12月8日，由中國(guó)鐵建鐵四院設(shè)計(jì)施工總承包的湖南長(zhǎng)沙中低速磁浮鐵路工程全線疏散平臺(tái)鋪架完畢，將于近期開(kāi)通試運(yùn)行。

每當(dāng)中國(guó)取得技術(shù)突破之際，總有人會(huì)拿外國(guó)最先進(jìn)的技術(shù)與之相比較。誠(chéng)然中國(guó)目前在磁懸浮列車(chē)方面的技術(shù)成果和德國(guó)、日本依舊有一定差距，但已經(jīng)取得的進(jìn)步是顯而易見(jiàn)的。

另外，就下一代軌道交替而言，磁懸浮并非唯一的選擇，長(zhǎng)沙磁浮工程的意義更多的是技術(shù)儲(chǔ)備和技術(shù)驗(yàn)證，以及積累運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，是國(guó)家兩條腿走路的具體體現(xiàn)。

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磁懸浮技術(shù)基本原理

磁懸浮列車(chē)能抵抗地球引力，懸浮于軌道上，根據(jù)工作原理不同，可以分為常導(dǎo)電磁吸引式懸浮和超導(dǎo)推斥型懸浮。

常導(dǎo)電磁吸引式磁懸浮是電磁力主動(dòng)控制懸浮，由車(chē)上常導(dǎo)電流產(chǎn)生的電磁吸引力，吸引軌道下方的導(dǎo)磁體，使列車(chē)浮起，再由直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)。具體來(lái)說(shuō)，就是對(duì)置于導(dǎo)軌下方的懸浮電磁鐵線圈提供電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)，使之與軌道上的鐵磁性導(dǎo)軌相互作用，利用他們之間的電磁吸力，使列車(chē)懸浮至一定的高度。

但由于電磁吸引力與氣隙大小近似成平方反比的非線性關(guān)系——?dú)庀稖p小會(huì)使電磁吸力增大，導(dǎo)致氣隙進(jìn)一步減??；而氣隙增大則使電磁吸力減小，導(dǎo)致氣隙進(jìn)一步增大。因此，這種懸浮系統(tǒng)本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，加上這種列車(chē)懸浮的高度約10mm，必須通過(guò)精確快速的反饋控制，才能保證列車(chē)可靠穩(wěn)定地懸浮。德國(guó)的TR型磁懸浮列車(chē)就是電磁吸力型懸浮的典型代表。

超導(dǎo)推斥型磁懸浮列車(chē)是利用同性磁極之間相互排斥的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛懸浮的，其原理是在磁懸浮列車(chē)的車(chē)體上安裝超導(dǎo)線圈或永磁，而在軌道上分布有按一定規(guī)則排列的8字形線圈，當(dāng)列車(chē)以一定速度前進(jìn)時(shí)，超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)就在軌道的8字形線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大電磁場(chǎng)，在8字形下半環(huán)中形成推斥磁場(chǎng)——上半環(huán)中形成吸引磁場(chǎng)，使列車(chē)懸浮。這種磁懸浮列車(chē)的超導(dǎo)系統(tǒng)電磁力強(qiáng)大，可使列車(chē)懸浮100mm，但超導(dǎo)技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，并需屏蔽發(fā)散的強(qiáng)磁場(chǎng)。

由于抵抗地球引力的根源在于感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與超導(dǎo)線圈的磁場(chǎng)相互排斥而產(chǎn)生排斥力，因而列車(chē)速度愈大這個(gè)排斥力就愈大，當(dāng)速度超過(guò)一定值時(shí)，列車(chē)就脫離路軌表面而實(shí)現(xiàn)懸浮。因此，超導(dǎo)推斥型磁懸浮列車(chē)往往是高速磁懸浮列車(chē)，日本山梨線的MLU型車(chē)即為超導(dǎo)推斥型磁懸浮列車(chē)的代表。

