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日本磁懸浮這樣駛上歷史舞臺

2014/07/31

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      日本磁懸浮列車的開發歷史可追溯到東海道新幹線開通2年前的1962年。在提出超電導方式這一核心技術的美國等國放棄研發的背景下,日本用了半個多世紀的時間來確立技術和克服難題。在此期間,新幹線的線路網已遍佈日本全國,而如今日本的磁懸浮列車也終於將迎來實用化。計劃2027年開通的磁懸浮中央新幹線最早將於今年秋季正式開工建設。

為投入商業運營,正開展LO系磁懸浮列車的試驗
      「雖然進行了調研,但發現研究不過是停留在大學研究室的水平。當時覺得沒有可能實現」,日本東海旅客鐵道(JR東海)磁懸浮開發本部的技術顧問中島洋(69歲)回憶1970年當時的情形時如此表示。在同一年舉辦的大阪世博會上磁懸浮模型車備受歡迎。同樣是這一年,作為日本JR鐵道公司前身的日本國有鐵道公司其實已經啟動了使用超電導磁鐵的「最尖端」磁懸浮列車的開發。

      1966年美國發表了證實超電導方式可能性的論文。關注到該論文的中島的上司指示以該方式著手開發。當時,中島對此表現的並不積極,但上司對其表示「正因為目前的技術水平無法做到才要去開發」。

      延續二戰前的「子彈頭列車」的計劃,當時用1個小時連接東京和大阪兩地,時速達到500公里的超高速鐵道規劃浮出水面。有關讓車體浮起來以減輕阻力的技術方面,超電導技術並非從一開始就是首選。平常的電磁鐵和氣墊船的空氣浮力方式也曾一度被討論。不過在確定採用超電導的方針之後開發很快便取得了進展。1971年日本成功進行了在超電導磁鐵上産生浮力的試驗,1972年又實現了車輛的磁懸浮行駛試驗。

      開發中遇難題

      由於冷卻超電導磁鐵的液態氦容易蒸發,所以每天只有2到3個小時的實驗時間。研發人員最終克服了嚴苛的環境取得了成果。曾參與開發的鐵道綜合技術研究所的前總工程師藤江恂治(76歲)笑著説「最初認為沒法做到讓列車行使,但是既然理論方面已經很清楚,剩下的只是努力去實現」。

1972年成功實現磁懸浮行使的ML100
      在1977年開設的宮崎試驗線路上啟動行駛試驗後又出現了新的問題。在時速接近300公里時,超電導磁鐵突然失效,列車停止行使。在1節列車上安裝的12個超電導磁鐵中,有6個失效。經過反覆調查後發現其原因是振動導致線圈錯位、發熱。

      其實,這被稱為「quench現象」,即利用液態氦冷卻磁鐵形成超導狀態,但高於超導溫度後又將喪失磁力。那麼如何製造抗振動的線圈呢?研發人員改變了線圈的纏卷方式,把線圈放在振動臺上不斷進行試驗。當時的想法是既然得知原因出在振動上,那就只要製造出抗振動的線圈便可解決問題。

      由於1987年日本國有鐵道公司被分割民營化,磁懸浮開發的工作被移交給了JR東海。JR東海的執行董事、磁懸浮開發本部副部長寺井元昭(55歲)介紹稱「解決quench現象成為究竟是推進商業運營還是就此放棄的分歧點。當時希望儘快弄清該現象」。

      商業運營看到眉目

      在使用振動裝置反覆進行實驗的過程中,最終得以再現行駛過程中出現的quench現象。研究人員使用幾十種超電導線圈反覆實驗,終於找到了解決方法。1996年在山梨試驗線啟動了以投入商業運營為目標的試驗運行,最終並未出現quench現象,1997年磁懸浮列車的時速成功突破500公里。2003年更創下了全球最高的581公里的時速記錄。

 
 
      從著手磁懸浮開發到今天已經過去50多年。2007年法國的高速鐵路TGV創下了574.8公里的時速紀錄,磁懸浮的優勢地位似乎受到動搖。但是寺井表示,「磁懸浮的強項在於加速和減速的性能。TGV等的加減速時間較長,無法實現在500公里的時速下一小時內運行8列列車」。強調除了速度外,在運營方面磁懸浮也具有優勢。

      日本自主研發的磁懸浮新幹線在2009年的日本國家的實用技術評價委員會上深受好評,作為鐵道系統開始成形。儘管有聲音擔心和東海道新幹線相比,磁懸浮新幹線的運輸能力較弱,但磁懸浮新幹線有望在發生南海直下型大地震時取代東海道新幹線發揮作用。

      東海道新幹線在開通之前也曾被批評是毫無用處的多餘之物,但實際上卻為日本的經濟增長發揮了一定作用。磁懸浮新幹線會如何呢?在日本國有鐵道民營化之後,包括山梨試驗線的建設費用在內,JR東海在磁懸浮開發方面投入了約6千億日元。
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