程 雪 张照星 翟明达
2022年7月,国内首辆永磁磁浮空轨列车“兴国号”进入通车试验阶段。它利用永磁体和永磁轨道之间的排斥力,不通电也能“悬挂”在空中,兼具速度与舒适度,造价低,作为一种新型交通方式,应用前景广阔。
眼前,是一条不长的高架试验线轨道。轨道下方,“悬挂”着一列红白相间的像地铁一样的列车。
“列车竟然‘倒挂’在轨道上!”这样的场景,现场的许多人还是第一次见到。没等大家反应过来,列车已从视线中呼啸而过……
今年6月,江西赣州兴国县某试验场。永磁磁浮技术工程试验线上,国内首辆永磁磁浮空轨列车——“兴国号”,进行了车辆调试。按照计划,“兴国号”在7月进行通车试验。这是我国第一次将永磁磁浮技术应用于空轨车辆,在全世界也是首次。
所谓“空轨”,就是悬挂式“空中列车”。远远望去,“兴国号”永磁磁浮列车好像“悬挂”在空中——借用永磁磁浮技术,使得列车上方与轨道相连。列车不用依靠轮子行驶,摩擦力大大减小,仅需电机驱动即可运行。
“轨道在列车的上方,这样的列车以前还真没体验过。”现场一位曾坐过上海高速磁悬浮线的市民,表达了他的惊讶与期待。
国防科技大学教授龙志强告诉记者,永磁磁浮列车靠在车顶的永磁装置上,凭借与永磁轨道的斥力而悬浮于空中——其原理就是,轨道产生的磁场与列车上的永磁体的磁场方向相反,因此产生了斥力,当向上的支撑力与车辆重力达成平衡,永磁磁浮列车的永久磁铁与轨道相斥并在槽口中线保持悬浮状态,列车就会飘浮在空中。
值得关注的是,与以往的常导磁浮列车和超导磁浮列车相比,永磁磁浮列车不需要额外的电流激励,即可实现零功率悬浮。
可以说,这列由我国自行研制和建造、拥有自主知识产权的永磁磁浮空轨列车,在中国乃至世界磁悬浮发展进程中,都是一个很大的进步。“兴国号”磁浮空轨列车采用的高效智能永磁磁浮轨道交通系统——“红轨”, 是一种新型轨道交通模式。“红轨”由稀土永磁悬浮模块、智能定位与走行控制模块、数据传输与运行控制模块等六大部分组成,通过运控单元的协调调度实现列车稳定运行,爬坡能力更强、更节能。
“兴国号”磁浮空轨列车由江西理工大学和中铁科工集团联合研制,设计时速为每小时80公里。展望即将开始的永磁磁浮空轨列车试验,龙志强的眼前浮现出中国磁浮交通系统技术发展所迈过的一道道“坎”,打通的一条条“路”——
2001年4月,突破一系列核心关键技术,我国第一条磁浮列车试验线在国防科技大学校园内建成;
2005年,中国自行研制的“中华06号”吊轨永磁磁浮列车于大连亮相;
2006年4月,中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车,在四川成都青城山一个试验基地成功通过室外实地运行联合试验;
2022年3月,我国宣布拥有完全自主知识产权的首列商用磁浮3.0列车,并且已经完成了相关动态试验和系统联调联试。
从实验室走向产业化,从常导磁浮到超导磁浮再到永磁磁浮,从“贴地飞行”到“悬挂飞驰”,在中国磁悬浮发展建设这条道路上,我们已经走得很远,并将越走越远。
车窗两旁,两排座位相对排列放置,座位中间的过道,配有供乘客握住的铁杆。
走进永磁磁浮列车车厢,车厢内宽敞明亮,车内设计和地铁内部有些相似。可以这样类比,永磁磁浮列车,有点像在空中飞驰的“地铁”。
但与地铁相比,永磁磁浮列车无论速度与舒适度,都更加优越。一般而言,综合考虑安全等各方面因素,现在国内地铁大部分线路行驶的最高时速普遍为每小时80公里。而根据设计,永磁磁浮列车可采用无人驾驶自动智能模式运行于固定线路与轨道,最高运行速度可达每小时120公里。按照这个速度,更形象点说,这就等于用在高速路段飙车的速度在拥堵的市区内行驶。
这不但可以减轻私家车、地铁等交通运输方式的压力,另外,由于永磁磁浮列车“飞驰”在“空中”,坐在车内的人们,在享受速度的同时,还可以欣赏外面的风景。这将给在通勤高峰时段,减少未来上班族因堵车而带来的焦虑提供可能。
试想,在繁忙的市中心,永磁磁浮列车仍能保持高速飞驰,车内乘客视野开阔,在上下班途中既能避免堵车,还能观赏市区景色,这将是一种怎样的体验?
