本世纪第一个10年,全球只有3家第二代高温超导材料供应商,2家在美国,以昂贵的价格向全世界销售,另一家企业在日本,但禁止出口。如果材料只能靠进口,我国发展高温超导产业就会被“卡脖子”。经过多方寻找,邓自刚把目光锁定在上海超导科技公司。9 g7 ?- a+ L _* U# ]
! Q9 K0 J0 o Q) O& M/ D: E/ b3 ?4 J* r8 p9 l" R
& @$ y! m( ^9 O6 A( }! H. {. x
5 C+ q0 M7 E3 W* b) O9 d' B' x; M
! b9 l5 e d0 a5 _' a: x& }$ d9 T, f9 Q7 g- o5 u( O
上海超导科技股份有限公司超导材料事业部副总经理吴祥:为什么我们做这个事情?也是有一个情怀在。因为以前我们去参加国际会议,大家来报道的超导材料,都是别人做的,一说到中国的超导,提问的就非常的少,就是有一种感觉,就是中国没有人做出来这个东西。我们的想法就是,不管怎么样,一定要把这个做出来,就是为了争这口气。0 G$ K7 J% `% J' t% E% |
' Q. v. R, R) \2 K& {% @* n
' D, w1 j! ~& @2 e1 ]- [, J
' ^3 j# g0 P; p: `! d, E4 X5 _2011年,上海超导科技公司正式成立并开始研发。他们遇到的第一个难关,就是怎样将不同的涂层和超导带材紧密连在一起。超导带材是由好几层不同原料加工涂抹在一起的,超导层位于中间核心层,外面主要分为机带、隔离层、缓冲层等七、八层,之所以加这么多层,主要起保护、缓冲作用,相当于给中间层的超导带材,穿了一套防护铠甲,让超导带材的性能保持稳定性和一致性。但这几层原料都不同、涂抹的厚度,需要非常薄、非常均匀。工艺难度极大。
- j: s" h/ c3 `/ n$ l7 u( q% b, M$ L
/ X* ~% ~5 S2 K+ p
/ c2 B5 U; }# [1 l$ n& ?5 c上海交通大学国家能源智能电网(上海)研发中心电气工程系特别研究员赵跃:它是在一个50微米厚的,不锈钢带材上,所镀着的超导薄膜,50微米厚的是一个什么概念?就是我们大概头发丝一样的厚度,但是它们中间所起到的,最重要的超导层厚度,仅为头发丝厚度的大概1%左右。3 c$ [8 Z- q- P3 a0 O$ O+ ^( @& ~
' K y& P0 u7 _5 x+ U5 d( l" o4 s/ c+ [8 q9 R7 L4 u- p/ X
1 `0 o# S' q4 G- T
2 A! Q; |, N+ m' ?9 Q2 ?; e
- C+ ~( |- s' Y4 j" }
' `% W; Z. r( Y/ p4 l3 C
/ K1 P4 L( l( [# _9 v* d8 C3 W上海超导科技股份有限公司超导材料事业部副总经理吴祥:超导层其实说白了,是我们现在最难镀的,因为它的工艺很特殊,我们用的是激光附着沉积来镀膜。; C: w) m, s; a/ E! _; s
5 g: i8 e' R* n7 i6 _9 C. y
0 C& N% l2 Z$ \- l
: R; _4 m. o- X3 I6 P5 Q V但最艰难的,是将超导带材连接在一起的技术,尽管现在超导带材长度已从最初的百米级做到现在公里级长度,但受限于现有技术,世界上还没有不做接头的超导带材。超导带材一有接头,就会有电阻。如何把电阻降到最低值,不仅是中国人的难题,也是世界各国企业面对的难题。' S$ ?0 p# W6 z; ]: [
; E: i4 L* J2 w5 C6 p! L0 W
5 ^- z& f: @; H% X, V0 E1 R& L
* `( T% t2 S) c, n- R+ j( e% E; D. D吴祥:我们公司研制了一个超导接头技术,它的电阻能够达到两纳欧姆左右,现在国际上大家正常能够做到几十纳欧姆左右。两纳欧姆算是目前比较低的了。
' n! N" a8 t, u% f1 v( f/ w1 `% K, m! O/ R
# B! k) l1 Y* ]- k b( g5 d$ j7 I) P
) X T3 W3 G2 B2 m# \经过3年多的努力,世界先进水平范围内的超导材料,终于在中国上海研制成功。
! F0 l- J* f- ?$ t- J5 E, r- A
2 B1 N' Q, q, I2 l$ f2 e: B' H, N4 r
* Q/ j' F3 w7 x- k, x8 g: v- O* K4 [: Y! X
赵跃:我们同样的一个条件,和国际的一些同类产品进行比较,它的性能、载电流能力提高了25%,在这个条件下,我们绝对领先。- U% |. E8 j7 s7 e: Q. v
+ b9 H8 `: {% K. J( m
6 |& k/ u' H/ i) _% E. Y
' e; Q6 W3 n8 O+ g2 f& X这种性能先进的超导材料应用前景广阔,不仅用于磁悬浮交通、还运用到超导电缆、新能源汽车无线电充电系统、甚至国防军事上,比如导弹新的发射技术——冷发射。+ K& Q6 L5 D: h. V4 U0 ^4 q
" O( B; N% x; c0 S6 u5 d, q! e
4 I0 ]. m! A0 k
4 u: J. @7 t2 l. w+ w, C赵跃:传统的导弹方式是点火发射,在一开始导弹点火的过程中,会产生大量的热,被敌方侦查到,这样会对导弹采取一定的措施。如果我们采用超导储能装置,在短时间把巨大的能量,迅速地释放出去,可以把这个武器抛射到空中,达到一定的高度再点火,敌人就很难发现,这是一个非常热门的技术,各个发达国家都在研究。" L$ D5 q7 {0 _