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磁懸浮列車(chē)為何敗于高鐵

上世紀(jì)90年代，新建高速鐵路成為業(yè)界共識(shí)，但在技術(shù)產(chǎn)生了分歧，磁浮派認(rèn)為磁懸浮列車(chē)代表著未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，輪軌派認(rèn)為新建高鐵才是當(dāng)務(wù)之急。在此背景下，兩派各建一條鐵路，一條是上海龍陽(yáng)路至浦東機(jī)場(chǎng)的磁懸浮實(shí)驗(yàn)線，另一條是秦沈客運(yùn)專線。

上海磁懸浮實(shí)驗(yàn)線于2002年底通車(chē)，而秦沈客運(yùn)專線于2003年初開(kāi)始試運(yùn)行，在“中華之星”270公里時(shí)速動(dòng)車(chē)組夭折之后，磁懸浮列車(chē)和高鐵并未分出高下。

2006年，京滬高速鐵路與滬杭磁懸浮交通項(xiàng)目的項(xiàng)目建議書(shū)先后獲批，京滬高鐵順利建成，而滬杭磁懸浮卻不見(jiàn)蹤影。這當(dāng)中既有決策者在技術(shù)選擇上趨于保守，也有高鐵可以兼容現(xiàn)有的鐵路網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，還有磁懸浮在造價(jià)方面數(shù)倍于高鐵的因素。

從事后諸葛亮的視角去看，選擇高鐵未必不是明智之舉：

就造價(jià)而言，當(dāng)年的京滬磁懸浮報(bào)價(jià)是4000億人民幣，而高鐵報(bào)價(jià)約1300億，雖然實(shí)際造價(jià)達(dá)2200億，但比起磁懸浮4000億人民幣的報(bào)價(jià)而言（如果實(shí)際建造的話，造價(jià)可能會(huì)高于4000億），依舊具有成本優(yōu)勢(shì)。

由于高鐵可以兼容現(xiàn)有軌道網(wǎng)絡(luò)，普通機(jī)車(chē)也能跑高鐵的線路，而磁懸浮列車(chē)只能跑專線；一條高鐵線路可以跑多列列車(chē)，而磁懸浮只能跑單列……在運(yùn)營(yíng)成本方面，高鐵的成本要大幅低于磁懸浮列車(chē)，由于京滬磁懸浮僅僅存在圖紙上，就只能以建成的上海磁懸浮實(shí)驗(yàn)線為例。上海磁懸浮實(shí)驗(yàn)線全程29.8公里，即使在票價(jià)高達(dá)數(shù)十元且次次滿載，也很難收回運(yùn)行成本，據(jù)估算，若要收回成本票價(jià)應(yīng)該為240元左右。而從溫州到上海，若乘高鐵二等座，票價(jià)也不過(guò)226元。

當(dāng)高速磁懸浮列車(chē)在制動(dòng)時(shí)，磁懸浮列車(chē)的頻率與人體頻率相近，會(huì)引起人體的共振，而五臟六腑與列車(chē)共振顯然不會(huì)是令人愉悅的感受。在舒適度方面，高鐵雖然在很多情況下，未必優(yōu)于磁懸浮列車(chē)，但不會(huì)出現(xiàn)因列車(chē)制動(dòng)，引發(fā)人體共振的情況。

在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面受制于人也是關(guān)鍵因素。由于中國(guó)只在中低速磁懸浮列車(chē)技術(shù)上擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而引進(jìn)的高速磁懸浮產(chǎn)權(quán)主要在德國(guó)，若選擇磁懸浮列車(chē)，那中國(guó)上萬(wàn)公里的鐵路都將受制于人，在建設(shè)、維護(hù)、運(yùn)營(yíng)等方面將被外商無(wú)限抽血。而高鐵中國(guó)具有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，選擇高鐵不僅免于受制于人，還使南車(chē)、北車(chē)茁壯成長(zhǎng)，將西門(mén)子、阿爾斯通、龐巴迪等昔日的老師逐一超越。

