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。; C" \% a9 U' z% T# y3 \
( Y/ }* Q7 J1 T1 }$ l/ g- V
4 M4 N @6 g4 ~2 j1 l9 d; `* i5 f) h/ p) Y/ B1 K0 L
) W3 e- E+ e9 N& V1 o3 Z- `& y% U( g
" J# H# y) t" M
, @: g7 B9 y: T" B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。9 w, {- p1 W4 Z/ ]4 M; o: r' O1 X
% o/ ?: _4 X2 l; j" q
3 {) P# _! s+ v3 B: i, E: v/ `+ Y" s
7 F/ A" E& u6 s1 f
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。
( _) a& @6 P" y" O d8 h# p) ^% a* J1 L: l0 q
/ A9 k: x" G3 N7 Z" z/ {' Q U' s5 B3 \, 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。
$ }. b9 p7 m, ^. h+ c# c! G5 F) t# i7 O) T: b& |0 A
& N( D w) G( f! Z' V3 q0 q
! ^" L+ Z' d( T( \
/ _# Q/ a7 A5 O x0 B% ]7 w
0 ]& V4 I2 F3 q# S* N- j& j% l: V, W
# [( _5 V. b# w3 K0 V3 A
) Q& f O7 ?, S5 E P9 a5 l5 P- P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。
8 m$ C: Q j& o9 Z# C" f$ G! V+ s: }- j% N6 S' W
1 n o" d; \( C, P+ J; w) z4 F1 W
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。
' p- [/ h8 X; }+ n* _: l0 G7 I6 F L* e$ k
, i$ h+ v9 J! {7 y" F
1 F2 ?# @8 m6 A( s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。5 f1 T% x5 W) f N) Y
) O& k9 _' c, {; I: }
- Q: V9 D3 @6 G) E/ F' S" m' P( L1 O! D1 P- Q5 T6 q
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。
# D2 q3 ]8 a8 g3 O0 }3 }4 i- F6 p, G8 w4 s j
) W' Q: z, G' I2 T l$ `
2 S2 Y1 v9 e! O1 Y9 S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。
; a2 E0 Q9 H& c+ o4 C! J$ Z: I# f( R2 l+ x. Q$ m- S9 `* L j8 J( T
) ~0 s2 ]# K$ g7 u4 L
" O3 I# {0 N4 R! n/ a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。
$ l% O/ E2 h& C1 _! w$ H: @, d$ W& |3 m8 w" r8 s8 i/ }
6 | P U6 t$ A( p
- d3 j8 h. S3 [4 k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。# g/ F; k+ C9 G/ T, j& n' p
0 [ M% p% a7 e+ U# ^/ T! I2 c7 A
) z4 w x p4 l0 E
# {5 \* F; q7 }2 n [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。
. I3 u( Y: P% A( r( P6 `, c% |) p" s& u' z- Q) S' N, J
7 W' V; B& u d9 F3 u+ ]$ e
+ ]2 r+ c1 c, j3 S. w B7 k* M
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。3 z; N' b: V# G, o u
$ d' G2 z5 {' ]! O* x
: |) I$ V" H3 P5 p4 H
% L3 ]7 ~6 i, B) l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。
) \. G7 c6 }+ e3 l6 j% W4 N8 S/ F' e! ?4 J4 _, W; I' H
) ]6 Z3 {' M5 K3 K
: I, b( {6 R5 Q7 Y+ n' T8 m: d
2014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。
9 X( w7 X# ^4 G' A: U2 k& g. O) I2 ? s @' l5 h7 w! h
; i+ a% z) o2 f0 e
, C; M4 [9 o. c+ D0 _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。
X* X7 R' r( P( E; W o8 ~) y- `
7 H( f% i3 A* G7 e! b! R# \1 Y; G! D
0 F) m" x) h) A! m7 t
4 ^- z4 H/ i, P# v
4 R4 ]3 L8 Y0 I! g9 [8 S6 c! d0 B9 j
( h( E9 }) G6 V7 }( t- `
8 X. p: k( ^# A" n0 D
% J, O* s* W: w* e6 }, y5 k6 n' j" E% z- p2 y ~/ h2 b
- R1 U! d R. c- F# J. A# \2 p; s, U# f3 M
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。
/ C$ F, S, ]- _- d7 |) Y' b. E7 G+ U* ], R8 Y: Y' p
, t' K* N% H1 @5 [2 U; E2 q) b
# V/ S2 Q7 K L6 e- o5 f
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。
$ s- t1 V0 |+ u4 m4 Z* k5 l' Y* b8 k, o4 E
, x7 a3 e: y; V( q
% x% T& D3 C3 d$ K) L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!
, \, g" X9 \/ t! X
( E( G0 i; {, u7 D; h& \4 ]: |, B0 d% K% a& \. [. F, [: M
$ n# z$ i. S x9 }8 n: R0 n5 J; r半小时观察
6 @2 o- \& z; R3 J& y
1 A5 j" a; V1 ]6 O5 N9 B2 x: R9 w, b6 K5 G0 m
I! K8 ^" B% m9 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 |