Linear Chuo Shinkansen – Phương tiện giao thông tương lai của nhân loại
Nội dung của phần này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa hai loại tàu maglev do người Nhật và người Đức đang thử nghiệm.
1. Sự tồn tại thầm lặng của tàu maglev tại Nhật:
Linear Shinkansen là kết quả của sự hợp tác giữa Viện Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tổng Hợp Đường Sắt và JR Tokai cho ra đời, đây là một loại tàu sử dụng nguyên lý maglev (đệm từ trường) để vận hành trong ngành đường sắt. Trước khi thế hệ Shinkansen đầu tiên của Nhật bắt đầu thương mại hóa vào tháng 10 năm 1964, thì ngay từ năm 1962 loại tàu maglev đã được bắt đầu nghiên cứu tại nước này.
Theo thời gian khi Shinkansen đã khẳng định được vị thế đứng đầu về tốc độ, an toàn và tiện lợi trong ngành đường sắt của thế giới, thì các con tàu maglev đang chạy thử nghiệm hàng ngày tại nước này lại khá kín tiếng, không nhiều người biết được sự tồn tại song song của nó với các loại tàu Shinkansen, kể cả người Nhật tại nước họ. Nhưng đối với những ai có một chút hứng thú với ngành khoa học đường sắt, thì Linear Shinkansen của Nhật luôn có một sức hút khó tưởng khi loại tàu điện maglev chạy bằng công nghệ linear motor này luôn đạt những con số “khó tin” về tốc độ trong thời gian thử nghiệm.
Phải đến EXPO Aichi 2005 thì công nghệ tàu maglev mới được Nhật Bản giới thiệu rộng rãi ra thế giới, và người Nhật mới nhớ tới việc nước họ vẫn đang thử nghiệm một loại phương tiện giao thông còn siêu việt hơn hệ thống Shinkansen vốn nổi tiếng hàng đầu thế giới tại Nhật Bản. Lý do khiến ngành đường sắt Nhật Bản sau một thời gian khá dài vẫn không mặn mà đưa tàu maglev vào thương mại hóa vì giá thành, sức chứa, kỹ thuật cùng độ an toàn của nó vẫn chưa thể so được với các thế hệ Shinkansen. Tuy nhiên, do tình trạng ngày càng quá tải của các chuyến Shinkansen từ Tokyo đi Nagoya hay Tokyo đi Osaka trong dịp lễ tết, cùng việc cạnh tranh ngày càng gay gắt về giá cả của ngành hàng không, từ năm 2008, Bộ Giao Thông Nhật Bản cùng JR Tokai đã chính thức khởi động lại dự án dùng loại tàu maglev này cho tuyến đường bắt qua các dãy núi từ Tokyo tới Nagoya.
Không may thời điểm đưa kế hoạch này cho Quốc Hội Nhật Bản quyết định lại nhằm ngay lúc kinh tế thế giới chao đảo khi khủng hoảng tín dụng lan tỏa khắp mọi nơi. Bộ Giao Thông và JR Tokai đã phải đưa ra các số liệu, kỹ thuật cùng sự có lợi về kinh tế ra sao khi xây dựng tuyến đường sắt này trước Quốc Hội. Có rất nhiều ý kiến phản đối kế hoạch này do hiện tại Shinkansen vẫn đang đáp ứng quá tốt nhu cầu của người Nhật trên tuyến Tokyo-Osaka. Nhưng có lẽ một phần do người Đức đã nhanh tay thương mại hóa công nghệ maglev của họ tại Thượng Hải, khiến cho người Nhật luôn tự hào công nghệ maglev mà họ đang nắm giữ không có đối thủ phải nhanh chóng thương mại hóa nhằm không để công nghệ maglev trở thành sân chơi riêng của người Đức. Mãi tới ngày 26 tháng 5 năm 2011, kế hoạch trù bị chính thức được Bộ Trưởng Bộ Giao Thông chấp thuận và được Thủ Tướng đương nhiệm Kan Naoto ký văn bản thông qua, chủ đầu tư chính toàn bộ tuyến đường này sẽ do JR Tokai phụ trách. Hiện nay tới năm 2014 sẽ là thời điểm JR Tokai khảo sát các vùng núi trên địa phận các tỉnh Tokyo, Yamanashi, Nagano, Gifu, Nagoya và Osaka nhằm lên kế hoạch chi tiết kinh phí xây dựng cho một tuyến đường Shinkansen hoàn toàn mới đi qua các tỉnh này trong tương lai.
