文/克莉斯汀

8月9日上午九點(diǎn)，由中鐵六院集團(tuán)作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購、施工一體化總承包聯(lián)合體牽頭單位完成的國內(nèi)首條永磁磁浮空軌試驗(yàn)線——“紅軌”，在江西贛州興國縣順利竣工。

由此，我國已成為世界上第三個(gè)掌握空軌技術(shù)的國家。同時(shí)，中國也是世界上磁懸浮專利占比最多的國家。

你或許想不到，這趟永磁磁懸浮列車的建設(shè)成本每公里便接近億元人民幣，卻始終無法替代普通地鐵，成為大規(guī)模、大流量的交通運(yùn)輸工具。

但我們更需要了解的是，這是一種新制式軌道交通，將進(jìn)一步完善綜合交通網(wǎng)絡(luò)，也將大大降低環(huán)境污染和地球上的碳排放。

稀土合金降低成本，新制式軌道交通意義重大

“紅軌”試驗(yàn)線處于革命老區(qū)“將軍縣”興國縣，因此被譽(yù)為“紅軌”。

磁浮列車則命名為“興國號”，車身由紅白相間的顏色組成，兩側(cè)車頭標(biāo)有56顆星星，寓意為向“將軍縣”興國縣擁有的56位開國將軍致敬。

“紅軌”試驗(yàn)線南起永豐站（高鐵興國西站）北至靜調(diào)庫。正線全長約800米，均為鋼構(gòu)高架線。該磁懸浮列車采用兩車編組，載客能力為座席32個(gè)、定員88人，目前最高設(shè)計(jì)運(yùn)行速度為每小時(shí)80公里。

其實(shí)中國的第一輛磁懸浮列車（買自德國）早在2003年1月已開始在上海磁浮線運(yùn)行，到2015年10月又有了首條具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)磁懸浮線路——長沙磁浮線，2016年5月6日已開始商業(yè)試運(yùn)營，該線路也是世界上最長的中低速磁浮運(yùn)營線。

本次順利發(fā)車的“紅軌”試驗(yàn)線，最特別之處則是，它實(shí)現(xiàn)了全世界首次將稀土永磁磁浮技術(shù)與空軌技術(shù)結(jié)合，建成一套中低速、中低運(yùn)量的新制式軌道交通系統(tǒng)。

這套“磁浮+空軌”技術(shù)由江西理工大學(xué)于2014年首次提出并牽頭研發(fā)，2021年由中國中鐵下屬、中鐵六院、中鐵工業(yè)等企業(yè)承接該技術(shù)成果的落地轉(zhuǎn)化建設(shè)工程，我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

目前全球現(xiàn)有的懸掛式導(dǎo)向運(yùn)輸系統(tǒng)都采用膠輪進(jìn)行承載和導(dǎo)向，之前上海懸浮交通、日本超導(dǎo)懸浮列車等則都是采用電磁懸浮，要靠復(fù)雜的一套控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)懸浮，一斷電就失去懸浮能力，不僅技術(shù)和運(yùn)維難度都較大，耗能也大，屬于不穩(wěn)定懸浮。

這次的“紅軌”則完全采用稀土永磁材料實(shí)現(xiàn)懸浮和導(dǎo)向，攻克了電磁懸浮存在的難題。

最特別的是，它采用的永磁體是釹鐵硼合金，是一種適用于磁浮交通系統(tǒng)的稀土永磁合金材料，具有磁性強(qiáng)、磁性穩(wěn)定、磁能分布合理等特點(diǎn)，且稀土元素釹、硼自然儲量豐度高，因而大大降低了成本。

江西贛州號稱“稀土王國”，是我國三大稀土生產(chǎn)基地之一，年產(chǎn)出全球70%的中重稀土資源，因此這列稀土永磁磁浮列車選在江西首發(fā)自有道理。而稀土永磁磁浮列車的應(yīng)用，將對我國稀土產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用模式市場推廣具有重要意義。

集多項(xiàng)智能于一身，將出軌率、追尾率降為零

根據(jù)磁懸浮原理，一般將主要磁懸浮技術(shù)分為永磁懸浮、電磁懸浮、電動(dòng)懸浮和超導(dǎo)釘扎懸浮。

其中電磁懸浮和電動(dòng)懸浮技術(shù)應(yīng)用已達(dá)到較高的成熟度；高溫超導(dǎo)釘扎懸浮起步較晚，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究和工程化樣車研發(fā)階段；而“紅軌”所用到的永磁懸浮技術(shù)正是當(dāng)下的研究重點(diǎn)。

