中科院理论物理所　何祚庥

　　首先需要介绍，何谓磁浮列车。传统的快速列车是利用车轮和钢轨之间的相互作用来解决支撑、导向和驱动这三大问题。磁浮列车却利用电磁场所特有的“同性相斥、异性相吸”的相互作用，来实现机车和路轨间的上浮、约束和驱动，从而实现了机车紧贴路面但又是无接触的高速飞行。由于这一电磁体系完全取消了列车和钢轨间的直接接触所引起的摩擦力，因而大幅度降低了能耗、磨损、振动和噪声，也比轮轨列车更容易实现高速运行。如果说通常的高速轮轨列车的最高运行速度是 300 公里/小时的话，那末磁浮列车最高行驶速度将是 450—500 公里/小时，按照这样的速度，由北京到上海，将不超过 4 个小时，由北京到广州将不超过 5 个半小时，而且比飞机更为舒适、安全和风雪无阻地准时到达。这无疑将会受到旅客的热烈欢迎。

　　对于磁浮列车技术，通常存在的一种疑问是：这一技术是否经济实用？工程实施能否确保长期可靠安全运行？例如，见诸报端的一种意见是：“作为一种干线高速运输工具，磁浮列车在实用性、经济性、工程可行性方面还存在许多疑点。”出乎意外的是，这次在德国考察中上述三个疑点得到了全面澄清。

　　磁浮列车能否满足实用化的需要，是否已进入推广实用阶段？

　　现有的磁浮列车有两种技术体系。一种是日本的超导式的磁悬浮列车；另一种是德国的电磁铁的或又称常导的磁悬浮列车。超导磁浮列车为电动推斥式磁悬浮，能将机车浮起 10 厘米；常导磁浮列车为电磁吸引式磁悬浮，磁浮间隙仅为 1 厘米。日本的磁浮列车已实现了 552 公里/小时的高速，德国的磁浮列车也达到了 450 公里/小时的高速。日本之所以要发展超导磁浮列车，据说是由于日本是地震多的国家，10 厘米的悬浮易于抵御地震。但是，由于用到超导，这还要解决超导材料、低温冷冻机、液氦等技术困难，而且增加了投资。据日本技术专家估计，超导磁浮列车每公里造价将比日本的新干线贵 30%。

　　德国的磁浮列车，因为只用到通常的电磁铁，而这是完全成熟的技术，所以在实用化方面，就远比日本成熟。

　　德国已修建了一个既有高架也有地面路轨的长达 31.5 公里哑铃式的试验回路。其最高时速是 450 公里/小时，载客 420 公里/小时，平均速度是 300 公里/小时。已历经大风大雪的考验，安全运行了 15 年，累计 67 万公里的里程，也经历过长达 1000 公里以上连续运行的多次考验。有 80 万人次参观过这一试验线，有 26.3 万人次乘坐过这种磁浮列车。乘坐舒适，无振动，噪声小，急转弯时也感觉不到离心力，只看到大地有 6°—12°的倾斜。运行时能在 12 秒内换道岔，改变运行方向。至于磁场是否损害人体健康问题，据告知，经测量，由电磁回路所漏出的磁场远比地磁为弱。对于周围环境，经测量，包括考察团成员的测量，在时速是 300 公里/小时时，噪声是 78—80 分贝，时速是 420 公里/小时时，是 90 分贝，如下降到 200 公里/小时，那末和城市中一辆小轿车运行的噪声差不多。

　　磁浮列车有无经济效益？

　　令人意外的“新闻”是，磁浮列车竟具有优越的经济性。

　　据德国专家们介绍，德国的轮轨式高速列车，在平坦的地面，双线的投资是 3400 万马克/公里，在复杂的地形要超过 5000 万马克/公里；德国的磁浮列车，其双线的投资是 2900 万马克/公里。这一数字的依据是柏林—汉堡线的设计。由于柏林—汉堡线的地基比较疏松，否则其造价还可略低一些。至于磁浮列车用于复杂地形，就更呈现出它的优越性。由于磁浮列车的脉冲冲击压较小、自重较轻，所以更便于高架运行，其每米长度占地仅 2 平方米，而相应的轮轨高速列车占地达 14 平方米。我们看到的试验线就是一种形状简单的轻型结构。

　　由于磁浮完全取消了“点接触”，就完全避免了机械磨损。其结果是，磁浮列车的路轨寿命是 80 年，而轮轨列车的钢轨和地基寿命是 60 年；磁浮列车车辆寿命是 35 年，轮轨列车是 20—25 年；然而这里给出的磁浮列车路轨和车辆的寿命还只是依据某些实验结果加上大幅度安全系数所作的保守的估计。避免磨损带来的最重要的经济效益，是磁浮列车的年运行维修费仅为总投资的 1.2%，而轮轨列车要高达 4.4%。考虑到二者总投资还略有差别，所以磁浮高速列车的运行和维修的成本约是轮轨高速列车的 1/4。

