Wie wird die Hochtemperatur-Supraleiter-Elektrofederungstechnologie bei einer Geschwindigkeit von 600 Kilometern pro Stunde das Reisen der Zukunft verändern?

Wenn Sie von Peking nach Shanghai fahren

1200 Kilometer sind in zwei Stunden mit dem Zug erreichbar

Klingt das wie ein Witz?

Der 600 km/h schnelle Zug wurde bisher noch nicht in der Praxis eingesetzt.

Aber es könnte in naher Zukunft Realität werden.

Vor Kurzem wurde der erste inländische Testbetrieb für alle Elemente einer Hochtemperatur-Supraleitungs-Elektrofederung abgeschlossen, der von der CRRC Changchun Railway Vehicles Co., Ltd. unabhängig entwickelt wurde. Dies stellt einen wichtigen technologischen Durchbruch auf dem Gebiet der Hochtemperatur-Supraleitungs-Elektrofederung in meinem Land dar.

Während des Tests gelangte das Testfahrzeug nach 68 Metern in den Schwebebereich und wurde dort auf 50 Kilometer pro Stunde beschleunigt. Nach dem Erreichen des Federungsbereichs lösten sich die Stützräder des Fahrzeugs von der Lauffläche und traten erfolgreich in die elektrische Federungsphase ein, die 4 Sekunden dauerte. Der Test war ein voller Erfolg.

Obwohl es nur 4 Sekunden dauerte, brachte es den Hochtemperatur-Supraleiter-Elektroschwebezug einen Schritt näher an uns heran, und die Fahrgeschwindigkeit dieses Zugtyps kann leicht über 600 Kilometer pro Stunde erreichen.

Was ist Hochtemperatur-supraleitende elektrische Levitation?

Welche Änderungen wird es für unser zukünftiges Reisen mit sich bringen?

Ist es sicher, mit einer Hochtemperatur-Supraleiter-Elektroschwebebahn zu fahren?

Wann werden wir seine Fluggeschwindigkeit erleben können?

Lassen Sie uns gemeinsam die Antwort finden ↓↓↓

Warum gilt eine Temperatur von knapp -200 °C als „hohe Temperatur“?

Was ist Hochtemperatur-Supraleitung? Auf welche hohe Temperatur bezieht sich hier die „hohe Temperatur“?

Supraleitung bezeichnet das Phänomen, dass der Widerstand bestimmter Materialien bei extrem niedrigen Temperaturen verschwindet, also Nullwiderstand erreicht. Viele Stoffe können Supraleitung erst unterhalb von minus 250 °C erreichen. Als Hochtemperatur-Supraleitung bezeichnet man die Fähigkeit, bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, also über minus 196 °C, einen supraleitenden Zustand zu erreichen. Daher beträgt die hohe Temperatur im Hochtemperatur-Supraleiter-Elektromagnetschwebesystem nicht mehrere Hundert oder mehrere Tausend Grad, sondern liegt bei knapp minus 200 Grad Celsius.

Was ist ein Hochtemperatur-Supraleiter-Elektroschwebetransportsystem?

Nachdem wir nun die beiden Haupteigenschaften Hochtemperatur und Supraleitung kennen, stellt sich die Frage, wie diese bei der Gestaltung des Schienenverkehrs angewendet werden können. Welche Eigenschaften haben Hochtemperatur-Supraleiter-Elektroschwebebahnen im Vergleich zu herkömmlichen Zügen?

Hochtemperatur-Supraleitungs-Elektroschwebetechnik ist eine neue Art des Transports, die Hochtemperatur-Supraleitungstechnologie mit Magnetschwebetechnik kombiniert. Diese Technologie nutzt die Nullwiderstandseigenschaften von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien. Es kann große Ströme durchlassen und starke Magnetfelder erzeugen. Durch die Wechselwirkung zwischen den supraleitenden Magneten an Bord und den Magnetfeldern der Bodenspulen wird eine berührungslose Transportmethode erreicht, die durch magnetische Kräfte unterstützt, geführt und angetrieben wird.

Wu Wei, außerordentlicher Professor der Fakultät für Elektrotechnik an der Shanghai Jiao Tong University: Es wird einige zusätzliche Vorteile bringen. Einer davon besteht darin, dass die integrierten Hochtemperatur-Supraleitermagnete kostengünstige Kühlmethoden nutzen können, um den Vorteil der integrierten Magnete bei der widerstandsfreien Übertragung großer Ströme aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann der Magnet, obwohl er ein Elektromagnet ist, ohne Stromversorgung funktionieren, sobald Strom in ihn eingespeist wird.

