2013年12月11日09:53
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日本磁懸浮中央新干線的研發(fā)耗時(shí)約50年，憑借500km的驚人時(shí)速與穩(wěn)定性，將其他國(guó)家遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在了身后。為了在2027年投入運(yùn)營(yíng)，終極超高速列車即將啟程。
繼新干線之后，還要建造1小時(shí)就能從東京到大阪的超高速鐵路！
距今大約50年前，東海道新干線開通在即、正在加緊建設(shè)時(shí)，日本的“鐵老大”國(guó)鐵公司為自己定下了新的目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)最高時(shí)速達(dá)到500km的超高速鐵路。當(dāng)時(shí)是1962年。
他們把目光瞄準(zhǔn)了“超導(dǎo)磁懸浮”。那時(shí)，超導(dǎo)現(xiàn)象在5年前，也就是1957年才剛剛得到理論解釋。
顛覆鐵軌配車輪的“鐵路”概念、使用“超導(dǎo)”這種夢(mèng)幻新技術(shù)開發(fā)劃時(shí)代的鐵路，這個(gè)夢(mèng)想一直從國(guó)鐵傳遞到了東海旅客鐵道（JR東海）公司，現(xiàn)在即將開花結(jié)果了。
JR東海準(zhǔn)備在2027年開通東京到名古屋的超導(dǎo)磁懸浮列車，在2045年實(shí)現(xiàn)到東京到大阪全線開通。9月18日，該公司向沿線地方政府送交了環(huán)境影響評(píng)測(cè)書，公開了路線和車站位置等信息。這個(gè)空前的超大型項(xiàng)目終于有實(shí)際動(dòng)作了。
日本政界傳出了要趕在2020年東京奧運(yùn)會(huì)舉辦之時(shí)開通的“磁懸浮期待論”。但是，9萬億日元的工程總投資全部由JR東海承擔(dān)，該公司社長(zhǎng)山田佳臣對(duì)此表示，“如果國(guó)家能夠提供考慮企業(yè)負(fù)擔(dān)的方案，我們?cè)敢饪紤]”。
利用超導(dǎo)磁鐵懸浮前進(jìn)
磁懸浮中央新干線利用的是“超導(dǎo)磁懸浮”這項(xiàng)尖端技術(shù)。車體在被稱作“導(dǎo)軌”的鐵軌上方懸浮行駛。首先會(huì)利用車輪起動(dòng)，在時(shí)速達(dá)到140km時(shí)上浮，最終達(dá)到500km的時(shí)速。簡(jiǎn)單來講，就是利用磁鐵同極相斥的斥力使車體上浮，利用馬達(dá)的原理實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。
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超導(dǎo)是金屬等物質(zhì)降低到一定溫度后電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁懸浮時(shí)，要把鈮鈦合金制成的線圈放在超低溫的密閉容器中，然后向容器內(nèi)填充液氦，當(dāng)溫度降至零下269度時(shí)，線圈將達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)。為了防止升溫，還要配備冷凍機(jī)。
線圈通入電流就變成電磁鐵，在通常情況下，一旦斷電，線圈的磁場(chǎng)也將消失，就不再具備磁鐵的功能。但處于超導(dǎo)狀態(tài)的線圈即使斷電，內(nèi)部依然有電流流通，而且，超導(dǎo)磁鐵的磁場(chǎng)高達(dá)永磁鐵的數(shù)十倍。磁懸浮中央新干線的車體與車體接合處的側(cè)面就安裝了這樣的超導(dǎo)磁鐵。
超導(dǎo)磁懸浮列車的行駛依靠“懸浮”、“導(dǎo)向”、“推進(jìn)”3個(gè)要素。具體來說就是使車體“懸浮”，“引導(dǎo)”其進(jìn)入恰當(dāng)位置以免碰撞導(dǎo)軌，利用線性馬達(dá)“推進(jìn)”，以500km的最高時(shí)速行駛。下面，就讓我們逐一分析這3個(gè)要素。
懸浮依靠的是車體上的超導(dǎo)磁鐵，以及在起到鐵軌作用的導(dǎo)軌側(cè)壁內(nèi)嵌的8字形“懸浮導(dǎo)向線圈”。
