時速620km/h！世界首條高溫超導(dǎo)磁浮列車，徒手就能推動它
反重力交通工具是科幻電影中常見的一種未來科技，曾經(jīng)代表著未來交通工具的愿景。 我們知道，技術(shù)不是一蹴而就的，任何科學(xué)技術(shù)都需要無數(shù)的疊加和積累才能被創(chuàng)造出來。 反重力技術(shù)還有很長的路要走，但未來交通科技的下一步就在我們面前。
2021年1月13日，世界首列高溫超導(dǎo)高速磁浮列車在中國揭牌。 12.5噸的列車在軌道上靜止不動，你只需輕輕一推就能把整個列車推下去，因為整個身體完全懸在鐵軌上。
這臺高溫超導(dǎo)高速磁浮列車來自西南交通大學(xué)動力牽引實驗室。 在這里我想告訴大家，西南交大大學(xué)是中國近代最早的大學(xué)之一，是新中國交通、礦冶、土木工程等學(xué)科的發(fā)源地。 兩彈一星功勛人物中有三個出生在這里。 可以說，西南交大教師的師資學(xué)術(shù)水平在全國名列前茅。
西南交通大學(xué)牽引西南交大牽引動力實驗室，是重點實驗室超導(dǎo)高速磁浮列車企業(yè)培育單位。 實驗室規(guī)模不小，成立于1989年，1995年正式承擔(dān)國家級科研任務(wù)。 今天，整個實驗室團隊中有三名光之研究員。 其他5名委員，他們都是中國鐵道學(xué)科的重要前沿，在名單中名列前茅。
說到這里，我們就正式說起這款高溫超導(dǎo)磁浮列車的家族。 我不知道大家是否還記得“中國高鐵”國際名片，它是過去幾年中國發(fā)展速度的象征。 “復(fù)興號”以350公里/小時的速度，在交通科技方面走在了全世界前列，成為全國人民的驕傲。
俗話說，盛極必衰，月有月盈則虧。 一代名官曾國藩也曾說過：“福無雙至”。 這是自然規(guī)律，但在今天的中國，這條規(guī)律可能不適用于高鐵。 因為高溫超導(dǎo)磁浮列車，就是最好的證明。 在中國高鐵走在世界前列后，西南交大鐵路動力牽引實驗室沒有停下腳步，繼續(xù)沖擊更高的地方，成功研制出超導(dǎo)列車。 它的時速是多少——每小時620公里，幾乎是復(fù)興號的兩倍。
今天我們就來說說高溫超導(dǎo)磁浮列車的強度有多大。 在此之前，我們先來看看它的名字——高溫超導(dǎo)磁浮列車。 有兩個關(guān)鍵詞，“超導(dǎo)”和“高溫”。
我們先從超導(dǎo)說起。 1911年，荷蘭科學(xué)家翁納斯在測量水銀的電阻率時驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水銀降到零下269度時，電阻神奇地消失了。 它是有史以來第一個被發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體，此后又發(fā)現(xiàn)了幾種具有這種特性的材料。
例如，家里的各種電器在運行時都會產(chǎn)生大量的熱量。 電腦很熱，在極端情況下，甚至可以用來煎雞蛋。 這是因為電流的存在，因為電阻會產(chǎn)生熱量，從而限制了設(shè)備的性能，但是如果使用的材料沒有發(fā)熱怎么辦呢？ 電阻在極低溫度消失的材料是超導(dǎo)體.
