同樣是600公裡每小時磁懸浮,中國咋就比日本優秀呢?

幾十年來，我國道路交通基礎建設發生了翻天覆地的變化，四通八達的高速公路，「三橫五縱」的鐵路建設步伐威震四方。目前，除了出海成功而響噹噹的高鐵，那磁懸浮列車技術到底是不是世界領先呢？估計不少人心中犯嘀咕了，中國才幾條磁懸浮線啊？技術真的很牛？下面的內容將會給你答案。

其實進行磁懸浮列車技術研究的國家有中國、美國、英國、德國、法國、日本、加拿大、韓國、前蘇聯等。這麼多國家中，美國、法國、加拿大、前蘇聯以前都做過相關的試驗研究和論證，可惜的是由於各國的國情問題，最後被迫終止了研究和推廣。

英國其實是世界最早商業化運營磁懸浮列車的國家。早在1984年就建成了伯明罕機場到火車站的低速磁懸浮列車，不過只有可憐的620米，而且最高速度只有50Km/h，運行時間才1分半。旅客上去一會就下來了，意猶未盡。過了12年後，由於磁浮車頻繁的故障率，讓英國焦頭爛額，無奈關停了。

英國磁懸浮

日本在這方面的技術沉澱是名列前茅的，而且特別擅長超高速磁懸浮技術的研究和應用，至今有60年的研究歷程。早在1997年，開發的新型低溫超導磁懸浮列車MLX01型號，在試驗時達到了550Km/h的速度，刷新了地面載人運行的世界紀錄，後來出了L0超導系列，又再次以603Km/h的速度刷新紀錄。此外，其開發的低速磁懸浮HSST系列速度110Km/h也已經達到了商業化水平。

日本高速磁懸浮

其實，世界上第一項有關磁懸浮技術的專利是德國人在1922年提出來的。但是直到20世紀60年代德國才開始正真起步。從1969年建造的第一臺常導型磁懸浮試驗模型開始，之後一直由德國科技巨頭蒂森克虜伯主導開發TR系列常導磁懸浮列車。不幸的是，由於2006年試驗時發生了一次重大的傷亡事故，直接導致23人死亡，從此磁懸浮不安全和性價比低的種子就在德國人心中發芽。至此，磁懸浮的研究及推廣戛然而止，蒂森克虜伯也宣布退出該項目。

德國磁懸浮事故

然而這項技術賣給了我們中國。中國的第一條磁懸浮線在2003年的上海誕生，從浦東國際機場到龍陽路的TR-08常導磁懸浮列車，總投資89億，約31公裡，最高運營速度為430Km/h。當時中國引進上海這條線主要有兩層意思。第一，對京滬高鐵到底是否採用磁懸浮技術的論證，經過幾年商業運行和技術論證，磁懸浮以目前的技術在造價、速度和組網上沒有任何優勢，因而才有了之後的中國高鐵大軍的飛速發展。第二，站在巨人的肩膀上，開拓更高速的磁懸浮技術，填補高鐵和飛機運行速度之間的空白。時至今日，回首當時高層的決策，絕對是非常英明的，因為這兩點都成功了。最近在青島，由中車四方車輛有限公司自主研發的高速磁懸浮列車，以600Km/h的速度首次試跑成功。這條消息就是對第二點的響亮回應。

上海磁懸浮

說到中國的磁懸浮技術，至於它到底怎麼運行呢？結構又如何？可能不少人只知其一卻不知其二。我們知道如果把兩塊磁鐵北極相對，上面的磁鐵是無法穩定浮住的，所以這項技術似乎也沒有大家想得那麼簡單。

磁懸浮技術主要有兩種類型，第一種叫電磁懸浮EMS（又稱常導磁吸型），第2種叫電動力懸浮EDS（又稱超導磁斥型）。

EMS（左）與EDS（右）

德國在電磁懸浮EMS技術上相對比較成熟，主要以TR系列為代表，典型的應用案例就是上海浦東國際機場到龍陽路的磁懸浮列車，但它不是靠同性相斥懸浮起來，而是依靠電磁吸力。其最高速度也未超過500Km/h。