Mẫu Linear Shinkansen MLX01 được giới thiệu tại Aichi Expo 2005
2. Linear Shinkansen đối đầu với Transrapid:
Công nghệ maglev được chạy thử nghiệm từ lâu tại Đức, Anh, Mỹ và Nhật. Nhưng hiện tại đưa vào sử dụng thì chỉ có ba tuyến duy nhất tại Nhật (Aichi), Trung Quốc (Thượng Hải) và Hàn Quốc (Daejeon) với đoạn đường “khá khiêm tốn” là 9km, 30km và 1km. Tuyến thương mại hóa chính thức cũng chỉ đang hoạt động tại Thượng Hải, nhưng chỉ là tuyến nối giữa sân bay và đô thị.
Công nghệ maglev chỉ là cuộc chạy đua giữa hai nước Nhật và Đức. Rất nhiều nước đang xây dựng các tuyến tàu maglev trên thế giới đều dựa vào công nghệ tàu Transrapid của Đức. Còn Nhật thì do đã có kinh nghiệm xương máu từ vụ Shinkansen với Trung Quốc, nên họ rất dè dặt trong vấn đề xuất khẩu công nghệ maglev với nước khác. Ngoài ra, người Đức cũng đã có một kinh nghiệm cay đắng khi đem công nghệ maglev của họ xây dựng tại Thượng Hải. Sau khi hoàn tất xây dựng và đưa vào hoạt động thì hợp đồng giữa hai nước về công nghệ này đã bị chính phủ Trung Quốc đơn phương cắt bỏ, sau đó Trung Quốc đã nhấn mạnh rằng Shanghai Transrapid là công nghệ của Trung Quốc chứ không phải của Đức. Đức chỉ góp phần vào việc xây dựng và thiết kế tàu. Điều này càng củng cố quan điểm nói “không” với việc xuất khẩu công nghệ maglev của Nhật tại thời điểm hiện tại. Một điều khá thú vị là tuy Đức vẫn chưa có tuyến tàu maglev thương mại nào tại nước họ, nhưng họ lại xuất khẩu công nghệ maglev này sang các nuớc khác.
Người Nhật vẫn công nhận thế hệ Linear đầu tiên mà họ nghiên cứu ra dựa trên công nghệ maglev đầu tiên của Đức. Điều này không có nghĩa là công nghệ maglev của Nhật giống Đức, chẳng qua bởi công nghệ maglev do người Đức phát minh ra và giữ bản quyền. Tuy nhiên, cũng giống như công nghệ transistor vô địch thủ của mình, người Nhật một lần nữa từ một cậu học trò mới làm quen với công nghệ maglev, nay đã trở thành một nước đứng đầu thế giới đối với công nghệ này.
Từ khi tàu maglev được đưa vào chạy thử nghiệm đầu tiên năm 1971 tại Đức và 1972 tại Nhật đến nay, hai nước đã liên tục cạnh tranh về công nghệ cùng tốc độ không ngừng nghỉ. Đến thập niên 90 cho tới nay, thì Đức tỏ ra hụt hơi trong cuộc cạnh tranh này với Nhật, thế hệ MLX01 của Nhật luôn đạt vận tốc trên 500km/h trong các chuyến chạy thử (có hành khách). Ngày 2 tháng 12 năm 2003, MLX01 đạt vận tốc kỷ lục 581km/h trong chuyến chạy thử với ba toa tàu chở đầy khách. Tốc độ này vẫn giữ kỷ lục Guinness cho đến nay. Đây chưa phải là vận tốc giới hạn của Linear Shinkansen, tốc độ cuối cùng mà người Nhật muốn đạt tới là 700km/h. Điều này hoàn toàn có thể xảy ra khi các chuyến tàu Linear Shinkansen được thương mại hóa từ năm 2027, bởi kinh nghiệm trong hoạt động thương mại cùng sự phát triển công nghệ không ngừng trong tương lai sẽ giúp giấc mơ của người Nhật thành hiện thực.
