時速4千公里飛鐵的中國往事:院士曾推動,擁躉皆因資金停滯
兩周前,中國航天科工集團(下稱「航天科工」)向公眾投下一顆重磅,人類第五種交通工具「高速飛行列車」項目已開展研究論證,時速最高可達4000公里。
所謂的「高速飛行列車」,原理即是利用真空管道和超導磁懸浮技術,實現超音速的「近地飛行」。 憑藉超過3倍音速的速度,讓公眾直呼其為「飛鐵」。然而,網友刷屏、舉國振奮之際,質疑聲隨之到來:技術是否可行?安全性如何?會是下一個「巴鐵」嗎?
至少到目前為止,尚未有權威人士人公開發聲稱直接質疑「可行性」。不過,正如「高速飛行列車」在中國並不新鮮一樣,這樣的質疑在過去的近二十年里也沒有間斷過。不止一位首批擁躉者對澎湃新聞(www.thepaper.cn)說,「航天科工如果能做成,我也很高興。」
談起時下被重新熱議的「飛鐵」,首批擁躉者熱情不減。然而,熱情雖在,現實卻很凄涼。在最初激起過些許浪花之後的這十年時間裡,這些人仍保持聯繫,卻始終無法在真空管道交通之名下大顯身手。或局限於理論,或困於實驗室,或不願再提。
眼下會是新的機遇嗎?其中一些人並不認為自己還能被新的浪潮需要。
概念引入者張耀平
張耀平接觸到真空管道交通是在2000年。彼時的張耀平在中國外運研究中心工作,研究物流。張耀平本人於1997年10月畢業於北方交通大學(現北京交通大學)鐵道工程專業。
「我和Daryl Oster(戴睿?奧斯特)在2000年開始交流,當時就是通過郵件網上溝通,隔幾天有時甚至每天都會交流問題。」張耀平向澎湃新聞(www.thepaper.cn)回憶起近二十年前的往事。
戴睿?奧斯特是美國弗羅里達州的一名機械工程師,其將真空管道磁懸浮運輸概念落實為一整套的設計圖紙,並在1999年獲得真空管道運輸(Evacuated Tube Transport,ETT)系統發明專利。戴睿?奧斯特也被認為是真空管道磁懸浮列車領域的「佈道者」。
張耀平在和戴睿?奧斯特暢想未來的同時,也在苦苦尋覓這一概念在國內的落腳地。輾轉聯繫國內多家高校及機構之後,對張耀平引入的真空管道交通表現出最大興趣的,是彼時西南交通大學超導技術研究所的王家素教授。
2000年12月31日,王家素團隊研製成功世界上第一輛載人高溫超導磁懸浮實驗車。這輛當時被譽為「世紀號」的實驗車可載5人,永磁導軌長15.5米,最大懸浮重量達700公斤。張耀平提到,「這輛車出來以後,也遭受到一些質疑,有一些技術上的問題需要思考和解決。」
王家素團隊當時的完善思路之一正是準備給列車造個「殼子」。這種情況下,張耀平和戴睿?奧斯特的出現時機正好。2002年底,戴睿?奧斯特首次來到中國。2003春季開學時,張耀平就進入了王家素所在的超導技術研究所。戴睿?奧斯特也一同前往西南交大,直到2003年4月離開。
自此,真空管道交通的概念正式引入西南交大。然而,這一概念並沒有在張耀平的手上真正推動。隨後的幾年時間裡,因種種原因,張耀平從原超導技術研究所轉到了交通運輸學院,獲得副教授職稱,但最終於2008年離開西南交大,轉投陝西省西京學院。
張耀平回憶,「當時我可能是太著急、走得太快。轉到交通運輸學院以後馬上組建了真空管道運輸研究所,每天都在忙這個事,還組織學生參加大賽。研究所成立之後有一部分人支持,但也引來很多質疑的聲音。」
打開西南交大真空管道研究所的頁面,內容顯示的時間均為2007年4月。其中有一條公告即是2007年4月4日發布的《西南交通大學「首屆真空管道運輸創新設計大賽」通知》,組織在校本科生及研究所參賽,當時甚至提到每兩年將舉辦一次。
張耀平笑稱,「我們那時候組織舉辦的大賽,就跟現在埃隆?馬斯克(Elon Musk)組織的大賽差不多。」2015年,矽谷「鋼鐵俠」公布了「超級高鐵」模型競賽。當地時間8月31日,馬斯克在自己的個人Instagram賬號上曾宣布新一輪競賽結果,最高時速達到355公里。
從張耀平向澎湃新聞提供的資料來看,其在真空管道交通運輸領域的成就基本為論文及著作。