而電動力懸浮EDS呢，日本在這方面研究得比較深，以ML系列為代表，例如將在2027年開通的從東京，品川至名古屋的磁懸浮列車。它是依靠電動斥力將列車懸浮於空中並進行導向。最高運行速度已經超過600Km/h。以上兩者都是利用同步直線電機驅動前進。

常導型磁懸浮怎麼用電磁吸力來實現懸浮呢？

為了解決列車懸浮不穩定的問題，科學家們採用T型導軌結構，列車包裹著T型導軌，這種設計使得列車脫軌的可能性大大降低。在列車的下方分布著電磁鐵，當通電後，產生了磁場，列車就和上方的導軌相互吸引，在抵抗列車本身的重力後，達到平衡懸浮起來。然後通過位置傳感器，保持列車間隙在10mm左右。同時列車的兩側也安裝了引導電磁鐵，維持列車的穩定。

常導型磁懸浮結構

同步直線電機怎麼驅動列車前進的呢？

我們知道電動機是怎麼工作的，它是通過轉子導體切割定子繞組通電後的旋轉磁場，從而產生感應電動勢，迫使轉子導體發生旋轉。磁懸浮列車的驅動原理相當於把旋轉電機變成直線電機。定子平鋪在T型導軌上，轉子在列車底部。然後通過調整三相交流電的頻率和電壓，可以控制定子繞組的磁場的交變頻率和磁力大小。這樣不斷變換N極和S極，形成「行波磁場」，使列車異性相吸，同性排斥，持續快速地推動列車前進。

直線電機產生行波磁場

這樣解釋起來不知道大家理解了常導磁懸浮列車的原理沒有？中國正是採用這種技術，而且目前已經讓德國望塵莫及，因為速度已經發展到了600Km/h。至於另外一種電動力懸浮EDS（超導磁斥型）原理又有所不同，我會在後續文章裡介紹。

磁懸浮列車相比傳統接觸有軌列車，優勢也是有明顯的，速度快，運行成本和能耗低，磁場強度低，爬坡能力強。有相關數據指明，其最快可以接近600Km/h，比高速火車省電30%，每座每公裡的能耗僅為飛機的1/3。普通火車爬坡能力4%，磁懸浮可以達到10%。而且由於「抱軌」的結構優勢，磁懸浮出軌的可能性很小。此外，用分段供電，同一供電區間內只存在一輛列車行駛，所以基本無追尾的風險。

當然磁懸浮列車的缺點也非常明顯。造價非常高，常導型磁浮技術的單價約3億/公裡，對比高鐵1.3億/公裡的造價，足足相差了2.3倍。另外組網困難，磁懸浮基本是點對點的運輸方式。對於像日本這種超導型高速磁懸浮技術由於採用U型導軌的方式，存在脫軌的可能。不過中國是沿用了德國T型抱軌的技術，無脫軌的風險，這點絕對要比日本的優秀。

國內正常商業運營的磁懸浮線一個手掌就能數得過來：上海磁懸浮列車、長沙磁浮快線、北京地鐵S1線，分別於2003年，2016年，2018年開始運營。它們屬於中低速磁懸浮列車，時速都在400Km/h左右。有了以上幾條線的運營經驗和技術沉澱，估計中國以後的磁懸浮技術要往高速方向發展了，至少是600Km/h起步。這個技術方向的領先者除了日本就是咱們中國了。因此，中國的磁懸浮技術在世界上到底處於什麼地位？答案是領先的地位。

中國自主研發時速600Km/h磁懸浮

原中國鐵道部部長傅院士曾說，中國在軌道交通製造等領域已經從跟跑、並跑轉變到領跑階段，現在前面是無人區，要成為主導者，行業標準制定者，必須付出數倍的努力去進行基礎研究和創新研究。

2045年中國計劃是要進入交通強國的前列，完成全球化交通服務網絡的體系建設。以前在技術引進中，外國廠商通過控制核心技術和關鍵零部件掌握主動權，賺取高額的利潤。如今經過十幾年的自主攻關，中國已掌握了商用磁浮列車的系統集成技術與關鍵核心技術，建立了從技術研發、生產製造、試驗驗證，到商業運營的完全自主智慧財產權的商用磁浮體系。可以說2020年6月21日，中國自主研發的時速600Km/h的高速磁懸浮列車在上海同濟大學磁浮試驗線上試跑成功，將是中國步入新的高速軌道交通時代的一個裡程碑。