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作者程红丹王学庆
从马车、蒸汽火车到高铁、飞机,交通的每一次变革都伴随着出行速度的飞跃。如今,人们对速度的要求进一步提高。下一代交通将会是什么样子?高速驾驶可能就是案。
2013年,美国太空探索技术公司创始人埃隆马斯克提出将磁悬浮技术与真空管道技术相结合,开发新一代交通工具————超级高铁,这是一种高速飞行汽车。这种列车不仅可以大大缩短出行时间、提高出行舒适度,而且具有更高的环境适应性,其运行不再受天气影响。
高速飞行汽车通过管道无缝连接,可以在城市中运行。发车间隔可与地铁类似。乘客进站后可立即上下车,节省换乘等待时间。理想条件下,高速飞行汽车应急运行能力强,对车辆设备磨损小,运行阻力小,维护成本和能耗成本更低,更加经济环保。
确实,高铁作为一种新型轨道交通,具有快速、安全、舒适、经济、环保的特点,是未来一种有前景的出行方式。在这方面,我国也在做出努力。
火车贴近地面“飞”
高速飞行汽车是“超高速低真空管道磁悬浮运输系统”的简称。它是基于超导电悬浮和低真空管道两种技术原理设计的新一代运输工具。
高速飞行汽车利用磁悬浮技术,使列车脱离轨道,漂浮在空中,让车体“飞起来”。它采用真空管道技术,隔离外界环境的影响,大大降低了车体运行时的空气阻力。列车运行时,在保持稳定性的同时可以达到飞机的飞行速度,实现列车贴近地面的超高速“飞行”。
自20世纪20年代以来,许多国家研究了各种形式的磁悬浮列车。根据技术路线不同,磁悬浮列车可分为高温超导钉扎悬浮车、电磁悬浮车和电动悬浮车。上述类型的磁浮列车在工作原理、结构形式、系统组成等方面各有特点,可以大大提高列车运行速度。
其中,钉扎悬浮车的基本原理是利用高温超导的磁通钉扎特性来实现稳定悬浮。磁通钉扎特性是指高温超导体在超导状态下存在一定的缺陷。当外部磁场以“磁通量子束”的形式穿过这些位置时,就会牢固地束缚在缺陷的中心,从而达到稳定的悬浮状态。
电磁悬浮车利用不同磁极相吸的原理来实现磁悬浮。线圈和电磁铁分别安装在轨道和车体上。导体通电后产生巨大的磁场。利用磁场的吸力使车体悬浮。然后利用高精度电控反馈系统实时调节电磁铁中的电流来控制小车。身体与跑道的间隙和跑步速度。
根据运行速度的不同,电磁悬浮车辆的发展可分为高速磁浮列车、中低速磁浮列车等。目前,电磁悬浮技术已较为成熟,并有一批中、低速磁浮列车。建成低速电磁悬浮商业运营线路。
电动悬浮车的基本工作原理是电磁感应,利用超导体产生的强磁场与线圈相互作用来实现悬浮。列车和轨道两侧均布置有超导磁体和线圈,利用直线电机产生的电磁力拉动列车高速前进。当车载超导体高速前进时,地面线圈被磁感应线切割,从而产生感应电流。上下两部分产生相反方向的磁场,将车身升起,最终实现稳定悬浮。
与其他两种技术路线相比,电磁悬浮技术相对成熟,具有悬浮稳定、悬浮间隙大等优点。具有更高的悬浮性能和安全性,更适合高速作业场景。也是未来高速飞行汽车的主要研究方向。
随着科技的发展,人们对更高速、更便捷的交通工具的需求日益增加。中低速磁悬浮列车已逐步进入城市交通系统。自1922年德国工程师赫尔曼肯珀提出电磁悬浮原理以来,美国、日本、德国、韩国等国家相继开始磁悬浮交通系统的研发。
20世纪60年代,日本率先开展中低速电磁悬浮列车和电悬浮列车的研究。2005年,日本开通电磁悬浮示范线,实现了世界首列中低速磁浮列车的开通运营。2015年,日本JR东海旅客铁道公司开发的电动悬浮列车在中央新干线完成运营试验,将日本在新交通方式方面的技术提升到了新的水平。
我国是世界上第三个拥有中低速磁浮技术的国家。2003年,上海建成磁浮示范线。
可见,中低速磁浮交通技术已逐渐成熟并成功推广应用。磁浮交通技术的创新发展不断刷新人类地面交通速度新纪录。磁悬浮列车作为一种新型交通工具,正逐渐展现出强大的生命力和广阔的应用前景。
中国高速汽车骑行正在进行中
高速汽车越来越受到人们的关注。目前,全许多企业和研究单位都着眼于新型地面快速轨道交通的发展,竞相开展高速飞行汽车的研发。
2019年,日本开始开展基于超导电动磁浮列车的低真空管道高速列车技术研究。
美国自2013年提出超级高铁概念以来,就开始了流体力学、建筑设计和真空管道等方面的技术研究。2017年,美国一家公司在真空管道中进行了首次磁浮列车运行试验。2020年,维珍美国航空的超级高铁项目完成了首次载人测试。测试采用500米真空管道,车身仅用十秒就到达终点。
我国也有不少科研单位和大学开展相关技术研发工作。2017年,中国航天科工集团启动高速飞行汽车研发项目。该项目将超导电悬浮技术与低真空管道技术相结合,计划研制具有世界领先水平的新一代交通车辆。希望利用航天领域的新技术、新装备、新产品,推动我国交通科技进步,与高铁、民航等交通运输方式共同建设我国交通运输大国。全方位立体交通网络,建立我国核心城市群“一小时经济圈”,推动经济快速发展。
中国航天科工集团公司目前正与国内多家科研单位、相关企业、高校开展广泛的技术合作,持续开展超高速、超导、低真空技术研究,快速提升整体水平我国高速飞行汽车的技术水平。
2021年9月,中国航天科工集团公司与山西省人民政府合作,共同建设高速飞行汽车全尺寸试验线示范项目,将于2022年4月正式开工建设。项目进展情况,项目采用“建设、集成、测试”的模式。不到一年的时间,试验基地和一期试验线基础设施建设完成,并进行一期设备集成调试。并顺利完成永磁和超级导航试验。
2023年1月,项目组在山西省大同市高速飞行汽车试验基地完成了高速飞行汽车全尺寸试验线首次超航试验。此次试验是我国首次全尺寸超航试验。初步验证了高速飞行汽车系统总体方案的正确性以及各系统协调匹配的正确性,为今后相关技术的进一步发展奠定了坚实的技术基础。
可以预见,在不久的将来,更多高速、便捷、安全、舒适的高速飞行汽车将走进现实生活,从而改变人们的出行方式,提高出行效率。
《光明日报》
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