上海超導(dǎo)科技股份有限公司超導(dǎo)材料事業(yè)部副總經(jīng)理吳祥:為什么我們做這個事情?也是有一個情懷在。因為以前我們?nèi)⒓訃H會議,大家來報道的超導(dǎo)材料,都是別人做的,一說到中國的超導(dǎo),提問的就非常的少,就是有一種感覺,就是中國沒有人做出來這個東西。我們的想法就是,不管怎么樣,一定要把這個做出來,就是為了爭這口氣。
2011年,上海超導(dǎo)科技公司正式成立并開始研發(fā)。他們遇到的第一個難關(guān),就是怎樣將不同的涂層和超導(dǎo)帶材緊密連在一起。超導(dǎo)帶材是由好幾層不同原料加工涂抹在一起的,超導(dǎo)層位于中間核心層,外面主要分為機帶、隔離層、緩沖層等七、八層,之所以加這么多層,主要起保護、緩沖作用,相當(dāng)于給中間層的超導(dǎo)帶材,穿了一套防護鎧甲,讓超導(dǎo)帶材的性能保持穩(wěn)定性和一致性。但這幾層原料都不同、涂抹的厚度,需要非常薄、非常均勻。工藝難度極大。
上海交通大學(xué)國家能源智能電網(wǎng)(上海)研發(fā)中心電氣工程系特別研究員趙躍:它是在一個50微米厚的,不銹鋼帶材上,所鍍著的超導(dǎo)薄膜,50微米厚的是一個什么概念?就是我們大概頭發(fā)絲一樣的厚度,但是它們中間所起到的,最重要的超導(dǎo)層厚度,僅為頭發(fā)絲厚度的大概1%左右。
上海超導(dǎo)科技股份有限公司超導(dǎo)材料事業(yè)部副總經(jīng)理吳祥:超導(dǎo)層其實說白了,是我們現(xiàn)在最難鍍的,因為它的工藝很特殊,我們用的是激光附著沉積來鍍膜。
但最艱難的,是將超導(dǎo)帶材連接在一起的技術(shù),盡管現(xiàn)在超導(dǎo)帶材長度已從最初的百米級做到現(xiàn)在公里級長度,但受限于現(xiàn)有技術(shù),世界上還沒有不做接頭的超導(dǎo)帶材。超導(dǎo)帶材一有接頭,就會有電阻。如何把電阻降到最低值,不僅是中國人的難題,也是世界各國企業(yè)面對的難題。
吳祥:我們公司研制了一個超導(dǎo)接頭技術(shù),它的電阻能夠達到兩納歐姆左右,現(xiàn)在國際上大家正常能夠做到幾十納歐姆左右。兩納歐姆算是目前比較低的了。
經(jīng)過3年多的努力,世界先進水平范圍內(nèi)的超導(dǎo)材料,終于在中國上海研制成功。
趙躍:我們同樣的一個條件,和國際的一些同類產(chǎn)品進行比較,它的性能、載電流能力提高了25%,在這個條件下,我們絕對領(lǐng)先。
這種性能先進的超導(dǎo)材料應(yīng)用前景廣闊,不僅用于磁懸浮交通、還運用到超導(dǎo)電纜、新能源汽車無線電充電系統(tǒng)、甚至國防軍事上,比如導(dǎo)彈新的發(fā)射技術(shù)——冷發(fā)射。
趙躍:傳統(tǒng)的導(dǎo)彈方式是點火發(fā)射,在一開始導(dǎo)彈點火的過程中,會產(chǎn)生大量的熱,被敵方偵查到,這樣會對導(dǎo)彈采取一定的措施。如果我們采用超導(dǎo)儲能裝置,在短時間把巨大的能量,迅速地釋放出去,可以把這個武器拋射到空中,達到一定的高度再點火,敵人就很難發(fā)現(xiàn),這是一個非常熱門的技術(shù),各個發(fā)達國家都在研究。
材料和軌道這兩道難關(guān)通過了,西南交大實驗室里的鄧自剛,開始面對最后的難題,磁懸浮的實驗車。
和其他材料研發(fā)的模式一樣,磁懸浮實驗車的研發(fā)工作,從成都轉(zhuǎn)移到了中車唐山機車公司。怎么讓車懸浮起來,還能保持磁懸浮車無論轉(zhuǎn)彎,還是上下坡,都能安全、平穩(wěn)運行、沒有噪音呢?中車唐山機車公司的科研人員接過了研發(fā)的接力棒。
中國中車唐山機車車輛有限公司高級工程師吳會超:我們每個轉(zhuǎn)向架,相當(dāng)于蜈蚣的一排腿,我們轉(zhuǎn)彎的時候,就過彎道的時候,每個模塊,都可以靈活進行轉(zhuǎn)動,這樣的話,我們懸浮車過整個的小彎道,是非常靈活的。
2014年,真空高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗線,在西南交大的成都實驗室里順利搭建完成。西南交大幾代學(xué)者,通過不懈努力,在磁懸浮領(lǐng)域創(chuàng)下一個又一個研制奇跡。與此同時,他們在科研理論上的貢獻,也獲得了國際國內(nèi)的巨大反響。2016年,鄧自剛的大學(xué)老師王家素、王素玉老師,將自己畢生研究的心血,撰寫下來,在德國出版發(fā)行。此時,距德國學(xué)者提出磁懸浮技術(shù)將近百年,這是中國學(xué)者在磁懸浮發(fā)源地德國,第一次用英文出版發(fā)行的超導(dǎo)專著。
西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室博士鄧自剛:這兩本書就體現(xiàn)了一個,高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù),從領(lǐng)先到被追趕,到再次領(lǐng)先的一個過程。
西南交大在高溫超導(dǎo)磁懸浮方面的研究成果,也強烈吸引著國外同行。鄧自剛告訴記者,幾個月后,也就是2018年7月,有幾名巴西學(xué)者會來西南交大留學(xué)。
西南交通大學(xué)首席教授 牽引動力國家重點實驗室主任張衛(wèi)華:隨著我們今年時速400公里、400公里+,這樣一個試驗平臺的完成,我們速度也可以做到最高。接下來我們還做時速1500公里,所以說我覺得我們在國際上,應(yīng)該無論高溫超導(dǎo)磁浮,還是真空管道,都是走在前面的。
目前中國、德國、日本、美國、巴西等國正加大力度推進超導(dǎo)磁懸浮車的實用化進程。美國Hyperloop one公司在內(nèi)華達沙漠搭建了500 m長的真空管道試驗線,并于2017年實現(xiàn)了310 km/h的最高時速。 在國內(nèi),中車青島四方機車公司,2016年10月正式啟動,研制時速600公里的高速磁浮列車項目。2017年8月,中國航天科工集團宣布,人類第五種交通工具“高速飛行列車”項目已開展研究論證,時速最高可達4000公里,相比現(xiàn)在京滬高鐵運行的最高時速350公里,要快出10倍!
半小時觀察
在科技研發(fā)最關(guān)鍵的時刻,我們的鏡頭能記錄的都是過程中的艱辛和枯燥。但正如西南交大校長所說,今天這個時代就是一個創(chuàng)造奇跡的時代。中國的高鐵今天已經(jīng)走在了世界的最前面,而下一代革命性的技術(shù)研發(fā),中國科學(xué)家也沒有絲毫的松懈,也許在不久的將來,你我坐上時速上千公里的高鐵時,我們會回想起今天這些科學(xué)家們的艱苦努力,過程就是這樣的枯燥,但最終匯集在一起的就是中國制造的奇跡。