這種材料允許電流在材料中流通而沒有阻力，從而產(chǎn)生超強的磁場和抗磁性。 超強磁場和抗磁性有什么好處？ 我們用一個實驗來證明當(dāng)你把一個小磁鐵放在一個淺的錫盤。 然后將溫度降低到-269度，這就完全消除了錫的電阻，使其成為具有抗磁性的超導(dǎo)體。 這時你會注意到，在變成超導(dǎo)體的錫盤中，小磁鐵開始被排斥，然后慢慢浮起在錫盤盤旋，就像施了魔法一樣。
其次是第二個關(guān)鍵詞，“熱”，其實并不是很熱。 如前所述，當(dāng)某些金屬的溫度降到零下269度時，電阻就會消失。 科學(xué)家后來發(fā)現(xiàn)，銅氧化物等其他物質(zhì)只要達到零下196度，就能產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，這就是“高溫”的來源。 相對于普通的超導(dǎo)體，這種高溫對我們來說并不是更熱。
這種高溫超導(dǎo)體的關(guān)鍵是它能夠成功地應(yīng)用到我們的生活中。 如果你想讓普通金屬的溫度降到零下269度以成為超導(dǎo)體，你需要使用昂貴的液態(tài)氦。 但是如果你使用高溫超導(dǎo)體，它只需要下降到零下196度來觸發(fā)超導(dǎo)性質(zhì)。 這個溫度可以通過廉價高效的液氮來實現(xiàn)。 因此，結(jié)合上面提到的兩個關(guān)鍵詞，可以看出高溫超導(dǎo)體的特點之一就是成本低。
西南交大實驗室研制的這種高溫超導(dǎo)磁浮列車，是利用磁性，然后在列車底部安裝高溫超導(dǎo)體。 高溫超導(dǎo)體在液氮的作用下，會發(fā)出很強的抗磁性，從而達到“磁懸浮”的目的。 說起來容易，做起來肯定不容易，所涉及的技術(shù)都是西南交大在過去十年中一點一滴積累起來的。
下面我們就來了解一下這種高溫超導(dǎo)磁浮列車的技術(shù)原理。 那么，我們不禁要問，它的優(yōu)勢是什么？ 它有很多優(yōu)點，但大多數(shù)都可以分為三類。
第一，節(jié)能。 高溫超導(dǎo)磁浮列車不充電也不燒油，只使用液氮驅(qū)動。 而且在行駛100公里的過程中，沒有車載電源，也沒有繁瑣的動力系統(tǒng)，只有一點液氮，非常的節(jié)能環(huán)保。
第二，安全性。 磁道和高溫超導(dǎo)體的磁阻使火車懸浮起來，但除了懸掛外，這種磁力和磁阻的牽引還有一種叫做"咬指甲"的東西。 尖峰力使列車完全不脫軌或發(fā)生事故，而且它自動地把火車?yán)氐杰壍郎?，不管它離軌道多遠。 即使你想故意讓它脫軌，你也只能用炸彈。
第三——省錢。 這項世界領(lǐng)先的技術(shù)的標(biāo)志之一是省錢。畢竟，任何昂貴的未來技術(shù)都在電影中。 真正的高科技正走向“低成本”之路，高溫超導(dǎo)磁浮列車由廉價而環(huán)保的液氮驅(qū)動。 而且由于釘扎力的約束力，沒有復(fù)雜的控制系統(tǒng)或車載電源，只有座椅和整個列車的液氮。 再加上磁懸浮列車是完全懸浮的，與軌道沒有任何接觸，完全沒有磨擦或磨損，所以運行成本起來非常便宜。
說了這么多，有些觀眾可能會想問，我們什么時候才能看到這種高溫超導(dǎo)磁浮列車呢？ 別擔(dān)心，這不是一個原型車或構(gòu)想。 它是一個真正的工程化樣車，這意味著它是一個做了很多工程的樣車。 下一步只是用大量的測試來填充數(shù)據(jù)。
西南交大副校長何川說，如果高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù)成熟度到9級，那么幾年前的原型車只能成熟到3級網(wǎng)格，但今天的工程化樣車已經(jīng)成熟到7級網(wǎng)格。 所有需要的是其余的試驗數(shù)據(jù)，以填寫剩下的兩個正方形。 然而，今天，工程化樣車的制造成本略高于現(xiàn)有的高鐵。 但落地后的批量生產(chǎn)成本更低，運營成本極低，未來交通領(lǐng)域仍有高溫超導(dǎo)磁浮列車的發(fā)展空間。
說到這里，HTS就結(jié)束了。 此外，我們都知道，任何先進技術(shù)不僅帶來技術(shù)本身的好處，而且有可能在不知不覺中引發(fā)其他技術(shù)突破。 這就是我們常說的““1+1=3””技術(shù)，如果高溫超導(dǎo)磁浮列車1，那么我想說的是，真空管道可能會是另一個1。
2018年，高溫超導(dǎo)磁浮列車基本形成。 西南交大開始研制較為先進的技術(shù)，就是真空管+磁懸浮列車。 沒有任何空氣阻力的真空管道，加上沒有熱效應(yīng)的磁懸浮，有可能創(chuàng)造出“比未來更具有前瞻性”的技術(shù)。 “真空管+磁懸浮”方案，又稱“超高速列車”，預(yù)計最高時速可達1000公里/小時。
這是什么概念？我們今天最快的民用交通工具——飛機——可以達到每小時一千公里的速度。 高鐵的優(yōu)勢，進站速度比飛機快，這是不言而喻的。
也許在未來兩年內(nèi)，我們將看到高溫超導(dǎo)磁浮列車的試運行。 往更遠的地方看，也許在未來十年內(nèi)，將會有比飛機更快速度的高鐵。 我不知道這對我們有什么好處，但至少我們不用擔(dān)心房子。 即使你在北京工作，你也可以住在265公里以外的石家莊。 從石家莊到石家莊乘坐北京超導(dǎo)磁浮列車只需半小時的車程。