В Китае испытали прототип высокоскоростного поезда на магнитной подвеске из высокотемпературных сверхпроводников
Исследователи из Юго-Западного университета Цзяотун в китайском городе Чэнду провели испытания прототипа высокоскоростного поезда на магнитной подвеске, использующего высокотемпературную сверхпроводимость с охлаждением до сверхпроводящего состояния при помощи жидкого азота. На испытательной колее длиной 165 метров удалось развить скорость вагона до 620 км/час.
13 января 2021 года в г.Чэнду (провинция Сычуань на юго-западе Китая) прошли испытания состава на магнитной подвеске — совместной разработки Юго-Западного университета Цзяотун и железнодорожных компаний Китая. Университет Цзяотун («университет транспорта и коммуникаций») в Чэнду с 1980-х годов — ключевой научный центр по разработке поездов, использующих принцип удержания в воздухе под действием магнитного поля. Предложенный прототип использует для перемещения магнитную левитацию вагона над полотном дороги из материалов, переходящих в сверхпроводящее состояние при охлаждении жидким азотом. Ряд технологических решений позволил также уменьшить вес вагона за счёт использования углепластика и увеличить его устойчивость при управлении. Испытания проводились на треке длиной всего 165 метров, но при этом удалось достичь рекордной скорости 620 км/час. Таким образом, прототип в будущем может стать первым высокоскоростным магнитопланом, использующим высокотемпературные сверхпроводники.
Использование сперхпроводящих материалов — только одна из нескольких технологий для поездов на магнитной подвеске (их называют магнитоплан или маглев — от словосочетания магнитная левитация). Такую линию можно реализовать также на электромагнитах и даже при помощи системы обычных постоянных магнитов, и соответствующие конкурентные разработки ведутся давно.
В Китае находится пока единственная в мире коммерческая сверхскоростная линия магнитных поездов — Шанхайский маглев (Shanghai Transrapid) со скоростью составов до 430 км/час на 30-километровой линии от международного аэропорта до станции городского метро, однако она работает на электромагнитной подвеске, без использования сверхпроводников. Значительно больше составов на магнитной подушке используется на обычных (низко- и среднескоростных) линиях и для «городского маглева». Такие поезда эксплуатировались ещё с 1980-х годов. Разработки поездов на магнитной подвеске велись с конца 1970-х годов и у нас, в СССР.
Сверхпроводящие материалы позволяют существенно уменьшить потери энергии в обмотках электромагнитов. Концепция маглева на сверхпроводниках использует известный с 1930-х годов эффект Мейснера — «вытеснение» линий магнитного поля из объёма сверхпроводника. При этом обычный магнит может левитировать над материалом в сверхпроводящем состоянии. Для демонстрации эффекта материал «подложки» охлаждают при помощи жидкого гелия или азота. Температуры сверхпроводимости, которых достигают охлаждением жидким гелием — это −269°C, и это слишком дорогостоящая технология. В настоящее время эксперименты по разработке маглева с гелиевым охлаждением сверхпроводников проходят в Японии для будущей линии Тюо-синкансэн между Токио и Осакой (её первый участок планируется ввести в эксплуатацию в 2027 году). Китайские инженеры утверждают, что в своём прототипе маглева им удалось использовать материалы, переходящие в сверхпроводящее состояние при охлаждении жидким азотом, то есть при температурах около −196°C. По сравнению с гелиевым охлаждением это считается высокотемпературной сверхпроводимостью, и затраты для её достижения при этом на порядки меньше. Такие температуры достигаются на удалённых телах Солнечной системы, например, на спутнике Сатурна Титане, даже позволяя реализовать на нём полный гидрологический цикл из жидкого метана и азота, аналогичный водному кругообороту на Земле.
Технических подробностей помимо сведений в пресс-релизах китайской прессы по поводу испытаний прототипа магнитного поезда не приводится (более того, нет даже видео собственно ходовых испытаний, что несколько странно, зато вместо этого на китайских ресурсах для внутреннего употребления есть множество видео и фотографий торжественной церемонии открытия испытаний). Кроме общей информации о принципе работы и стоимости проекта, инженеры подчёркивают ещё одну выгодную особенность китайского «сверхскоростного маглева на сверхпроводниках»: вагон-прототип из Чэнду может левитировать прямо со старта. Его японскому конкуренту для использования сверхпроводящей магнитной подвески необходим разгон выше минимальной скорости 150 км/час, и для разгона и торможения японский маглев поэтому использует обычные колёса, которые в «фазе левитации» затем отрываются от земли. Как китайские инженеры смогли преодолеть эту проблему и насколько решение рабочее, особенно при масштабировании со 160-метрового испытательного трека на реальные расстояния — мы не знаем. Ожидается (согласно интервью, процитированным в «официальных» релизах), что разработка может выйти на коммерческий уровень в течение следующих шести лет.