Experten führten Experimente durch, indem sie einen Metallschlüssel mit einem Seil festbanden. Als der Schraubenschlüssel 30 cm vom supraleitenden Elektromagneten entfernt war, wurde er fest angezogen.

Wu Wei, außerordentlicher Professor der Fakultät für Elektrotechnik an der Shanghai Jiao Tong University: „Auf diese Weise können wir jedem ein intuitives Gefühl dafür vermitteln, wie stark sein Magnetfeld ist.“ Aus quantitativer Sicht kann das maximale Magnetfeld im Inneren des Magneten 3 Tesla erreichen, was einer Einheit der magnetischen Induktionsstärke entspricht und etwa dem 100.000-fachen des Erdmagnetfelds entspricht. Eine starke Magnetkraft ist Voraussetzung dafür, dass im Magnetschwebebahnsystem größere Federungs- und Führungsspalte erreicht werden und so die Fahrzeugsicherheitssteuerung verbessert werden kann. Zweitens können die Kosten für den Gleisbau erheblich gesenkt werden.

Wie wird die Hochtemperatur-Supraleitungstechnologie für elektrische Federungen das Reisen der Zukunft verändern?

Die Hochtemperatur-Supraleitungstechnologie für elektrische Schwebebahnen gilt als einer der „Königshöhen“ der aktuellen Schienenverkehrstechnologie weltweit. Welche Veränderungen wird diese Spitzentechnologie für das Reisen der Zukunft mit sich bringen?

Hochtemperatur-supraleitende elektrische Aufhängung ist eine neue Art des Transports mit Hochtechnologie und Großindustrie. Es kann die Entwicklung grundlegender Disziplinen wie Elektrizität, Elektromagnetismus und Materialwissenschaften vorantreiben und auch die Entwicklung vor- und nachgelagerter Industrieketten wie Leistungselektronik, Kommunikation und Infrastruktur fördern. Darüber hinaus wird durch den Betrieb mit Geschwindigkeiten von über 600 Stundenkilometern auch der Verkehrsablauf optimiert.

Shao Nan, stellvertretender Direktor des System Technology Office des CRRC Changchun Maglev Research Institute: „Wir hoffen, dass es in Zukunft die Geschwindigkeitslücke zwischen Hochgeschwindigkeitszügen und Flugzeugen schließen, die Reisezeit der Menschen verkürzen und die Reiseeffizienz verbessern kann.“ Wenn Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnen eingesetzt werden können, könnte das erste Szenario in wirtschaftlich entwickelten und dicht besiedelten Gebieten unseres Landes liegen, wie etwa in Peking-Tianjin-Hebei, im Jangtse-Delta, im Perlflussdelta, in Chengdu-Chongqing und anderen Regionen. Ihre Verkehrsintegration kann durch Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnen erreicht werden. In diesen Ballungsräumen können die Ressourcen, wie etwa die Flughafeninfrastruktur, sinnvoller auf die Großstädte verteilt werden, was sich sehr positiv auf die regionale Wirtschaftsentwicklung auswirkt.

Ist es sicher, mit einer Hochtemperatur-Supraleiter-Elektroschwebebahn zu fahren?

Die Geschwindigkeit kann über 600 Kilometer pro Stunde erreichen und das Fahrzeug schwebt über der Schiene, die praktisch dicht über dem Boden fliegt. Ist es bei einer so hohen Geschwindigkeit sicher, in einem Hochtemperatur-Supraleiter-Elektroschwebezug zu fahren?

Experten sagten, dass Hochtemperatur-Supraleiter-Schwebezüge im Vergleich zu anderen Transportschienen auf einer U-förmigen, halbgeschlossenen Schiene fahren müssten, damit es nicht zu Entgleisungen käme. Darüber hinaus wird die Federung und Lenkung des Fahrzeugs durch das physikalische Phänomen der elektromagnetischen Induktion zwischen den Bordmagneten und den Bodenspulen erreicht. Es handelt sich um eine passive, selbststabilisierende Aufhängung, die keine aktive Steuerung erfordert und im Hochgeschwindigkeitsbetrieb eine höhere Zuverlässigkeit aufweist.

Shao Nan, stellvertretender Direktor des System Technology Office des CRRC Changchun Maglev Research Institute: „Da wir Hochtemperatur-Supraleiterspulen verwenden, können diese durch ein vernünftiges Design bei künftiger Verwendung das Magnetfeld ein bis zwei Stunden lang ohne nennenswerte Abschwächung aufrechterhalten, selbst wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist.“ Auf diese Weise hat das Fahrzeug genügend Zeit, in einen Bereich zu fahren, in dem eine Rettung oder Evakuierung einfacher ist, und kann zuverlässig bremsen und sanft anhalten.

