不知道你說的是汽車的懸浮系統還是

磁懸浮列車總概：

你一定聽說過磁懸浮列車吧，最近它的上鏡率可是居高不下，大家都在密切地關注著它的發展態勢。我們一直都在盼望著火車的提速，可經過幾輪的努力，卻總是達不到心中理想的標準，就拿作者本人來說吧，家住西安，距北京1000多公里，原先回家要17個小時，現在要14個小時，唉，只減少了區區3個小時，還要有難熬的一宿呀！可是你知道嗎？普通磁懸浮列車的時速就可以達到500公里/小時，那麼，回家就只需要不到3個小時，跟飛機差不多了！

其實，在本世紀五、六十年代，鐵路曾經被認為是一個夕陽運輸產業。因為面對航空、高速公路等運輸對手的強勁挑戰，它蝸牛般的爬行速度，已越來越不適應現代工業社會物流和人流的快速流動需要了。但七十年代以來，特別是近幾年，隨著鐵路高速化成為世界的熱點和重點，鐵路重新贏回了它在各國交通運輸格局中舉足輕重的地位。法國、日本、俄國、美國等國家列車時速由200公里向300公里飛速發展。據1995年舉行的國際鐵路會議預測，到本世紀末，德國、日本、法國等國家的高速鐵路運營時速將達到360公里。

但要使列車在如此高的速度下持續行駛，傳統的車輪加鋼軌組成的系統，已經無能為力了。這是因為傳統的輪軌粘著式鐵路，是利用車輪與鋼軌之間的粘著力使列車前進的。它的粘著係數隨列車速度的增加而減小，走行阻力卻隨列車速度的增加而增加，當車速增至粘著係數曲線和走行阻力曲線的交點時，就達到了極限。據科研人員推算，普通輪軌列車最大時速為350-400公里左右。如果考慮到噪音、震動、車輪和鋼軌磨損等因素，實際速度不可能達到最大時速。所以，歐洲、日本現在正執行的高速列車，在速度上已沒有多大潛力。要進一步提高速度，必須轉向新的技術，這就是超常規的列車－－磁懸浮列車。

儘管我們還將磁懸浮列車的軌道稱為"鐵路"，但這兩個字已經不夠貼切了。就拿鐵軌來說，實際上它已不復存在。軌道只剩下一條，而且也不能稱其為"軌道"了，因為輪子並沒有從上面滾過。事實上，磁懸浮列車連輪子也沒有了。"鐵路"上行駛的這種超級列車並沒有傳統意義上的牽引機車，它執行時並不接觸地面，只是在離軌道10釐米的高度"飛行"。

什麼是磁懸浮列車：

磁懸浮列車是一種採用無接觸的電磁懸浮、導向和驅動系統的磁懸浮高速列車系統。它的時速可達到500公里以上，是當今世界最快的地面客運交通工具，有速度快、爬坡能力強、能耗低執行時噪音小、安全舒適、不燃油，汙染少等優點。並且它採用採用高架方式，佔用的耕地很少。磁懸浮列車意味著這些火車利用磁的基本原理懸浮在導軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術利用電磁力將整個列車車廂托起，擺脫了討厭的摩擦力和令人不快的鏘鏘聲，實現與地面無接觸、無燃料的快速“飛行”。

稍有物理知識的人都知道：把兩塊磁鐵相同的一極靠近，它們就相互排斥，反之，把相反的一極靠近，它們就互相吸引。托起磁懸浮列車的，那似乎神秘的懸浮之力，其實就是這兩種吸引力與排斥力。

應用準確的定義來說，磁懸浮列車實際上是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮於空中並進行導向，實現列車與地面軌道間的無機械接觸，再利用線性電機驅動列車執行。雖然磁懸浮列車仍然屬於陸上有軌交通運輸系統，並保留了軌道、道岔和車輛轉向架及懸掛系統等許多傳統機車車輛的特點，但由於列車在牽引執行時與軌道之間無機械接觸，因此從根本上克服了傳統列車輪軌粘著限制、機械噪聲和磨損等問題，所以它也許會成為人們夢寐以求的理想陸上交通工具。

根據吸引力和排斥力的基本原理，國際上磁懸浮列車有兩個發展方向。一個是以德國為代表的常規磁鐵吸引式懸浮系統－－EMS系統，利用常規的電磁鐵與一般鐵性物質相吸引的基本原理，把列車吸引上來，懸空執行，懸浮的氣隙較小，一般為10毫米左右。常導型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400-500公里，適合於城市間的長距離快速運輸；另一個是以日本的為代表的排斥式懸浮系統－－EDS系統，它使用超導的磁懸浮原理，使車輪和鋼軌之間產生排斥力，使列車懸空執行，這種磁懸浮列車的懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達每小時500公里以上。這兩個國家都堅定地認為自己國家的系統是最好的，都在把各自的技術推向實用化階段。估計到下一個世紀，這兩種技術路線將依然並存。

磁懸浮列車的發展史：

磁懸浮列車是自大約200年前斯蒂芬森的“火箭”號蒸氣機車問世以來鐵路技術最根本的突破。磁懸浮列車在今天看似乎還是一個新鮮事物，其實它的理論準備已有很長的歷史。磁懸浮技術的研究源於德國，早在1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，並於1934年申請了磁懸浮列車的專利。進入70年代以後，隨著世界工業化國家經濟實力的不斷加強，為提高交通運輸能力以適應其經濟發展的需要，德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發達國家相繼開始籌劃進行磁懸浮運輸系統的開發。而美國和前蘇聯則分別在七八十年代放棄了這項研究計劃，目前只有德國和日本仍在繼續進行磁懸浮系統的研究，並均取得了令世人矚目的進展。下面把各主要國家對磁浮鐵路的研究情況作一簡要介紹。