2004年9月,張耀平在該領域的第一本著作《新產業時代從這裡起步:關於真空管道運輸的初期對話》由清華大學出版社出版。此外,張耀平以第一作者發表學術論文40多篇,其中SCI檢索2篇,EI檢索11篇;國家授權專利12項。
2006年,張耀平在三次申請之後終於獲得國家自然科學基金,經費26萬元,這也是張耀平唯一一次獲得國家自然科學基金。
在西京學院的官網介紹中,張耀平現任西京學院真空管道交通研究所所長、經濟管理系教授,從事真空管道高速磁浮交通研究與現代物流教學科研工作。張耀平稱,「我這邊現在還算是研究真空管道交通的一支吧。」
眼下,張耀平還想再出版一本《真空管道交通概論》,卻苦於出版經費無從籌措。張耀平無奈表示,「出版合同簽訂快一年了,但因為沒經費支付出版費用,也就沒法交稿出版。預計今年能申請到基金,可總共五六個基金全部落空了,只能往後有經費了再出版。」
問及原因,張耀平只表示,「沒什麼原因,只能想是因為水平還不夠吧。」
值得一提的是,張耀平主動談及,此前有業內人士暗指其「熱衷於把這些紙上談兵的東西申報專利、組建公司、成立研究所、出版書籍,而不去認真探討為什麼不能實現」,背後也有苦衷,「如果有經費,我何嘗不想做實驗?沒有基金、沒有實驗室、沒有各方面的力量,我怎麼做?」
兩院院士提出設想
中國真空管道交通的一次標誌性事件是2004年中國兩院院士(中國科學院、中國工程院)沈志雲的公開支持。沈志雲當時為西南交大牽引動力國家重點實驗室教授。
據一名知情人士對澎湃新聞(www.thepaper.cn)透露,沈志雲對真空管道的思考始於2004年暑假期間。「9月份一開學,西南交大就召集了部分老師開了一個非常重要的會議,在這次會議上沈院士提出了對未來交通發展的一些思考。」
彼時,上海磁懸浮列車已投入使用,高鐵在2004年也已開始引進技術。還有什麼交通方式可供選擇?堪稱中國交通智庫的西南交大又將如何引領前沿?
沈志雲在上述會議上提出的便是真空管道交通。同年12月18日,沈志雲發起了一場「真空管道高速交通」院士研討會,有7位院士到場支持參會。這場研討會的成果最終以論文的形式發表在2005年4月的《西南交通大學學報》,這篇論文也讓學術界認可是沈志雲提出「真空管道高速交通」的設想。
沈志雲在論文中提出,在地表稠密大氣層中運行的高速交通工具,最高經濟速度不超過時速400公里。然而,實現更高速度確有客觀需要,也是交通科技工作者孜孜以求的夢想。實現更高經濟速度的一個可能的途徑是採用真空管道。
沈志雲當時對中國真空管道高速交通的戰略定位為600-1000公里/時的超高速地面交通,是目前地面高速交通的延伸和補充。並在論文中提出分為四個階段推行,即從2005年開始,5年達到小比例模型推出,10年全尺寸模型,15年達到實驗線路,25年即2020至2030年實現運營線。
然而,沈志雲設想也僅僅止步於設想,後續也沒有實質性推動。
值得一提的是,張耀平這位真空管道領域的概念引入者,在西南交大期間,並沒有得到沈志雲的支持。
據張耀平對澎湃新聞(www.thepaper.cn)回憶,在2004年12月那場院士研討會之前,他才第一次和沈志雲有了真正的「接觸」。而在此之前,儘管張耀平幾次希望能得到沈志雲的認可和支持,但均被其通過電話等放方式拒絕。「那時候就想,如果要真正推動真空管道交通,沈院士能出面支持當然是最大的力量。」
有過商業化野心的劉本林
劉本林和真空管道交通產生交集是在2005年。
彼時,劉本林在一個發明論壇上接觸到真空管道交通的概念,當時有人提到,「我要造一個時速20000公里的高鐵,你敢乘嗎?」就這樣,劉本林開始研究起真空管道交通。
劉本林是1977年恢復高考後的首批考生,於1981年畢業於中國科學技術大學物理系。外界此前更多地稱劉本林是「民間科研愛好者」,但這顯然讓劉本林的大學同學不認可,認為其無論如何是「科班出身」。
大學畢業以後的劉本林去了中國科學院固體物理研究所。「工作了3年之後,覺得很不適應就出來了,去了當時的江蘇省常州市電子工業局。」劉本林至今認為,「最優秀的科學家並不一定在科研機構。」
「我當時一查,發現這個東西其實很早就已經在說,但一直只聞樓梯響不見人下來。我就分析這裡面到底有什麼問題?」