. f. F0 c7 E6 p4 Q1 _8 e
/ T6 {/ f, z+ {) X4 S. r" i4 o4 `: S/ L& I
材料和轨道这两道难关通过了,西南交大实验室里的邓自刚,开始面对最后的难题,磁悬浮的实验车。1 _7 V$ T0 i% H. k: R3 Z h3 O, @+ w
7 O$ a8 F" F$ H9 T8 ?
5 K8 F, Y2 O$ e% G Y- m8 s
4 ?( j x; z# `: M% x4 ^: h和其他材料研发的模式一样,磁悬浮实验车的研发工作,从成都转移到了中车唐山机车公司。怎么让车悬浮起来,还能保持磁悬浮车无论转弯,还是上下坡,都能安全、平稳运行、没有噪音呢?中车唐山机车公司的科研人员接过了研发的接力棒。
; X2 U: | B: k: R x2 Z9 E$ q) R* T$ e8 z6 f. G. Y$ [8 R5 s
0 L' [3 B7 s/ X) n4 Z; }
0 Y3 Z/ z; |0 t
中国中车唐山机车车辆有限公司博士高级工程师吴会超:我们每个转向架,相当于蜈蚣的一排腿,我们转弯的时候,就过弯道的时候,每个模块,都可以灵活进行转动,这样的话,我们悬浮车过整个的小弯道,是非常灵活的。
+ d: C- A* ]. _: W) R' l9 m6 _9 T
9 W* @4 {7 t1 Q2 E3 y5 R* U( ?# m7 J6 W% t# I
& @# b0 {& c( f5 j: k( s2014年,真空高温超导磁悬浮实验线,在西南交大的成都实验室里顺利搭建完成。西南交大几代学者,通过不懈努力,在磁悬浮领域创下一个又一个研制奇迹。与此同时,他们在科研理论上的贡献,也获得了国际国内的巨大反响。2016年,邓自刚的大学老师王家素、王素玉老师,将自己毕生研究的心血,撰写下来,在德国出版发行。此时,距德国学者提出磁悬浮技术将近百年,这是中国学者在磁悬浮发源地德国,第一次用英文出版发行的超导专著。
3 l8 M6 y' z0 p8 H4 i( s# A- J/ j
5 @0 Z* d! y. V" C6 I ?, B
; D. ^+ e2 ^/ s" v西南交通大学牵引动力国家重点实验室博士邓自刚:这两本书就体现了一个,高温超导磁悬浮技术,从领先到被追赶,到再次领先的一个过程。& b+ P) h( E# B
- ?* [6 L) u5 |" `' X6 m" n8 X: v* T& M! \; g0 G! @) `
% g/ i! ]3 u( H/ T: c, ?& t0 ]8 q X- s% F: y% L
& f1 E- F: M7 |8 X
6 s( l/ v! e/ y4 g5 C4 u% j2 T; A6 u7 r) N& h: Q* F# k, |
& x: l: T8 }* j+ @! w
2 j4 e- T) i) Z; N# G* W7 l+ x
& r" F; Y# [0 ^7 e- G: M) W" [ C$ `! B5 X
西南交大在高温超导磁悬浮方面的研究成果,也强烈吸引着国外同行。邓自刚告诉记者,几个月后,也就是2018年7月,有几名巴西学者会来西南交大留学。
; }; k* G* O( J5 K; b" v, s! ~9 I1 e; s3 k, D
! `0 n0 l4 [; f
; v2 u. L( `+ C, C' ^3 K: B, _
西南交通大学首席教授牵引动力国家重点实验室主任张卫华:随着我们今年时速400公里、400公里+,这样一个试验平台的完成,我们速度也可以做到最高。接下来我们还做时速1500公里,所以说我觉得我们在国际上,应该无论高温超导磁浮,还是真空管道,都是走在前面的。
( h; @1 Y" }# [7 [$ e1 m
! z6 b* U0 h; t0 u3 ~
+ x0 P. V; J, ]# Q5 l
! A% Y4 J1 h4 L' c' S8 A' ~* w( j目前中国、德国、日本、美国、巴西等国正加大力度推进超导磁悬浮车的实用化进程。美国Hyperloop one公司在内华达沙漠搭建了500m长的真空管道试验线,并于2017年实现了310km/h的最高时速。在国内,中车青岛四方机车公司,2016年10月正式启动,研制时速600公里的高速磁浮列车项目。2017年8月,中国航天科工集团宣布,人类第五种交通工具“高速飞行列车”项目已开展研究论证,时速最高可达4000公里,相比现在京沪高铁运行的最高时速350公里,要快出10倍!7 ^: ] t# |2 _8 N2 B
2 I( V# m5 W7 M6 P2 M
) \+ j) y n" j
0 S* w& ]! O9 h$ d8 V半小时观察4 f1 W2 e& D' b/ E: F. e! I) l
. K+ r! `* v4 H2 d% x9 t; d; U0 c$ M1 m) [$ M2 ~
( \) c0 A+ q2 Z8 {9 \' p$ }在科技研发最关键的时刻,我们的镜头能记录的都是过程中的艰辛和枯燥。但正如西南交大校长所说,今天这个时代就是一个创造奇迹的时代。中国的高铁今天已经走在了世界的最前面,而下一代革命性的技术研发,中国科学家也没有丝毫的松懈,也许在不久的将来,你我坐上时速上千公里的高铁时,我们会回想起今天这些科学家们的艰苦努力,过程就是这样的枯燥,但最终汇集在一起的就是中国制造的奇迹 |