「超級高鐵」多項關鍵技術尚未攻克 何時成真仍未可知

原標題:「超級高鐵」多項關鍵技術尚未攻克 何時成真仍未可知

乘坐磁懸浮列車的乘客，在幾乎真空的管道里，以超過1000千米/小時的速度前進，原來以小時計算的行程全部變成以分鐘衡量——乘坐「超級高鐵」從北京到武漢將由5個多小時縮短至大約30分鐘，北京到上海、西安也是如此。

這看起來像是科幻小說里的情節，但人類對速度的追求從未停止。

近日，航天科工集團在第三屆（國際）商業航天高峰論壇上宣布已對「高速飛行列車」進行了研究論證，希望嘗試研發1000千米/小時以上的「超級高鐵」。然而，真正實現超音速「近地飛行」還有很多關鍵技術尚未攻克。人們究竟何時能搭乘「超級高鐵」呢？

技術理念趨同

「超級高鐵」這個概念由美國太空探索技術公司（SpaceX）首席執行官埃隆·馬斯克在2013年提出，從理論上說，它能以高達1207千米/小時的速度運送乘客或貨物。這個概念自提出至今僅有4年，美國的超級高鐵1號公司（Hyperloop One）就宣稱已在2017年5月首次在真空環境中對其「超級高鐵」技術進行了全面測試，「超級高鐵」車輛實現了111千米/小時的速度。7月，這家公司又宣稱在最新一次測試中，達到了310千米/小時的速度。

儘管這個公司的聯合創始人施歐文·彼西弗認為這次測試的重要性堪與萊特兄弟的第一次飛行媲美。但這個速度與設想之間的差距顯然還是有些大，並不比現有的交通工具更快——目前的「復興號」高鐵標準速度為350千米/小時，上海磁懸浮列車的運營速度可達430千米/小時。

「超級高鐵」該如何在速度上取得突破呢？航天科工集團三院三部「高速飛行列車」項目技術負責人毛凱表示，核心是要減少空氣阻力和軌道的摩擦力。「它的基本理念是建造一個真空管道從而降低列車所受到的空氣阻力，同時利用磁懸浮技術減少軌道的摩擦力，實現速度的突破。」毛凱說，這也是目前「超級高鐵」在全球範圍內得到較多認同的技術理念。

毛凱介紹，此前世界上宣稱開展大於1000千米/小時運輸系統研究的兩家美國企業——超級高鐵交通技術公司（HTT）和超級高鐵1號公司，都設想利用低真空環境和超聲速外形減少空氣阻力，通過磁懸浮減少摩擦阻力，從而實現超聲速運行的運輸系統。

技術難題待破解

此次航天科工集團研究論證的「高速飛行列車」並非唯一的「超級高鐵」計劃。2016年，最大的軌道列車生產商中車股份有限公司也啟動了一項速度600千米/小時的磁懸浮列車的研製，而西南交通大學超導與新能源研究開發中心在2011年以前就開始涉及真空管道磁懸浮列車的研發。在該開發中心教授趙勇看來，「超級高鐵」系統所需要的真空管道技術和磁懸浮技術，目前已經有了一些比較成熟的研究，但要攻克的難點還有很多。其中的技術難點主要集中在3個方面。首先是真空管道的低成本建設，即如何以低成本實現、維持一個大體積的低真空空間。未來的「超級高鐵」要實現載人，怎麼建造站台，能夠既方便乘客上下車，又維持管道的真空狀態，就是一個尚未破解的難題。另外兩個難點則來自動力系統和磁懸浮技術。「『超級高鐵』需要採用直線牽引技術，但目前這一技術的功效尚不能滿足其動力需要，有待改進。其次，目前的磁懸浮技術對於『超級高鐵』而言，也不夠穩定。」趙勇說。

毛凱則認為，按照基本原理，只需要推、阻之間形成正向的力，就能讓列車持續加速，因此並不需要絕對真空，否則會使工程難度、成本大大增加。他介紹，航天科工集團已經成立了專門的團隊來進行「高速飛行列車」的研製，目前團隊正在開展超導磁懸浮技術等多項關鍵技術攻關，但還不能完全滿足項目需求，需要進一步提升其能力。

「在真空技術上，通過載人航天工程等已有一定的積累，但這麼長的真空管道還沒有人做過，在製造工藝、技術上存在挑戰。」他說，由於技術難度高，高速飛行列車項目研發將會是開放式的，此次航天科工集團已聯合國內外20多家科研機構，成立了國內首個國際性高速飛行列車產業聯盟。

何時成真仍未可知

目前還處於研究論證階段的「高速飛行列車」項目將按照三步走戰略逐步實現。「第一步通過1000公里/小時運輸能力建設區域性城際飛行列車交通網，第二步通過2000公里/小時運輸能力建設國家超級城市群飛行列車交通網，第三步建設『一帶一路』飛行列車交通網。」毛凱說。

但究竟何時的「超級高鐵」能夠落地，目前並無準確答案。毛凱表示：「『高速飛行列車』是一個龐大、複雜的系統，出於科學謹慎的態度，在目前的階段，很難提供一個準確的時間表。」

趙勇則更為樂觀一些。他認為，現有的一些底層技術已經比較成熟了，如果不計成本，政府、企業、科研機構能夠緊密合作，1000公里/小時的列車，其落地能夠以年為周期來期待。在他看來，「超級高鐵」何時能夠落地並不僅僅取決於技術層面，還要看是否有市場需求。