隨後,就有了以劉本林為第一作者的《速車系統概論》,這本書也被認為是世界上第一本系統論述真空管道磁浮技術的專著。該書發表於2009年,另一作者為趙勇。
趙勇是西南交通大學首席教授、長江學者特聘教授、超導與新能源研究開發中心主任,和劉本林為中國科學技術大學同學。趙勇團隊目前也是中國研究真空管道磁懸浮列車方面的重要力量之一。
除上述著作外,中國真空管道交通領域屬於劉本林的印記還有一項發明專利。2011年,劉本林為第一發明人的《真空管道用於長途客運的方法》獲得授權,該項專利的發明人一欄里共有7人,包括趙勇、劉本林的女兒劉溪清。專利發明人中還有一位叫葛同勛,劉本林特別提到,「正是他在發明論壇上提出時速20000公里的高鐵,他其實才是我們的最初引路人。」
劉本林在接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)採訪時反覆提到,中國目前關於真空管道交通方面的基礎研究要比國外紮實,「只不過我們沒有名氣」。另外,劉本林認為,作為研究人員,真空管道的缺陷也不能忽視,「做真空管道的人好像都在迴避這個缺點,這點是是不對的。」
劉本林將《速車系統概論》簡單概括為「54321系統」。其中「4」指的就是「4大缺點」,包括昂貴的邊界、人不能生活在真空中、進出真空環境開銷巨大、對流冷卻功能缺失。「在這四點基礎上揚長避短,才能開創出有性價比的真空管道交通新局面。」劉本林還認為,在他的這套系統中,有「2大概念的突破」,即設計了承載-密封分置真空邊界和有速乘客交換系統。
值得一提的是,無論是劉本林還是前述的張耀平,對目前網路上「超級高鐵」等五花八門的叫法頗為反感。
張耀平認為,「最準確的叫法就是真空管道交通(Vacuum Tube Transportation,VTT)」。劉本林也格外強調,「把真空管道交通說成是超級高鐵,太簡單了一點,它比公路到鐵路的區別還要大,這是一種全新的交通方式,並不是簡單的高鐵升級換代。」
劉本林提到,「這個是以速度為特徵的,我們當時就定下來叫『速車系統』,當然我們定得也不一定合理。」
類似於張耀平,劉本林也只局限於理論的梳理和提出。「這個項目我也申請過幾次國家自然科學基金,但都沒有拿到。」值得一提的是,劉本林早在1987年就憑藉其他項目獲得過一次國家自然科學基金,經費總計25000元。劉本林說到,「在那個時候來說,這筆經費也算是中等水平了,那時工資才一個月不到100塊,當時的報告還是手寫的。」
申請基金無果,劉本林一度將自己那套系統的實施寄希望於商業化。「我們甚至跟大連萬達集團聯繫過,討論走商業化路線。」據劉本林透露,其最早接觸萬達是在2011年前後,「有一個團隊接待了我們,我們介紹了一下項目,但對方後來也沒有下文。」2016年,劉本林再次試圖接觸萬達,「很可惜他們的趨勢是要走『輕資產』路線,仍然沒有下文。」
目前,61歲的劉本林是常州市福馳電動車輛科技有限公司(下稱「福馳電動科技」)的法人及執行董事兼總經理。工商信息顯示,福馳電動科技註冊時間為2010年4月,註冊資本100萬元,股東之一還包括張耀平。
澎湃新聞(www.thepaper.cn)發現,福馳電動科技專利信息一欄里,專利共計35項,包括「一種具有增強滑鼠功能的複合按鈕鍵盤」、「 一種具有集電、蓄電與燃油複合動力系統的公路車輛」、「 一種彎折形圍牆與護欄」、「 一種航線在水面上裝備可離合起降系統的飛機」等。澎湃新聞採訪到一名劉本林此前的同事,該同事評價道,「劉本林興趣非常廣泛,之前對真空管道交通研究了一段時間,後來又陸續研究了很多其他的東西。」
另外,福馳電動科技還投資了另一家公司,即常州市健窕日用品科技有限公司(下稱「健窕日用品」),法人為劉本林女兒劉溪清。
劉本林最後提到,「現在的大環境下,研發一些小項目可能更現實一些,大的項目憑我們的力量根本推動不起來。」劉本林還透露,其團隊最新研發的一款新構皂「即將於9月16日前後在常州一家超市上架」。
困於實驗室的西南交大
自真空管道交通概念引進至今,西南交大是唯一作出模型平台的正規科研單位。