車體上的超導(dǎo)磁鐵接近懸浮導(dǎo)向線圈后，在電磁感應(yīng)的作用下，線圈將產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁場(chǎng)。借助側(cè)壁下方同極的斥力，以及來自側(cè)面的引力，車體將上浮在導(dǎo)軌上方約10cm處。隨著車體的移動(dòng)，懸浮導(dǎo)向線圈在電磁感應(yīng)的作用下將接連產(chǎn)生磁場(chǎng)，使車體保持懸浮狀態(tài)。
接下來是“導(dǎo)向”，是指讓車體穩(wěn)定保持在距離導(dǎo)軌下部約10cm、距離側(cè)壁約8cm的位置。車體中心上下左右的偏差必須控制在1日元硬幣（直徑20mm）的范圍內(nèi)，比普通的新干線還要穩(wěn)定。
穩(wěn)定的秘密在于側(cè)壁內(nèi)的懸浮導(dǎo)向線圈之間經(jīng)由線纜連接。車體如果向左右偏移，線纜中就會(huì)有電流流過。根據(jù)電流流向的不同，一側(cè)線圈將受到斥力，另一側(cè)線圈將受到引力，使車體回到中心位置。
最后是“推進(jìn)”。推動(dòng)車體前進(jìn)的動(dòng)力來自線性馬達(dá)。通常的馬達(dá)為圓筒形，是利用磁鐵的引力和斥力帶動(dòng)中軸旋轉(zhuǎn)，而線性馬達(dá)的構(gòu)造則是把圓筒切開攤平，無需轉(zhuǎn)軸即可獲得推進(jìn)力。
也就是說，嵌在導(dǎo)軌內(nèi)的“推進(jìn)線圈”通入電流后，相對(duì)于永磁鐵的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，車上的超導(dǎo)磁鐵是沿前進(jìn)方向移動(dòng)。速度控制是通過改變向線圈提供的電力的頻率實(shí)現(xiàn)的。
投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)，還將在超導(dǎo)磁懸浮特有的驅(qū)動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)上組合使用現(xiàn)行新干線的運(yùn)行系統(tǒng)、安全技術(shù)、以及地震檢測(cè)技術(shù)等。截至目前，2條實(shí)驗(yàn)線路已經(jīng)進(jìn)行了多次行駛試驗(yàn)。
1977年，磁懸浮中央新干線走出實(shí)驗(yàn)室，在行駛距離為7km的宮崎實(shí)驗(yàn)線上進(jìn)行了技術(shù)驗(yàn)證。在驗(yàn)證過程中，超導(dǎo)狀態(tài)突然消失的“失超”現(xiàn)象成為了一道技術(shù)難題。
失超是指在摩擦等產(chǎn)生的熱能的作用下，密封在密閉容器中的液氦漸漸漏出，導(dǎo)致超導(dǎo)狀態(tài)突然消失的現(xiàn)象。發(fā)生失超后，懸浮的車輛會(huì)徑直跌落到地面，非常危險(xiǎn)。
JR東海與合作企業(yè)集思廣益，通過改進(jìn)容器的剛性克服了失超現(xiàn)象。擔(dān)任JR東海磁懸浮開發(fā)本部副本部長(zhǎng)的該公司執(zhí)行董事寺井元昭透露，“返回頭來看，失超是碰到的最大障礙”。
從1997年開始，為了在更接近商業(yè)運(yùn)營(yíng)的條件下開展行駛試驗(yàn)，JR東海在山梨縣建設(shè)了42.8km長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)線。在山梨實(shí)驗(yàn)線上開展行駛試驗(yàn)之前，徹底解決了失超等技術(shù)問題。借助這些努力，直到現(xiàn)在，在山梨實(shí)驗(yàn)線上進(jìn)行的行駛試驗(yàn)全都一帆風(fēng)順。
當(dāng)然課題依然存在。磁懸浮的成本高于現(xiàn)有的新干線，JR東海也表示，“單靠磁懸浮中央新干線無法盈利”。其中，地下深挖的隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的施工成本負(fù)擔(dān)尤其大。車體成本也高于普通新干線。
還有觀點(diǎn)把矛頭對(duì)準(zhǔn)了耗電量。按照二氧化碳排放量比較的話，雖然磁懸浮中央新干線只有飛機(jī)的1/3，但卻是現(xiàn)有新干線的4倍左右。技術(shù)人員在節(jié)能方面還需要繼續(xù)努力。
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