本世纪五、六十年代,铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战,它蜗牛般的爬行速度,已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来,特别是近几年来,随着铁路高速化成为世界的热点和重点,铁路重新赢回了在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里发展。据1995年举行的国际铁路会议预测,到本世纪末,德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。要使列车在如此高的速度下持续行驶,传统的车轮加钢轨组成的系统,已经无能为力了。在这种情况下,只能使用一种超常规的列车--磁悬浮列车。目前,世界上的第一条磁悬浮列车铁路线,德国的柏林至汉堡之间的铁路线已经破土动工了。这条全长284公里的线路上将运行时速达400公里的磁悬浮列车。
普通列车行驶时,车轮与钢轨是紧紧贴在一起的,当列车高速行驶时,车轮与钢轨的阻力就大大增加。据科学家计算,依靠动力牵引,车轮与钢轨接触的普通轮轨列车,最大时速为380 公里左右,如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素,实际速度不可能达到最大时速。所以,欧洲、日本现在正运行的高速列车,在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度,必须转向磁悬浮技术。 稍有物理知识的人都知道:把两块磁铁相同的一极靠近,它们就相互排斥,反之,把相反的一极靠近,它们就互相吸引。托起磁悬浮列车的,那似乎神秘的悬浮之力,其实就是这两种吸引力与排斥力。这种列车悬浮在轨道上方,和轨道之间没有直接接触,运行阻力大大减小,因此磁悬浮列车的最大时速可以达到500公里。
根据吸引力和排斥力的基本原理,国际上磁悬浮列车有两个发展方向。一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统--EMS系统,利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理,把列车吸引上来,悬空运行;另一个一个是以日本的为代表的排斥式悬浮系统--EDS 系统,用超导的磁悬浮原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,使列车悬空运行。这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的,都在把各自的技术推向实用化阶段。估计到下一个世纪,这两种技术路线将依然并存。 北京大学张承福教授认为,比较而言,日本的排斥式系统比较有利。它在物理上的原理比较简单,悬浮稳定,车轮与钢轨之间的距离保持在10厘米左右,对钢轨的要求不那么严格;由于对控制系统的要求较低,所以能耗也少。而吸引式的悬浮系统只能把车轮与钢轨保持在3-4厘米左右,这就需要有一个良好的控制系统,能耗自然就多;而且它对钢轨的要求也很高,遇上轨道上有冰雪,或高低不平的路段就影响运行。
磁悬浮列车今天看似乎还是一个新鲜事物,其实它的理论准备有很长的历史。1929年德国人首先提出了磁悬浮理论,在相当长的时期内,他们就一直计划搞一条磁悬浮铁路。日本人1972年开始尝试EDS系统,但这个原理早在1966年就由美国人提出来了。这套技术的理论背景与当时的超导技术发展紧密相关。因为六、七十年代,是世界超导应用研究的鼎盛时期,利用超导原理,解决一些应用难题是那时的热点。为了使理论设想变成现实,日本人尝试了20年。
中国于1876年修建了第一条铁路,日本于1872年修建第一条铁路,两国只相差4年。但日本修建第一条铁路的时间是1964年,1982年,日本就开通了第一条超导磁悬浮实验线,而到目前为止,我国还只有一条时速才170公里的广深准高速铁路,至于磁悬浮列车,还只存在于少数工程师的大脑中。
我国落后的铁路设施,却要面对世界上最大的货运和客运运输市场。因为中国的资源大部分在西部和北部,而人口集中在东部沿海地区,要实现资源和人口的合理配置,需要大量的运力来完成。而且随着经济的发展,这种客货流动的频率将更加频繁,以我国的现有运力,无论陆海空都远远不能满足这个要求。发展速度快、效率高、运力大的运输方式,是缓解我国运力紧张的必由之路。在现有条件下,我国铁路部门进行了一些有益的尝试。
上海至南京之间的沪宁线,是我国铁路的一大瓶颈,特别是这几年随着长江三角洲的经济迅速发展,这条线路上的旅客量增长尤为迅猛。1995年,为了缓解沪宁线的运输矛盾,上海铁路局在沪宁线上开通了 "先行号"旅客快速列车。1997年4月1日,铁道部在京广线、京沪线、京哈线等主要铁路干线上开行了40多趟旅客快速列车,它们的平均运行时速在110--140公里之间,一列列朝发夕至的快速列车,缩短了旅客饱受漫长路途劳顿折磨的时间,享受到了快速带来的效率和舒适。但是,这种速度毕竟还太低,而且在老铁路干线上的提速,上述的速度几乎已经是极限。另外,现在的旅客列车的速度虽然提上去了,但它是以牺牲货运列车和其它普通列车的速度为代价的。发展速度更快的铁路运输,也是我国今后的必然选择。磁悬浮列车是目前世界上最先进的铁路运输工具,它的成功实验和商业化,为缓解我国的运力紧张的局面,提供了一个新的选择模式。试想想,如果我国的北京到上海之间有这样一条超高速铁路干线该多好,那么一天之内,人们就可以在南北之间穿梭旅行了。 当然,现有的运输网络是陆海空多种运输手段结合的综合系统,各种交通工具之间,既有明确分工,又有激烈竞争,而且飞机和汽车的运输速度也在日新月异地发展,那么,如果说要发展磁悬浮列车的话,它的市场应在哪里定位呢?
北京大学的张承福教授认为,向空中发展有一定的局限性,比如周期性的运输或长距离的运输,用飞机可能比较合适,但如果几百公里的距离也用飞机就不经济了。因为机场离城市一般比较远,飞机起降需要不少时间,因此,从效率看,飞机尽管比其它的运输工具快,但除开起降时间,在几百公里的范围内,它与高速列车,特别是未来的磁悬浮列车相比并没有什么优势。而且飞机的能耗比列车要大得多。而陆地高速运输----高速铁路,也有其局限性--速度极限、噪音污染,摩擦损耗等等。因此,各国过去准备搞普通高速列车的,现在都倾向于搞磁悬浮列车。
磁悬浮列车既然如此先进,如此快速,我国能不能很快就发展磁悬浮铁路,使中国的大地风驰电掣地奔驰着磁悬浮列车呢?
中国科学院邱励俭院士认为,好的东西不一定决定你马上不够上。磁悬浮列车花费太大,1公里高速公路投资需要2亿人民币,1公里磁悬浮铁路投资翻两番都不止。如果要修一条从北京到天津的高速公路,投资300--400亿人民币足够,而修一条磁悬浮铁路,没有1000亿人民币是不可能的。所以他认为应该要慎重。邱院士的意见,代表了很大一部分人的意见,因此中国对发展磁悬浮列车采取的是循序渐进的策略。
1996年4月23日,铁道部在北京主持召开了京沪高速铁路研讨会,出席会议的有国家有关决策、政策研究、国家重大技术项目评估专家和铁道技术专家。在这次会议上,大多数专家支持九五期间京沪高速铁路立项,并首先从运力最紧张的沪宁线上起步。鉴于这个的铁路发展战略,即使按最乐观的估计,京沪高速铁路不会早于1998年开工,至于全线通车,可能到2010年才能实现。而只有到那时,才可能考虑发展非常规的高速列车--磁悬浮列车。因此,中国人要坐上自己的磁悬浮列车出行,可能是25年以后的事情了。
|