日本於1962年開始研究常導磁浮鐵路。此後由於超導技術的迅速發展，從70年代初開始轉而研究超導磁浮鐵路。1972年首次成功地進行了2.2噸重的超導磁浮列車實驗，其速度達到每小時50公里。1977年12月在宮崎磁浮鐵路試驗線上，最高速度達到了每小時204公里，到1979年12月又進一步提高到517公里。1982年11月，磁浮列車的載人試驗獲得成功。1995年，載人磁浮列車試驗時的最高時速達到411公里。為了進行東京至大阪間修建磁浮鐵路的可行性研究，於1990年又著手建設山梨磁懸浮鐵路試驗線，首期18.4公里長的試驗線已於1996年全部建設完成。

德國對磁浮鐵路的研究始於1968年（當時的聯邦德國）。研究初期，常導和超導並重，到1977年，先後分別研製出常導電磁鐵吸引式和超導電磁鐵相斥式試驗車輛，試驗時的最高時速達到400公里。後來經過分析比較認為，超導磁浮鐵路所需的技術水平太高，短期內難以取得較大進展，遂決定以後只集中力量發展常導磁浮鐵路。1978年，決定在埃姆斯蘭德修建全長31.5公里的試驗線，並於1980年開工興建，1982年開始進行不載人試驗。列車的最高試驗速度在1983年底達到每小時300公里，1984年又進一步增至400公里。目前，德國在常導磁浮鐵路研究方面的技術已趨成熟。

與日本和德國相比，英國對磁浮鐵路的研究起步較晚，從1973年才開始。但是，英國則是最早將磁浮鐵路投入商業運營的國家之一。1984年4月，伯明翰機場至英特納雄納爾車站之間一條600米長的磁浮鐵路正式通車營業。旅客乘坐磁浮列車從伯明翰機場到英特納雄納爾火車站僅需90秒鐘。令人遺憾的是，在1995年，這趟一度是世界上唯一從事商業運營的磁浮列車在運行了11年之後被宣佈停止營業，其運送旅客的任務由機場班車所取代。

磁懸浮列車技術基礎：

磁懸浮列車主要由懸浮系統、推進系統和導向系統三大部分組成，見圖3。儘管可以使用與磁力無關的推進系統，但在目前的絕大部分設計中，這三部分的功能均由磁力來完成。下面分別對這三部分所採用的技術進行介紹。

懸浮系統：目前懸浮系統的設計，可以分為兩個方向，分別是德國所採用的常導型和日本所採用的超導型。從懸浮技術上講就是電磁懸浮系統（EMS）和電力懸浮系統（EDS）。圖4給出了兩種系統的結構差別。

電磁懸浮系統（EMS）是一種吸力懸浮系統，是結合在機車上的電磁鐵和導軌上的鐵磁軌道相互吸引產生懸浮。常導磁懸浮列車工作時，首先調整車輛下部的懸浮和導向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側的繞組發生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側向距離，實現輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導向。車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米，是透過一套高精度電子調整系統得以保證的。此外由於懸浮和導向實際上與列車執行速度無關，所以即使在停車狀態下列車仍然可以進入懸浮狀態。

電力懸浮系統（EDS）將磁鐵使用在運動的機車上以在導軌上產生電流。由於機車和導軌的縫隙減少時電磁斥力會增大，從而產生的電磁斥力提供了穩定的機車的支撐和導向。然而機車必須安裝類似車輪一樣的裝置對機車在“起飛”和“著陸”時進行有效支撐，這是因為EDS在機車速度低於大約25英里/小時無法保證懸浮。EDS系統在低溫超導技術下得到了更大的發展。

超導磁懸浮列車的最主要特徵就是其超導元件在相當低的溫度下所具有的完全導電性和完全抗磁性。超導磁鐵是由超導材料製成的超導線圈構成，它不僅電流阻力為零，而且可以傳導普通導線根本無法比擬的強大電流，這種特性使其能夠製成體積小功率強大的電磁鐵。

超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體並構成感應動力整合裝置，而列車的驅動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側，車輛上的感應動力整合裝置由動力整合繞組、感應動力整合超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成。當向軌道兩側的驅動繞組提供與車輛速度頻率相一致的時，就會產生一個移動的電磁場，因而在列車導軌上產生磁波，這時列車上的車載超導磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力，正是這種推力推動列車前進。其原理就像衝浪運動一樣，衝浪者是站在波浪的頂峰並由波浪推動他快速前進的。與衝浪者所面對的難題相同，超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題。為此，在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器，根據探測儀傳來的資訊調整的供流方式，精確地控制電磁波形以使列車能良好地執行。

推進系統：磁懸浮列車的驅動運用同步直線電動機的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就像是同步直線電動機的勵磁線圈，地面軌道內側的三相移動磁場驅動繞組起到電樞的作用，它就像同步直線電動機的長定子繞組。從電動機的工作原理可以知道，當作為定子的電樞線圈有電時，由於電磁感應而推動電機的轉子轉動。同樣，當沿線佈置的變電所向軌道內側的驅動繞組提供三相調頻調幅電力時，由於電磁感應作用承載系統連同列車一起就像電機的"轉子"一樣被推動做直線運動。從而在懸浮狀態下，列車可以完全實現非接觸的牽引和制動。

通俗的講就是，在位於軌道兩側的線圈裡流動的交流電，能將線圈變為電磁體。由於它與列車上的超導電磁體的相互作用，就使列車開動起來。列車前進是因為列車頭部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體（S極）所吸引，並且同時又被安裝在軌道上稍後一點的電磁體（N極）所排斥。當列車前進時，線上圈裡流動的電流流向就反轉過來了。其結果就是原來那個S極線圈，現在變為N極線圈了，反之亦然。這樣，列車由於電磁極性的轉換而得以持續向前賓士。根據車速，透過電能轉換器調整線上圈裡流動的交流電的頻率和電壓。

