5月11日,美国内华达州干燥的沙漠中,一项时长仅1.9秒的测试引起世人瞩目。
在这里,美国创业公司Hyperloop One(超回路1号)对超级高铁技术进行了首次公开测试。取得成功后,该公司CEO自信地宣称,可能在2019年推出货运超级高铁,并在2021年实现客运。
于是,超级高铁迅速填充人们的想象空间,也很快招来不少质疑之声。
2016年04月08日,MIT磁浮专家等人员参观西南交大第二代真空管道高温超导侧浮系统
超音速:简单测试,远大梦想
实际上,这项测试相当简单,甚至有些简陋。
当日,测试原型车以2.4Gs的加速度启动,在预先铺设的轨道上疾驶1.9秒后,冲进轨道尽头的沙子并停下来,其时速大约为115英里,仅相当于一辆快速行驶的汽车而已,无怪乎有媒体称这项测试有点“平淡无奇”。
不过,这项不足2秒钟的测试却包含Hyperloop One的梦想,它的愿望是让高铁实现超音速行进,时速达到1125千米以上。也就是说,一个小时就能把北京的乘客送到上海。
这个远大目标最初由SpaceX(美国太空探索技术公司)和特斯拉创始人埃隆·马斯克提出,它与磁悬浮列车类似,只不过列车除了悬浮,还要在真空管道中运行,这样不但没有地面摩擦力,而且几乎没有空气阻力,因此只需要非常小的动力就可以极快的速度行进。由于马斯克忙于自己旗下的几家科技公司无暇顾及此事,便将这一设想公开让有兴趣的人去开发。
马斯克的想法不但得到了响应,而且引起了竞争。目前,除了Hyperloop One,还有一家美国创业公司为实现超级高铁的设想不遗余力。
准真空:成也萧何,败也萧何
回过头来看这场测试,似乎与超级高铁相差甚远,但媒体所言的“Hyperloop的一小步,未来交通的一大步”,也许并不夸张。
“技术层面是可行的。”中国中车(9.110, 0.00, 0.00%)唐山公司总工程师孙帮成毫不犹豫地说:“超级高铁是符合物理原理的。”他告诉科技日报记者,列车高速行驶过程中70%以上的阻力来自空气摩擦,而超级高铁就是要模拟出一种高空环境,就像飞机在天上飞一样,阻力小很多。
孙帮成强调说,超级高铁的真空管道并非完全真空,而是准真空。也就是说,还存在一定的空气阻力,只是非常小,所以只需要很小的推动力就可以实现长时间高速疾驶。在马斯克的设想里,这种推动力来自列车车厢尾部的涡轮机。
成也萧何,败也萧何。真空管道也是超级高铁最大的技术难点之一。孙帮成认为,真空管道之难,并不在于抽取真空,而在于保持真空。毕竟真空管道很长,高铁运营环境复杂,材料又有一定寿命,如何避免“漏气”是很大的难题。
高成本:致命弱点,推广难点
Hyperloop One确实惹来不少质疑之声,但矛头并非指向超级高铁的技术原理,而是其推广成本。
美国南加州大学交通运输工程项目负责人詹姆斯·穆尔二世指出,这一概念在成为现实并大规模应用之前,会遭遇安全性、融资和土地所有权等诸多问题。
“没错。”提到推广成本,孙帮成表示赞同。他认为,铺设磁悬浮轨道和真空管道成本很高,对真空管道进行维护的成本也很高,而且由于现在超级高铁还处于概念验证和技术测试阶段,其真正实现后所面临的成本现在还难以估计。
“但是路面交通需要提速,而高铁通过磁悬浮克服地面摩擦后,继续提速的唯一方法就是克服空气阻力,这也是可以实现的方法。”孙帮成说,“超级高铁不但可以让人们真正实现贴地飞行,而且还可以解决高耗能和噪音问题。”
孙帮成告诉科技日报记者,据他了解,目前国内已有高校在研究超级高铁技术,只不过是通过小比例的实验设备研究如何实现真空管道和列车驱动控制。
对美国这个超级高铁,中国专家是怎么看的呢?
