磁懸浮列車是怎麼回事？

最近磁懸浮又火了！4月21日，日本東海鐵路公司（JR東海）磁懸浮創造了603公里時速世界紀錄，這是人類地面交通工具的最高紀錄。

創造603公里時速的日本磁懸浮列車

另外一條消息是，也是4月21日爆出的，繼長沙機場中低速磁懸浮線路將於今年開通外，中國第二條中低速磁懸浮線路，北京S1線也於近日全面開工。

可以說，沉寂了幾年的磁懸浮列車概念又火了，好多人發私信問磁懸浮有關的問題，小編就在這裡一併予以回答。

磁懸浮列車的原理

最早提出磁懸浮高速列車概念的，是德國工程師赫爾曼·肯佩爾，他的想法很簡單，既然列車最大的阻力來自於與列車車輪與輪軌的摩擦，那麼如果列車能夠懸浮於軌道之上，不就可以實現更高的速度了嗎？1922年，赫爾曼·肯佩爾創造性地提出了電磁懸浮原理，並於1934年申請了磁懸浮列車的專利。

磁懸浮可樂展示架

但是由於造價與技術難度的問題，磁懸浮列車一直沒有得到大規模應用，德國、日本、美國、蘇聯、加拿大、法國、英國雖然後開展過研究，但是堅持下來的只有德國和日本。

磁懸浮的基本原理很簡單，就是利用「同性相斥、異性相吸」的電磁原理，讓磁鐵對抗地心引力，讓車輛懸浮起來（一般情況下不超過1厘米），然後利用電磁力引導，推動列車前行。

磁懸浮列車工作原理

第一種，是以德國為代表的常導磁懸浮。軌道是一種T型台，列車兩邊下部要把T型軌道的兩邊包住，由安裝在列車車體底部的常規電磁體與位於電磁體上方的導磁軌道間的吸引力實現懸浮。常導磁懸浮的優勢是技術簡單，劣勢是產生的電磁吸引力較小，列車與軌道之間的縫隙大約8—10毫米。常導型高速磁懸浮列車的時速可達400公里—500公里之間。

常導磁懸浮示意圖

上海浦東機場線採用的就是德國常導磁懸浮技術，由德國Transrapid公司於2001年在中國上海浦東國際機場至地鐵龍陽路站建設，2002年正式啟用。該線全長30公里，列車最高時速達430公里，平均運行時速380公里，轉彎處半徑達8000米，由起點至終點站只需8分鐘。

上海磁懸浮線路

第二種，是以日本為代表的超導磁懸浮列車系統。超導磁懸浮就不是列車包軌道了，而是軌道包列車，它是利用車載超導磁體在運動過程中與軌道的感應磁場產生相互排斥力而懸浮於軌道上，列車在一個U型槽內運營。超導磁懸浮，懸浮氣隙較大，一般為100mm左右。超導磁懸浮的優點是懸浮力大，列車運行速度快，可以實現時速500公里以上運行；缺點是技術複雜，需要屏蔽發散的電磁場。

最近創造603公里時速、打破地面載人交通最高速度紀錄的就是這種超導磁懸浮。

中國高鐵為什麼沒有採用磁懸浮？

世界上第一條磁懸浮線路是英國的伯明翰國際機場線，1984年建成使用，全長600米，後來因為可靠性問題，被放棄了，改成了單軌列車。

德國曾在80年代於柏林鋪設磁懸浮列車系統，長度1.6公里，於1989年8月開始試驗載客，1991年7月正式服務。兩德統一後，也廢棄了。

後來德國終於又建了一條試驗線，2006年9月22日，德國拉滕—德爾彭的磁懸浮試驗線上還發生了脫軌事故，造成了25人死亡，4人重傷。這進一步影響了磁懸浮列車技術在德國的推廣。德國目前仍沒有一條商業運營的磁懸浮線路，甚至在德國媒體界，把磁懸浮列車技術稱為「昂貴的高科技玩具」。

日本的磁懸浮技術開始於1962年， 1982年11月，磁浮列車的載人試驗獲得成功。1997年全長18.4公里的日本山梨磁懸浮試驗線建設成功並開始運行試驗，2003年日本3輛編組的MLX01磁懸浮列車創造了581公里的世界紀錄。

但是日本規劃的實際運營的磁懸浮高鐵線路，卻因為造價高等原因，一直沒有獲得批覆。但是日本在發展磁懸浮高鐵上面是打不死的小強，2013年8月，日本再次啟動連接東京到名古屋的中央新幹線項目，力爭2027年開通；並宣稱將在2045年建成東京到大阪的磁懸浮線路。日本這次在山梨線做的603公里磁懸浮列車試驗就是為中央新幹線做準備。

世界上第一條商業運營的磁懸浮線路誕生在中國，就是上海磁懸浮線路，前面已經做了介紹。但是這條線路建成後，發展磁懸浮高鐵的路線在中國就被無情地拋棄了。主要原因包括以下幾個方面：