目前,西南大學真空管道磁懸浮列車項目的帶頭人則是前述提到的趙勇。趙勇此前在接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)採訪時曾對航天科工日前公布的時速4000公里「高速飛行列車」點評,「這項技術需要引起社會的關注。此時公布不是說這個技術已經成熟了,而是需要產業部門介入,國家政府要有投入,把前期技術先開發出來。」
趙勇是中國高溫超導領域的第一個博士,輾轉義大利、澳大利和日本13年後,他回到西南交通大學,是國家首批外籍傑出青年基金獲得者。彼時的趙勇認為,「西南交大是最適合搞超導磁浮研究的地方」。
趙勇透露,「航天科工目前的整個方案、基本思路就是按照我們的書(編註:《速車系統概論》)提出來,具體關於磁浮方面的設計是我們來幫助完成。」只不過,具備多年實驗經驗的趙勇對時速4000公里持相對謹慎的態度,「我一直在強調1000公里時速這個第一步的關鍵性和重要性,當你1000公里時速還沒實現的時候,大談4000公里時速意義就不大。」
趙勇認為,要實現「高速飛行列車」沒有捷徑,必須從實驗室走向中試,再進入工程階段。「我們現在連實驗室的數據還沒拿出來,離這個遠景還很遠。」
2011年,趙勇團隊研製出全球首個真空管道高溫超導磁浮列車試驗系統,該系統軌道直徑3米,管道最低壓強2000帕,磁浮車採用線性電機驅動。目前,這第一代實驗模型已被拆除。2016年1月,趙勇團隊完成第二代真空管道高溫超導磁浮列車系統的建設,系統首次採用「壁掛」式運行,即將直徑6.5m的環形軌道鋪設在環形金屬壁面上,使磁浮車沿壁面高速行駛。
2016年5月,系統完成第一階段調試,時速達到108公里;2016年10月,系統完成第二階段調試,時速達到150公里。趙勇對澎湃新聞表示,「目前,我們實驗室在高溫超導磁浮方面能做到時速160公里,這應該是實驗室最高速度了。」
實驗室系統的難點在於,「場地有限,只能做成環形,環形的小半徑離心力很大,做起來非常困難。」這也就意味著,趙勇團隊若想再進一步,必須將實驗搬到戶外。
「戶外實驗首先需要場地,起碼要1公里或者2公里的管道做前期試驗,中試起碼要幾十公里,日本600公里時速的磁浮線有三十多公里的線,按照這個比例的話,50到100公里的中試線是需要的」。
而戶外建立真空管道磁懸浮模型造價之高並不是一個實驗室所能承受。「投入肯定是以億為單位的,可以類比一下,地鐵的造價是每公里6億元-10億元,參照這個數字也不是我們實驗室可以做的。」趙勇表示。
值得一提的是,西南交大研究真空管道磁懸浮領域不止趙勇團隊,前述提到的王家素一支目前仍在進行相關實驗。西南交大目前在超導領域有兩塊牌子,一塊是趙勇所在的超導與新能源研究開發中心,另一塊則是已退休的王家素所在的超導技術研究所。
超導技術研究所前身是1988年王家素和王素玉在成都西南交大成立的第一個研究實驗室「低溫與超導技術實驗室」,1997年成立「西南交通大學超導技術研究所」,現隸屬於牽引動力國家重點實驗室。
超導技術研究所目前的骨幹力量之一是鄧自剛,現為西南交大牽引動力國家重點實驗室新型軌道交通技術研究所副所長、"高溫超導磁懸浮技術"校級和四川省高校科研創新團隊帶頭人。
官網顯示,2012年4月至2013年2月,在牽引動力國家實驗室自主課題和校級創新團隊經費資助下,鄧自剛主持研製成功中國首條載人高溫超導磁懸浮環形試驗線,全長45米,曲線半徑6米,懸浮高度10-20mm,最大載重1噸,最高速度時速50公里。實現了當前國際上同等載重能力,截面最小、永磁用量最少的超導懸浮系統,及面向實際應用的含轉向架、制動、無線通訊、車載實時監測等功能的高溫超導磁浮整車系統。
另外,據澎湃新聞(www.thepaper.cn)了解,在高校領域,青島科技大學機電工程學院李慶領教授團隊近年來也在進行真空管道方面的研究。李慶領現任青島科技大學副校長,多年來一直從事過程裝備傳熱及節能技術、高壓及超高壓技術及設備、新能源開發及利用技術以及環保過程技術等方面的研究。
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