“紅軌”試驗(yàn)線無需用電即能將列車懸浮，相當(dāng)節(jié)能、環(huán)保。

其制造材料也在材料領(lǐng)域有新突破，不僅可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，還制造出體積小、磁能密度大、有足夠懸浮力且經(jīng)濟(jì)性好的永磁體。因此該永磁磁浮空軌項(xiàng)目探索了一種能夠適應(yīng)復(fù)雜地形的中低運(yùn)量、個(gè)性化、智能化交通運(yùn)輸方式。

很多人第一眼看到“紅軌”都有點(diǎn)心驚膽戰(zhàn)，因?yàn)榕c之前我們所看到的懸浮列車不同，“紅軌”的車廂是倒掛在浮軌之下的，就好像我們在游樂園里坐的“過山車”。

實(shí)際上，基于成熟的空軌體系的“紅軌”安全又環(huán)保，它采用獨(dú)創(chuàng)的列車走行系統(tǒng)，將走行結(jié)構(gòu)包裹在軌道梁內(nèi)，克服了缺少硬約束和永磁體懸浮力不可控的難題，實(shí)現(xiàn)了列車行走過程中懸浮導(dǎo)向的平穩(wěn)協(xié)同控制，行駛較之前的設(shè)計(jì)更安全，甚至號稱“將出軌率、追尾率降至為零”。

它同時(shí)還配備了多項(xiàng)智能技術(shù)，不僅開拓了獨(dú)立于常導(dǎo)懸浮和超導(dǎo)懸浮之外的磁懸浮技術(shù)新體系系統(tǒng)，還應(yīng)用了無人駕駛、北斗定位、5G通信、傳感融合、多目標(biāo)智能規(guī)劃等新興信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人駕駛的同時(shí)也可以給乘客提供豐富的在途信息服務(wù)。

種種優(yōu)勢都顯示，它勢必將引領(lǐng)我國新制式、接入級軌道交通翻開嶄新的一頁。

永磁懸浮空軌并不能完全取代地鐵

目前，永磁懸浮空軌工程驗(yàn)證已成功完成，在進(jìn)一步優(yōu)化“車-軌道-磁軌”的匹配，以及耦合關(guān)系研究后，即可大規(guī)模應(yīng)用。

而且此次稀土永磁磁懸浮試驗(yàn)線的成本優(yōu)勢明顯——和地鐵、城際鐵路及其他懸掛式系統(tǒng)相比，稀土永磁磁浮列車的成本僅為輕軌的1/2左右，每公里建設(shè)成本小于1億元，是如今中高速磁浮交通系統(tǒng)成本的1/3，未來如果規(guī)?；涑杀緫?yīng)該還會更低。

但部分專家認(rèn)為，它仍不會取代地鐵等基礎(chǔ)公共交通運(yùn)輸工具，而只是與地鐵、輕軌互為補(bǔ)充——畢竟地鐵仍是大運(yùn)量軌道交通，能最大化地保證主干交通網(wǎng)的大客流量運(yùn)輸；而永磁磁浮空軌目前仍屬于中小運(yùn)量交通模式，因此目前只可作為地鐵的補(bǔ)充，進(jìn)一步完善綜合交通網(wǎng)絡(luò)。

那為什么我們還要大力研發(fā)磁懸浮技術(shù)呢？這主要是因?yàn)榇鸥〗煌ㄏ到y(tǒng)與傳統(tǒng)的輪軌列車系統(tǒng)相比，具有一些非常顯著的優(yōu)勢。

比如磁懸浮列車與軌道之間沒有接觸，減少摩擦損耗，意味著更低的環(huán)境污染和碳排放，同時(shí)可減少維護(hù)成本；

另外，磁懸浮列車沒有車輪，且齒輪、聯(lián)軸器、車軸、軸承等機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)輪軌列車相比更少，所以質(zhì)量較輕，增加了有效質(zhì)量比，也降低對軌道和橋梁的強(qiáng)度要求；而且磁懸浮列車相對來說爬坡能力更強(qiáng)，具有更好的地形適應(yīng)性。

