超級高鐵要實現“近地飛行”？

“超級高鐵”最高速度可達1200公里/小時。

受粘著、弓網和噪聲等制約，輪軌交通技術時速臨界線為600公里。下一步，高速磁懸浮軌道交通將成為未來軌道交通技術發展的主攻方向。

■本報記者 貢曉麗

日前，西南交通大學首席教授張衛華在2018年世界交通運輸大會上透露，世界上時速最快的超級高鐵試驗線正在成都搭建，預計將在今年年底前建成并投入試驗測試。

據介紹，中國版超級高鐵將采用“高溫超導磁懸浮+真空管道”技術，且目前已著手探討時速1500公里的可行性。

國家磁浮交通工程技術研究中心副主任林國斌曾對媒體表示，1500公里/小時只是目標的試驗性速度，是否可行尚有待驗證，即便在試驗線上達到了，能否載人、能否實際應用等問題仍然需要解決。從目前的研究階段來看，超級高鐵投入商業化運行還有很長的路要走。

“前瞻性基礎研究必須扎扎實實進行，欲速則不達。”中國科學院和中國工程院兩院院士、機車車輛動力學專家沈志云告訴《中國科學報》記者。

為后高鐵時代做準備

“超級高鐵”的概念是特斯拉創始人埃隆·馬斯克2013年在自己博客中提出來的。按照他的設計，“超級高鐵”車廂像一個膠囊，每一個膠囊被放置于真空管道中，像炮彈一樣被發射到目的地。

“超級高鐵”最高速度可達1200公里/小時，超過目前飛行速度最快的客機之一波音787（最高速度800公里/小時~1000公里/小時），從上海到北京僅需1小時。美國很多科技公司都在積極研制“超級高鐵”的相關技術，不過目前還在可行性分析和試驗階段，尚未有一個成熟的項目。

“人類對提高地面交通速度的追求是一個永恒的歷史課題。”沈志云表示，在多年自主創新和實踐經驗積累的基礎上，中國鐵路成功實施“引進消化吸收再創新”戰略，如今高鐵“中國標準”正逐漸超越過去的“歐標”與“日標”，被越來越多的國家采用。

沈志云認為，人類地面交通的發展當然不會就此止步于高鐵。“平行于高鐵發展的是不斷進步的技術，例如采用磁懸浮技術，常導、超導，低速、高速等等，層出不窮，人類創新的腳步，從未停止過。”

“受粘著、弓網和噪聲等制約，輪軌交通技術時速臨界線為600公里。”張衛華認為，下一步，高速磁懸浮軌道交通將成為未來軌道交通技術發展的主攻方向。

中國對高速列車的研究由來已久，后高鐵時代也早為學術界熱烈討論過。2004年，沈志云在中國科協舉辦的院士論壇上作了《真空管道高速交通》的報告。他在會上提出，真空（或低壓）管道式地面交通是達到超高速的唯一途徑，并認為我國應將目標定位在發展時速600至1000公里的超高速地面交通上。

“我們不主張急功近利，技術還未突破前絕不搞大量集資，搞工程化。”沈志云坦言，真空管道高速交通技術可能要到20到30年以后才能實現，“但這項技術對高鐵來說是又一次顛覆，從現在起就要開始研究，才能確保中國能在引領高鐵時代之后，繼續引領后高鐵時代”。

技術路線選擇明朗

資料顯示，今年年底前將建成并投入試驗測試的全新的試驗線是直徑4.2米、長140米的特制管道，將在低氣壓環境中測試，實驗車車底布滿特制的高溫超導材料，依靠液氮形成的低溫達到超導和磁懸浮效果，懸浮高度10毫米，承重200公斤，測試時速最高可達400公里/小時。

“實驗室已驗證過，‘磁懸浮+真空管道’創造的低阻運行環境，能有效提升未來高鐵的速度。”張衛華向《中國科學報》透露。

所謂高溫超導，是指在零下196攝氏度的液氮環境中，特殊材料制成的超導體具有零電阻效應。低溫超導是指在零下269攝氏度的液氦環境中，超導所具有的特性。高溫超導磁懸浮有自穩定、自導向和能靜浮的優點，換句話說，把高溫超導體放在永磁軌道上后，可實現列車在低速甚至靜止狀態下，具有穩定的導向力和懸浮力。

張衛華進一步介紹稱，由西南交通大學承擔的“多態耦合軌道交通動模試驗平臺”，是在1500米可模擬不同低氣壓環境的真空管道里，開展不同磁懸浮模式比例模型車運行測試，包括高溫超導磁懸浮模式在內，試驗速度超過音速。據張衛華透露，我國最快將于2021年4月達到1500公里試驗時速。

提到磁懸浮列車，不得不提的是世界上首條投入運營的磁懸浮線——上海浦東機場線，其采用的是德國常導磁懸浮技術。列車最高時速達430公里，平均運行時速380公里。

“常導磁懸浮技術利用磁場吸引力實現懸浮，是一個不穩定系統，需要強大的人工控制設備，才能保證懸浮高度。任何控制都需要時間，稱為時遲，運行速度越高，容許的時遲越小。偶有不慎，就可導致失穩。”沈志云介紹，德國試驗線上就曾發生類似事故而燒毀了一輛車，故德國目前沒有繼續發展常導高速，并且連試驗線都拆掉了。“常導高速磁懸浮在世界上唯一保存下來的運營線路只有上海浦東常導磁浮機場線了，能否有更大突破，還要拭目以待。”

“超導利用的是同性磁極相斥原理，靠排斥力把車輛懸浮高達100毫米以上。它是自穩定系統，不需要任何控制裝置，即可自動保持設計的懸浮高度。僅此一點，高速列車采用超導技術相對于常導技術的優勢就不言自明了。”沈志云說。

離商用還有時日

從當前情況來看，我國最新研制的“復興號”動車組最高設計速度為400公里/小時，在測試中速度曾達到420公里/小時，而在實際中，仍以350公里/小時的速度運行。

“當時為了保證350公里/小時運營速度，我們建立了600—500—400公里/小時試驗體系。即：地面模擬運行試驗達到600公里/小時，使線路上的試驗速度能達到500公里/小時，用以保證運營最高速度能達到400公里/小時。”沈志云介紹，對于超級高鐵，要保證能以1000公里/小時的速度運營，地面模擬最高速度要擬定為1500公里/小時，這樣不僅能確保初期1000公里/小時的運營速度，還可為以后運營速度的提高預留試驗手段。

1000公里的時速并非不可能實現，而是需要花費大量的人力、物力與財力。無論是真空技術還是磁懸浮技術，并非沒有突破的可能，而是需要推動落地試點。“原理上行得通，但要加快發展工程，把商業運行和科學實驗結合起來。”中國工程院院士、空氣動力學專家樂嘉陵在一場有關海底真空磁懸浮列車項目的研討會上建議。

“超級高鐵”在開始工程化以前，還有許多基礎性研究要做。沈志云說：“我們已經取得小型環形線試驗的突破，正在進行大管道（4.2米直徑，140米長，0.05~5.0標準大氣壓）中加速到450公里/小時的動模風洞試驗。已確定在成都市天府新區建設1.5公里管道，進行1500公里/小時超高速的動模風洞試驗，研究解決‘超級高鐵’一系列關鍵技術問題，然后才能夠在鐵路總公司領導下，進行工程化的1000公里/小時示范線建設。”