推進系統可以分為兩種。“長固定片”推進系統使用纏繞在導軌上的線性電動機作為高速磁懸浮列車的動力部分。由於高的導軌的花費而成本昂貴。而“短固定片”推進系統使用纏繞在被動的軌道上的線性感應電動機（LIM）。雖然短固定片系統減少了導軌的花費，但由於LIM過於沉重而減少了列成的有效負載能力，導致了比長固定片系統的高的運營成本和低的潛在收入。而採用非磁力性質的能量系統，也會導致機車重量的增加，降低運營效率。

導向系統：導向系統是一種測向力來保證懸浮的機車能夠沿著導軌的方向運動。必要的推力與懸浮力相類似，也可以分為引力和斥力。在機車底板上的同一塊電磁鐵可以同時為導向系統和懸浮系統提供動力，也可以採用獨立的導向系統電磁鐵。

磁懸浮列車的優勢：

作為目前最快速的地面交通工具，磁懸浮列車技術的確有著其他地面交通技術無法比擬的優勢：

首先，它克服了傳統輪軌鐵路提高速度的主要障礙，發展前景廣闊。第一條輪軌鐵路出現在1825年，經過140年努力，其運營速度才突破200公里/小時，由200公里/小時到300公里/小時又花了近30年，雖然技術還在完善與發展，繼續提高速度的餘地已不大，而困難卻很大。還應注意到，輪軌鐵路提高速度的代價是很高的，300公里/小時高速鐵路的造價比200公里/小時的準高速鐵路高近兩倍，比120公里/小時的普通鐵路高三至八倍，繼續提高速度，其造價還將急劇上升。與之相比世界上第一個磁懸浮列車的小型模型是1969年在德國出現的，日本是1972年造出的。可僅僅十年後的1979年，磁懸浮列車技術就創造了517公里/小時的速度紀錄。目前技術已經成熟，可進入500公里/小時實用運營的建造階段。

第二，磁懸浮列車速度高，常導磁懸浮可達400-500公里/小時，超導磁懸浮可達500-600公里/小時。對於客運來說，提高速度的主要目的在於縮短乘客的旅行時間，因此，執行速度的要求與旅行距離的長短緊密相關。各種交通工具根據其自身速度、安全、舒適與經濟的特點，分別在不同的旅行距離中起骨幹作用。專家們對各種運輸工具的總旅行時間和旅行距離的分析表明，按總旅行時間考慮，300公里/小時的高速輪軌與飛機相比在旅行距離小於700公里時才優越。而500公里/小時的高速磁懸浮，則比飛機優越的旅行距離將達1500公里以上。

第三，磁懸浮列車能耗低，據日本研究與實際試驗的結果，在同為500公里／時速下，磁懸浮列車每座位公里的能耗僅為飛機的1／3。據德國試驗，當TR磁懸浮列車時速達到400公里時，其每座位公里能耗與時速300公里的高速輪軌列車持平；而當磁懸浮列車時速也降到300公里時，它的每座位公里能耗可比輪軌鐵路低33％。

磁懸浮列車存在的問題：

儘管磁懸浮列車技術有上述的許多優點，但仍然存在一些不足：

1.由於磁懸浮系統是以電磁力完成懸浮、導向和驅動功能的，斷電後磁懸浮的安全保障措施，尤其是列車停電後的制動問題仍然是要解決的問題。其高速穩定性和可靠性還需很長時間的執行考驗。

2.常導磁懸浮技術的懸浮高度較低，因此對線路的平整度、路基下沉量及道岔結構方面的要求較超導技術更高。

3.超導磁懸浮技術由於渦流效應懸浮能耗較常導技術更大，冷卻系統重，強磁場對人體與環境都有影響。

磁懸浮鐵路在一些國家裡取得了較大的發展，有的甚至已基本解決了技術方面的問題而開始進入實用研究乃至商業運營階段，但是隨著時間的推移，磁浮鐵路並沒有出現人們所企望的那種成為主要交通工具的趨勢，反而越來越面臨著來自其它交通運輸方式，特別是高速型常規（輪軌粘著式）鐵路的強有力的挑戰。

首先，磁浮鐵路的造價十分昂貴。與高速鐵路相比，修建磁浮鐵路費用昂貴。根據日本方面的估計，磁浮鐵路的造價每公里約需60億日元，比新幹線高20％。如果規劃中的從東京到大阪之間的中央新幹線修建為磁浮鐵路，全線造價約需3萬億日元，而為了對建造磁浮鐵路這一方案進行而計劃建造的一條42.8公里長的試驗線，其初步預算就達3000億日元。德國也認為磁浮鐵路的造價遠遠高於高速鐵路。根據德國在80年代初的這一項估算認為，修建一條複線磁浮鐵路其造價每公里約為659萬美元，而法國的巴黎至里昂和義大利的羅馬至的高速鐵路每公里的造價只分別為226萬和236萬美元。現在，德國規劃中的漢堡至柏林292公里長的鐵路如果建造成為磁浮鐵路，其初步預算就達59億美元，約合每公里2000萬美元。磁浮鐵路所需的投入較大，利潤回收期較長，投資的風險係數也較高，從而也在一定程度上影響了投資者的信心，制約了磁浮鐵路的發展。

其次，磁浮鐵路無法利用既有的線路，必須全部重新建設。由於磁浮鐵路與常規鐵路在原理、技術等方面完全不同，因而難以在原有裝置的基礎上進行利用和改造。高速鐵路則不同，可以透過加強路基、改善線路結構、減少彎度和坡度等方面的改造，某些既有線路或某些區段就可以達到高速鐵路的行車標準。如，日本1964年投入運營並大受歡迎的東京至大阪的新幹線，在沒有對機車做重大改進的情況下，僅透過修建曲線半徑較大，即沒有急轉彎和陡坡較小的鐵路等方法，從而使列車速度大大提高。再如德國的漢堡至柏林既有鐵路線，經過技術改造後，某些區段的最高速度每小時可達230公里。此外，歐洲一些國家如德國、瑞典、義大利等國的設計人員，還採用使車廂在轉向架上轉動和傾斜的升降技術來對付鐵路彎道（即採用擺式車體），這樣在無須對既有線路進行改造和更新的情況下，也使列車行駛速度提高到每小時220公里。在對既有線路進行高速鐵路改造的過程中，還可以實現高、中速混跑，列車根據不同區段的最高限速以不同的速度行駛。因而，與磁浮鐵路的全部重新建設相比，高速鐵路的線路和執行成本就大大降低了。

