“我们造的是列车，也是‘飞机’。不过，它的飞行高度只有8毫米。”国防科大磁浮技术研究中心教授李杰如此向科技日报记者打趣。
李杰口中8毫米飞行高度的“飞机”，是代号“追风者”的长沙磁浮快线。历经4个多月试运行测试，5月6日，它正式开通试运营。
长沙磁浮快线是我国首条完全拥有自主知识产权的中低速磁浮商业运营示范线，和世界上最长的中低速磁浮商业运营线，全长18.55公里。它也是全球第二条投入试运营的磁浮快线。设计最高运行速100公里/时。目前参与试运营的三辆磁浮列车，来自株洲电力机车有限公司牵头的“三大家”：国防科技大学、同济大学、西南交通大学。
7日，记者就磁浮列车最核心的磁浮控制技术，专访了国防科技大学磁浮技术工程研究中心李杰团队。
8毫米“高度” 30年“厚度”
李杰介绍，磁浮列车主要利用电磁力抵消地球引力，通过自动控制手段使车体与轨间悬浮间隙保持在10毫米内，让列车悬浮在轨道上运行。因此，磁浮列车学术界别名也叫“零高度飞行器”。长沙磁浮列车，悬浮间隙为8毫米。
“这种特殊飞行器‘亦飞亦跑’，涉及到总体设计集成、悬浮导向控制、转向架和二次系、牵引控制等关键技术，其中最核心的是悬浮导向控制，受到国外严密封锁。”李杰说。
首先要解决的，是列车怎样稳定的“浮”起。磁浮列车分吸力型和斥力型。“我们采用吸力型。利用磁铁异性相吸原理，让车辆‘悬挂’轨道下方。这种方式漏磁小，不需要格外的防护手段。”李杰说。
原来，车辆采用了“抱轨”设计，让列车“包”在轨道上运行，确保无脱轨危险。因此，所谓车辆“悬挂”轨道下方，是车辆电磁铁部分挂在轨道下方，整车正常立于轨道之上。
最让人头疼的，是如何让它在以时速百公里的飞奔中，保持8毫米的稳定悬浮高度。这需要面对各种环境情景、客流多寡、乘客在车厢内分布不均衡等对轨道和车体产生影响的诸多因素。这些因素，可致列车瞬间悬浮高度在三四毫米至十几毫米间切换，需要靠智能控制迅速调整到8毫米的标准高度。
为此，国防科大付诸了近30年的努力。20世纪80年代开始，该校常文森教授率领课题组，围绕磁浮交通核心关键技术开展了长期的自主创新。从课程设计中对一颗悬浮小球的控制开始，到1989年研制出国内第一辆试验小车CMS01，再到今天商业运营的整车，国防科大磁浮列车研究历经了几代人。新近获2015年度湖南省科技进步奖一等奖“中低速磁浮列车悬浮控制技术”的李杰，就是常文森教授的学生。
为突破磁浮控制关键技术，国防科大团队从建立车辆系统动力学模型入手，充分考虑影响负载变化和系统稳定性的各种因素，运用先进的控制理论，在优化轨道和车辆结构的基础上，创造性设计出一种新的悬浮控制算法，较好解决了车辆动态调节能力，可使每节车厢最大有效承载重量达15吨，实现105公里时速的平稳可靠运行。经测试，其动态调节与有效承载两项技术指标均达到世界领先水平。
在承前启后的努力中，和多学科的联合攻关下，李杰团队新研制出了集中式悬浮控制器、一体化的电涡流传感器和转向架产品等，掌握了具完全自主知识产权的数字化悬浮控制技术，它的传感器让悬浮高度误差在0.2毫米内。列车浮起后，转向架负责掌控方向，控制器在接收到传感器数据后，全盘指挥。整个控制过程以每秒钟约万余次的频率进行，确保列车在8毫米悬浮高度上飞奔。
悬浮总重较国外提高25% 中高速磁浮列车研发正酣
国防科大中低速磁悬浮列车总体技术处于国际领先水平。每车悬浮总重比国外提高了25%，车辆对轨道不平顺的适应能力成倍提高，桥梁减重16%以上。通过技术改进，系统的平均无故障时间提高了近2倍。目前，该成果除应用在长沙磁浮快线外，还用于在建的北京S1线磁浮列车。
世界磁浮交通界公认的技术难题，还有车轨共振问题。磁浮列车在停车和过道岔时，由于悬浮系统的主动控制，车辆和轨道容易产生共振。美国就曾出现过刚建好的线路因车轨共振而无法运行，不得不返回实验室重新研究解决方案。我国引进德国高速磁浮技术建造的上海浦东机场磁浮交通运营线，为防止车辆在水泥梁上产生振动，也采取加大水泥梁单位长度质量、加固改造轨道等方法来解决，系统造价较高。国防科大借鉴导弹壳体的振动控制技术，提出了一种振动抑制算法，解决了磁浮交通车轨共振难题。
对大家普遍关心的电磁辐射问题，李杰称，中低速磁浮列车采用吸力型电磁悬浮，低频交流牵引系统、新材料防护等创新手段，把电磁辐射减小到了最低程度。经严格测试，车厢磁场与一般家电产生的磁场相当，完全符合国际非电离辐射防护委员会制定的电磁辐射安全要求。
国防科大还将继续接手该线上中期配属两列车的悬浮控制系统。李杰透露，团队研究的时速在200公里的中速实验样车将于年底，在该校磁浮列车试验线上下线和调试。高速磁浮列车研究上，我国也已开展了十五年。目前，我国已在上海建成了一条1.5公里的高速磁浮试验线，研制出两辆高速磁浮列车，但尚未经过高速和长期可靠性运行检验。“高速磁浮列车适合城际间轨道交通，低速磁浮列车则适合城市和城市群轨道交通。严格说，是两个不同的东西。从技术难度上说，高速技术方案更为复杂。”李杰说。（科技日报长沙5月7日电 原标题：“追风者”：在8毫米高度如何“飞行”）