第一，磁懸浮線路造價高。當年爭議京滬高鐵是上磁懸浮，還是上輪軌的時候，京滬高鐵1300公里線路，磁懸浮的預算大約是4000億人民幣，而輪軌磁懸浮的造價大約是1300億人民幣（後來實際建成的時候是2200億人民幣）。

第二，輪軌技術實現突破之後，磁懸浮的相對優勢已經不明顯了。按照當年京滬高鐵的研究，如果採用磁懸浮可以實現420公里時速，最快大約需要3小時；如果採用輪軌可以實現380公里時速，最快大約3小時25分鐘。為了2分鐘多花幾千億，顯然划不來。

為什麼？磁懸浮不是阻力更小嗎？這是一個中學物理問題，因為高速運行物體的空氣阻力是速度的二次方，其能耗是速度的三次方，當速度達到300公里以上時，運動物體所受的阻力90%是空氣阻力。所以當高鐵速度達到時速300公里以上時，磁懸浮已經沒有什麼優勢了。

第三，磁懸浮有天然的劣勢比較難克服，最突出的是聯網難。高鐵要發揮它的最大效用，必須要聯網，相對一條一條孤零零的線路，聯網的高鐵效能會呈幾何倍數增長。但是，在技術上磁懸浮天生就是為點對點運輸而生的，因為無論是常導磁懸浮技術還是超導磁懸浮技術都存在難以變軌的缺點，常導磁懸浮技術，列車是抱軌的，所以變軌的技術難度很大；而超導磁懸浮是在U型槽內運行，變軌更難。所以磁懸浮很難聯網。

變軌困難會帶來另外一個困難，那就是救援。中國上海浦東機場線磁懸浮列車，曾經發生過一次火災事故，一周之後才將事故列車拖走。這也是磁懸浮列車的一個命門。

高大上的真空磁懸浮

所謂真空磁懸浮，就是在一個真空的管道裡面鋪設磁懸浮線路，然後讓列車在真空管道中運營。由於沒有了空氣阻力，真空磁懸浮時速可達3000—4000公里，能耗不到民航客機的十分之一，而噪音、廢氣排放接近於零。

真空磁懸浮概念

中國西南交通大學與美國約翰·霍普金斯大學，均提出了真空磁懸浮方案。

通常情況下，民用飛機的空中巡航速度在每小時850公里左右，對於超過8000公里以上的旅行，乘坐飛機耗費的時間與經濟成本是驚人的，並會因為大量排放嚴重污染環境。真空磁懸浮的提出就是為了解決這個難題。

中國西南交通大學的張耀平主持的「真空管道高速磁浮交通基礎研究項目編號50678152）」，2007年獲得了國家自然科學基金項目的支持。目前張耀平已經調入陝西省西京學院，專門組建了真空管道運輸研究所，正全力推進這一「運輸革命」進入現實。

但是，截至目前，真空磁懸浮畢竟還停留在概念階段，考慮到巨大的建設成本以及維護等問題，真空磁懸浮離實際應用還有很遠的距離。

另闢蹊徑的中低速磁懸浮

高速磁懸浮在全球的推廣之路異常坎坷，但是，中低速磁懸浮線路卻另闢蹊徑，相關推廣大有燎原之勢。

第一個國家是日本。2005年3月6日建成名古屋市區通向愛知世博會會場的磁懸浮線路，全長約9公里，全程無人駕駛，最高時速為100公里。

第二個國家是韓國。韓國磁懸浮的發展過程經歷了獨立研發（1985年—1993年）、對外合作（1994年—1998年）和商業化嘗試（1999年至今）3個階段。2014年7月，韓國仁川國際機場至仁川龍游站磁懸浮線路投入運營，全長6.1公里，列車由韓國自主研發，無人駕駛，最高時速可達110公里。

媒體刊載的韓國磁懸浮列車

中國是世界上第三個擁有中低速磁懸浮技術的國家。2000年之後，中國的中低速磁懸浮推廣就有多種傳言，包括北京八達嶺線、成都青城山項目、北京東直門到首都機場線、滬杭磁懸浮線等，但都無疾而終。

奧運會之後，中國的中低速磁懸浮開始加速。2008年5月，唐山客車廠建成了一條1.547公里的中低速磁懸浮列車工程化試驗示範線。2012年1月，中國南車株機公司研製的中低速磁懸浮列車下線，最高時速100公里，最大載客600人。

中國南車磁浮研究中心

2014年5月16日，長沙高鐵站至黃花國際機場磁懸浮工程正式開工建設，預計2015年年底建成，這是我國第一條完全自主研發的商業運營磁懸浮線。

2015年4月21日，北京中低速磁浮交通線路S1線全面開工建設。

中國在實現高鐵輪軌技術的快速發展後，正在磁懸浮領域悄然實現著新一輪的逆襲。

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