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。
& T' D8 u6 h) O F* t# B9 w! s9 D% [
. {$ h$ [3 t% q5 e. d) r5 X) y
- J" j ?2 k+ i6 }$ U+ T
$ ?% ?+ T+ h4 C8 l. h6 i8 B: s& _* _ Z0 j% Z+ W6 u
7 k" Z! i! d: b0 b" x& n1 l' J9 B
; A7 y! [0 e2 j) Z3 x9 y) ?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。; S- l: n! q3 _8 }0 w' u' r3 W
( M# d5 F3 T* J$ N: X( f
7 R) `) g( z% Q: m
" _1 T' s( V$ @7 @ M" v
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。
9 y2 A1 u4 ~ q* o% o/ E& z H# h+ m' c# g; d
$ D1 [( ?0 d A3 I
" X( K: [4 E. x& ^8 @
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。
% H, p% t9 b3 x; H
8 q) ^$ S# P6 p3 x0 l# c2 O' r" j' g2 f
- ^/ S& p$ T5 _' Z
) u5 b; S" a+ ?
+ ^- X9 d1 h8 `6 n2 j% f' w) e& p) j/ O9 q4 H7 h" k: [
6 Y$ _: z. h$ q* U8 N5 j M
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。
. v$ K/ |* \! D8 C' `3 a1 H, _* {$ V* w
. b' {. g9 w( M6 W4 {# r/ I+ K$ Z; B* g% V9 E: B
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。) g; s. P; ]- t1 J
: }+ o. c# e; l, E5 o) @1 c8 ~
: s' }2 q9 h) e) k6 W
?/ B# a& ^1 o4 o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。
& ^6 E; j0 |( b; j9 q0 n0 Q+ r1 H( j3 T3 c# p$ ^
+ l6 m( P# i+ S( ^ y
8 N) U, l, n! Y8 l7 o5 E7 D
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。
+ X# Y$ W' Q4 m" m. P/ f" S8 n7 T8 ]. Y' S6 V, L4 `8 W
9 s4 j, L- M8 \% ~
2 n) I; i/ q j
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。
2 \+ \1 _ J' k, e6 G6 w6 [3 s. D, t6 T0 |4 T9 H0 Q
6 w7 k- [5 E* F. ?9 s9 A( b. Q2 r, _5 Q8 z9 P! e
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# h+ ^- l# e! b* B' M, J
+ Y1 {* W! M, p1 D& ~# Z, R, y- o" Q5 {4 H3 _
( N5 [2 ?/ {, B% ^0 Y7 M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。
9 Q! e, T- V8 \ ?' s
; A* z* I. G2 V3 c6 S% R& Z+ F# R3 v6 u( w7 {$ E
j* _9 @1 o) k; d6 T7 e* Z# Z* k7 o
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。4 A3 s; F, y. u* X$ P3 s
9 T- M7 k+ ]# X& S8 q9 ]2 N. L% [$ v& c5 Z1 S
/ h; P- w' L0 E* C
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。
; [9 f* ?7 X* @, c4 u. ]/ w' {
. {% a: j1 ?$ k. ]; H* \
" h! C' R( M. m m5 c+ o0 R
/ N4 I& F. m# 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。
9 \0 v4 k, H d* u
1 D! ?9 G: T5 v w* X/ G7 Y) K
/ f/ z) s2 T& U, p: E* F: `9 R: d I$ W
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。
0 O6 }: A3 l, [2 i
/ l; h( e6 U4 r% i, s2 V. ~! u5 q4 `5 e
- k; b. R6 o' |1 B* G
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。
6 p" t- o% A3 m t9 r9 n% |
/ `3 M; @4 v# l1 `8 t3 R: U
G9 `) p+ y, y& P( b% ]1 w5 N" q6 d7 a, H5 Q4 e% C
; q, T: U2 Q+ w6 M, N2 q: G' {
; F' {/ s* J: B
. |6 k6 h+ b/ G: P2 {! r$ p/ M
' y" Z0 F9 \" i/ k. n$ \ 6 b7 \* N K% M, Y
, e/ E- _* e$ `4 C {
4 F( R2 E- k. o' E# I2 T u/ h- x7 F' o& l+ P
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。
2 p' K( G1 M2 c7 B
/ Z8 [/ S; m" C- Z8 j J7 u0 K- P; Y
& ^" q D- r$ U/ n+ q
6 n* Q& `7 y& r& o s# t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。5 `% @3 l' W% D- m
5 v# Y6 S; Z) ]. C6 _" E+ z% n% D3 L
3 R' }- a: z) n* R" q( |6 s
, f% w8 i+ `7 y0 {8 k+ [2 c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!+ b7 o. L$ @( e
5 m+ Z( ]( `! _& G2 Y' L8 I1 R2 n! |8 O# W8 H! S3 s# Y5 Q' ~
7 S- [7 C( l* p1 u! a半小时观察
0 X/ |! E9 E. S) H( z5 R. W( g3 {! b; g1 _4 j% [
+ z T5 ?/ p* v' u( Q1 ]* w& O! g, S" ]5 k6 K
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 |