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。
- p( X# o7 F( k1 G3 c6 j( {+ c: _9 u! u# e6 @
# g) Z: R: Z1 w W8 \' t
; s- x" y* D) \0 h3 E9 Z& h% j" e5 j( T) o. f6 R
2 @/ Z) E6 K+ b1 T
2 K2 }6 |+ F; e v, C
+ M! ^/ c) X' P+ 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。
! ^4 q! M* f9 Q
) B# y; n' ?/ c* m' F3 \# B- C% g9 T: O2 o }' M- q
9 r( p( I) g% w0 h- k2011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。. Y+ f: ~. a5 S( e& y |
: [5 S! o2 o. l0 v% N$ _
/ F r/ a+ X! }( t" l! R5 R2 i" p
& V/ p( t+ N/ i! b8 y- _9 i
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。
% ?5 v- U7 K/ Q( ^
+ r' I r, v$ Q) i5 w$ r/ g; O2 p! L5 T8 l. P# s
- q9 L6 J$ e5 m
& F3 U) c, ^+ K2 k7 o( {
: f3 T% n0 D/ z/ \/ M6 j% J
) Z( O$ Y; ^4 `& U
# d7 `/ a5 U7 i j5 o; 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: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。
x6 Y# [8 N! g5 x8 m$ c
5 Z* R. E+ x. u( R
& k; H8 |/ u* |; ]4 r
# S- U$ n" P( ]7 Q& z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。
4 I2 n: G2 o- l0 b) h- E! T; V. a# ?6 _
3 \0 C' ]9 l" d$ f
8 @% f& T2 P/ u5 w& d5 t
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。* u: g% R, }) X, O3 c* e; V
5 F0 l. c" O6 e+ q. c0 r: M( T. ^0 M7 Y% {/ ^9 ^
: r& y" E5 t# Q* b+ ^3 o1 w
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。
+ i& E$ I" Q F( K, u& s' N8 V" Z( A2 \( H) H
7 C) V3 d' e" {7 M$ r" U [6 }
^. F5 c* l" N* R6 r5 v
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 G3 u0 [# ~ }' X: p' C' ~/ K0 C( l/ O9 h; J2 g9 G1 a% ^9 a
) W1 g* J# ~. P0 v6 L! V' C! D
6 M' _+ ~7 P) y1 b/ i! r: |
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。
4 @) ]% d4 Y8 g( ]6 q$ E/ g5 Y; O& [4 Z+ a
' f g; L. P* `# ~! h5 Y& ~0 Y% i; P8 G7 ]7 `& l$ W+ Q O
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。0 W9 w- E; Y- ]. b7 l5 }# Q
8 P+ b6 h$ ~& W$ C
: E) d, `( i" B5 E" v3 V
" I/ F1 H5 c2 L/ z7 {; U+ J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。
$ z4 s: ^- i6 p6 i3 J+ |* W3 l! \( A" k; b
1 m- j# W0 E2 \
! V8 v$ t( F0 [4 W K( l4 V
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。
$ l( e( A$ U M9 S: I
$ @( V' F# _2 A9 M2 l& a% V3 c8 k r. |2 b z4 U( Y
2 D. `3 J! A( {, i7 i* _
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。% R& H$ N& V5 a. [! @" N
/ @/ S; U8 s3 t( {
3 u' f; Y. s9 a9 V9 c6 `
* {2 d- X1 \ y3 U
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。
4 _5 G; K+ F* {/ [9 o* O
. J1 _. J# d* k- h' W0 A7 r0 @+ y$ f0 t; n
2 u" n: y5 P2 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。
3 [2 u8 O8 w) p6 I$ R' s
5 c0 k* W3 B8 C3 H
" h" p- i ]7 g; n- Q9 C2 a) v) d5 m; g% S
9 ^. R4 J% n) q, p. k/ ?) c
2 X; a' M' i7 S
+ Z6 [6 y8 I- ^/ h
' f* O% x+ j2 e4 E1 ? w- W 0 z, a7 G! a8 C
; X0 w9 D: ]/ }$ Z7 n
. T4 f5 f# Y3 H! @: U3 ^5 }9 j$ N
9 D4 r9 Y" D, J( a8 q; f- f# s! s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。
& ^$ Y; Q, W0 h% Z: \! b3 N. @- C5 `* Q. }$ q
, s1 j' S" M' z, a1 t7 X- O C8 m3 g7 |9 B; v+ ?; Z
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。3 ?, |8 e1 N- }- I* A) ^! v
) L+ u& M$ _% S R# z5 o9 \8 ^
/ X0 R4 ^+ p) _5 U% ~7 G
- _0 L$ }" ?9 c& V9 Z2 b
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!5 b E) C' \7 @; `3 M
* z( i9 e9 l ^
7 z, Z$ Z$ k3 ^/ b5 D
$ s- |( m2 o1 Z/ y) m半小时观察1 M! s: v9 M+ K) N# I O$ a. f* \
+ v! D2 b# Q4 O. q
- U6 c, @& U' i. ~% D% l- O, F. i9 u* k0 X( {
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 |