○赵俊环

真空、永磁、磁悬浮、超导……其中的任一词汇都代表了某一科学领域的前沿，也因此具备了挑战、刺激我们感官、感知的神秘力量，那么将这些高科技应用汇聚于一体能造就什么？那就是堪比“时光机”的高速飞行列车！

2017年8月30日，中国航天科工集团公司透露，正在研究论证最高时速达4000千米的“高速飞行列车”，拟通过商业化、市场化模式，将超声速飞行技术与轨道交通技术相结合。研制的新一代交通工具，将利用超导磁悬浮技术和真空管道，致力于实现超音速的“近地飞行”。这一消息引发社会广泛关注，并就技术、安全、成本等问题展开热议。我们在此仅就其发展历史与现状、以及技术方面的一些关键词进行浅显解读。

1904年美国现代火箭技术之父罗伯特·戈达德就提出了飞行列车的设想。当前，世界上对外宣布开展大于1000千米/小时运输系统研究的公司主要有三家，包括美国的HTT公司、Hyperloop One公司以及中国航天科工集团公司。在高速飞行列车领域，美国的公司起步早，但中国的企业起点高，利用航天超声速相关技术，中国航天科工集团公司是全球首个提出超声速地面运输系统的集团公司。我国在航天领域的技术沉淀及系统工程领域有着独到优势，特别是高速飞行列车项目所需的超声速技术、高温超导磁悬浮技术、仿真建模技术等居于国际领先水平。我国的高速飞行列车项目是从时速1000千米起步，逐步发展到时速4000千米，并且区别于国外车轮加速的技术，我国在“高速飞行列车”项目的启动加速是采用电磁推进技术，技术的起点要高于国外。

中国对载人高温超导磁悬浮车的研究始于1997年。西南交通大学超导技术研究所于2000年底研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”，证明了高温超导磁悬浮车在原理上的可行性。2013年，西南交通大学建成了全球首个真空管道超高速磁悬浮列车原型测试平台。2016年1月，西南交大“第二代高速真空管道高温超导侧浮系统”，也就是中国版的“管道超级高铁”完成第一阶段调试。

美国的类似项目现在仍处在各部分独立测试阶段，比如，2016年5月11日，美国创业公司的超级高铁推进系统首次户外测试成功。这个推进系统测试装置用时1秒，将3米长的实验“滑车”从0加速到时速96千米。而西南交大这一项目则已进入整体系统实验阶段，在项目开发上走得更快。同时，西南交大独创将轨道铺在管壁上，形成“壁挂式”磁悬浮列车，能有效解决实验室中轨道半径太小所带来的离心力问题。

专家解释高速飞行列车的原理是：利用车载高温超导体与永磁轨道相互作用产生的自稳定磁悬浮力将列车悬浮起来，消除传统的轮轨接触和噪音，减小摩擦阻力；再将高温超导磁悬浮列车置于真空管道中,使管道内的空气压力降到0.1个标准大气压,利用低真空环境和超声速外形减小空气阻力，进而进一步提升速度，最终实现超声速运行。下面我们就一一简析其中的关键技术词语：超导、磁悬浮、真空。

超导，顾名思义，可以理解为超级导电，科学严密的解释就是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。“超导体”则是指能进行超导传输的导电材料。

超导体具有两个非常重要的特性：零电阻和抗磁性。超导体的抗磁性可以理解为超导体处在超导状态时，对磁场磁力的排斥性，磁力线不能穿过内部。利用超导体的抗磁性可以实现磁悬浮，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。

磁悬浮列车正是利用这种磁悬浮效应而使列车处于悬浮状态，与轨道脱离接触，进而降低列车运行阻力，实现高速运行。现在研发应用的磁悬浮列车主要有超导电动型磁悬浮列车、常导电磁吸力型高速磁悬浮列车以及常导电磁吸力型中低速磁悬浮列车。而本文介绍的高温超导磁悬浮列车是通过车载块状高温超导体与永磁轨道之间的电磁作用力实现车体的稳定悬浮，可兼容高温超导直线电机推进技术，实现悬浮、导向和推进超导一体化，形成一种真正意义上的节能（能耗约为航空的5%）、环保（无化学和噪声污染）、安全、舒适、快速的地面轨道交通工具。在这里，“高温”是相对于“低温”超导体而言的。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。低温超导磁悬浮的工作温度为零下269摄氏度，而高温超导磁悬浮的工作温度为零下196摄氏度，工作温度得到了大幅提高。不要小看这提升的几十摄氏度，对于实际应用而言，高温超导体的发现应用，超导态就可以在液氮温区(零下169度以上)出现，超导悬浮的装置更为简单，成本也大为降低。

如果高温超导磁悬浮列车的运行时速超过400千米，将有超过80%的牵引力浪费在对抗空气阻力上。同时，空气动力学噪声也会超过90分贝(环境噪声标准为75分贝)。我们经过探索发现，能够打破这一屏障的唯一途径就是降低运行环境的空气压力。因此，高温超导磁悬浮列车的运行环境选择了真空管道。我们将磁悬浮列车置于真空管道中，将真空管道内的空气压力降到0.1个标准大气压，利用真空消除空气阻力，进而提升速度。

随着对真空管道高温超导磁悬浮技术及其后续技术的深入探索，在真空管道内实现地面超高速运行的梦想与现实的距离正在不断缩短。假以时日，高温超导磁悬浮这一具有广阔应用前景的技术必将发展成为一个庞大的产业，为未来的轨道交通注入新的活力。高速飞行列车项目将最终形成一张继航天、高铁、核电之后的中国新名片。