再次，磁浮鐵路在速度上的優勢並沒有凸顯出來。30多年前，許多人認為輪軌粘著式鐵路的極限速度為每小時250公里，後來又認為是300-380公里。但是現在，法國的“高速列車”(TGV)、德國的“城際快車”(ICE)和穿越的“”列車以及日本的新幹線，其執行速度都達到或接近每小時300公里。1990年，在巴黎西部地區執行的法國第二代高速列車TGV－A“大西洋”號更是創下了試驗時速515.3公里的世界紀錄。更何況，既便是磁浮鐵路的行車速度達到每小時450-500公里，在典型的500公里區間內的執行中，也只比時速為300公里的高速鐵路節約半小時，其優勢不是特別明顯。

中國的磁懸浮列車：

中國第一條鐵路建成在1876年，經過七十多年的發展，全國解放時總長2.18萬公里，承擔著全國65％的客運量和約85％的旅客週轉量，是主要的客運交通工具。建國以來，中國鐵路得到了迅速發展，營業里程迅速增長，達到當前的6.5萬公里，直到七十年代中後期，仍然保持著全國客運中的骨幹地位。八十年代以來，由於公路與民航的迅速發展，以及經濟發展對客運速度提高的需求日益增大，導致了鐵路在客運中的地位明顯下降，1997年鐵路在全國客運量中的份額降至7％，在旅客週轉量中份額降至35％。人們已經認識到，必須大力致力於列車客運提速，才能保持和發展鐵路作為重要客運工具的地位。

中科院院士嚴陸光是中國發展高速磁懸浮技術的熱心支持者之一。他認為，中國需要發展高速磁懸浮列車，就在於它最適合於中國高速客運專線網的發展。理由主要有以下三點：

1.中國幅員遼闊，人口眾多。目前考慮的主要客運專線（京滬1320公里，京廣港澳2550公里，哈大940公里，徐州寶雞1030公里，浙贛940公里，京沈703公里，滬杭194公里）大多在1000公里以上。500公里/小時的磁懸浮列車比300公里/小時的高速輪軌列車在旅客選擇民航或鐵路中具有顯著的優越性。

2.中國至今尚無客運專線，高速客運網的形成大約需半個世紀的持續努力，恰恰成為我們在交通領域實現技術跨越發展、發揮後發優勢、後來居上的重要機遇。雖然高速磁懸浮技術不如高速輪軌技術成熟，但只要我們統一認識，下定決心，認真抓緊工作，完全可能在近期內即達到成熟，並付諸實施。

3.高速磁懸浮體系的發展將帶動當前眾多高新技術前沿的發展，這些高新技術本身又將為新興產業的形成和經濟發展起著重要的作用。

我們之所以對磁懸浮運載技術感興趣，也是由於我們認識到，它代表著一種先進的趨勢和先進的發展方向。目前，中國對磁懸浮鐵路技術的研究還處於初級階段。經過、、、中科院電工所等單位對常導低速磁懸浮列車的懸浮、導向、推進等關鍵技術的基礎性研究，已對低速常導磁懸浮技術有了一定認識，初步掌握了常導低速磁懸浮穩定懸浮的控制技術。繼1994年西南交大成功地進行了4個座位、自重4噸、懸浮高度為8毫米、時速為30公里的磁懸浮列車試驗之後，由鐵科院主持、長春客車廠、中科院電工所、國防科技大學參加，共同研製的長為6.5米、寬為3米、自重4噸、內設15個座位的6噸單轉向架磁懸浮試驗車在鐵科院環行試驗線的軌距為2米、長36米、設計時速為100公里的室內磁懸浮實驗線路上成功地進行了試驗，並於1998年12月通過了鐵道部科技成果鑑定。6噸單轉向架磁懸浮試驗車的研製成功，為低速常導磁懸浮列車的研究提供了技術基礎，填補了中國在磁懸浮列車技術領域的空白。上海磁懸浮是中國第一條投入執行的磁懸浮鐵路，全長29．863公里，設計時速和執行時速分別為505公里和430公里；由中國與德國合作，2002年12月31日，中國總理朱鎔基和德國總理施羅德成為上海磁懸浮的第一批乘客體會首次試執行。當時採用的是已透過安全認證的比較簡單的單線折返執行方式。雙列車會車實驗在2003年7月18日已經完成。根據中德的協議，雙線折返試執行原計劃今年9月完成並接受安全認證，12月底工程驗收，全線正式通車進行商業執行。但是，由於中國遭遇SARS疫情導致工程進度停止近兩個月，估計正式商業執行可能延至2004年1月。

其實，磁懸浮運載技術它不僅能夠用於陸上平面運載，也可以用於海上運載，還能用於垂直髮射，美國就在試驗用磁懸浮技術發射火箭；它在磁懸浮、直線驅動、低溫超導、電力電子、計算機控制與資訊科技、醫療等多個領域都有極重要的價值——概括的說，它是一種能帶動眾多高新技術發展的基礎科學，又是一種具有極廣泛前景的應用技術。

我們可以預見，隨著超導材料和超低溫技術的發展，修建磁浮鐵路的成本、技術及效能都有可能會大大降低。到那時，磁浮鐵路作為一種快速、舒適的“綠色交通工具”，將會飛馳在祖國的大地，這樣，距離就不再會是阻隔我們團聚的最大因

