中国高铁再次提速,美国媒体宣称的“世界最快列车”已经到来。
它没有轮子,身体完全悬浮在空空中,但速度可以高达每小时1000公里,堪比民用客机。“地上飞”不是梦。它一经出现,就引起了全世界的关注。
我们今天要讲的就是高温超导磁悬浮列车。
高温超导体磁悬浮是如何诞生的?它有什么样的科技含量?它的优点是什么?什么时候可以投入使用?
2021年1月13日,中国首列高温超导高速磁浮列车在Xi安正式亮相,“中国速度”迈上新台阶。
在活动现场,重达12.5吨的“新生儿”被安静地悬挂在轨道上。因为火车的整个车身和轨道都是完全悬空的空,所以只要用手轻轻一推,整个火车就能动起来,这是不可思议的。
它的全身都是碳纤维的,模型是流线型的,车头像子弹一样,极具威慑力。它通过电磁力实现列车与轨道之间的非接触悬挂和导向,然后利用直线电机产生的电磁力拉动列车运行。
这列火车的设计速度是每小时620公里,是和谐号的两倍。有望创造大气环境下陆地交通速度的新纪录。
而且HTS磁悬浮技术非常适合未来真实空管道的运输,理论预测速度可以高于1000 km/h,这个速度已经超过了一般民航900km/h的速度,所以称之为“地面飞行”也不为过。
这种高温超导磁悬浮列车并非诞生于北京、上海等一线城市,而是来自西南交通大学动力牵引实验室。
西南交通大学诞生于1896年,是中国近代最早的大学之一。研制高温超导高速磁浮列车的西南交通大学牵引动力实验室是国家重点实验室。
有三位院士级的研究人员,另外五位是中国铁路学科的领军人物,所以高温超导磁悬浮列车诞生在这里也就不足为奇了。
超导磁悬浮列车是我国自主研发设计的,标志着我国在高温超导磁悬浮工程研究上实现了从无到有的突破。
作为现代高科技轨道交通,高温超导磁悬浮列车哪里有这么强大?
我们从“高温”和“超导体”的名称来解读。
“超导性”的概念最早是由荷兰科学家昂纳斯在1911年测量水银电阻率时发现的。当水银的温度降到零下269度时,水银的电阻神奇地消失了,这是人类发现的第一个超导体。
加热材料不仅限制了应用领域,也限制了设备的性能。如果使用热点极低甚至没有热量的材料,电阻会在极低的温度下消失,那么它们就是超导体。
超导体可以使电流在内部无限循环,从而产生磁场和抗磁性。
那么,磁场和抗磁性的作用是什么呢?当你把一个小磁铁放在锡板上,放在-269℃时,锡的电阻会完全消失,变成抗磁性的超导体。
在变成超导体的锡制托盘里,磁铁一开始被排斥,然后它会适应,然后慢慢漂浮,漂浮在吸盘上,就像被施了魔法一样。磁悬浮主要由悬浮系统、推进系统和制导系统组成。在目前的设计中,这三个功能都是靠磁力来完成的。
先说“高温”。这个“高温”并不代表温度真的很高,而是很低。正如我们上面所说,当某些金属的温度下降到-269度时,电阻就会消失。
后来,科学家发现,氧化铜等材料如果放在零下196度的环境中,也会出现超导性,温差为“高温”。
虽然都涨到了百度零下,但是你不能低估温度已经升高了。零下269度的超导体需要使用昂贵的液氦。
用廉价高效的液氮可以获得零下196度的超导体。例如,它比矿泉水便宜。
它的优点是什么?
第一,节约能源。因为高温超导磁悬浮列车,不需要使用油气等自然资源,更不用充电,只需要使用液氮作为动力。但是100公里只消耗很少的液氮,可以说是真正的节能环保。
第二,安全。有些人可能会质疑在这么高的速度下是否容易发生事故。它比任何其他交通工具都安全。高温超导体的磁迹和反磁力使火车能够漂浮,其中还有一种叫做“钉扎力”的东西。
它可以防止火车脱轨并造成事故。无论它如何偏离轨道,这种“牵制力”都会自动将列车拉回轨道。可以说,高温超导磁悬浮列车比你走路还安全。
第三,省钱。总有人觉得高科技的东西越多越贵。事实上,这种观点恰恰相反。越是高科技的东西,它的理想就是省钱省成本。
如前所述,液氮的成本非常便宜。另外主要列为磁悬浮,与轨道没有接触,所以没有损耗,成本自然会下降。当然,车价会更便宜。
最后一个是我们最关心的。什么时候能上高温超导磁悬浮列车?
西南交通大学这次展示的只是高温超导磁悬浮列车的雏形,但重要的是它不是概念车,也不仅仅是一个概念。接下来只需要大量的测试来填写数据,然后样车就可以成为正式投入使用的车辆。
如果把高温超导体磁悬浮列车的问世之路分为十步,那么中国已经实现了第七步。剩下的两步只需要数据补充。
我们科学家的真正目的是发展“超级高铁”,也就是“真空管道加磁悬浮列车”。它的速度可以达到每小时1000公里。也许在未来十年,我们可以看到高铁比飞机更快。