永磁磁浮列車：“懸掛飛馳”的奧秘

程雪　張照星　翟明達(dá)

2022年7月，國內(nèi)首輛永磁磁浮空軌列車“興國號”進(jìn)入通車試驗階段。它利用永磁體和永磁軌道之間的排斥力，不通電也能“懸掛”在空中，兼具速度與舒適度，造價低，作為一種新型交通方式，應(yīng)用前景廣闊。

“懸掛”在空中

眼前，是一條不長的高架試驗線軌道。軌道下方，“懸掛”著一列紅白相間的像地鐵一樣的列車。

“列車竟然‘倒掛’在軌道上！”這樣的場景，現(xiàn)場的許多人還是第一次見到。沒等大家反應(yīng)過來，列車已從視線中呼嘯而過……

今年6月，江西贛州興國縣某試驗場。永磁磁浮技術(shù)工程試驗線上，國內(nèi)首輛永磁磁浮空軌列車——“興國號”，進(jìn)行了車輛調(diào)試。按照計劃，“興國號”在7月進(jìn)行通車試驗。這是我國第一次將永磁磁浮技術(shù)應(yīng)用于空軌車輛，在全世界也是首次。

所謂“空軌”，就是懸掛式“空中列車”。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，“興國號”永磁磁浮列車好像“懸掛”在空中——借用永磁磁浮技術(shù)，使得列車上方與軌道相連。列車不用依靠輪子行駛，摩擦力大大減小，僅需電機驅(qū)動即可運行。

“軌道在列車的上方，這樣的列車以前還真沒體驗過。”現(xiàn)場一位曾坐過上海高速磁懸浮線的市民，表達(dá)了他的驚訝與期待。

國防科技大學(xué)教授龍志強告訴記者，永磁磁浮列車靠在車頂?shù)挠来叛b置上，憑借與永磁軌道的斥力而懸浮于空中——其原理就是，軌道產(chǎn)生的磁場與列車上的永磁體的磁場方向相反，因此產(chǎn)生了斥力，當(dāng)向上的支撐力與車輛重力達(dá)成平衡，永磁磁浮列車的永久磁鐵與軌道相斥并在槽口中線保持懸浮狀態(tài)，列車就會飄浮在空中。

值得關(guān)注的是，與以往的常導(dǎo)磁浮列車和超導(dǎo)磁浮列車相比，永磁磁浮列車不需要額外的電流激勵，即可實現(xiàn)零功率懸浮。

可以說，這列由我國自行研制和建造、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的永磁磁浮空軌列車，在中國乃至世界磁懸浮發(fā)展進(jìn)程中，都是一個很大的進(jìn)步。“興國號”磁浮空軌列車采用的高效智能永磁磁浮軌道交通系統(tǒng)——“紅軌”，?是一種新型軌道交通模式。“紅軌”由稀土永磁懸浮模塊、智能定位與走行控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸與運行控制模塊等六大部分組成，通過運控單元的協(xié)調(diào)調(diào)度實現(xiàn)列車穩(wěn)定運行，爬坡能力更強、更節(jié)能。

“興國號”磁浮空軌列車由江西理工大學(xué)和中鐵科工集團聯(lián)合研制，設(shè)計時速為每小時80公里。展望即將開始的永磁磁浮空軌列車試驗，龍志強的眼前浮現(xiàn)出中國磁浮交通系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展所邁過的一道道“坎”，打通的一條條“路”——

2001年4月，突破一系列核心關(guān)鍵技術(shù)，我國第一條磁浮列車試驗線在國防科技大學(xué)校園內(nèi)建成；

2005年，中國自行研制的“中華06號”吊軌永磁磁浮列車于大連亮相；

2006年4月，中國第一輛具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中低速磁懸浮列車，在四川成都青城山一個試驗基地成功通過室外實地運行聯(lián)合試驗；

2022年3月，我國宣布擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的首列商用磁浮3.0列車，并且已經(jīng)完成了相關(guān)動態(tài)試驗和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試。

從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，從常導(dǎo)磁浮到超導(dǎo)磁浮再到永磁磁浮，從“貼地飛行”到“懸掛飛馳”，在中國磁懸浮發(fā)展建設(shè)這條道路上，我們已經(jīng)走得很遠(yuǎn)，并將越走越遠(yuǎn)。

速度與美景同在

車窗兩旁，兩排座位相對排列放置，座位中間的過道，配有供乘客握住的鐵桿。

走進(jìn)永磁磁浮列車車廂，車廂內(nèi)寬敞明亮，車內(nèi)設(shè)計和地鐵內(nèi)部有些相似。可以這樣類比，永磁磁浮列車，有點像在空中飛馳的“地鐵”。

但與地鐵相比，永磁磁浮列車無論速度與舒適度，都更加優(yōu)越。一般而言，綜合考慮安全等各方面因素，現(xiàn)在國內(nèi)地鐵大部分線路行駛的最高時速普遍為每小時80公里。而根據(jù)設(shè)計，永磁磁浮列車可采用無人駕駛自動智能模式運行于固定線路與軌道，最高運行速度可達(dá)每小時120公里。按照這個速度，更形象點說，這就等于用在高速路段飆車的速度在擁堵的市區(qū)內(nèi)行駛。