不知道你說的是汽車的懸浮系統還是磁懸浮列車總概： 你一定聽說過磁懸浮列車吧，最近它的上鏡率可是居高不下，大家都在密切地關注著它的發展態勢。我們一直都在盼望著火車的提速，可經過幾輪的努力，卻總是達不到心中理想的標準，就拿作者本人來說吧，家住西安，距北京1000多公里，原先回家要17個小時，現在要14個小時，唉，只減少了區區3個小時，還要有難熬的一宿呀！可是你知道嗎？普通磁懸浮列車的時速就可以達到500公里/小時，那麼，回家就只需要不到3個小時，跟飛機差不多了！ 其實，在本世紀五、六十年代，鐵路曾經被認為是一個夕陽運輸產業。因為面對航空、高速公路等運輸對手的強勁挑戰，它蝸牛般的爬行速度，已越來越不適應現代工業社會物流和人流的快速流動需要了。但七十年代以來，特別是近幾年，隨著鐵路高速化成為世界的熱點和重點，鐵路重新贏回了它在各國交通運輸格局中舉足輕重的地位。法國、日本、俄國、美國等國家列車時速由200公里向300公里飛速發展。據1995年舉行的國際鐵路會議預測，到本世紀末，德國、日本、法國等國家的高速鐵路運營時速將達到360公里。 但要使列車在如此高的速度下持續行駛，傳統的車輪加鋼軌組成的系統，已經無能為力了。這是因為傳統的輪軌粘著式鐵路，是利用車輪與鋼軌之間的粘著力使列車前進的。它的粘著係數隨列車速度的增加而減小，走行阻力卻隨列車速度的增加而增加，當車速增至粘著係數曲線和走行阻力曲線的交點時，就達到了極限。據科研人員推算，普通輪軌列車最大時速為350-400公里左右。如果考慮到噪音、震動、車輪和鋼軌磨損等因素，實際速度不可能達到最大時速。所以，歐洲、日本現在正執行的高速列車，在速度上已沒有多大潛力。要進一步提高速度，必須轉向新的技術，這就是超常規的列車－－磁懸浮列車。 儘管我們還將磁懸浮列車的軌道稱為"鐵路"，但這兩個字已經不夠貼切了。就拿鐵軌來說，實際上它已不復存在。軌道只剩下一條，而且也不能稱其為"軌道"了，因為輪子並沒有從上面滾過。事實上，磁懸浮列車連輪子也沒有了。"鐵路"上行駛的這種超級列車並沒有傳統意義上的牽引機車，它執行時並不接觸地面，只是在離軌道10釐米的高度"飛行"。 什麼是磁懸浮列車： 磁懸浮列車是一種採用無接觸的電磁懸浮、導向和驅動系統的磁懸浮高速列車系統。它的時速可達到500公里以上，是當今世界最快的地面客運交通工具，有速度快、爬坡能力強、能耗低執行時噪音小、安全舒適、不燃油，汙染少等優點。並且它採用採用高架方式，佔用的耕地很少。磁懸浮列車意味著這些火車利用磁的基本原理懸浮在導軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術利用電磁力將整個列車車廂托起，擺脫了討厭的摩擦力和令人不快的鏘鏘聲，實現與地面無接觸、無燃料的快速“飛行”。 稍有物理知識的人都知道：把兩塊磁鐵相同的一極靠近，它們就相互排斥，反之，把相反的一極靠近，它們就互相吸引。托起磁懸浮列車的，那似乎神秘的懸浮之力，其實就是這兩種吸引力與排斥力。 應用準確的定義來說，磁懸浮列車實際上是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮於空中並進行導向，實現列車與地面軌道間的無機械接觸，再利用線性電機驅動列車執行。雖然磁懸浮列車仍然屬於陸上有軌交通運輸系統，並保留了軌道、道岔和車輛轉向架及懸掛系統等許多傳統機車車輛的特點，但由於列車在牽引執行時與軌道之間無機械接觸，因此從根本上克服了傳統列車輪軌粘著限制、機械噪聲和磨損等問題，所以它也許會成為人們夢寐以求的理想陸上交通工具。 根據吸引力和排斥力的基本原理，國際上磁懸浮列車有兩個發展方向。一個是以德國為代表的常規磁鐵吸引式懸浮系統－－EMS系統，利用常規的電磁鐵與一般鐵性物質相吸引的基本原理，把列車吸引上來，懸空執行，懸浮的氣隙較小，一般為10毫米左右。常導型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400-500公里，適合於城市間的長距離快速運輸；另一個是以日本的為代表的排斥式懸浮系統－－EDS系統，它使用超導的磁懸浮原理，使車輪和鋼軌之間產生排斥力，使列車懸空執行，這種磁懸浮列車的懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達每小時500公里以上。這兩個國家都堅定地認為自己國家的系統是最好的，都在把各自的技術推向實用化階段。估計到下一個世紀，這兩種技術路線將依然並存。 磁懸浮列車的發展史： 磁懸浮列車是自大約200年前斯蒂芬森的“火箭”號蒸氣機車問世以來鐵路技術最根本的突破。磁懸浮列車在今天看似乎還是一個新鮮事物，其實它的理論準備已有很長的歷史。磁懸浮技術的研究源於德國，早在1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，並於1934年申請了磁懸浮列車的專利。進入70年代以後，隨著世界工業化國家經濟實力的不斷加強，為提高交通運輸能力以適應其經濟發展的需要，德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發達國家相繼開始籌劃進行磁懸浮運輸系統的開發。而美國和前蘇聯則分別在七八十年代放棄了這項研究計劃，目前只有德國和日本仍在繼續進行磁懸浮系統的研究，並均取得了令世人矚目的進展。下面把各主要國家對磁浮鐵路的研究情況作一簡要介紹。 日本於1962年開始研究常導磁浮鐵路。此後由於超導技術的迅速發展，從70年代初開始轉而研究超導磁浮鐵路。