Quảng cáo
Một vấn đề mấu chốt khiến Nhật được xem là chiến thắng Đức trong cuộc đua công nghệ này trong mắt các chuyên gia về đường sắt chính là độ an toàn. Transrapid của Đức đã có một tai nạn đáng tiếc trong một lần chạy thử nghiệm vào ngày 22 tháng 9 năm 2006, khiến 23 người chết và 10 người bị thương nặng. Shanghai Transrapid (hoàn toàn 100% công nghệ của Đức) đã từng gặp sự cố phát hỏa khi đang hoạt động vào ngày 11 tháng 8 năm 2010. Còn Linear vẫn chưa có vết tích gì về tai nạn chết người trong suốt lịch sử 41 năm chạy thử nghiệm của mình. Tính đến ngày 30 tháng 9 năm 2011, Linear Shinkansen đã được chạy thử nghiệm trên 878.000km tại hai tuyến đường Miyazaki và Yamanashi.
Linear MLX01 trên đoạn thử nghiệm Yamanashi
3. Tại sao Nhật vẫn gọi tàu maglev của họ là Shinkansen?
Chúng ta đã biết Shinkansen của Nhật là loại tàu điện siêu tốc, chạy bằng bánh xe trên đường ray gia cố đặc biệt chuẩn 1,435mm. TGV của Pháp từng đạt tốc độ kỷ lục 574.8km/h (không người) vào ngày 3 tháng 4 năm 2007 trong một lần chạy thử nghiệm bằng ba toa. Nhưng TGV vẫn không được ghi vào sách kỷ lục Guinness về vận tốc nhanh nhất của ngành đường sắt. Tại sao tàu maglev của Nhật lại được công nhận khi loại công nghệ đệm từ maglev này không sử dụng bánh xe? Câu trả lời là công nghệ maglev của Nhật vẫn sử dụng bánh xe, nên họ đã đặt tên cho nó là Linear Shinkansen.
Công nghệ maglev được áp dụng theo hai cách khác nhau:
- Electromagnetic Suspension (EMS): tạm dịch là Cách treo bằng điện từ lực. Tàu điện áp dụng hệ thống EMS này có thể “bay” lên trên đường sắt bằng thép cơ bản trong khi nam châm điện gắn liền với xe sẽ định hướng đường sắt từ bên dưới. Hệ thống EMS thường được sắp xếp trên hàng loạt các cánh tay hình chữ C, phần trên cánh tay gắn liền với thân tàu, còn gờ bên dưới thì được gắn nam châm bên trong. Đường sắt được đặt nằm giữa phần trên và dưới cánh tay hình chữ C.
Quảng cáo
Lợi thế lớn nhất của hệ thống này là tàu có thể bay ở bất kỳ tốc độ nào, không bị giới hạn tốc độ tối thiểu để tàu có thể bay là 30km/h như hệ thống EDS. Điều này giúp loại bỏ sự cần thiết phải xây dựng một hệ thống treo riêng biệt tốc độ thấp, chi phí xây dựng toàn tuyến cũng không quá cao. Vận tốc tối đa hiện tại đạt được đối với hệ thống này là 500km/h. Hầu hết các nước áp dụng hệ thống EMS khi xây dựng tuyến maglev, dẫn đầu là Transrapid của Đức.