中国版“超级高铁”已测试3年
西南交通大学首席教授、超导与新能源研发中心主任赵勇表示,“这个实验是关于驱动系统的实验,就是推进系统。”这只是关于驱动系统的一个选项,且其实验速度并不算创纪录的高速度。
他指出,即使以640公里/小时来计算,Hyperloop one并不是特别高的速度,并未明显超出目前国际先进水平。“目前,我国的上海磁悬浮的速度已达400公里/小时,而日本东海铁道公司的超导磁悬浮列车载人实验最高速度已超过600公里/小时。”赵勇说。
早于2014年,英国《每日邮报》等国外媒体就曾报道,全球首个真空管超高速磁悬浮列车原型测试平台在西南交通大学超导实验室建成。
“目前,我们看到和根据公开报道,全球范围内的高温超导真空管道实验系统也只有两条,就是西南交通大学的两条。”12日下午,赵勇在电话中自豪地向每日经济新闻(微信号:nbdnews)记者介绍到。
上世纪80年代末,赵勇成为我国高温超导领域第一个博士。辗转意大利、澳大利亚和日本13年后,2003年,他回到了西南交通大学。随后,他领衔的团队把“真空管道磁浮车”从一个“概念”变成了一个模型实体。
在赵勇的带领下,他的团队早于2013年3月便研制出了最初的高温超导磁悬浮(HTS)测试环线,后来再加入真空管道,成为世界上首个真空管道运输(ETT)系统。
后来,该团队又研发建成了第二代高速真空管道高温超导侧浮系统。
据悉,与第一代高温超导磁浮实验环线的设计常规悬浮不同,为了提高在实验室狭小空间中实现高速运行,其第二代高温超导环线设计采用了侧挂悬浮,即类似于把车体悬挂在墙壁上。
该系统测试已能达到的最高速度,到目前已达90公里/时,较2014年时第一套系统的速度50公里/时大幅提高。
“在真空管道里,我们现在最高可达90公里/小时,这一速度,是随时可以达到和验证的。”赵勇指出,因为是环形跑道,时速受到极大限制。此前,其第一套系统实验环线的半径仅有6米。
在环形跑道上运行即可达90公里/时,若在直线上,将远超现在的速度。速度预计能达到多少呢?
“日本磁悬浮最高能达到600公里,它还是在大气中间。如果我们把现有磁悬浮的技术用起来,再用在真空管道里面,没有了大气阻力,理论上肯定是远远突破600公里。”赵勇对其所领率研究的系统有信心。不过,他对于未来速度真正能达到多高,并不愿做出预测。
中国“超级高铁”的未来计划
赵勇和西南交通大学已就该系统下一步做直线实验早有谋划。
“我们现在正在筹集经费,准备建一个直线的。因为只有直线的才能把速度提得更高一些。经过在环形上解决一些技术难题,也可以让直线跑得更快。所以这两个是都有意义的。”赵勇对每日经济新闻(微信号:nbdnews)记者说。
由于尚有诸多技术层面的问题还未解决,他对“超级高铁”的走红浇了一盆冷水。
“现在一些报道预计超级高铁很快可以实现,这可能过于乐观。”他给出了三方面的理由。第一是更高速度下的驱动技术,还需要进一步验证,这不是简单推理就行。
其次是真空环境下的运行。“真空下与常压下,电气系统的反应是不一样的,其在真空下就会出现一些问题。这是我们遇到的一部分问题。”
如何低成本获得大范围真空环境也是掣肘。赵勇指出,目前获得真空是高代价、小范围获得的,“而大范围、低成本的获得高真空、或者一定范围度的,能够低成本获得,我们还没有看到这样的可行技术。”
对于未来商业化,赵勇表示,其也积极寻找和相关公司的合作。“第一步,把技术做得更让人信服,也积极期待有实力的产业或公司,来对这种未来很有前景的大型的新型交通工具做推动。大型交通应用还取决于社会需求,比如公司的介入,他们看重社会需求。这种新型的交通工具未来取代此前的现有交通,需要技术的成熟,社会的需求和相关产业的共同推动,这方面需要做继续不断的努力。”
那么,我们距离“超级高铁”未来真正到实际投入运行,还需要多久?
赵勇认为,“技术上达到可适用的水准,并不是最重要的,不会很长,但让它真正成为实用的交通工具,我个人认为,会比较长,第一,社会真正到了这种需求吗?第二,人们要接受这个系统,还需要一个过程。最主要的还是社会需求的达到。”
延伸阅读:
超级高铁“梦想驶入现实。”Hyperloop“系统是一套全新的高速运输体系,该运输系统并非以火车而是以”铝制胶囊“为运输工具,将”铝制胶囊“置于钢铁管道之中,然后像发射炮弹一样将它发射至目的地。胶囊型列车借助磁力可在空气阻力小的大型管道内达到时速1100公里以上,每节车厢荷载28人,仅需飞机的一半时间即可在两个城市间移动。列车所需电力由铺设在管道顶部的光伏面板提供。据称洛杉矶至旧金山区段的造价为60亿美元(约合人民币375.5亿元),低于传统铁路。更可贵的是,这种运输工具更清洁、环保。设计者称,真空管道运输比其他任何传统的交通工具耗费的能源都少,真空管道运输每千瓦时的运输量要比火车的运输量多1倍。”超级高铁“项目若能成功商业化,其有望成为继汽车、火车、飞机、轮船之后的第五代现代交通工具,其中磁悬浮技术主要采用稀土永磁材料。
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