1972年首次成功地進行了2.2噸重的超導磁浮列車實驗，其速度達到每小時50公里。1977年12月在宮崎磁浮鐵路試驗線上，最高速度達到了每小時204公里，到1979年12月又進一步提高到517公里。1982年11月，磁浮列車的載人試驗獲得成功。1995年，載人磁浮列車試驗時的最高時速達到411公里。為了進行東京至大阪間修建磁浮鐵路的可行性研究，於1990年又著手建設山梨磁懸浮鐵路試驗線，首期18.4公里長的試驗線已於1996年全部建設完成。 德國對磁浮鐵路的研究始於1968年（當時的聯邦德國）。研究初期，常導和超導並重，到1977年，先後分別研製出常導電磁鐵吸引式和超導電磁鐵相斥式試驗車輛，試驗時的最高時速達到400公里。後來經過分析比較認為，超導磁浮鐵路所需的技術水平太高，短期內難以取得較大進展，遂決定以後只集中力量發展常導磁浮鐵路。1978年，決定在埃姆斯蘭德修建全長31.5公里的試驗線，並於1980年開工興建，1982年開始進行不載人試驗。列車的最高試驗速度在1983年底達到每小時300公里，1984年又進一步增至400公里。目前，德國在常導磁浮鐵路研究方面的技術已趨成熟。 與日本和德國相比，英國對磁浮鐵路的研究起步較晚，從1973年才開始。但是，英國則是最早將磁浮鐵路投入商業運營的國家之一。1984年4月，伯明翰機場至英特納雄納爾車站之間一條600米長的磁浮鐵路正式通車營業。旅客乘坐磁浮列車從伯明翰機場到英特納雄納爾火車站僅需90秒鐘。令人遺憾的是，在1995年，這趟一度是世界上唯一從事商業運營的磁浮列車在運行了11年之後被宣佈停止營業，其運送旅客的任務由機場班車所取代。 磁懸浮列車技術基礎： 磁懸浮列車主要由懸浮系統、推進系統和導向系統三大部分組成，見圖3。儘管可以使用與磁力無關的推進系統，但在目前的絕大部分設計中，這三部分的功能均由磁力來完成。下面分別對這三部分所採用的技術進行介紹。 懸浮系統：目前懸浮系統的設計，可以分為兩個方向，分別是德國所採用的常導型和日本所採用的超導型。從懸浮技術上講就是電磁懸浮系統（EMS）和電力懸浮系統（EDS）。圖4給出了兩種系統的結構差別。 電磁懸浮系統（EMS）是一種吸力懸浮系統，是結合在機車上的電磁鐵和導軌上的鐵磁軌道相互吸引產生懸浮。常導磁懸浮列車工作時，首先調整車輛下部的懸浮和導向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側的繞組發生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側向距離，實現輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導向。車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米，是透過一套高精度電子調整系統得以保證的。此外由於懸浮和導向實際上與列車執行速度無關，所以即使在停車狀態下列車仍然可以進入懸浮狀態。 電力懸浮系統（EDS）將磁鐵使用在運動的機車上以在導軌上產生電流。由於機車和導軌的縫隙減少時電磁斥力會增大，從而產生的電磁斥力提供了穩定的機車的支撐和導向。然而機車必須安裝類似車輪一樣的裝置對機車在“起飛”和“著陸”時進行有效支撐，這是因為EDS在機車速度低於大約25英里/小時無法保證懸浮。EDS系統在低溫超導技術下得到了更大的發展。 超導磁懸浮列車的最主要特徵就是其超導元件在相當低的溫度下所具有的完全導電性和完全抗磁性。超導磁鐵是由超導材料製成的超導線圈構成，它不僅電流阻力為零，而且可以傳導普通導線根本無法比擬的強大電流，這種特性使其能夠製成體積小功率強大的電磁鐵。 超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體並構成感應動力整合裝置，而列車的驅動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側，車輛上的感應動力整合裝置由動力整合繞組、感應動力整合超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成。當向軌道兩側的驅動繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時，就會產生一個移動的電磁場，因而在列車導軌上產生磁波，這時列車上的車載超導磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力，正是這種推力推動列車前進。其原理就像衝浪運動一樣，衝浪者是站在波浪的頂峰並由波浪推動他快速前進的。與衝浪者所面對的難題相同，超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題。為此，在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器，根據探測儀傳來的資訊調整三相交流電的供流方式，精確地控制電磁波形以使列車能良好地執行。 推進系統：磁懸浮列車的驅動運用同步直線電動機的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就像是同步直線電動機的勵磁線圈，地面軌道內側的三相移動磁場驅動繞組起到電樞的作用，它就像同步直線電動機的長定子繞組。從電動機的工作原理可以知道，當作為定子的電樞線圈有電時，由於電磁感應而推動電機的轉子轉動。