相信大家都乘坐过每小时300公里的列车了,但不知各位有没见过每小时600公里的?
据说,这是一种没有车轮,完全悬浮在半空中的磁悬浮列车,最重要的是,它的重量很轻,即使是普通人也可以用一只手推动。
2021年1月13日,在四川成都,一台全球首台用高温超导磁悬浮列车的样机开始运行。同时这也代表着,国家的磁悬浮技术,已确定进入了一个全新的时代。
这辆车的外形是一种流线型的设计,就像是一颗子弹,可以极大减少空气的阻力。
在速度方面,该火车被设计为每小时600公里以上。如果开车从北京到上海,只需要两个多小时,能够说是“陆地上最快运输方式”。
当然,也正因为如此,这辆火车才能弥补人类交通工具每小时500-600公里速度的空缺。
要知道,普通的火车才三百多米每小时,而飞机却能跑到八百到九百米每小时。而今天说的这辆磁悬浮列车,则是居于这两个交通工具的中间。如此一来,人们就能够准确的通过自己的需要,选择自身出行时想要的交通方式。
准确的说,磁悬浮火车这种交通工具,国内在十几年前就有了。例如,上海的磁悬浮铁路就是一个代表,上海磁悬浮铁路是一条全长30公里的高速铁路,已于2006年开通商用。到2017年为止,这条铁路载送了5千万名乘客。
只不过,上海的这辆列车,却是一辆很普通的磁悬浮列车,而不是高温超导磁悬浮列车。
根据资料显示,一般的磁悬浮列车悬浮高度,最多也就是八到十毫米的样子,这种高度一小时最多只能跑四百公里左右。
而高温超导磁浮列车的浮空高度,则达到了20毫米左右,根据科学家们的计算,它最高可以在空中漂浮至100 mm左右。这样的话,磁悬浮列车的飞行速度将会达到一个新的高度,甚至都可能会实现“飞天”。
而且,我国首发的这条高温超导技磁悬浮列车,还特别的轻。根据研发人员的说法,该车的车身采用了全碳纤维的轻量化设计。因为不是钢铁,所以重量只有普通高铁的一半。
再加上它长时间悬停在半空中,与轨道间的摩擦力几乎为零,普通人可完全徒手推动。
在成都火车站列车发车典礼上,就有记者亲自做了一次演示,列车的确是由这位记者用手推走的,颇有几分神秘科技力量的味道。
当然,这是在该列车处于悬浮在半空中的状态下,才能用手推动,但是一般的时候,没有人能推动它。之所以无法推动,是因为磁通钉扎效应。
而这种“磁力钉扎”,实际上的意思就是通过位力井来让火车静止在原地。这样的话,就可以很大程度上避免列车出轨。
此处的钉扎力,既保证了火车的稳定,还能使其始终处于平衡状态,这就像是你躺在床上一样安全,丝毫感受不到任何动静。
材料的导电性和导热性都会因为不同的环境而发生明显的变化,就像是一种普通的金属材料,它可以被用作普通的导电材料,而当它的温度不高于-273.15℃的时候,它就会变成一个超导电性的物体。
超导体具有两个显著的特点,一是具有0的电阻,但它可以对外界的磁场进行相对有效的斥力,直到磁场超出某一极限之后,这个特性就不存在了。
顾名思义,高温超导体是一种在室温下工作的超导材料,它能够在低于一定的温度下实现超导电性。
低温超导体的产生条件,通常是在绝对零度或者-263.15度一下才能出现类似的情况,而低温超导,要产生超导现象其温度必须在-135℃至以下。
不过同样的,在没有外因的情况下,高温超导体也会保持相对的稳定性,就像 YBCO这样一种材料一样。
它是一种由钇、钡和氧化铜组成的高品质物质,是美国的一位科学家首先发明的,后来被我们的祖国的一位科学家改进了。
正因为如此,新材料是我们的祖国最先发明的,当时我们的祖国的科学家们就预测到了它的巨大应用潜力,于是便开始了大量的生产制造。
由于它所制造的磁性能战胜重力而使之悬空,所以这就是我们将其称之为为“悬浮”的原因。
外界的空气流动对它没有一点影响,只要稍稍一用力,它就会启动,这简直就像是一幅神奇的画卷。
传统的磁悬浮火车,是用电能将火车“悬浮”起来,然后将其送往指定地点,不过因为要建造铁轨,所以一般都是用来在市区内部运输。
但是,高温超导嵌入式超级列车就不一样了,它往往是一条已经建成,而且承载能力很强的铁路,被称为“嵌入式”。
研究人员对这列火车进行了三年的测试,结果显示,当它运行起来后,它的年客运量将会接近十亿,相当于洛杉矶和旧金山的一半以上的人,并且如此庞大的运力只可以通过一条铁路来完成。
