中國超級高鐵還快過日本 高溫超導磁懸浮列車是甚麼

國情動向 09:12 2021/02/26

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中國超級高鐵還快過日本 高溫超導磁懸浮列車是甚麼

「高溫超導磁懸浮列車」一詞近期火起來。美國總統拜登大談美國基建需要追上中國,否則中國「會吃掉美國午餐」,而中國正正推出「超級高鐵」磁懸浮列車宏觀規劃。磁懸浮列車技術雖已歷史悠久,在西方也不見得成功,惟中國研製的高溫超導磁懸浮列車,技術目前在世界上卻是獨一無二,620公里時速更快高鐵接近一倍,也比日本興建中的低溫超導磁懸浮列車更快。高溫超導磁懸浮列車到底是甚麼?中國又為甚麼要開發這「陸上飛機」?

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磁懸浮列車是甚麼?

磁懸浮列車又稱磁浮列車,英文maglev是magnetic levitation的縮略詞,正正解作磁力懸浮。

磁鐵同極相斥、異極相吸。磁懸浮列車就是利用磁鐵吸引力、排斥力的原理,來令列車輕浮起來並推動列車。這裏用的磁鐵是電磁鐵,與冰箱貼的磁石不同,電磁鐵的磁極,能夠隨住環繞磁鐵電線圈的電流方向而改變。

簡單地說,磁懸浮列車普遍以同極相斥的磁石來浮起列車,而另一組磁石組成的磁軌,磁極會隨列車行駛不斷改變,在前面以吸引力把列車向前拉,在後面以排斥力把列車向前推。減速的時候操作則調轉。

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以磁力浮起列車不會浮出軌嗎?

磁懸浮列車設計當然已經考慮到這一點,因此磁石排列是很巧妙的。除了有列車下面負責把車浮起的磁石,列車兩旁亦會有對應磁軌兩側的磁石,以相吸相斥的原理把列車穩定地浮在正確位置,不會出軌。

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磁懸浮列車有何優點?

磁懸浮列車由於不會與路軌接觸,因此不會有磨擦產生的阻力,整體速度比鐵路更快。高速磁懸浮列車時速可達400公里以上,中低速磁懸浮列車時速也達100至200公里。

浮起來亦使得列車較少顛簸,比鐵路更舒適穩定。磁懸浮列車更因此十分安靜,沒有鐵路造成的噪音問題。

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磁懸浮列車已不新?

是的。美國1900年代已有發明家獲得有關技術專利,但磁懸浮列車真正發展起來要到60、70年代以後。德國漢堡與柏林、英國伯明翰、加拿大溫哥華等地曾興建帶有實驗性質,短至數百米的磁懸浮列車,但多數都已停用或拆除。德國至今尚有研究測試,但未有正式普及。

發展較為成熟的是日本。日本建成了兩大磁懸浮列車系統,一條是愛知高速交通東部丘陵線,另一條是山梨縣JR磁浮。日本也屢屢刷新列車最高速度紀錄,中央新幹線磁懸浮列車目前還在興建,完工日期尚未明確,但2015年試驗就創下時速603公里紀錄。

中國及南韓現時亦有小規模地使用磁懸浮。中國上海浦東連接機場的示範運營線,是高速磁懸浮;北京地鐵和湖南長沙則有低速磁懸浮。南韓有仁川機場磁懸浮線。

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高溫超導磁懸浮列車新在哪裏?

這是中國在研發的新技術,比以往磁懸浮列車速度更高,亦比日本在建的中央新幹線磁懸浮更具優勢,中央新幹線用的是「低溫超導磁懸浮」技術。

這裏必須解釋甚麼是「高溫/低溫」和「超導」,先講超導。

超導是甚麼?

超導是指超導體(superconductor),超級導電體。這是在特定溫度之下,電阻會降至零的導電物料。當沒有電阻,電流流過時就不會把部分能量轉為熱力浪費,能更有效只提供我們想要的能量。

超導體另一個特性是完全抗磁性,抗磁性其實就是磁力排斥力的現象。因此使用超導體來作為電磁石,可以用電力產生超強磁場,提升磁懸浮列車的效能。

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高溫與低溫又如何?

超導體電阻要降至零,其實需要超級冷凍至極低溫度,這裏的「高溫」與「低溫」是相對的。

科學家早期以液態氦來提供超級冷凍環境。氦氣要變成液體的溫度臨界點,低至攝氏零下269度。需要以液態氦來達至零電阻的超導體,就是低溫超導體。

不過,液態氦有成本高昂的問題。科學家後來則發現,成本較低的液態氮(臨界點攝氏零下196度),也能使一些超導材料達至零電阻,這些超導材料就是高溫超導體。

換句話說,要維持零電阻溫度,高溫超導體所需要的能量和成本,要低於低溫超導體。高溫超導磁懸浮,因此比低溫超導磁懸浮更具優勢。

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磁懸浮列車在歐美為何不吃香?

主要是成本與需求問題。磁懸浮列車需要大量電磁石,造價無疑高於一般鐵路路軌,而過去數十年隨住高鐵發展起來,磁懸浮列車的速度優勢相對不明顯。西方國家人口少,人口密度也低,更難支撐磁懸浮列車這額外一種鐵路基建的經濟運作。

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中國現在為何計劃大搞磁懸浮?

這是技術上有所突破以及需求使然。中國2002年引入上海磁懸浮以來,其實也面臨西方相同問題,因此一直只是小搞,先選擇全力發展高鐵。惟經過近20年技術研發,中國已進至高溫超導磁懸浮這層次,正好可以在高鐵網絡建得七七八八時,填補高鐵與飛機之間的速度空白。

與此同時,城市群融合發展是國家的大戰略,新一種速度更高的大型運輸工具,有利推進珠三角粵港澳大灣區、長三角滬寧杭、京津冀、山東半島、中原城市群等規劃,甚至能在北京與上海、上海與廣州等這些相距1,000公里的核心城市之間,打造以小時計的生活圈。

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責任編輯:連兆鋒

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