同樣，當沿線佈置的變電所向軌道內側的驅動繞組提供三相調頻調幅電力時，由於電磁感應作用承載系統連同列車一起就像電機的"轉子"一樣被推動做直線運動。從而在懸浮狀態下，列車可以完全實現非接觸的牽引和制動。 通俗的講就是，在位於軌道兩側的線圈裡流動的交流電，能將線圈變為電磁體。由於它與列車上的超導電磁體的相互作用，就使列車開動起來。列車前進是因為列車頭部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體（S極）所吸引，並且同時又被安裝在軌道上稍後一點的電磁體（N極）所排斥。當列車前進時，線上圈裡流動的電流流向就反轉過來了。其結果就是原來那個S極線圈，現在變為N極線圈了，反之亦然。這樣，列車由於電磁極性的轉換而得以持續向前賓士。根據車速，透過電能轉換器調整線上圈裡流動的交流電的頻率和電壓。 推進系統可以分為兩種。“長固定片”推進系統使用纏繞在導軌上的線性電動機作為高速磁懸浮列車的動力部分。由於高的導軌的花費而成本昂貴。而“短固定片”推進系統使用纏繞在被動的軌道上的線性感應電動機（LIM）。雖然短固定片系統減少了導軌的花費，但由於LIM過於沉重而減少了列成的有效負載能力，導致了比長固定片系統的高的運營成本和低的潛在收入。而採用非磁力性質的能量系統，也會導致機車重量的增加，降低運營效率。 導向系統：導向系統是一種測向力來保證懸浮的機車能夠沿著導軌的方向運動。必要的推力與懸浮力相類似，也可以分為引力和斥力。在機車底板上的同一塊電磁鐵可以同時為導向系統和懸浮系統提供動力，也可以採用獨立的導向系統電磁鐵。 磁懸浮列車的優勢： 作為目前最快速的地面交通工具，磁懸浮列車技術的確有著其他地面交通技術無法比擬的優勢： 首先，它克服了傳統輪軌鐵路提高速度的主要障礙，發展前景廣闊。第一條輪軌鐵路出現在1825年，經過140年努力，其運營速度才突破200公里/小時，由200公里/小時到300公里/小時又花了近30年，雖然技術還在完善與發展，繼續提高速度的餘地已不大，而困難卻很大。還應注意到，輪軌鐵路提高速度的代價是很高的，300公里/小時高速鐵路的造價比200公里/小時的準高速鐵路高近兩倍，比120公里/小時的普通鐵路高三至八倍，繼續提高速度，其造價還將急劇上升。與之相比世界上第一個磁懸浮列車的小型模型是1969年在德國出現的，日本是1972年造出的。可僅僅十年後的1979年，磁懸浮列車技術就創造了517公里/小時的速度紀錄。目前技術已經成熟，可進入500公里/小時實用運營的建造階段。 第二，磁懸浮列車速度高，常導磁懸浮可達400-500公里/小時，超導磁懸浮可達500-600公里/小時。對於客運來說，提高速度的主要目的在於縮短乘客的旅行時間，因此，執行速度的要求與旅行距離的長短緊密相關。各種交通工具根據其自身速度、安全、舒適與經濟的特點，分別在不同的旅行距離中起骨幹作用。專家們對各種運輸工具的總旅行時間和旅行距離的分析表明，按總旅行時間考慮，300公里/小時的高速輪軌與飛機相比在旅行距離小於700公里時才優越。而500公里/小時的高速磁懸浮，則比飛機優越的旅行距離將達1500公里以上。 第三，磁懸浮列車能耗低，據日本研究與實際試驗的結果，在同為500公里／時速下，磁懸浮列車每座位公里的能耗僅為飛機的1／3。據德國試驗，當TR磁懸浮列車時速達到400公里時，其每座位公里能耗與時速300公里的高速輪軌列車持平；而當磁懸浮列車時速也降到300公里時，它的每座位公里能耗可比輪軌鐵路低33％。 磁懸浮列車存在的問題： 儘管磁懸浮列車技術有上述的許多優點，但仍然存在一些不足： 1.由於磁懸浮系統是以電磁力完成懸浮、導向和驅動功能的，斷電後磁懸浮的安全保障措施，尤其是列車停電後的制動問題仍然是要解決的問題。其高速穩定性和可靠性還需很長時間的執行考驗。 2.常導磁懸浮技術的懸浮高度較低，因此對線路的平整度、路基下沉量及道岔結構方面的要求較超導技術更高。 3.超導磁懸浮技術由於渦流效應懸浮能耗較常導技術更大，冷卻系統重，強磁場對人體與環境都有影響。 磁懸浮鐵路在一些國家裡取得了較大的發展，有的甚至已基本解決了技術方面的問題而開始進入實用研究乃至商業運營階段，但是隨著時間的推移，磁浮鐵路並沒有出現人們所企望的那種成為主要交通工具的趨勢，反而越來越面臨著來自其它交通運輸方式，特別是高速型常規（輪軌粘著式）鐵路的強有力的挑戰。 首先，磁浮鐵路的造價十分昂貴。與高速鐵路相比，修建磁浮鐵路費用昂貴。根據日本方面的估計，磁浮鐵路的造價每公里約需60億日元，比新幹線高20％。如果規劃中的從東京到大阪之間的中央新幹線修建為磁浮鐵路，全線造價約需3萬億日元，而為了對建造磁浮鐵路這一方案進行可行性研究而計劃建造的一條42.8公里長的試驗線，其初步預算就達3000億日元。德國也認為磁浮鐵路的造價遠遠高於高速鐵路。根據德國在80年代初的這一項估算認為，修建一條複線磁浮鐵路其造價每公里約為659萬美元，而法國的巴黎至里昂和義大利的羅馬至佛羅倫薩的高速鐵路每公里的造價只分別為226萬和236萬美元。現在，德國規劃中的漢堡至柏林292公里長的鐵路如果建造成為磁浮鐵路，其初步預算就達59億美元，約合每公里2000萬美元。磁浮鐵路所需的投入較大，利潤回收期較長，投資的風險係數也較高，從而也在一定程度上影響了投資者的信心，制約了磁浮鐵路的發展。 其次，磁浮鐵路無法利用既有的線路，必須全部重新建設。由於磁浮鐵路與常規鐵路在原理、技術等方面完全不同，因而難以在原有裝置的基礎上進行利用和改造。高速鐵路則不同，可以透過加強路基、改善線路結構、減少彎度和坡度等方面的改造，某些既有線路或某些區段就可以達到高速鐵路的行車標準。