磁悬浮列车是怎么回事？

　　最近磁悬浮又火了！4月21日，日本东海铁路公司（JR东海）磁悬浮创造了603公里时速世界纪录，这是人类地面交通工具的最高纪录。

　　另外一条消息是，也是4月21日爆出的，继长沙机场中低速磁悬浮线路将于今年开通外，中国第二条中低速磁悬浮线路，北京S1线也于近日全面开工。

　　可以说，沉寂了几年的磁悬浮列车概念又火了，好多人发私信问磁悬浮有关的问题，小编就在这里一并予以回答。

　　磁悬浮列车的原理

　　最早提出磁悬浮高速列车概念的，是德国工程师赫尔曼·肯佩尔，他的想法很简单，既然列车最大的阻力来自于与列车车轮与轮轨的摩擦，那么如果列车能够悬浮于轨道之上，不就可以实现更高的速度了吗？1922年，赫尔曼·肯佩尔创造性地提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。

　　但是由于造价与技术难度的问题，磁悬浮列车一直没有得到大规模应用，德国、日本、美国、苏联、加拿大、法国、英国虽然后开展过研究，但是坚持下来的只有德国和日本。

　　磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁力引导，推动列车前行。

　　第一种，是以德国为代表的常导磁悬浮。轨道是一种T型台，列车两边下部要把T型轨道的两边包住，由安装在列车车体底部的常规电磁体与位于电磁体上方的导磁轨道间的吸引力实现悬浮。常导磁悬浮的优势是技术简单，劣势是产生的电磁吸引力较小，列车与轨道之间的缝隙大约8—10毫米。常导型高速磁悬浮列车的时速可达400公里—500公里之间。

　　上海浦东机场线采用的就是德国常导磁悬浮技术，由德国Transrapid公司于2001年在中国上海浦东国际机场至地铁龙阳路站建设，2002年正式启用。该线全长30公里，列车最高时速达430公里，平均运行时速380公里，转弯处半径达8000米，由起点至终点站只需8分钟。

　　第二种，是以日本为代表的超导磁悬浮列车系统。超导磁悬浮就不是列车包轨道了，而是轨道包列车，它是利用车载超导磁体在运动过程中与轨道的感应磁场产生相互排斥力而悬浮于轨道上，列车在一个U型槽内运营。超导磁悬浮，悬浮气隙较大，一般为100mm左右。超导磁悬浮的优点是悬浮力大，列车运行速度快，可以实现时速500公里以上运行；缺点是技术复杂，需要屏蔽发散的电磁场。

　　最近创造603公里时速、打破地面载人交通最高速度纪录的就是这种超导磁悬浮。

　　中国高铁为什么没有采用磁悬浮？

　　世界上第一条磁悬浮线路是英国的伯明翰国际机场线，1984年建成使用，全长600米，后来因为可靠性问题，被放弃了，改成了单轨列车。

　　德国曾在80年代于柏林铺设磁悬浮列车系统，长度1.6公里，于1989年8月开始试验载客，1991年7月正式服务。两德统一后，也废弃了。

　　后来德国终于又建了一条试验线，2006年9月22日，德国拉滕—德尔彭的磁悬浮试验线上还发生了脱轨事故，造成了25人死亡，4人重伤。这进一步影响了磁悬浮列车技术在德国的推广。德国目前仍没有一条商业运营的磁悬浮线路，甚至在德国媒体界，把磁悬浮列车技术称为“昂贵的高科技玩具”。

　　日本的磁悬浮技术开始于1962年， 1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。1997年全长18.4公里的日本山梨磁悬浮试验线建设成功并开始运行试验，2003年日本3辆编组的MLX01磁悬浮列车创造了581公里的世界纪录。

　　但是日本规划的实际运营的磁悬浮高铁线路，却因为造价高等原因，一直没有获得批复。但是日本在发展磁悬浮高铁上面是打不死的小强，2013年8月，日本再次启动连接东京到名古屋的中央新干线项目，力争2027年开通；并宣称将在2045年建成东京到大阪的磁悬浮线路。日本这次在山梨线做的603公里磁悬浮列车试验就是为中央新干线做准备。

　　世界上第一条商业运营的磁悬浮线路诞生在中国，就是上海磁悬浮线路，前面已经做了介绍。但是这条线路建成后，发展磁悬浮高铁的路线在中国就被无情地抛弃了。主要原因包括以下几个方面：

