全面解析“磁浮列车”！

1月13日上午，采用西南交通大学原创技术的世界首台高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在成都正式启用，这标志着我国高温超导高速磁浮工程化研究实现了从无到有的突破，具备了工程化试验示范条件。

从普通列车到高铁再到磁浮列车，高温超导高速磁浮工程化样车实现了哪些技术突破？它具备哪些特点？在未来会成为大家出行选择的首选交通工具吗？

设计时速620千米！填补陆地交通、航空交通之间的速度空白

高温超导高速磁浮工程化样车及试验线项目位于西南交通大学牵引动力国家重点实验室。样车采用全碳纤维轻量化车体、低阻力头型、大载重高温超导磁浮技术等新技术和新工艺，车头为流线型设计，形状如子弹头。

样车设计时速620千米，有望创造在大气环境下陆地交通的速度新纪录。目前通用的高铁时速在250到350km/h之间，速度比起民航的900km/h仍然有差距。但高温超导高速磁浮工程化样车速度达到了620km/h。这个速度加上陆地交通便捷的出入站服务，已经可能在短途旅行上做到比飞机更快捷。

高铁、超导高温磁浮列车、民用航空速度对比

高温超导磁浮技术解析

一直以来，磁悬浮技术都是轨道交通的热门研究方向。2006年，中国首条磁浮线路在上海开通运营，时速430公里/小时,部分时段时速300公里/小时，已安全运行6000余天，输送旅客5700余万人次 。

上海磁浮列车采用的是电磁悬浮技术，而昨日亮相的样车，采用的是高温超导磁浮技术，这有什么不同呢？

外观方案概念图

磁悬浮分几类？

磁悬浮主要分为超导和常导磁悬浮，而超导磁悬浮又分为低温超导和高温超导。目前日本的低温磁悬浮列车就可以突破590公里每小时的速度记录。

超导是什么？

在液氮的作用下，电阻完全消失，称为超导现象。1911年荷兰科学家翁纳斯（Onnes）在测量低温下水银电阻率的时候发现，当温度降到零下269度附近，水银的电阻竟然消失了！电阻的消失叫做零电阻性。所谓“电阻消失”，只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。 

高温是多高？

低温超导磁悬浮和高温超导磁悬浮的区别根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的「高温」，其实仍然是远低于冰点的，对一般人来说算是极低的温度。

经过科学家们的努力，之前多国的实验室都跨越了超导材料的磁电障碍，而我国这次发布的高温样车试行，宣布了我国攻克了在液氮的-196摄氏度下工作的技术，这个温度相对低温磁悬浮的-269摄氏度而言，已经算是高温。

如何实现悬浮？

超导磁悬浮性质有两个，一是零电阻效应在前面已经提到，二是迈斯纳效应，即在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。

西南交通大学此次的技术是具有革命性的技术创造，高温超导高速磁浮工程化样车底部安装有超导体，轨道则使用永磁体，在液氮的作用下，超导体托着车体在轨道上方浮起，两者“若即若离、又不离不弃”，这一特点被称为“钉扎”特性，使样车实现了自悬浮、自稳定、自导向。

在试车现场，工作人员说“这辆车就像是一片漂浮在水面的叶子，一个人也能推动它”，就是因为车底的超导体和轨道间实现了“无摩擦”状态。 

昨天的试车还有一个特点，就是指挥控制这段车跑起来的控制人并不在车上，而是在地面控制中心。据工作人员介绍，无人驾驶能够让控制中心实时掌握车辆的状况，还可以缩减人力成本。

高温超导磁浮列车有哪些特点？

我国已经有了高铁，而且高速公路网也非常发达，为什么还要发展高温超导磁浮列车？其实除去速度快，高温超导磁浮列车还有很多特点。

节能

悬浮和导向不需要主动控制、不需要车载电源，系统相对简单。悬浮和导向只需用廉价的液氮（77 K）冷却，空气中78 %是氮气。

环保

高温超导磁悬浮能静止悬浮，完全无噪音；永磁轨道产生的是静磁场，乘客接触的地方磁场为零，无电磁污染。

高速

悬浮高度（10～30 mm）可根据需要设计，可用于从静止至低、中、高速和超高速运行。与其它磁悬浮技术比较，更适合真空管道交通运输（大于1000 km/h）。

安全

悬浮力随悬浮高度的降低成指数函数增加，垂直方向无需控制的情况下也能保证运行安全。自稳定的导向系统在水平方向也可以保证运行安全。

舒适

高温超导体的特殊的“钉扎力”保持车体上下左右稳定，是任何交通工具都难以达到的平稳性。乘客乘坐时体会到的是“没有感觉的感觉”。

运行成本低

与德国的常导磁悬浮车和日本用液氦的低温超导磁悬浮车比较，具有系统重量轻，结构简单，制造和运行成本低的优点。

超级高铁：在真空管道里实现“瞬移”

世界首台高温超导高速磁浮工程化样车的亮相，让大家兴奋不已的同时，又感到一丝丝遗憾，因为样车仅仅是“悬浮”在165米的实验轨道线上，并没有真正跑起来。按照620千米/小时的设计时速，要让这辆“子弹头”快车跑起来，需要铺设至少350公里的轨道。西南交通大学副校长何川说，“如果说高温超导磁浮技术的成熟度满格是9，之前的原理样车只有2-3格，现在的工程化样车，已达到7格左右。接下来的，就需要大量跑起来的试验去补齐。”数十公里，则是研发团队面对现实提出的折中期待。

内部概念图

另一方面，造价成本也是制约一个项目能否真正落地的重要因素。那么，高温超导高速磁浮列车及线路的造价如何？能否实现规模化量产呢？西南交通大学邓自刚教授认为，“因为还没形成规模，所以推测磁悬浮的造价比现有交通略高，但里面没有任何接触的部件，所以它的运营维护成本相对比较低，基本可实现‘免维护’。”

人类追求越来越快的交通工具，磁悬浮无疑是未来轨道交通发展的一个方向，但其成为老百姓的日常出行工具可能尚需时日。

其实，轨道交通的研究已经走得更远。早在2018年，西南交通大学就搭建起全球首个真空管道超高速磁悬浮列车环形实验线平台，“磁悬浮”+“真空管道”的设想也被外界称为“超级高铁”。

西南交通大学邓自刚教授表示：“下一步高温超导磁浮技术结合未来真空管道技术，将为远期向1000 km/h以上速度值的突破奠定基础，从而构建陆地交通运输的全新模式，引发轨道交通发展的前瞻性、颠覆性变革。”