擺脫電線的困擾，隨時(shí)隨地都可以用電？許多看過(guò)《三體》的讀者，對(duì)書(shū)中提到200年后人類(lèi)使用的無(wú)線輸電技術(shù)印象深刻。從通訊器到飛行器，都可以采取無(wú)線方式供電—電如同空氣一樣唾手可得。

在科學(xué)家的努力之下，這一場(chǎng)景并非遙不可及。今年7月，天津工業(yè)大學(xué)研制的高速列車(chē)無(wú)線電能傳輸技術(shù)在2014中國(guó)科協(xié)夏季科學(xué)展展出，被中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)列為10項(xiàng)引領(lǐng)未來(lái)的科學(xué)技術(shù)之一。也許在不久的將來(lái)，人類(lèi)可以甩掉電線這個(gè)尾巴，獲取輸電的自由。

開(kāi)創(chuàng)高鐵供電新模式

飛馳的高鐵主要依靠電能，其用電功率可達(dá)10MW。高鐵的安全運(yùn)行，更是要依靠安全的供電。目前高鐵列車(chē)的供電方式，采用受電弓滑板和接觸網(wǎng)導(dǎo)線的直接滑動(dòng)接觸。不難想象，受電弓與接觸網(wǎng)間的長(zhǎng)時(shí)間接觸，磨損、振動(dòng)離線、打弧及惡劣天氣中可能出現(xiàn)的覆冰等，可能造成斷電問(wèn)題。

“這些問(wèn)題是制約高鐵列車(chē)安全可靠運(yùn)行的瓶頸。”天津工業(yè)大學(xué)工程電磁場(chǎng)與磁技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊慶新在接受媒體采訪時(shí)說(shuō)，由于列車(chē)本身沿固定路線運(yùn)動(dòng)，有自己獨(dú)立的供電線路，該項(xiàng)目采用懸掛式發(fā)射線圈技術(shù)，將發(fā)射端與接收端置于列車(chē)頂部，避免了對(duì)鐵軌鋪設(shè)的復(fù)雜要求。

研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)高鐵列車(chē)在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的各種實(shí)際工況，建立高速運(yùn)動(dòng)無(wú)線供電系統(tǒng)多物理場(chǎng)耦合模型，對(duì)無(wú)線電能傳輸特性進(jìn)行求解。同時(shí)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化供電體與受電體的非對(duì)稱(chēng)磁場(chǎng)耦合結(jié)構(gòu)，并最終建立起高速鐵路新型無(wú)線供電驅(qū)動(dòng)模式及分析評(píng)價(jià)體系。

楊慶新介紹，這種高速列車(chē)無(wú)線電能傳輸技術(shù)，代替受電弓與接觸網(wǎng)滑動(dòng)取電的傳統(tǒng)方式，允許存在數(shù)十厘米的工作間隙，提高了絕緣強(qiáng)度，可以從根本上避免弓網(wǎng)的滑動(dòng)磨損、打弧、離線和振動(dòng)接觸及外部環(huán)境的影響，從而顯著提高受流質(zhì)量，為高速列車(chē)提供了極為靈活的無(wú)線供電方式，“而且比傳統(tǒng)的滑動(dòng)供電方式更加高效、安全、可靠”。

這項(xiàng)能為高鐵提供穩(wěn)定、安全、可靠的無(wú)線供電技術(shù)，被認(rèn)為有望革新高鐵列車(chē)供電模式。

無(wú)線輸電的各種嘗試

如果要聊聊無(wú)線輸電技術(shù)，一定繞不開(kāi)最早提出這一設(shè)想并付諸實(shí)踐的科學(xué)狂人特斯拉。早在100多年前，特斯拉就發(fā)明了“放大發(fā)射機(jī)”，把地球作為內(nèi)導(dǎo)體，地球電離層作為外導(dǎo)體，使用放大發(fā)射機(jī)特有的徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約8赫茲的低頻共振，利用環(huán)繞地球的表面電磁波來(lái)傳輸能量。

18世紀(jì)初，特斯拉在當(dāng)時(shí)富豪摩根的支持下，試圖將這一設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，他在紐約長(zhǎng)島建造起一座沃登克里弗塔（Wardenclyffe Tower），進(jìn)行跨大西洋無(wú)線電廣播和無(wú)線電能傳輸實(shí)驗(yàn)。然而不久之后摩根撤資，特斯拉無(wú)力支持這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，為人們留下了無(wú)盡的遐想。

理論上特拉斯的設(shè)想是可行的。于是100多年來(lái)，這個(gè)瘋狂的念頭吸引了無(wú)數(shù)科學(xué)家為之奮斗。然而，他們需要面臨同樣的一個(gè)難題：如何提高傳輸效率。

電磁波在自由空間傳輸能量的過(guò)程中會(huì)向四面八方散發(fā)，不易集中，定向性差，能量在無(wú)線傳輸過(guò)程中，空氣作為耦合介質(zhì)，電力載體的磁力線會(huì)有極大損耗，特別是微波，散射在空間，能量衰竭更快。

2007年，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)把共振運(yùn)用到電磁波的傳輸上，大大降低了電磁波損耗。他們利用銅制線圈作為電磁共振器，一團(tuán)線圈附在傳送電力方，另一團(tuán)附在接收電力方。當(dāng)傳送方送出某特定頻率的電磁波后，經(jīng)過(guò)電磁場(chǎng)擴(kuò)散到接收方，電力就實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳導(dǎo)。大約一年后，這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將傳輸?shù)男侍岣叩?0%。

2008年無(wú)線充電聯(lián)盟成立，并于2010年推出全球首個(gè)“無(wú)線充電”標(biāo)準(zhǔn)“Qi”。4年后，Qi認(rèn)證的諾基亞lumia系列所使用無(wú)線充電技術(shù)，在全球掀起了一股熱潮。

雖然在小功率、短距離無(wú)線輸電上，科學(xué)家們已取得了豐厚的成果，但在大功率、遠(yuǎn)距離上，人類(lèi)仍有一段很長(zhǎng)的路要走。科學(xué)家們?nèi)栽跒橹Γ@項(xiàng)技術(shù)的成功不僅將掀起人類(lèi)家居革命，在太空探索等多方面，也將為未來(lái)點(diǎn)亮新的路燈。

南方日?qǐng)?bào)記者 張婧