- Electrodynamic Suspension (EDS): tạm dịch là Cách treo bằng điện động lực. Trong hệ thống EDS, cả đường dẫn và tàu đều tác động lên từ trường, tàu điện sẽ được đẩy lên trên bởi lực đẩy và lực hấp dẫn giữa những từ trường này. Trong một vài cấu tạo, tàu có thể được bay lên chỉ với lực đẩy. Trong giai đoạn đầu khi phát triển Linear tại đường thử nghiệm Miyazaki, một hệ thống đẩy được sử dụng để thay thế cho toàn bộ hệ thống EDS. Thực tế này khiến nhiều người quan niệm rằng hệ thống EDS chỉ là một lực đẩy. Điều này hoàn toàn sai. Từ trường trên tàu được sản xuất bởi nam châm siêu dẫn hoặc bởi một hàng các nam châm vĩnh cửu. Lực đẩy và lực hấp dẫn được tạo ra bởi một từ trường cảm ứng có trong dây hoặc một loại tấm đệm dẫn điện gắn hai bên đường ray.
Nhược điểm lớn nhất của hệ thống EDS này là khi tàu chạy với tốc độ thấp, dòng điện từ các cuộn cảm ứng và thông lượng từ trường tổng hợp không đủ lớn để hỗ trợ trọng lượng con tàu. Với nhược điểm này, tàu bắt buộc phải trang bị bánh xe hoặc phải gắn một số thiết bị hỗ trợ khác cho đến khi tàu duy trì được trạng thái bay của mình. Một nhược điểm khác là hệ thống EDS tạo ra một trường lực tự nhiên tại phía trước đường ray và phía sau nam châm nâng, nó chống lại lực của nam châm và hình thành một lực kéo. Tuy nhiên, việc này chỉ xảy ra khi tàu chạy với tốc độ chậm, còn khi đạt một tốc độc nhanh nhất định thì nhược điểm này không hề tồn tại. Ngoài ra, dòng điện phát sinh ra lực đẩy khó kiểm soát trong một vài trường hợp không có lực hấp dẫn, tai nạn chạm mạch đã từng xảy ra khiến một con tàu chạy thử bị cháy rụi khi đang chuẩn bị được đưa vào ga. Đây là nguyên nhân khiến Nhật bỏ đi hệ thống lực đẩy duy nhất mà trở lại với hình thức lực đẩy và lực hấp dẫn.
Lợi thế rất lớn của EDS so với EMS là khoảng cách từ mặt đường đến tàu rộng hơn nhiều, khoảng 10cm. Điều này giúp cho việc “bay trên không” dễ dàng hơn và đạt vận tốc cũng cao hơn. Nhược điểm của việc phải gắn bánh xe cũng đã được người Nhật giải quyết, Bridgestone đã chế tạo loại bánh cao su áp dụng công nghệ trong việc chế tạo bánh cho các chiến đấu cơ quân sự cho Linear Shinkansen. Những bánh cao su này sẽ hỗ trợ cho Linear khi tàu vận hành dưới tốc độ 150km/h. Nhật Bản là nước duy nhất hiện tại đang áp dụng khá thành công hệ thống EDS này. Vận tốc 581km/h của Linear MLX01 vào năm 2003 là minh chứng cho lợi thế về tốc độ của EDS. Hệ thống EDS đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao hơn cùng với chi phí xây dựng cũng đắt hơn EMS nên hiện tại chỉ xuất hiện ở Nhật Bản. Dự án này khi thương mại sẽ được chạy với tốc độ ban đầu tối đa là 505km/h với năm hoặc mười toa cho một chuyến.
Mô hình hệ thống EMS do Đức phát triển
Mô hình hệ thống EDS do Nhật phát triển
Nguyên tắc hoạt động của bánh xe khi tàu chạy với vận tốc thấp
4. Chi phí xây dựng và lợi ích:
Hiện tại JR Tokai vẫn chưa quyết định tuyến đường chính thức từ Tokyo đi Nagoya. Họ đã giới thiệu ba tuyến gồm tuyến Kisodani (334km), tuyến Inadani (346km) và tuyến Minami Alps (286km).