此外，磁懸浮列車(chē)車(chē)速定位比較尷尬——磁懸浮列車(chē)在車(chē)速上不比高鐵快多少，但卻比下一代軌道交通系統(tǒng)慢了五倍左右——中國(guó)正在研發(fā)的下一代真空運(yùn)輸系統(tǒng)理論時(shí)速達(dá)2900公里，甚至在理論上有提速到5000公里極限時(shí)速的潛力。據(jù)了解，該系統(tǒng)采用真空管道技術(shù)，而且在這兩年進(jìn)步很快。

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長(zhǎng)沙磁浮工程的意義

長(zhǎng)沙磁浮工程全線長(zhǎng)18.5公里，完成投資約35億元，最高時(shí)速100公里，乘客從長(zhǎng)沙高鐵南站搭乘磁浮列車(chē)，只需約10分鐘即可到達(dá)黃花機(jī)場(chǎng)。該工程最大的亮點(diǎn)是中國(guó)首條自主研發(fā)的磁懸浮線（向中車(chē)和中南大學(xué)致敬），使用中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)公司自主研發(fā)生產(chǎn)的中低速磁浮列車(chē)“追風(fēng)者”。該款列車(chē)于2012年1月誕生，多項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，中國(guó)也由此成為世界少數(shù)幾個(gè)掌握中低速磁懸浮列車(chē)技術(shù)的國(guó)家之一。

相對(duì)于發(fā)揮類似于輕軌的實(shí)際作用，長(zhǎng)沙磁浮工程更像是花小錢(qián)賺吆喝，順帶做磁懸浮技術(shù)儲(chǔ)備和技術(shù)驗(yàn)證。另外，在實(shí)現(xiàn)列車(chē)能夠懸浮之后，列車(chē)能高速行駛就必須依賴另一項(xiàng)技術(shù)——直線電機(jī)，而該技術(shù)也可以被用于航母電磁彈射。

雖然電磁彈射器的直線電機(jī)與磁懸浮列車(chē)用的直線電機(jī)有一定區(qū)別——磁懸浮列車(chē)的直線電機(jī)大多做勻速工作，而電磁彈射器卻是加速度工作。電磁彈射器的感應(yīng)動(dòng)子比較短，而含有線圈的定子長(zhǎng)；磁懸浮列車(chē)的直線電機(jī)帶線圈定子短，而動(dòng)子很長(zhǎng)……但最基本的原理是相通的。

直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。

日常所見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)都是旋轉(zhuǎn)型的，它是由定子包圍著圓筒形的轉(zhuǎn)子，當(dāng)通過(guò)三相交流電的時(shí)候，定子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)因感應(yīng)在轉(zhuǎn)子中流過(guò)電流，而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流與定子磁場(chǎng)作用從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。

而直線電機(jī)可以看成是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開(kāi)，并展成平面而成。對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的部分叫初級(jí)，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的部分叫次級(jí)。在初級(jí)繞組中通多相交流電，便產(chǎn)生一個(gè)平移交變磁場(chǎng)稱為行波磁場(chǎng)。在行波磁場(chǎng)與次級(jí)永磁體的作用下產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的直線運(yùn)動(dòng)。相對(duì)于適用于磁懸浮列車(chē)的直線電機(jī)，電磁彈射所使用的直線電機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)是盡可能提高它的功率密度和能量效率，以及針對(duì)海洋環(huán)境的強(qiáng)悍適宜能力。

可以說(shuō)，電磁彈射器和磁懸浮列車(chē)所使用的直線電機(jī)在技術(shù)原理上具有相似性，磁懸浮列車(chē)技術(shù)的發(fā)展與電磁彈射器的進(jìn)步可以起到相輔相成的作用。因此，長(zhǎng)沙磁浮工程除了驗(yàn)證磁懸浮列車(chē)技術(shù)之外，還能對(duì)電磁彈射器的發(fā)展有一定促進(jìn)和借鑒作用。