即使遇到坡度大的地方,永磁磁浮列车也无需减速。记者了解到,在永磁磁浮列车及空轨技术的研究与开发中,克服了有关导向结构、悬浮架设计结构、制动系统等专业难点,遇到坡度较大的地方不需要像高铁列车那样过多减速慢行,车辆通行效率高,转弯半径小,灵活性强,噪声极低。
此外,永磁磁浮列车运行时的无磁污染性和耐冲击性,为它在城市内持续健康地发展提供了源源不断的动力——
无磁污染性、零功率静态磁场的存在,使得永磁磁浮列车即使在高速行驶中,噪声也很低;耐冲击性,使永磁磁浮列车在长时间高速运转中也很难出现故障或者损坏。
“那这样性能优越的列车费用会不会很高,一般人能乘坐得起吗?”记者心生疑问。
“永磁磁浮空轨列车,造价是地铁的十分之一,轻轨的五分之一。”相关科研人员向记者解释,由于在研发过程中,成功攻克了掣肘的技术难题,永磁磁浮空轨列车造价相对较低,而且拥有独立的路权,单趟运量约为地铁运量的一半。
综合以上优点,我们不妨大胆假设,随着“兴国号”通车试验,永磁磁浮空轨列车或将成为未来我国公共交通和铁路建设的新选择。
“希望这一技术可以快点普及推广!”看到永磁磁浮列车7月进行通车试验的新闻,一位西藏网友留言道。
众所周知,受气候环境影响,在青藏高原高寒荒漠地带与寒冷干旱核心区域,交通出行主要靠汽车和火车。有时候,一些偏远的地方,汽车也难以抵达。
永磁磁浮列车运用智能算法进行动态运行组织与实时优化,非接触、悬浮运行,爬坡能力更强、转弯半径小,在高寒地带等交通不便的复杂地形地区也可实现列车登陆。
这样的未来场景令人向往与兴奋。
“要想富,先修路。”这句百姓口中的俗语,很大程度上体现了交通对偏远地区百姓创业致富的影响。在许多偏远的山区,受地形因素制约,交通不便,即使有铁路通行,也常常难以抵达“最后一公里”。
永磁磁浮列车受地形因素影响少、应用方式灵活,未来可作为补充配套的公共交通工具。这样,既可以促进帮助偏远地区发展交通、活跃经济,又能从大山外带回更多人才和信息反哺山区百姓,带动各项产业发展。
不只是偏远山区,在工业园、科技园区人员上下班,以及连接城区站点等方面,同样有永磁磁浮列车的巨大应用空间。永磁磁浮列车具备防脱轨设计,支持无人驾驶,能通过人脸和人的手指经脉识别身份,再加上永磁磁浮列车造价低,对于相对固定的线路和环境来说,是一种节省人力财力的交通方式。正如此次“兴国号”永磁磁浮空轨列车通车试验后,未来可在兴国县境内运行,这将成为促进兴国县产业发展的新契机。
“永磁磁浮列车探索了一种个性化、智能化的交通运输方式,可与地铁、轻轨等互为补充。未来,它还将有助于打造高端装备产业新引擎,形成轨道交通领跑新优势。”国防科技大学教授龙志强说。