　　注意到磁浮列车和轮轨列车有等同的客运能力，一般来说，路轨和土建费用约占了总投资的 60%，由此，由上面给出的折旧率和运行维修费用，可计算出二者每位乘客的票价。成本的相对比值 1:2.8。这是不能忽略的在经济效益上的巨大的差别！需要进一步探讨的是：磁浮列车的基本原理是把电动机里的“转子”布置在机车上，而将“定子”铺设在路轨上，由于电动机的“转子”和“定子”间的相互作用，就将电能转化为列车前进的动能。可是，在通常的电动机里，定子是某一圆筒形的电磁体，现在却要展开为长达几百公里，甚而是千公里以上的“平面”，这无疑是昂贵的代价，有些人更斥之为“大浪费”！那末为什么德国技术专家向我们提供的每公里的投资的数字，磁浮列车竟比轮轨列车少 15% 呢？

　　对此，德国技术专家向我们解释说，任何电力机车都要将电能转化为列车的动能。只不过在轮轨列车是由电动机所产生的旋转动能，通过一系列的机械传递系统转化为车轮的动能，再进一步由钢轨和车轮间的摩擦力转化为列车前进的动力。现在只不过通过直线电动机，直接将电能转化为列车前进的动能，更为重要的是，轮轨列车之所以能迅速前进，其动力完全来自车轮和钢轨之间的“点接触”。机车上的“点接触”就为高速列车带来了巨大的持续的冲击压力，从钢轮、钢轨到地基要有特殊的技术要求。可是，磁浮列车的电磁体系，却是定子和转子间的“面作用”，两者的冲击压力比是 5000:1！所以，虽然轮轨高速列车中只用到钢轮钢轨，但这里要求极高的安全系数，磁浮高速列车中，这一冲击应力负荷问题，就可以轻松过关。所以，新技术就带来了新的经济效益。

　　磁浮列车有无工程上的可行性？

　　德国西门子公司一位退休不久的副总裁瓦格纳先生说，问题还不仅仅因为磁浮列车有较好社会效益（如速度快、噪音小、能耗小、占地少……）和较高的经济效益（二者的票价成本接近 3:1），而且还因为磁浮列车的工程难度特小，我本人曾为轮轨高速列车由 300 公里/小时的速度提高到 330 公里/小时的速度，奋斗了多年。虽然这里仅要求提高 10%，但带来的技术难题多得不得了。因为轮轨列车的技术潜力在很多方面都已接近技术的极限，要突破 300 公里/小时，这就要对付更大的冲击压力，这要解决很多难题。直到最近才最后决定将于今年 6 月 1 日在德国的线路上试运行，而如果要求进一步提高到 350 公里/小时的速度，就还要解决更多的技术难题。但如果采用磁浮列车，而且仅要求 300 公里/小时的速度，那末从工程施工来看，就几乎没有什么难题，最多是要确保路轨有小于 0.1 厘米的平整度。磁浮列车的潜力或能力是 400—500 公里/小时，现在却只要达到 300 公里/小时，这正如一位百米赛跑的运动员要突破 10 秒的纪录，是很困难的事情；但如果请黑豹来做 100 米赛跑的运动员，那它将很轻松地跑出 7 秒或 8 秒的成绩。在工程决策的问题上，对于一位优秀的工程师来说，他优先考虑的是工程的难度问题，因为必须确保工程的成功。

　　当然，瓦格纳先生所谈的是德国的抉择。对于中国的科技人员来说，尽管如西南交大、国防科大等作过不少研究，也有许多成果，但不论是轮轨高速列车，还是磁浮列车技术，都是新技术。那么我们应该作出何种决策？这里我来回顾一下我国在国防决策上曾做过的一次抉择。1955 年我国在巩固空防的问题上曾面临如下选择：中国是发展航空飞机，还是发展导弹？理论上导弹有高达 10—20 的马赫数，超音速飞机的马赫数最多只是 2，导弹打飞机，一打一个准；飞机打导弹，连影子也看不见。但是，航空已经是成熟的技术，而导弹只存在于文献上，直到 1956 年，才由苏联发射了第一枚洲际导弹。那时的中央军委决策说，中国首要是发展航空飞机。可是，新回国的钱学森教授却力排众议，他在研讨国防技术的座谈会上提出，虽然导弹还只是“八字不见一撇”的技术，但对中国人来说，更应着重发展导弹。飞机要求重复飞行，飞机的难点在于材料，材料问题的解决，有赖于长期的经验积累，没有 10 年以上的时间，很难说材料问题就能解决。导弹的发射是一次性的，因而没有尖锐的材料问题。导弹的难点在于制导，要求“看得清、打得准”，这要靠大脑来解决，然而中国人的头脑并不笨，所以，对于中国人来说，掌握导弹技术，要比掌握飞机技术更为容易！