潮人新知｜它重新整理磁懸浮技術新高度：不耗電，只用“土”，出軌率還為零

文/克莉斯汀

8月9日上午九點，由中鐵六院集團作為專案設計、採購、施工一體化總承包聯合體牽頭單位完成的國內首條永磁磁浮空軌試驗線——“紅軌”，在江西贛州興國縣順利竣工。

由此，我國已成為世界上第三個掌握空軌技術的國家。同時，中國也是世界上磁懸浮專利佔比最多的國家。

你或許想不到，這趟永磁磁懸浮列車的建設成本每公里便接近億元人民幣，卻始終無法替代普通地鐵，成為大規模、大流量的交通運輸工具。

但我們更需要了解的是，這是一種新制式軌道交通，將進一步完善綜合交通網路，也將大大降低環境汙染和地球上的碳排放。

稀土合金降低成本，新制式軌道交通意義重大

“紅軌”試驗線處於革命老區“將軍縣”興國縣，因此被譽為“紅軌”。

磁浮列車則命名為“興國號”，車身由紅白相間的顏色組成，兩側車頭標有56顆星星，寓意為向“將軍縣”興國縣擁有的56位開國將軍致敬。

“紅軌”試驗線南起永豐站（高鐵興國西站）北至靜調庫。正線全長約800米，均為鋼構高架線。該磁懸浮列車採用兩車編組，載客能力為座席32個、定員88人，目前最高設計執行速度為每小時80公里。

其實中國的第一輛磁懸浮列車（買自德國）早在2003年1月已開始在上海磁浮線執行，到2015年10月又有了首條具有完全自主智慧財產權的國產磁懸浮線路——長沙磁浮線，2016年5月6日已開始商業試運營，該線路也是世界上最長的中低速磁浮運營線。

本次順利發車的“紅軌”試驗線，最特別之處則是，它實現了全世界首次將稀土永磁磁浮技術與空軌技術結合，建成一套中低速、中低運量的新制式軌道交通系統。

這套“磁浮+空軌”技術由江西理工大學於2014年首次提出並牽頭研發，2021年由中國中鐵下屬、中鐵六院、中鐵工業等企業承接該技術成果的落地轉化建設工程，我國具有完全自主智慧財產權。

目前全球現有的懸掛式導向運輸系統都採用膠輪進行承載和導向，之前上海懸浮交通、日本超導懸浮列車等則都是採用電磁懸浮，要靠複雜的一套控制技術來實現懸浮，一斷電就失去懸浮能力，不僅技術和運維難度都較大，耗能也大，屬於不穩定懸浮。

這次的“紅軌”則完全採用稀土永磁材料實現懸浮和導向，攻克了電磁懸浮存在的難題。

最特別的是，它採用的永磁體是釹鐵硼合金，是一種適用於磁浮交通系統的稀土永磁合金材料，具有磁性強、磁性穩定、磁能分佈合理等特點，且稀土元素釹、硼自然儲量丰度高，因而大大降低了成本。

江西贛州號稱“稀土王國”，是我國三大稀土生產基地之一，年產出全球70%的中重稀土資源，因此這列稀土永磁磁浮列車選在江西首發自有道理。而稀土永磁磁浮列車的應用，將對我國稀土產業的應用模式市場推廣具有重要意義。

集多項智慧於一身，將出軌率、追尾率降為零

根據磁懸浮原理，一般將主要磁懸浮技術分為永磁懸浮、電磁懸浮、電動懸浮和超導釘扎懸浮。

其中電磁懸浮和電動懸浮技術應用已達到較高的成熟度；高溫超導釘扎懸浮起步較晚，目前仍處於實驗室研究和工程化樣車研發階段；而“紅軌”所用到的永磁懸浮技術正是當下的研究重點。

“紅軌”試驗線無需用電即能將列車懸浮，相當節能、環保。

其製造材料也在材料領域有新突破，不僅可以實現迴圈利用，還製造出體積小、磁能密度大、有足夠懸浮力且經濟性好的永磁體。因此該永磁磁浮空軌專案探索了一種能夠適應複雜地形的中低運量、個性化、智慧化交通運輸方式。

很多人第一眼看到“紅軌”都有點心驚膽戰，因為與之前我們所看到的懸浮列車不同，“紅軌”的車廂是倒掛在浮軌之下的，就好像我們在遊樂園裡坐的“過山車”。

實際上，基於成熟的空軌體系的“紅軌”安全又環保，它採用獨創的列車走行系統，將走行結構包裹在軌道梁內，克服了缺少硬約束和永磁體懸浮力不可控的難題，實現了列車行走過程中懸浮導向的平穩協同控制，行駛較之前的設計更安全，甚至號稱“將出軌率、追尾率降至為零”。

它同時還配備了多項智慧技術，不僅開拓了獨立於常導懸浮和超導懸浮之外的磁懸浮技術新體系系統，還應用了無人駕駛、北斗定位、5G通訊、感測融合、多目標智慧規劃等新興資訊科技，實現無人駕駛的同時也可以給乘客提供豐富的在途資訊服務。

