浮寄孤懸，磁懸浮列車的門門道道

四川省南充市纖維檢驗所 陳春全

世界上的懸浮技術多種多樣，比如磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、電懸浮、粒子束懸浮等等。但這其中以磁懸浮技術最為成熟和可靠。磁懸浮列車主要由懸浮系統、導向系統、推進系統、軌道系統等組成。磁懸浮列車在行駛過程中始終懸浮于軌道上方，因此最大限度地減少了摩擦力，從而具有高速、節能、環保等優點。

常導和超導

磁懸浮技術是集電磁學、電子技術、控制工程、信號處理、機械學、動力學為一體的機電一體化技術，而作為前沿科技之一的磁懸浮列車技術，一直是世界上各大國研究的熱點。

美國在上世紀70 年代放棄了研究磁懸浮列車技術，但最近幾年又“重起爐灶”，搞出了一個“真空管道磁懸浮星際列車”項目。簡而言之，就是讓磁懸浮列車在真空管道中行駛，由于真空管道中既沒有摩擦力也沒有空氣阻力，所以其速度可高達每小時數千千米。不過，這種理論上可行的技術還面臨很多現實中的問題，目前尚處于實驗室初級階段。

世界上第一次載人試驗的磁懸浮列車技術是1982 年底在日本的宮崎磁懸浮鐵路試驗線上完成的。當時，日本采用的是超導型磁懸浮技術。而我國上海2003 年正式運營的全長29.863 千米的磁懸浮列車專線，則是我國第一條投入商業運營的磁懸浮列車線路。其中，車輛、控制、驅動等系統均從德國引進，采用的是常導型磁懸浮技術。2016 年5 月，我國首條完全擁有自主知識產權的長沙磁浮快線投入運營。這條全長18.55 千米的中低速磁懸浮列車商運線路，采用的也是常導型磁懸浮技術。

那么，常導型磁懸浮技術和超導型磁懸浮技術又有什么區別呢？

所謂“常導”和“超導”，其實就是磁懸浮方式的不同而已。“常導”采用的是電磁懸浮技術，而“超導”采用的則是電動懸浮技術。

簡單地說，常導型磁懸浮技術就是列車下部的電磁鐵與軌道繞組上的電磁鐵產生磁鐵反作用力使列車懸浮起來，超導型磁懸浮技術則是利用列車運動時其下部電磁鐵與軌道間繞組上的電磁鐵產生的電動斥力使列車懸浮起來。

我們判斷一輛磁懸浮列車究竟采用的是哪一種技術，只需要看列車停車后是否仍然能夠懸浮便可知道。停車后還能懸浮的就是常導型磁懸浮技術，停車后不能懸浮的就是超導型磁懸浮技術了。

高溫超導和低溫超導

日本在其中央新干線上采用低溫超導磁懸浮技術，曾經創造過磁懸浮列車每小時600 千米左右的載人運行世界紀錄。2021 年初，我國自主研發的高溫超導高速磁浮工程化樣車及試驗線在成都的西南交大啟用，據稱設計時速為每小時620 千米。

那么，低溫超導磁懸浮技術和高溫超導磁懸浮技術又有什么區別呢？

所謂的“高溫超導”是一種物理現象，指一些具有較其他超導物質相對較高的臨界溫度的物質，在液態氮的環境下產生的超導現象。其中，“臨界溫度”是指使物質由氣態變為液態的最高溫度。每一種物質的臨界溫度都不相同。在常壓下，液態氮的沸點為－196.56 ℃。具有高溫超導特性的物質就被稱為“高溫超導體”。

人類在1911 年便發現了超導體，但是由于它們都只是在極低的溫度下才顯示出超導性能，因此在過去將近百年的時間內其應用都非常有限。直到1987 年，科學家卡爾·亞歷山大·米勒和約翰內斯·格奧爾格·貝德諾爾茨因為發現了“高溫”的銅氧化物超導體而獲得諾貝爾物理學獎。

值得注意的是，這里所講的“高溫”和“低溫”是相對的，并不是我們一般認為的高溫就是幾百幾千攝氏度，低溫就是零下多少攝氏度。以日本的低溫超導磁懸浮技術來說，它就需要－268 ℃的條件，因此要用液態的氦來進行冷卻。而我國的高溫超導磁懸浮技術只需要用液態氮（－196.56 ℃）來進行冷卻便完全可以達到要求。同時，由于氦元素稀缺而氮元素常見，因此高溫超導磁懸浮技術比低溫超導磁懸浮技術更為方便和節約成本。

低溫超導磁懸浮列車最大的特點是在停止時車身無法懸浮于軌道之上，而在啟動時，需要列車速度達到每小時100 千米才能實現懸浮。

高溫超導磁懸浮列車

目前，由我國西南交大研制的高溫超導磁懸浮列車還屬于工程化樣車，也就是處在從實驗室走向工程化的這個階段，還需要通過后續的試驗、改進等一系列環節，才能真正成為我們可以乘坐的交通工具。

此款高溫超導高速磁浮工程化樣車采用了全碳纖維輕量化車體，整車重約12.5噸。因為是懸浮于軌道上方1～3 厘米的位置，所以一個人便可輕松將其推動。由于采用了低風阻設計，整個車體看起來就像一個碳纖維的鴨嘴形狀，非常科幻。

和以前各種類型的磁懸浮列車不同的是，高溫超導高速磁浮工程化樣車采用的是永磁體軌道，僅在車底安裝有高溫超導體。因此，只要用液態氮進行冷卻便可實現懸浮。而傳統的電磁懸浮列車需要通電后才能懸浮，電動懸浮列車則需要運動起來才能實現懸浮。

磁懸浮技術在全世界范圍內來說，都還處于研究和發展的階段，各種磁懸浮技術都有各自的特點與不足，但建設成本過高一直是磁懸浮列車飽受詬病的一個弱點。據了解，其建設成本比高鐵還要高數倍。現在已經投入商業運營的磁懸浮列車線路大多處于虧損狀態，被嘲諷為“賠本賺吆喝”的項目。因此，我國研發的高溫超導磁懸浮列車能否真正投入商業運營還需要拭目以待。