未來的磁懸浮，形式可能會更多樣

將磁懸浮運(yùn)用在交通運(yùn)輸上，的確大大地提升現(xiàn)有的運(yùn)輸速度與能力，而研究者們顯然并不滿足于這些。

2013年，美國人提出了一種Hyperloop概念，旨在設(shè)計(jì)一種時(shí)速可達(dá)1200公里的超高速度、遠(yuǎn)距離并具有真空管道特征的交通運(yùn)輸系統(tǒng)。

這種超高速磁懸浮真空管道運(yùn)輸引起了全球的“超級高鐵”的研究熱，據(jù)知，中國、美國、德國、荷蘭、加拿大、西班牙、韓國等國已紛紛加入這場速度競賽。

磁懸浮技術(shù)已經(jīng)可以消除所有機(jī)械接觸，即消除了摩擦力，如果再通過真空管道將空氣阻力也減到最小，或許將這種交通工具的速度更進(jìn)一步提升也不無可能——從理論上來講，在這樣的環(huán)境條件下，一輛列車的速度甚至可以達(dá)到亞音速，甚至是超音速。

目前，我國便有一個(gè)由西南交通大學(xué)牽頭的“多態(tài)耦合軌道交通動(dòng)態(tài)試驗(yàn)平臺”項(xiàng)目已啟動(dòng)，計(jì)劃于2023年建成一個(gè)1620米長、最高試驗(yàn)速度達(dá)每小時(shí)1500公里的多態(tài)耦合軌道交通動(dòng)態(tài)試驗(yàn)平臺，其試驗(yàn)結(jié)果值得期待。

或許你還在身邊發(fā)現(xiàn)過一些磁懸浮技術(shù)帶來的神奇：上網(wǎng)就能買到的磁懸浮鼠標(biāo)墊、像飛碟一樣懸浮在空中的磁懸浮HiFi音響、磁懸浮書架……

最近，還有人換上了一顆磁懸浮心臟——一款Corheart 6植入式左心室輔助裝置，作為目前全球尺寸最小、重量最輕的磁懸浮離心式人工心臟，在裝置可靠性、血液相容性、感染風(fēng)險(xiǎn)防控等性能上都表現(xiàn)出色，已達(dá)到臨床應(yīng)用要求，開始救助那些有需要的病患。

早前，一位90后天才少女蔡雨晨還設(shè)計(jì)了一款命名為“浮舟”的磁懸汽車，靠底盤的電磁力行駛，能360°無死角旋轉(zhuǎn)，還能實(shí)現(xiàn)無人駕駛，在國際新概念汽車設(shè)計(jì)大賽上一舉奪冠。

磁懸浮技術(shù)還將帶來無限想象空間，期待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

【鏈接】磁懸浮的“前世今生”

丹麥物理學(xué)家、化學(xué)家和文學(xué)家漢斯·克里斯蒂安·奧斯特首先發(fā)現(xiàn)了載流導(dǎo)線的電流會產(chǎn)生作用力于磁針，使磁針改變方向。

正是這個(gè)發(fā)現(xiàn)引發(fā)了眾多科學(xué)家對電磁現(xiàn)象的研究，從而推動(dòng)了電磁學(xué)革命。后人為紀(jì)念他，將磁場強(qiáng)度的單位命名為“奧斯特”。

1820年7月21日，奧斯特發(fā)表了《關(guān)于磁體周圍電沖突的實(shí)驗(yàn)》一文，認(rèn)為在通電導(dǎo)線周圍發(fā)生一種“電流沖擊”，磁性粒子會被帶動(dòng)，并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，指出存在一種電磁關(guān)系。

該論文發(fā)表后，促進(jìn)了安培對電磁力的研究，并導(dǎo)致了畢奧-薩伐爾定理的發(fā)現(xiàn)及一系列與磁關(guān)系的發(fā)現(xiàn)和電磁鐵的問世。再后來，法拉第的研究終于發(fā)現(xiàn)推動(dòng)世界的電磁感應(yīng)。

電磁感應(yīng)的研究成果在1831年才順利公布于世，十年后的1842年，英國物理學(xué)家塞繆爾·恩紹便提出了磁懸浮的概念。

而目前我們所研究的磁懸浮技術(shù)，主要指利用磁力克服重力使物體懸浮的技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)形式有多種，但現(xiàn)在世界上還只有三種類型被投入使用，即日本的超導(dǎo)電動(dòng)磁懸浮、德國的常導(dǎo)電磁懸浮和中國的永磁懸浮。