相对于全球其他的超级高铁来说,这种高铁的经济性要好得多,因为他们使用的电能很少,而且不会象完全采用真空的超高铁一样,需要借助一个轴承来进行长途旅行,更不需要对通道和装备进行挤压。
一般的磁悬浮列车都是通过电能来驱动的,而内置的 HTS却需要更大的永磁铁来驱动,这种驱动的电流和马达都比较笨重,所以在未来,这种能量将会逐步被取代,变成永久磁铁来实现动力传输。
常规磁悬浮列车常常要通过多种形式的涡扇发动机或者其它传动方式来实现,但这就会造成行程延误和移动,以此来降低了车辆的总负荷,而目前的研究还未出现在超级高速列车模型中。
另外,基于 HTS技术的高铁动车组采用了多个独立的分段绕组,构成了一个与轨深有一定耦合的整体绕组。
所以,正常的情况下,它们之间不会相交,不可能影响到自己,也就不可能影响到其它物体,这一点很关键,如果出现磁通钉扎现象,就必须将大线圈移走,改变其状态,从而造成无法控制的后果。
不过,我们不用担心,由于这种线圈不可能会发生位移,所以大部分情况下,线圈都会被固定得很紧,而且很稳定。同样的道理也适用于其它各个部件,它们几乎不能被挪动或不能挪动。
事实上,在磁浮技术方面,德国才是世界上最先进行研究的国家。在一九三四年,德国获得了全球最早的一项电磁悬浮技术,并在全世界内,成为了最早研发出这种技术的国家之一。
早在七十年代的时候,德国就曾经提议过用电能制造磁力,让车辆悬浮在空中。就在这一年,TR05磁悬浮火车以75 km/h的速度从轨道上离开。它是全球首台搭载乘客的磁浮火车,它的开通也预示着德国将实现磁浮运输。
八十年代,首条磁悬浮实验线路开始建设,与之配套的TR06也被纳入研发计划。89年,磁浮技术取得重大突破,时速达到436 km。如今,德国的磁浮火车已经过九次更新,时速可达550 km/h。而我国此前,也多次引进了德国磁悬浮列车技术。
日本在磁悬浮方面也是数一数二的,不过与德国不同的是,日本使用的是一种复合的磁悬浮方法,这中间还包括了一种叫做电磁排斥的磁悬浮系统。1987年,日本在磁悬浮技术上取得了巨大的成就,它创造了每小时517 km/h的最高速度。
自那以后,日本的磁悬浮技术就一直在进步,而且发展的很快。到了2015年四月,位于山梨县的日本L0系列的超导磁悬浮火车,又一次打破了全球磁悬浮火车的速度纪录。
另外,美国对磁悬浮列车的研究也很有野心。早在2013年,有“真人版钢铁侠”之称的马斯克,就曾在他的构想中,利用磁悬浮与低真空区两项先进的科技,实现了在无重力情况下的高速行驶,预计时速可达1600 km以上。当然,这种设想还停留在设想之中,具体的实现方法还有待进一步的研究。
美国的超级高速铁路概念虽然听起来很牛,但中国在磁悬浮方面的研究却远远领先于美国,而且在国内发展了不久,就实现了产业化。
从80年代到现在,中国在磁浮交通方面的发展速度之快,让全世界都为之震惊。21世纪初,从上海机场的旅客需求量出发,中国磁悬浮技术已渐趋完善,迫切地需要一个契机来验证自己。上海正在建设的磁浮铁路,其速度可达400 km/h,这是中国磁浮发展的一个重要标志。
同年,在西交通大学的共同努力下,实现了 HTS磁悬浮实验车的研发。在2004年,科研团队强强出击,建立了全球首条环行实验平台,并在此基础上进行了一系列的实验。自此,全球首个基于 HTS的高速磁悬浮原型样机和实验线路建成投入使用。
当然,这是一款科技值拉满的磁浮列车,但是考虑到中国目前的轨道交通的实情,磁浮交通还没有普及。而且,磁浮列车的轨道是特制的,因此重新建造,后期运行,以及与现行轨道接轨等都存在一定问题。想要随时随地的乘坐这款高科技列车,仍然需要一段时间。
这无疑是一种高技术上的含金量的磁悬浮火车,不过就中国现在的铁路状况来看,磁悬浮技术并不流行。另外,由于磁悬浮列车的线路是特殊设计的,所以改造、运营和与现有的线路连接都有很大的难度。想要在任何地方乘坐这种高科技列车,我们还需要等一等。
值得一提的是,有关学者研究证明,我国高温超导磁悬浮列车技术,最少领先世界各国十年!
但是,这并不意味着中国不再致力于磁浮技术的研发。这是国家大、人口密度大等情况下的需要,随着经济的发展,商业活动的次数和频率也在逐步的提升,因此,追求快速舒适的交通方式应当是我们的目标。我们期望中国列车在不久的将来能达到一个新的高度和更好的成就!
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