種種優勢都顯示，它勢必將引領我國新制式、接入級軌道交通翻開嶄新的一頁。

永磁懸浮空軌並不能完全取代地鐵

目前，永磁懸浮空軌工程驗證已成功完成，在進一步最佳化“車-軌道-磁軌”的匹配，以及耦合關係研究後，即可大規模應用。

而且此次稀土永磁磁懸浮試驗線的成本優勢明顯——和地鐵、城際鐵路及其他懸掛式系統相比，稀土永磁磁浮列車的成本僅為輕軌的1/2左右，每公里建設成本小於1億元，是如今中高速磁浮交通系統成本的1/3，未來如果規模化，其成本應該還會更低。

但部分專家認為，它仍不會取代地鐵等基礎公共交通運輸工具，而只是與地鐵、輕軌互為補充——畢竟地鐵仍是大運量軌道交通，能最大化地保證主幹交通網的大客流量運輸；而永磁磁浮空軌目前仍屬於中小運量交通模式，因此目前只可作為地鐵的補充，進一步完善綜合交通網路。

那為什麼我們還要大力研發磁懸浮技術呢？這主要是因為磁浮交通系統與傳統的輪軌列車系統相比，具有一些非常顯著的優勢。

比如磁懸浮列車與軌道之間沒有接觸，減少摩擦損耗，意味著更低的環境汙染和碳排放，同時可減少維護成本；

另外，磁懸浮列車沒有車輪，且齒輪、聯軸器、車軸、軸承等機械傳動結構與傳統輪軌列車相比更少，所以質量較輕，增加了有效質量比，也降低對軌道和橋樑的強度要求；而且磁懸浮列車相對來說爬坡能力更強，具有更好的地形適應性。

未來的磁懸浮，形式可能會更多樣

將磁懸浮運用在交通運輸上，的確大大地提升現有的運輸速度與能力，而研究者們顯然並不滿足於這些。

2013年，美國人提出了一種Hyperloop概念，旨在設計一種時速可達1200公里的超高速度、遠距離並具有真空管道特徵的交通運輸系統。

這種超高速磁懸浮真空管道運輸引起了全球的“超級高鐵”的研究熱，據知，中國、美國、德國、荷蘭、加拿大、西班牙、韓國等國已紛紛加入這場速度競賽。

磁懸浮技術已經可以消除所有機械接觸，即消除了摩擦力，如果再透過真空管道將空氣阻力也減到最小，或許將這種交通工具的速度更進一步提升也不無可能——從理論上來講，在這樣的環境條件下，一輛列車的速度甚至可以達到亞音速，甚至是超音速。

目前，我國便有一個由西南交通大學牽頭的“多型耦合軌道交通動態試驗平臺”專案已啟動，計劃於2023年建成一個1620米長、最高試驗速度達每小時1500公里的多型耦合軌道交通動態試驗平臺，其試驗結果值得期待。

或許你還在身邊發現過一些磁懸浮技術帶來的神奇：上網就能買到的磁懸浮滑鼠墊、像飛碟一樣懸浮在空中的磁懸浮HiFi音響、磁懸浮書架……

蔡雨晨設計了一款命名為“浮舟”的磁懸汽車

最近，還有人換上了一顆磁懸浮心臟——一款Corheart 6植入式左心室輔助裝置，作為目前全球尺寸最小、重量最輕的磁懸浮離心式人工心臟，在裝置可靠性、血液相容性、感染風險防控等效能上都表現出色，已達到臨床應用要求，開始救助那些有需要的病患。

早前，一位90後天才少女蔡雨晨還設計了一款命名為“浮舟”的磁懸汽車，靠底盤的電磁力行駛，能360°無死角旋轉，還能實現無人駕駛，在國際新概念汽車設計大賽上一舉奪冠。

磁懸浮技術還將帶來無限想象空間，期待我們去發現。

【連結】磁懸浮的“前世今生”

丹麥物理學家、化學家和文學家漢斯·克里斯蒂安·奧斯特首先發現了載流導線的電流會產生作用力於磁針，使磁針改變方向。

正是這個發現引發了眾多科學家對電磁現象的研究，從而推動了電磁學革命。後人為紀念他，將磁場強度的單位命名為“奧斯特”。

1820年7月21日，奧斯特發表了《關於磁體周圍電衝突的實驗》一文，認為在通電導線周圍發生一種“電流衝擊”，磁性粒子會被帶動，併發生偏轉，指出存在一種電磁關係。

該論文發表後，促進了安培對電磁力的研究，並導致了畢奧-薩伐爾定理的發現及一系列與磁關係的發現和電磁鐵的問世。再後來，法拉第的研究終於發現推動世界的電磁感應。

電磁感應的研究成果在1831年才順利公佈於世，十年後的1842年，英國物理學家塞繆爾·恩紹便提出了磁懸浮的概念。

責編 | 易芝娜