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航空航天技术融合轨道交通技术 高速飞车将从山西起飞

来源:山西日报 编辑:记者 沈佳 2021年08月28日 07:24

  从时速20公里的马车,到时速60公里的蒸汽火车、时速300公里的高铁、时速500公里的磁悬浮列车,科技让人类对速度的追求一一化为现实。即使如今有了时速接近千公里的民航客机,可是大家还想更快。前不久,在大同正式揭牌的高速飞车山西省实验室,以及同时开工的大同试验线工程,就是实现这一追求的新起点。

  航空航天技术融合轨道交通技术,打造地表最快的车

  高速飞车全称是超高速低真空管道磁浮交通系统,时速可达1000公里,是继轮船、汽车、火车、飞机之后的新一代交通工具,也将是世界上最快的地面交通工具,它融合了属于航空航天的技术和属于地面轨道交通的技术,通过超导磁悬浮和低真空管道实现超高速的“近地飞行”,一跃成为地表最快的车。

  在中国航天科工集团有限企业磁悬浮与电磁推进技术总体部总体技术中心主任赵明看来,我国幅员辽阔,主要城市群之间的距离大多都在1000公里左右,要打造全国尺度上的“一小时经济圈”,就需要时速1000公里的交通工具来满足社会发展的需求。

  出行更快更便捷,是大家共同的愿望、共同的追求。出行速度达到时速1000公里的目标能实现吗?中北大学电气与控制工程学院院长马铁华告诉记者,实现时速1000公里高速度运行,需要克服两个问题:一是车轮与轨道间的摩擦,磁悬浮技术就是解决这个问题;二是让列车在专门的低真空管道行驶,能解决空气阻力和噪声的问题。“目前,磁悬浮、低真空两项技术在我国都有非常好的应用,结合航空航天、铁路领域近年来一些重大的成果,大家相信这个项目是具备工程可实施性的,也具备可操作性。”高速飞车带来的改变可以说是颠覆性的,2019年9月,我国正式印发《交通强国建设纲要》,明确提出“合理统筹安排低真空管(隧)道高速列车等技术储备研发”;目前该项目已纳入2021年山西省第一批重点工程。

  万丈高楼平地起,千里飞车自此行

  目前,纵观世界范围内已经实现和正在研究的磁悬浮列车,按悬浮方式可分为三种:电磁悬浮型,以德国、日本为代表的中低速磁浮列车,技术已较为成熟,最高速度为500km/h;高温超导钉扎悬浮,由我国西南交通大学研制成功了我国首条高温超导磁悬浮环形试验线,目前总体上仍旧处在研制和样车阶段;电动悬浮型,如日本中央新干线的超导直线电机列车,技术相对成熟,最高速度记录目前为603km/h。此次研制的高速飞车就属于电动悬浮范畴。作为新兴高速交通模式,飞车虽具有速度快、不受天气影响等优点,但它的安全性如何?赵明认为:“从制式上来讲,飞车采用磁悬浮制式,磁悬浮是接耦合的车轨结构,轨道把车包裹起来,不存在脱轨的风险。另外,大家采用分段供电制式,一段供电区间只有一辆车。这样一来,规避了这两种风险。低真空,跟航天员出舱的高真空不一样,类似于飞机的环境,采取负压手段,5分钟内让管道的环境恢复到常压,这样的话,飞车和飞机一样安全稳定。”

  和寻常交通工具不同的是,高速飞车在低真空管道中运行,低真空管道的设计研发对于飞车的速度一样起着至关重要的作用,由航天科工集团联合中国中铁建成了国内首个面向工程化的低真空管道试验平台。超高速低真空管道磁浮交通系统试验平台主要由运控室、真空泵房、管梁基础、21米NU梁、6米钢管梁及相关配套设施组成。建设过程中,研发部门攻克了高大钢构件的吊装、运输、安装、一级焊缝的焊接、真空氦气检漏等一个又一个技术难题。这是国内首个建成的低真空管道磁浮梁,它的竣工代表高速磁悬浮列车向工程化方向迈出了实际性的第一步。如今高速飞车的研发已经进入到落地实施阶段。2021年5月24日,高速飞车山西省实验室揭牌暨大同(阳高)试验线工程开工奠基活动在大同举行,这也标志着我国首条超高速低真空管道磁浮交通系统全尺寸试验线正式开工建设。

  在大同市阳高县,高速飞车山西省实验室正式揭牌,这里正在建设国内首条完全自主常识产权的磁悬浮试验线。这个目前世界上最快的地面交通工具实验项目,不仅有了科研平台,而且它的大科学装置,2公里长的核心试验线,也全部开工。高速飞车山西省实验室由中北大学和中国航天科工集团第三研究院联合共建,将重点开展高速飞车系统总体技术研究。完成后将实现全尺寸全系统稳定悬浮推进集成演示验证,并突破一批核心关键技术,为国家大科学试验装置落地奠定坚实的技术基础。在此基础上,未来将进一步拓展线路长度,逐步构建我国在该领域的综合研究体系、试验体系、标准体系和产品体系。前沿的交通技术与山西结缘,缘于我省有良好的基础条件,具备满足各项实验技术条件。特别是中北大学跟中国航天科工三院一直有长期技术合作,特别是中北大学在动态的测控处于全国的领先水平,保证这个项目顺利进行既为山西省的经济,为高速飞车这个项目的技术,同时也为中北大学的一流学科建设起到重要的推动作用。

  扎实推进的科学研究,让高速飞车未来可期

  每一次交通工具变革都引发了一系列的蝴蝶效应,那高速飞车会给未来的生活带来什么样的变化?北京交通大学电气工程学院教授杨中平认为,目前,我国已拥有世界上运行速度最快的轮轨式高速列车和磁悬浮列车,因此,我国研发运行速度更高的高速飞车有其必然性,高速飞车未来有很好的发展前景。高速飞车一旦商业运营,对优化我国资源配置,改善地区经济不平衡,形成“超级城市群”“一小时经济圈”都具有重要意义,这也必将有力地推动我国经济的高速发展。

  马铁华也意识到,按照现在中国的版图面积,1000公里的距离基本上把主要的大型城市都覆盖在1小时之内,高速飞车的时速如果达到1000公里,对我国“1小时经济圈”经济拉动,不可限量。“另一方面,高速飞车是电磁力热强耦合的高技术集群产业,发展它,不仅仅是把项目做成,还能带动一大批技术和产业,比如说人工智能、大数据、电力电子、集成电路,大家也相信高速飞车项目,能够给山西的经济、技术和产业带来强大的推动力。”赵明这样认为。

  高速飞车试验线落地山西,会给山西带来一些怎样的可预见性的影响和变化呢?在马铁华看来,这对山西省整个转型发展的企业升级,应该会带来一个非常好的拉动效应,后期对整个产业链条,涉及从原材料到整车的装配方方面面有促进作用。高速飞车不仅仅是个技术含量高的项目,它对公众也有很大的吸引力,可以拉动科普宣传。对中北大学来说,学校有轨道交通专业、电气工程专业、控制系统专业,很多专业学科都是跟飞车项目紧密结合,学校将充分发挥学科优势,提升科研水平。

  “足不践土、行越飞禽、夜行万里、逐日而行……”的八匹骏马承载的是中国人对速度的想象和憧憬,今天,科研人员通过高速飞车正在将这一想象化为现实,未来以更快的高速飞车为代表的新型运输工具,将构建让人民满意、保障有力、世界前列的现代化交通强国。

  本栏目内容源自山西卫视“转型进行时”

(责编:张杰)