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反重力交通工具，这个经常出现在科幻电影中的未来科技，一度代表了我们对未来交通工具的畅想。我们知道技术并不是一蹴而就的，任何科学技术都需要无数的叠加与累积才能被创造出来。反重力技术离我们还很远，但是未来交通科技的下一步已经在我们眼前了。 二零二一年的一月十三日，世界上首台高温超导高速磁浮列车正式亮相，它的亮相正地点正是我们的中国，这台十二点五吨重的列车静静悬浮在轨道上，你只用伸手一推就能将整个列车推动，因为整个车身与轨道完全是悬空的。这台高温超导高速磁浮列车出自西南交通大学的动力牵引实验室，西南交大是中国近代建校最早的大学之一，新中国的交通、矿冶、土木工程都是从这个大学发源的。两弹一星的功勋人物中有三个就是出身于这里，可以说西南交大的师资、学术水平在全国都位居前列。 这次研发高温超导高速磁浮列车的西南交大牵引动力实验室，更是国家级的重点实验室，这个实验室来头可不小，它从一九八九年筹建，一九九五年就正式接受了国家级的研究任务，到今天整个实验室团队中，光院士级别的研究员就有三名，还有五个成员是中国铁道学科举足轻重的前沿人物，可谓是“高手如云”。 说完了这些超导磁浮列车的“娘家”，我们正式说说高温超导磁浮列车。不知道大家还记不记得“中国高铁”这张国际名片？在过去几年中，这张名片一直是中国发展速度的象征，时速高达每小时三百五十公里的复兴号，让我们在交通科技上领先了全世界，也成了每个国人的骄傲。 老话说“盛极必衰，月盈则亏”，一代名臣曾国藩也曾说：“有福不可享尽，有势不可使尽”，这是自然规律，但这个规律或许并不适用于今天的中国高铁，因为这列高温超导磁浮列车就是最好的证明。 在中国高铁领先世界之后，西南交大动力牵引实验室没有停下脚步，开始继续冲击更高的地方，成功研制出了这列超导列车。它的时速每小时可达六百二十公里，接近复兴号的两倍。 在此之前，我们先从它的名字开始。高温超导磁浮列车这里面包含了两个关键词：“超导”和“高温”。这个“超导”是一九一一年荷兰科学家翁纳斯在测量汞的电阻率时，惊奇地发现，当汞的温度降到零下二百六十九度时，汞的电阻居然神奇的消失了，这是人类发现的第一个超导体。后来人们还发现了多个具有这种特征的材料。打个比方，你家里的各种电器在运行时都会产生大量的热量，电脑运行会发烫，极端情况下甚至还能用来煎鸡蛋，这就是因为电流在其中致使电阻产生了热量。 发热限制了我们设备的性能，但如果使用的材料不会发热，这种在极低温度下电阻会消失的材料就是超导体。这种材料能够让电流在材料内部毫无阻力的循环，能够产生超强的磁场和抗磁性。超强的磁场和抗磁性有什么用呢？ 我们用一个实验来表明，当你在一个浅平的锡盘中放入一个体积很小的磁铁，然后把温度降低到零下二百六十九度，这种低温会让锡的电阻完全消失，变成了具备抗磁性的超导体。这时你就会发现，在变成超导体的锡盘中，这个小磁铁开始被排斥，进而慢慢地飘起来，悬浮在吸盘之上，仿佛魔法一样。 再说说第二个关键词“高温”。事实上这个“高温”的温度并不高，前面我们说了，当一些金属的温度降低到零下二百六十九度时，电阻就会消失。后来科学家们发现，还有一些材料比如铜氧化物，只要达到零下一百九十六度时，也会出现超导现象，这就是“高温”的由来。这个“高温”是相对于普通的超导体温度更高，并不是说对我们来说温度高。这个高温超导体的关键之处在于它让超导也能够成功应用在我们的生活中。 