美國的超級高鐵交通技術公司則對在建設「超級高鐵」興趣十足，其聯合創始人彼鮑伯·格瑞斯塔希望能在建立一個研究和設計中心：「北京、上海、成都都是可能的候選城市。」

儘管「超級高鐵」何時能成現實仍未可知，但人們還是很關心到時它的票價會不會很貴。對此，毛凱表示，這要看每個人的需求，「從北京到武漢用10個小時和用1個小時的票價肯定會有差異」。他說：「如果是1個小時能到，即便票價貴500元、1000元，需要的人也會覺得合算。」

彼鮑伯·格瑞斯塔對這個問題的回答則更加有趣：「它可能會有時免費，有時很貴。」據他介紹，未來從洛杉磯到舊金山的票價大約在20美元至30美元，而如果建立了新的商業模式，例如，在行程中建立某種基於大數據分析的廣告模式，就可以幫助「超級高鐵」公司賺錢，從而取代向乘客收費。

【新聞鏈接】

運用磁懸浮技術是未來高鐵的發展方向

從古至今，人類對速度的追求和探索從未停息。飛機、火車、輪船、汽車……傳統交通工具的行駛速度正在被一次次刷新。日前，航天科工集團公司對外宣布，將研製時速2000公里以上的「超級高鐵」，消息傳出后，立即引發社會各界的高度關注和廣泛討論。

傳統火車的輪子是放在軌道上的，要跑到每小時2000公里以上的速度，什麼樣的「超級高鐵」才能辦到？西南交通大學首席教授張衛華說，所謂「超級高鐵」那一定是在真空磁懸浮環境下開行的列車，只有運用這樣的技術才能在理論上達到如此的速度。不過，到目前為止，還沒有這樣的試驗數據產生。

「傳統火車的速度越快，阻力就會變得越大，車輪和軌道的黏著力會降低，所以當速度提高以後，車輪和軌道就無法產生足夠的摩擦力，進而速度就會受影響，如果再遇上軌道上有冰霜時，速度也會受影響。」張衛華認為，要突破現在高鐵速度發展瓶頸，首先要解決兩個問題。一要改變傳統輪軌列車的輪軌黏著極限的制約和公網運行的極限速度、波動速度的制約。二要克服列車運行速度越高所帶來的空氣阻力越大的問題，所以運用磁懸浮技術是未來高鐵發展的方向。

「運用此項技術后，當磁懸浮列車在真空管道中高速行駛時，能夠極大地減弱空氣阻力對列車的影響。」張衛華說，雖然高鐵起步較晚，但目前我們的高鐵發展速度是最快的，里程和所生產出的高鐵列車也是最多的，現在全國每天發送的高鐵大概有4300列，這充分說明的高鐵技術已相對成熟穩定，一些科研機構正在嘗試用不同的模式進行更高速度的機車試驗。

「目前有三種磁懸浮技術，一種是德國發明的電磁懸浮技術，上海磁懸浮列車、長沙和北京在建的磁懸浮列車均應用此類技術；第二種是日本發明的低溫超導磁懸浮液氦冷卻（零下269攝氏度）技術，在實驗室試驗跑過每小時603公里的紀錄；第三種是高溫超導磁懸浮，與日本低溫超導磁懸浮技術不同，高溫超導磁懸浮採用液氮冷卻（零下196攝氏度），工作溫度得到了提高。」張衛華認為，日本低溫超導磁懸浮技術的優點是超導能力特彆強，缺點是溫度很低，不容易長距離實現穩定，因為低溫超導是電動懸浮，在速度沒有起來的時候，機車就浮不起來，也不好控制。

據了解，2000年，西南交通大學超導技術研究所教授王家素和王素玉研製成功載人高溫超導磁懸浮實驗車。但因受經費限制，從2001年到2011年的10年時間裡，高溫超導磁懸浮幾乎沒有大的應用進展。

「目前，該項技術已解決高溫超導的原理和物理性能。」張衛華說，高溫超導磁懸浮是利用丁扎原理，解決了在低溫環境下很難長距離實現的平穩問題，該種技術穩定性好，可以實現往上、下、左、右方向都能平穩移動。但在幾百公里範圍內還能不能讓機車懸浮在那裡，從理論到實際應用的過程中，還有更多的技術難點等待發現和解決。同時，機車在低壓環境下的超導磁懸浮及線性電機驅動特性也缺乏相關實驗研究，除考慮磁懸浮列車高速下的懸浮穩定性外，還需要考慮磁懸浮列車驅動系統在低壓環境下的穩定性。

「目前國家已對時速為五六百公里的磁懸浮列車研究立項。未來，超高速列車的速度應該會逐步達到音速和超音速。」張衛華認為，要達到這種速度，一定是在真空環境下進行。目前西南交大實驗室正在不遺餘力地研究高溫超導列車，其目的就是把傳統輪軌技術改成高溫超導技術，充分解決輪軌的限制和機械問題。同時，針對此項技術，學校實驗室正在搭建一條時速為400公里的跑道線，預計今年年底或明年初就能進行試驗。理論上，讓試驗機車在試驗線上跑到1500公里的時速是有可能的。