悬浮成功！中国高温超导电动悬浮列车离我们越来越近了

近日，由中车长春轨道客车股份有限公司自主研制的国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行，标志着我国在高温超导电动悬浮领域实现重要技术突破。

此次悬浮运行对超导磁体、直线同步牵引、感应供电及低温制冷等超导电动磁浮交通系统的关键核心技术进行了充分验证，为推动超导电动磁浮交通系统工程化应用奠定了坚实基础。

超导电动磁浮交通系统由车辆、轨道、牵引供电、运行通信等系统构成，适用于高速、超高速和低真空管道等运用场景，运行速度可达600km/h及以上。

首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行（图片来源：中车长春轨道客车股份有限公司）

高温超导电动悬浮全要素试验系统的基础原理是什么？这次运行具体是如何完成的？我们多久之后能坐上600km/h的超导电动磁浮交通系统？

高温超导的高，是相对低温超导来说的

超导是指某些物质在一定温度条件下（一般为较低温度）电阻降为零的性质。1911年荷兰物理学家H·卡茂林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K附近时突然进入一种新状态，其电阻小到几乎测不出来。他把汞的这一新状态称为超导态。以后又发现许多其他金属也具有超导电性。

随着技术的不断发展，工业界以及科学研究机构，诸如在电力电子器件、可控核聚变、医疗装置及大科学装置中都开始使用上了超导材料。

但低温超导的限制条件让温度成为超导技术发展的瓶颈，所以为了让超导材料更具实用性，人们开始探索高温超导。

中车长春轨道客车股份有限公司磁浮研究所悬浮技术研究室主任、中车资深技术专家李凯博士介绍，高温超导材料可在液氮温度（77 K/-196°C）以上转变为超导态，此时直流电阻率降为零，电流流经超导材料时不会产生电阻效应，不发生热损耗，因此可以承载更大的电流，从而可以利用其产生的超强磁场。

高温超导材料在液氮温区具有零电阻特性，但在高温超导电动悬浮全要素试验系统中设计的温区还是要比液氮温区低得多。李凯表示，这是因为温度越低，其载流能力越强，形成的磁场强度越大，因此这一系统设计的温区为35K，采用直接制冷的方式，装在绝热的真空容器当中。

虽然，只有4秒……

超导电动磁浮依靠车载超导磁体与地面“8”字形悬浮线圈相对运动，速度越快，形成的悬浮力越大，因此电动悬浮一般在较高速度下进行。但在悬浮系统设计时，从整个线路的投入和长度来考虑，研究团队希望在50km/h这一较低速度下实现电动悬浮，而这为悬浮系统的设计带来了诸多困难。为此，团队在悬浮力计算和系统顶层设计各方面都做了精确的验证。

在实验过程中，由牵引系统形成的行波磁场在轨道前端加速区域带动小车以1.2m/s2的加速度前进，最终在达到悬浮区前实现以50km/h的速度匀速进入悬浮区。悬浮区轨道比前端轨道下挖40mm，这也意味着列车悬浮所在的平衡高度为40mm。在轨道的末尾端为制动区，采用电制动和涡流辅助制动两种模式，保证车辆安全稳定停靠在指定区域。

李凯表示，整个悬浮区轨道长200米，运行过程看似简单，也只有4秒钟的时间，但实际上包含了很多迭代优化的设计工作。全要素试验系统也并不等同于工程化的状态，这一系统重点是为了推进关键技术研究，对与电动悬浮系统相关的计算模型进行验证和研发，进而为超导电动磁浮的发展提供应用及技术支撑。

时速600公里的“贴地飞行”还有多远？

就轨道交通应用而言，磁浮分为电磁悬浮、钉扎悬浮和电动悬浮三种制式。电磁悬浮制式以德国为代表，经过几十年时间的发展，我国上海机场线建立了世界上第一个磁浮商业化运行线路，列车运行稳定。

2021年1月13日，采用西南交通大学原创技术的世界首条高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在四川成都正式启用，它利用了高温超导块材的钉扎效应实现悬浮和导向。

而电动悬浮制式根据磁场来源不同，可分为永磁电动悬浮和超导电动悬浮。与超导电动悬浮相比，永磁电动悬浮系统相对简单，避免了超导材料带来的低温、高真空绝热等难题，但也会带来悬浮效果较弱、悬浮间隙较小的缺点。从70年代起，日本就转向了超导电动悬浮制式的研究，2015年日本的磁悬浮列车跑出了603km/h的载人运行世界纪录，目前，日本中央新干线就是采用超导电动悬浮技术进行建设，预计于2027年投入运行。

而我国由中车长春轨道客车股份有限公司自主研制的国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成的首次悬浮运行，是对车载高温超导磁体悬浮系统的设计方法、轨道系统包括无磁轨道梁，以及牵引运控系统、测速定位系统等全要素的核心技术全部进行了验证。

在此基础上，我国其实已经具备了设计工程样车的能力。下一步工作的重点将围绕高速悬浮工程样车开展方案设计，预计今年年底能完成一些部件的制造。李凯表示：“相信在不久的将来，大家一定能够坐上电动悬浮列车。”