這不但可以減輕私家車、地鐵等交通運輸方式的壓力，另外，由于永磁磁浮列車“飛馳”在“空中”，坐在車內(nèi)的人們，在享受速度的同時，還可以欣賞外面的風(fēng)景。這將給在通勤高峰時段，減少未來上班族因堵車而帶來的焦慮提供可能。

試想，在繁忙的市中心，永磁磁浮列車仍能保持高速飛馳，車內(nèi)乘客視野開闊，在上下班途中既能避免堵車，還能觀賞市區(qū)景色，這將是一種怎樣的體驗？

即使遇到坡度大的地方，永磁磁浮列車也無需減速。記者了解到，在永磁磁浮列車及空軌技術(shù)的研究與開發(fā)中，克服了有關(guān)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、懸浮架設(shè)計結(jié)構(gòu)、制動系統(tǒng)等專業(yè)難點，遇到坡度較大的地方不需要像高鐵列車那樣過多減速慢行，車輛通行效率高，轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性強，噪聲極低。

此外，永磁磁浮列車運行時的無磁污染性和耐沖擊性，為它在城市內(nèi)持續(xù)健康地發(fā)展提供了源源不斷的動力——

無磁污染性、零功率靜態(tài)磁場的存在，使得永磁磁浮列車即使在高速行駛中，噪聲也很低；耐沖擊性，使永磁磁浮列車在長時間高速運轉(zhuǎn)中也很難出現(xiàn)故障或者損壞。

“那這樣性能優(yōu)越的列車費用會不會很高，一般人能乘坐得起嗎？”記者心生疑問。

“永磁磁浮空軌列車，造價是地鐵的十分之一，輕軌的五分之一。”相關(guān)科研人員向記者解釋，由于在研發(fā)過程中，成功攻克了掣肘的技術(shù)難題，永磁磁浮空軌列車造價相對較低，而且擁有獨立的路權(quán)，單趟運量約為地鐵運量的一半。

綜合以上優(yōu)點，我們不妨大膽假設(shè)，隨著“興國號”通車試驗，永磁磁浮空軌列車或?qū)⒊蔀槲磥砦覈步煌ê丸F路建設(shè)的新選擇。

“飛馳”向更廣闊的領(lǐng)域

“希望這一技術(shù)可以快點普及推廣！”看到永磁磁浮列車7月進(jìn)行通車試驗的新聞，一位西藏網(wǎng)友留言道。

眾所周知，受氣候環(huán)境影響，在青藏高原高寒荒漠地帶與寒冷干旱核心區(qū)域，交通出行主要靠汽車和火車。有時候，一些偏遠(yuǎn)的地方，汽車也難以抵達(dá)。

永磁磁浮列車運用智能算法進(jìn)行動態(tài)運行組織與實時優(yōu)化，非接觸、懸浮運行，爬坡能力更強、轉(zhuǎn)彎半徑小，在高寒地帶等交通不便的復(fù)雜地形地區(qū)也可實現(xiàn)列車登陸。

這樣的未來場景令人向往與興奮。

“要想富，先修路。”這句百姓口中的俗語，很大程度上體現(xiàn)了交通對偏遠(yuǎn)地區(qū)百姓創(chuàng)業(yè)致富的影響。在許多偏遠(yuǎn)的山區(qū)，受地形因素制約，交通不便，即使有鐵路通行，也常常難以抵達(dá)“最后一公里”。

永磁磁浮列車受地形因素影響少、應(yīng)用方式靈活，未來可作為補充配套的公共交通工具。這樣，既可以促進(jìn)幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展交通、活躍經(jīng)濟，又能從大山外帶回更多人才和信息反哺山區(qū)百姓，帶動各項產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

不只是偏遠(yuǎn)山區(qū)，在工業(yè)園、科技園區(qū)人員上下班，以及連接城區(qū)站點等方面，同樣有永磁磁浮列車的巨大應(yīng)用空間。永磁磁浮列車具備防脫軌設(shè)計，支持無人駕駛，能通過人臉和人的手指經(jīng)脈識別身份，再加上永磁磁浮列車造價低，對于相對固定的線路和環(huán)境來說，是一種節(jié)省人力財力的交通方式。正如此次“興國號”永磁磁浮空軌列車通車試驗后，未來可在興國縣境內(nèi)運行，這將成為促進(jìn)興國縣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新契機。

“永磁磁浮列車探索了一種個性化、智能化的交通運輸方式，可與地鐵、輕軌等互為補充。未來，它還將有助于打造高端裝備產(chǎn)業(yè)新引擎，形成軌道交通領(lǐng)跑新優(yōu)勢。”國防科技大學(xué)教授龍志強說。

（文章轉(zhuǎn)載自《解放軍報》2022-07-01第11版。責(zé)編：楊思玄）