Darüber hinaus weisen Experten darauf hin, dass auch der Wickelprozess von Hochtemperatur-Supraleiterspulen seine einzigartigen Merkmale aufweist.

Shao Nan, stellvertretender Direktor der Abteilung Systemtechnologie des CRRC Changchun Maglev Research Institute: Unsere Hochtemperatur-Supraleiterspulen verfügen über ein ganz spezielles Wickelverfahren. Selbst wenn ein Teil der Hochtemperatur-Supraleiterspule während des Gebrauchs ausfällt oder beschädigt wird, nimmt der Strom im Inneren innerhalb weniger Stunden langsam ab. Es kommt nie zu einem plötzlichen Stromausfall, was bedeutet, dass sich der Fahrzustand unseres Fahrzeugs nicht plötzlich ändert und somit die Sicherheit der Passagiere gewährleistet ist.

Welche wichtigen Engpasstechnologien wurden durchbrochen?

Hochtemperatur-supraleitende elektrische Aufhängung ist definitiv Hightech. Es handelt sich um ein großes System mit stark gekoppelten Fahrzeugen und Gleisen, in das viele Schlüsseltechnologien involviert sind. Je nach technischem System kann es in sechs Hauptkategorien unterteilt werden: Systemintegration, Fahrzeuge, Gleis, Bahnstromversorgung, Betriebssteuerung und Sicherheitsgewährleistung. Viele dieser Schlüsseltechnologien waren Gegenstand technischer Blockaden durch das Ausland. Dieses Mal hat das erste Hochtemperatur-Supraleiter-Vollelement-Testsystem meines Landes seinen ersten Aufhängungsvorgang erfolgreich abgeschlossen. Welche technologischen Durchbrüche wurden dabei erzielt?

Experten zufolge sind Spezialtechnologien wie supraleitende Magnete, Induktionsstromversorgung und Gleise Gegenstand ausländischer Technologieblockaden. Nach mehreren Jahren haben inländische Unternehmen, Universitäten und Forschungsinstitute jedoch gewisse Zwischenergebnisse bei der Erforschung von Schlüsseltechnologien in verschiedenen Systemen erzielt.

Shao Nan, stellvertretender Direktor des System Technology Office des CRRC Changchun Maglev Research Institute: Der schwierigste Teil ist für uns definitiv der Hochtemperatur-Supraleitermagnet. In China gibt es keine Hochtemperatur-Supraleitermagnete, die in Fahrzeugen eingebaut werden können. Einige der bisher verwendeten Magnete sind für bodengestützte Anwendungen zu groß, weisen hohe Magnetfelder auf, verbrauchen viel Strom und sind für fahrzeugmontierte Anwendungen nicht geeignet. So hat unser gemeinsames Forschungs- und Entwicklungsteam beispielsweise für die Hochtemperatur-Supraleitermagnete, die Spulen im Inneren und die gesamte Trägerstruktur sowie die Niedertemperatur-Konstanttemperatur-Isolierstruktur außen viel harte Arbeit geleistet.

Der Erfolg dieses Schwebebetriebstests hat die wichtigsten Kerntechnologien supraleitender elektrischer Schwebetransportsysteme, wie supraleitende Magnete, lineare Synchrontraktion, Induktionsstromversorgung und kryogene Kühlung, vollständig bestätigt und eine solide Grundlage für die Förderung der technischen Anwendung supraleitender elektrischer Magnetschwebetransportsysteme gelegt.

Wie weit kommen wir mit dem „Bodennahen Flug“ bei einer Geschwindigkeit von 600 Kilometern pro Stunde?

Wann können wir einen derartigen „bodennahen Flug“ mit einer Geschwindigkeit von 600 Kilometern pro Stunde tatsächlich erleben? Nachdem das erste Hochtemperatur-Supraleiter-Vollelement-Testsystem meines Landes seinen ersten Federungsvorgang abgeschlossen hatte, sagte die für das Projekt verantwortliche Person, dass mein Land auf dieser Grundlage tatsächlich in der Lage sei, technische Fahrzeugprototypen zu entwerfen. Der nächste Arbeitsschritt wird sich auf die Konstruktion eines Prototypfahrzeugs für die Hochgeschwindigkeits-Fahrwerkstechnik konzentrieren und es wird erwartet, dass die Herstellung einiger Komponenten bis zum Ende dieses Jahres abgeschlossen sein wird. Ich glaube, dass in naher Zukunft jeder mit einer Elektroschwebebahn fahren kann.