Tuyến khả thi và ngắn nhất là tuyến đi qua dãy núi Minami Alps tại tỉnh Nagano. Tuy nhiên, tuyến này cũng là tuyến khó thi công nhất vì một số đoạn phải làm đường hầm đâm xuyên núi. Còn hai tuyến kia tuy dài hơn, nhưng theo hướng đường vòng qua núi, tránh được tình trạng khi động đất xảy ra có thể bị sụt lở tại đường hầm.
Chi phí cho dự án Linear Shinkansen này đã được đưa ra từ năm 2008 với những con số trên trời. Đoạn Tokyo-Nagoya được dự tính khoảng ¥5.100 tỷ (khoảng $65 tỷ) cho đoạn 286km với thời gian 40 phút. Còn đoạn Tokyo-Osaka tiêu tốn khoảng ¥9.030 tỷ (khoảng $115 tỷ) cho đoạn 438km với thời gian 67 phút.
Những con số trên chỉ là những tính toán trên lý thuyến từ mấy năm trước. Còn hiện tại cho đến năm 2014 là thời điểm để JR Tokai và các bên liên quan tính toán thêm một lần nữa dựa trên con số thực tế khi thị sát các nơi. Chủ đầu tư chính JR Tokai sẽ chi trả những chi phí trong xây dựng tuyến đường, kể cả vốn xây dựng các nhà ga dành riêng cho Linear Shinkansen.
Chi phí xây dựng các nhà ga cũng rất cao. Thống kê cuối năm 2009 thì xây một nhà ga trên mặt đất tốn khoảng ¥46 tỷ ($560 triệu), nếu nhà ga ngầm dưới đất thì khoảng ¥220 tỷ ($2,8 tỷ). Những con số trên chưa phải là con số cuối cùng vì khi đưa vào xây dựng, sẽ có một số vấn đề tài chính phát sinh mà không nhà thầu nào có thể tính toán trước được.
Ngược lại với kinh phí là lợi ích về thời gian mà JR Tokai đã làm một số sơ đồ so sánh với máy bay và tuyến Shinkansen đang hoạt động.
Ngoài ra, nếu so về khí thải Co2 thì Linear thấp hơn 1/3 so với lượng khí thải của máy bay. JR Tokai dự đoán hàng năm Linear sẽ đem về khoảng lợi nhuận là ¥710 tỷ (gần $9 tỷ) khi tuyến đường nối hai nơi Tokyo-Osaka đi vào hoạt động.
Rõ ràng khi nhìn vào sự so sánh này thì Linear hoàn toàn vượt trội so với máy bay và Shinkansen. Đây là vấn đề mấu chốt giúp cho JR Tokai thuyết phục được chính phủ Nhật Bản thương mại hóa loại phương tiện này.
=> Nhìn lại trước năm 1964 khi người Nhật phải tốn bảy tiếng để đi từ Tokyo tới Osaka, mọi chuyện đã thay đổi khi Shinkansen ra đời, nó đã giúp ước mơ của người dân đi lại giữa hai thành phố chỉ còn dưới ba tiếng. Khi tuyến thứ hai nối hai nơi Nagoya-Osaka hoàn thành năm 2045, cũng là lúc ước mơ mới của họ trở thành hiện thực: chỉ cần một tiếng để đi từ nhà ga Tokyo đến nhà ga Osaka.
Hiện tại thì Linear Shinkansen của Nhật vẫn đang nắm giữ kỷ lục là tàu điện nhanh nhất thế giới. Tuy đây là công trình của người Nhật, nhưng tầm ảnh hưởng của nó rộng khắp thế giới. Bởi nhân loại sẽ tiến thêm một bước mới trong lịch sử ngành giao thông thế giới, khi mà những con tàu bay trong các phim khoa học viễn tưởng có thể trở thành hiện thực vào năm 2027, năm chính thức thương mại hóa Linear Shinkansen tại Nhật.
- Kết thúc -
Xem lại Phần 1, Phần 2, Phần 3 và Phần 4!