如果你想让一个普通金属的温度下降到零下二百六十九度变成超导体，你需要使用价格昂贵的液态氦，如果你使用的是一个高温超导体，那么只需要下降到零下一百九十六度，就可以触发超导性质，这个温度用便宜又高效的液氮就能做到。 所以结合前面说的两个关键词，你就能知道高温超导体的一大特性就是成本低。西南交大实验室这次研发的高温超导磁浮列车，就是使用具备磁性的轨道，再在列车底部安装高温超导体，高温超导体在液氮的作用下散发出了强大的抗磁性，从而达到了磁浮。说起来简单，但做起来可绝对不简单，其中涉及到的技术都是由西南交大实验室在过去十年中一点一滴积累下来的。 它的优点有很多，但大多可以归为以下三类； 第一个：节能。高温超导磁浮列车不充电也不烧油，只需要使用液氮就能作为动力，而且车身不需要车载电源和繁琐的动力系统，百公里只消耗一点液氮，可以说是真正的既节能又环保。 第二个：安全。磁力轨道和高温超导体的抗磁力让列车能够悬浮，但除了悬浮之外在这种磁力和抗磁力的拉扯之中，还有一种叫做“钉扎力”的东西，这种“钉扎力”让列车根本不会出轨或者事故，无论怎么偏离轨道，这种“钉扎力”都会自动将列车拉回轨道上。即使你想故意让他出轨，除了使用炸弹之外也没有其他办法。 第三个：省钱。你没听错这种世界领先的科技特点之一就是省钱，毕竟什么耗资巨大的未来技术都是电影里才有的，真正的高科技都是朝着低成本这条路走的。 高温超导磁浮列车的动力来自于廉价又环保的液氮，而且因为有“钉扎力”的存在，车内也不需要什么复杂的控制系统和车载电源，整列车只需要座椅和液氮就行了。再加上磁悬浮列车与轨道是完全悬浮、毫无接触的，根本不会有什么摩擦和损耗，从而造就了它低得令人难以相信的运行成本。 这次的亮相并不是什么原型车，也不是什么构想，而是实实在在的工程化样车，也就是说这是已经完成了批量工程化技术的样车，接下来只需要进行大量的试验来填补数据就可以啦。西南交大的副校长何川说：“如果高温超导磁浮技术的成熟度满格是九，那么几年前的原型车成熟度只有三格，而今天的工程化样车成熟度已经达到了七格，只需要接下来的试验数据补齐剩下的两格就可以成功落地了。”虽然今天工程化样车的制造成本比现有高铁略高，但只要落地之后，批量生产成本就能变得更低，再加上极低的运营成本，未来交通一定有高温超导磁浮列车的一席之地。 大家都知道任何先进技术带来的不仅是这种技术本身的好处，还有可能在无形之中触发其他的技术突破，就是我们在谈到技术时常说的“一加一等于三”，如果高温超导磁浮列车是个“一”，那么真空管道会是另一个“一”。二零一八年时，高温超导磁浮列车已经基本成型，西南交大就开始着手更前沿的科技，就是“真空管道加磁悬浮列车”。没有任何空气阻力的真空管道再加上没有热效应的磁悬浮，很可能会创造出比未来更未来的科技。 这种真空管加磁悬浮的设想也被称为“超级高铁”，估算时速可达到每小时一千公里。这是什么概念呢？我们今天最快的民用交通工具飞机时速最快也只有每小时一千公里，而高铁具备比飞机更快的出入站优势，自然不必多说。或许就在未来两年内，我们就能看到试运行的高温超导磁浮列车，再把眼光放得更远一点。或许在未来十年内，就能看到比飞机还快的“高铁”。 我们无法断言这会给我们带来什么好处，但可以说，起码大家不用为房子担心，哪怕你在北京上班儿，也完全可以住在二百六十五公里之外的石家庄，只需要半个小时的时间，高温超导磁浮列车就可以将你从石家庄送到北京。 |
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