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。7 ^/ S4 @, D! K/ C" V2 _: j
$ ^) f+ s8 b, [1 O* T: S' p- F) a8 m0 c$ u& h& ?/ f+ J, z! v/ P2 A
- r. p! l% ]6 R% S
, {9 o: }: j5 E4 V7 \; U
$ h' }' }- l* V9 n" ^4 l; m& v, I% z) a8 N( B' D2 a
& C0 Y) U _! U% j y! c- O5 V
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 q" O/ P4 n. e5 l. p0 I; w( T; V6 y0 T1 f
# ]- ]- J- M6 \- e- S4 ]
- i& Z( T6 W+ l) _3 g) \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。
8 _( R9 m$ B- e8 m: c. @: C% _1 K3 r* L0 M7 l2 u/ F
4 V2 c3 n( Z& R. p4 d
$ x# m+ K; W3 `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。
- T5 N L5 ]/ z, v8 I$ I
+ m7 v( _$ P; m4 T' \
+ {- ^7 ^7 N5 B2 _7 |( N
, J6 B! C: G3 a) O* Q6 o0 h+ U* @, ~, G
1 ]3 H3 r+ H& g' }
* ]8 p7 c# W( i& N. {; l( {' u9 W
: T# z6 c3 S6 ?% b3 o e$ H# k2 u
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。
, l6 n. T w& G
8 G# v% ~% R7 ^6 _. w' h+ a* ^( O6 n% t) |9 Y
6 @" o+ R1 @& g- H S( ?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。9 q; z/ p* D# {* [
5 Y0 f0 l0 V2 g1 e
# E1 x5 l8 K2 g3 D) {' f
/ {$ U z _7 U5 z# p) }: 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。
9 }7 N( f, H) j6 S- H
8 I0 z' J8 B2 O% s1 R* b. \1 M* _# d3 O1 A; J6 @2 C
# ^& u% H6 M; X% t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。& G5 h) G5 B% Y( B8 V. [
# j7 I) n; M- e P
# t" n1 e3 s3 }0 H) P) j/ t' v# t( q0 w$ [5 H9 {$ A# S( W
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。
6 |: C Q4 J6 e- H0 L5 |3 G0 }0 g3 X3 U n* U) r' ^' f
# y# @- r9 }+ m! g% }6 \/ P
3 q$ D3 h) K, _1 T
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。
' p$ H+ [9 L) C! @3 I$ X% L' _3 j+ T
9 ~4 q# _3 y# A c- m) x) a6 R, ` F9 v2 r
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。4 ~8 \4 J4 N* p1 ?9 G
6 j2 c4 O2 p! D' _2 C( N9 F/ {5 b. ~4 Z
/ M, \( P! u: }6 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。: R/ }4 q5 K& Q' _9 f
+ }! ]; S" r- T3 W: k- C! F8 C8 C' k: H4 X, \
# o4 I% Z' u/ Y% I+ D) Q
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。/ @: W* j; z" }
( l6 z* `. a" ?% x& t4 Y3 B1 q
8 p B9 `3 W! }& Z, D0 |) a) j, N: p. R( V5 s) m
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。
/ l+ l0 B+ I5 P: n/ d2 L9 P5 s; f8 t% m4 q% B
6 l* h; {$ Y" l1 _
: X. Y8 ]4 D) L y) G% W5 ]. o: L2014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。; Y/ i' c2 P0 ~8 c i5 t% `0 E0 W
, B( D. \' [6 J2 F! ?+ f; L, W3 {/ o
, t0 j2 V/ K, s1 f$ Q
( V- m9 D0 m. G% u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。 Y/ i" c. E5 t `, }. B5 @
( I |6 m1 }8 U+ ]
4 f, r# |3 i( O; @# i3 p& {, v# }" x1 b) k
- u7 W% o2 j0 C
X; E. R7 ]* W$ i0 [: M3 P7 ?, O0 A4 {
W2 R$ ?- c0 [/ o p. j, e6 E. k0 j: b
) a5 e, ?3 ~+ J$ |4 m' H) x! C8 R" i$ H. u' c$ j
; w( k- L8 n5 u$ w" O8 g0 E8 @: Z" S" u: `8 b1 n& l/ _" g
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。 \& Y6 H# z9 U2 r
- I9 L) R! M9 b
; k; q1 i+ Z6 F# T
+ E4 O2 U. e, _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。
Z( o6 p3 L: o. I; l
; H4 Q$ X: Z1 v! Z/ J" _- \7 ~$ F/ [9 e. m& r+ f
& h3 A0 R; s5 r. @9 Y7 ?% S
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!0 F4 X, m$ H9 c
) U0 \3 y* y# N! E# s, e& U5 B! E9 }4 M/ Z1 P. }1 l
0 i( I. u. O6 s+ O3 ]
半小时观察
, \' |% f# s A& {/ B3 i1 @7 x) u+ A- d+ E" J
8 z/ H( R2 V) J) ~% c; E
+ d% B/ m. _; l& `! X. F
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 |