　　第一，磁悬浮线路造价高。当年争议京沪高铁是上磁悬浮，还是上轮轨的时候，京沪高铁1300公里线路，磁悬浮的预算大约是4000亿人民币，而轮轨磁悬浮的造价大约是1300亿人民币（后来实际建成的时候是2200亿人民币）。

　　第二，轮轨技术实现突破之后，磁悬浮的相对优势已经不明显了。按照当年京沪高铁的研究，如果采用磁悬浮可以实现420公里时速，最快大约需要3小时；如果采用轮轨可以实现380公里时速，最快大约3小时25分钟。为了2分钟多花几千亿，显然划不来。

　　为什么？磁悬浮不是阻力更小吗？这是一个中学物理问题，因为高速运行物体的空气阻力是速度的二次方，其能耗是速度的三次方，当速度达到300公里以上时，运动物体所受的阻力90%是空气阻力。所以当高铁速度达到时速300公里以上时，磁悬浮已经没有什么优势了。

　　第三，磁悬浮有天然的劣势比较难克服，最突出的是联网难。高铁要发挥它的最大效用，必须要联网，相对一条一条孤零零的线路，联网的高铁效能会呈几何倍数增长。但是，在技术上磁悬浮天生就是为点对点运输而生的，因为无论是常导磁悬浮技术还是超导磁悬浮技术都存在难以变轨的缺点，常导磁悬浮技术，列车是抱轨的，所以变轨的技术难度很大；而超导磁悬浮是在U型槽内运行，变轨更难。所以磁悬浮很难联网。

　　变轨困难会带来另外一个困难，那就是救援。中国上海浦东机场线磁悬浮列车，曾经发生过一次火灾事故，一周之后才将事故列车拖走。这也是磁悬浮列车的一个命门。

　　高大上的真空磁悬浮

　　所谓真空磁悬浮，就是在一个真空的管道里面铺设磁悬浮线路，然后让列车在真空管道中运营。由于没有了空气阻力，真空磁悬浮时速可达3000—4000公里，能耗不到民航客机的十分之一，而噪音、废气排放接近于零。

　　中国西南交通大学与美国约翰·霍普金斯大学，均提出了真空磁悬浮方案。

　　通常情况下，民用飞机的空中巡航速度在每小时850公里左右，对于超过8000公里以上的旅行，乘坐飞机耗费的时间与经济成本是惊人的，并会因为大量排放严重污染环境。真空磁悬浮的提出就是为了解决这个难题。

　　中国西南交通大学的张耀平主持的“真空管道高速磁浮交通基础研究项目编号50678152）”，2007年获得了国家自然科学基金项目的支持。目前张耀平已经调入陕西省西京学院，专门组建了真空管道运输研究所，正全力推进这一“运输革命”进入现实。

　　但是，截至目前，真空磁悬浮毕竟还停留在概念阶段，考虑到巨大的建设成本以及维护等问题，真空磁悬浮离实际应用还有很远的距离。

　　另辟蹊径的中低速磁悬浮

　　高速磁悬浮在全球的推广之路异常坎坷，但是，中低速磁悬浮线路却另辟蹊径，相关推广大有燎原之势。

　　第一个国家是日本。2005年3月6日建成名古屋市区通向爱知世博会会场的磁悬浮线路，全长约9公里，全程无人驾驶，最高时速为100公里。

　　第二个国家是韩国。韩国磁悬浮的发展过程经历了独立研发（1985年—1993年）、对外合作（1994年—1998年）和商业化尝试（1999年至今）3个阶段。2014年7月，韩国仁川国际机场至仁川龙游站磁悬浮线路投入运营，全长6.1公里，列车由韩国自主研发，无人驾驶，最高时速可达110公里。

　　中国是世界上第三个拥有中低速磁悬浮技术的国家。2000年之后，中国的中低速磁悬浮推广就有多种传言，包括北京八达岭线、成都青城山项目、北京东直门到首都机场线、沪杭磁悬浮线等，但都无疾而终。

　　奥运会之后，中国的中低速磁悬浮开始加速。2008年5月，唐山客车厂建成了一条1.547公里的中低速磁悬浮列车工程化试验示范线。2012年1月，中国南车株机公司研制的中低速磁悬浮列车下线，最高时速100公里，最大载客600人。

　　2014年5月16日，长沙高铁站至黄花国际机场磁悬浮工程正式开工建设，预计2015年年底建成，这是我国第一条完全自主研发的商业运营磁悬浮线。

　　2015年4月21日，北京中低速磁浮交通线路S1线全面开工建设。

　　中国在实现高铁轮轨技术的快速发展后，正在磁悬浮领域悄然实现着新一轮的逆袭。