如，日本1964年投入運營並大受歡迎的東京至大阪的新幹線，在沒有對機車做重大改進的情況下，僅透過修建曲線半徑較大，即沒有急轉彎和陡坡較小的鐵路等方法，從而使列車速度大大提高。再如德國的漢堡至柏林既有鐵路線，經過技術改造後，某些區段的最高速度每小時可達230公里。此外，歐洲一些國家如德國、瑞典、義大利等國的設計人員，還採用使車廂在轉向架上轉動和傾斜的升降技術來對付鐵路彎道（即採用擺式車體），這樣在無須對既有線路進行改造和更新的情況下，也使列車行駛速度提高到每小時220公里。在對既有線路進行高速鐵路改造的過程中，還可以實現高、中速混跑，列車根據不同區段的最高限速以不同的速度行駛。因而，與磁浮鐵路的全部重新建設相比，高速鐵路的線路和執行成本就大大降低了。 再次，磁浮鐵路在速度上的優勢並沒有凸顯出來。30多年前，許多人認為輪軌粘著式鐵路的極限速度為每小時250公里，後來又認為是300-380公里。但是現在，法國的“高速列車”(TGV)、德國的“城際快車”(ICE)和穿越英吉利海峽的“歐洲之星”列車以及日本的新幹線，其執行速度都達到或接近每小時300公里。1990年，在巴黎西部地區執行的法國第二代高速列車TGV－A“大西洋”號更是創下了試驗時速515.3公里的世界紀錄。更何況，既便是磁浮鐵路的行車速度達到每小時450-500公里，在典型的500公里區間內的執行中，也只比時速為300公里的高速鐵路節約半小時，其優勢不是特別明顯。 中國的磁懸浮列車： 中國第一條鐵路建成在1876年，經過七十多年的發展，全國解放時總長2.18萬公里，承擔著全國65％的客運量和約85％的旅客週轉量，是主要的客運交通工具。建國以來，中國鐵路得到了迅速發展，營業里程迅速增長，達到當前的6.5萬公里，直到七十年代中後期，仍然保持著全國客運中的骨幹地位。八十年代以來，由於公路與民航的迅速發展，以及經濟發展對客運速度提高的需求日益增大，導致了鐵路在客運中的地位明顯下降，1997年鐵路在全國客運量中的份額降至7％，在旅客週轉量中份額降至35％。人們已經認識到，必須大力致力於列車客運提速，才能保持和發展鐵路作為重要客運工具的地位。 中科院院士嚴陸光是中國發展高速磁懸浮技術的熱心支持者之一。他認為，中國需要發展高速磁懸浮列車，就在於它最適合於中國高速客運專線網的發展。理由主要有以下三點： 1.中國幅員遼闊，人口眾多。目前考慮的主要客運專線（京滬1320公里，京廣港澳2550公里，哈大940公里，徐州寶雞1030公里，浙贛940公里，京沈703公里，滬杭194公里）大多在1000公里以上。500公里/小時的磁懸浮列車比300公里/小時的高速輪軌列車在旅客選擇民航或鐵路中具有顯著的優越性。 2.中國至今尚無客運專線，高速客運網的形成大約需半個世紀的持續努力，恰恰成為我們在交通領域實現技術跨越發展、發揮後發優勢、後來居上的重要機遇。雖然高速磁懸浮技術不如高速輪軌技術成熟，但只要我們統一認識，下定決心，認真抓緊工作，完全可能在近期內即達到成熟，並付諸實施。 3.高速磁懸浮體系的發展將帶動當前眾多高新技術前沿的發展，這些高新技術本身又將為新興產業的形成和經濟發展起著重要的作用。 我們之所以對磁懸浮運載技術感興趣，也是由於我們認識到，它代表著一種先進的趨勢和先進的發展方向。目前，中國對磁懸浮鐵路技術的研究還處於初級階段。經過中國鐵道科學研究院、西南交大、國防科大、中科院電工所等單位對常導低速磁懸浮列車的懸浮、導向、推進等關鍵技術的基礎性研究，已對低速常導磁懸浮技術有了一定認識，初步掌握了常導低速磁懸浮穩定懸浮的控制技術。繼1994年西南交大成功地進行了4個座位、自重4噸、懸浮高度為8毫米、時速為30公里的磁懸浮列車試驗之後，由鐵科院主持、長春客車廠、中科院電工所、國防科技大學參加，共同研製的長為6.5米、寬為3米、自重4噸、內設15個座位的6噸單轉向架磁懸浮試驗車在鐵科院環行試驗線的軌距為2米、長36米、設計時速為100公里的室內磁懸浮實驗線路上成功地進行了試驗，並於1998年12月通過了鐵道部科技成果鑑定。6噸單轉向架磁懸浮試驗車的研製成功，為低速常導磁懸浮列車的研究提供了技術基礎，填補了中國在磁懸浮列車技術領域的空白。上海磁懸浮是中國第一條投入執行的磁懸浮鐵路，全長29．863公里，設計時速和執行時速分別為505公里和430公里；由中國與德國合作，2002年12月31日，中國總理朱鎔基和德國總理施羅德成為上海磁懸浮的第一批乘客體會首次試執行。當時採用的是已透過安全認證的比較簡單的單線折返執行方式。雙列車會車實驗在2003年7月18日已經完成。根據中德的協議，雙線折返試執行原計劃今年9月完成並接受安全認證，12月底工程驗收，全線正式通車進行商業執行。但是，由於中國遭遇SARS疫情導致工程進度停止近兩個月，估計正式商業執行可能延至2004年1月。 其實，磁懸浮運載技術它不僅能夠用於陸上平面運載，也可以用於海上運載，還能用於垂直髮射，美國就在試驗用磁懸浮技術發射火箭；它在磁懸浮、直線驅動、低溫超導、電力電子、計算機控制與資訊科技、醫療等多個領域都有極重要的價值——概括的說，它是一種能帶動眾多高新技術發展的基礎科學，又是一種具有極廣泛前景的應用技術。 我們可以預見，隨著超導材料和超低溫技術的發展，修建磁浮鐵路的成本、技術及效能都有可能會大大降低。到那時，磁浮鐵路作為一種快速、舒適的“綠色交通工具”，將會飛馳在祖國的大地，這樣，距離就不再會是阻隔我們團聚的最大因參考資料：http://www.qdrail.com/foreintrain/cixftrain.htm07713