长何川说。

张卫华用“颠覆性”三个字来形容样车及试验线的启用。之所以这么说,是因为早年争论中的种种焦点,已经在逐一突破。

“时速600公里,已经不是问题,稍微努力一点可以达到600—800公里,这可以填补目前陆地交通和航空交通之间的空白。”何川说,如果将高温超导磁悬浮车放入超高速真空管道,最终能实现时速大于1000公里的行驶,在理论上,甚至可以达到3000公里。

在业内看来,高温超导磁悬浮要比低温超导磁悬浮,即日本用于修建东京——大阪磁悬浮新干线的技术原理上要更优。

邓自刚解释,之所以称“低温超导磁悬浮”,是因为它需要用零下269摄氏度的液氦来保证车上超导材料的性能,“液氦很贵,而我们选择用温度相对较高的液氮来保证超导材料的性能,价格就至少便宜50倍。”

何川说,尽管目前磁悬浮线路的造价的确比高铁线路高,但随着规模化的发展,造价会随之降低,最终达到与现有高铁基本持平的水平。

“在国内能做的研究,为什么要去国外”?

10年前,邓自刚在进入牵引动力国家重点实验室前,曾有很多充满诱惑的选择摆在面前:德国一家知名磁悬浮公司愿意出资供他到澳大利亚做项目,巴西也有意愿邀请他,剑桥教授也来函,希望他到英国读博士后……但他哪儿都没去。

“张老师有句话特别触动我,说‘在国内能做的研究,为什么要去国外’,自己还是对这里有感情,想为实验室做些什么。”邓自刚说。

2013年春节,邓自刚带着研究团队中的六、七个成员搭建磁悬浮环线的轨道基架,那是最辛苦的时候:基架是钢铁的,每一块都有250公斤重,要7个人一起抬才行;给车辆上数百块高温超导材料做测试,数量和组合方式都需经过仔细的研究,再得出一个最优方案;一个个200克、每个能悬浮20公斤的小方块,需定期把每一块拿出来做测试,一块就会花去半小时。

实际上,20年中要攻克的难关,远不止这些。

“首先就是悬浮能力达不到要求。”张卫华说,根据测算,要达到商业运营的条件,列车悬浮的载重能力必须达到每米2—3吨,而当时的“世纪号”,显然无法达标。

“第一是进行材料特性的优化。”张卫华解释,接下来是磁轨的布置,“磁轨并不是一整块,而是一小块一小块的磁片组成,磁片怎么布局、角度怎么调整,都需要一次次的试验得出结果。”

张卫华说,20年间,磁悬浮列车的悬浮能力提升了7—8倍。

“另外一个,在列车高速运行中,高温超导体可能会发热,会不会造成‘失超’现象?理论上来说,一旦‘失超’,列车马上会掉下来,这是我最担心的。”张卫华说,这必须要一次次的验证,确保列车的安全性。

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