Shinkansen – Niềm tự hào của châu Á trong ngành công nghiệp đường sắt thế giới

Nguồn: https://aikoku2027.wordpress.com
Phần I – Lịch sử tổng quát về Shinkansen



Trước khi viết bài này, tôi còn nhớ lại khoảng thời điểm nữa đầu thập niên 90 thế kỷ trước, tại Sài Gòn lúc bấy giờ có bán các loại tập vở (con nai?) cho học sinh mà bìa phía sau in các loại tàu cao tốc của thế giới. Thời đó tôi chỉ có thể nhìn những tấm hình đó cùng các con số về tốc độ của nó mà mơ tưởng một ngày nào đó mình sẽ được ngồi lên các con tàu cao tốc đó. Do hoàn cảnh may mắn mà ít lâu sau tôi được du học sang Nhật, nhưng cũng phải hai năm sau khi đặt chân tới Nhật, tôi mới chính thức ngồi lên một chuyến tàu cao tốc Shinkansen của Nhật trong chuyến đi từ Tokyo xuống Kyoto. Cảm nhận đầu tiên của tôi lúc đó là “Không biết mình đang ngồi trên xe điện chạy bằng đường ray với tốc độ từ 250-300km/h hay đang ngồi trên máy bay?“, bởi thật sự nó quá êm, ngồi một hồi cũng hơi hơi ù tai y hệt như ngồi máy bay.


Tôi thật sự khâm phục Nhật về công nghệ Shinkansen này, bởi đây là công nghệ duy nhất (theo kiến thức hạn hẹp của tôi được biết) xuất phát từ một nước châu Á khiến châu Âu và Mỹ phải “học hỏi” và chạy theo trong gần 50 năm lịch sử của ngành đường sắt cao tốc này. Shinkansen cũng là tuyến đường sắt cao tốc duy nhất trên thế giới có tuổi đời cao nhất nhưng lại an toàn với tỷ lệ tuyệt đối 100% cho tới thời điểm năm 2012 này. Nếu bạn chịu khó suy nghĩ kỹ hơn sẽ nhận ra sự khác biệt rất lớn trong công nghệ Shinkansen của Nhật so với phần còn lại của thế giới: Shinkansen của Nhật có thể an toàn tuyệt đối trong mọi hoàn cảnh xảy ra như gió lớn, bão, động đất (dưới 5 richter) bởi nước Nhật nổi tiếng là có động đất liên tục; trong khi công nghệ tàu cao tốc của các nước khác không có khả năng này, bởi lẽ như Pháp, Đức hay Tây Ban Nha gần như rất hiếm khi có động đất, nếu có bão thì mấy tuyến cao tốc này đồng loạt nghỉ như tuyến hàng không; còn như “anh chàng hay nổ” Trung Quốc mới có 5 năm tuổi mà đã xảy ra tai nạn liên miên thì lại càng không thể so sánh với Shinkansen của Nhật. Lần trước quay lại Nhật hồi tháng 2, trong chuyến đi từ Osaka tới Tokyo, tôi đã ngồi trong tuyến Tokaido với loại Shinkansen Nozomi N700 mới nhất của tuyến này, loại tàu này êm và nhanh hơn so với loại Nozomi 500, 700 cũ. Tôi cũng ngồi thử tuyến Tohoku với loại Shinkansen mới nhất của Nhật là Hayabusa trong chuyến đi từ Tokyo lên Sendai. Do muốn thưởng thức sự khác biệt của Hayabusa so với tuyến Nozomi, tôi đã chọn loại toa hạng đặc biệt của Hayabusa. Cảm nhận khi ngồi trong toa này chỉ gói gọn trong một câu: không có bất kỳ loại xe nào trong ngành đường sắt thế giới có thể so sánh với toa này về sự thoải mái và sang trọng cho tới hiện tại. Thiết kế bên trong của nó giống hệt như khoang First Class của các hãng hàng không. Tôi sẽ nói rõ về Hayabusa trong phần tiếp theo của bài này.

1 – Sự ra đời của Shinkansen:

Sau khi Tokyo được quyền đăng cai Olympics năm 1964, cả nước Nhật đều háo hức và chờ đón một kỳ thế vận hội mùa hè lần đầu tiên tại châu Á. Người Nhật muốn cả thế giới quên đi hình ảnh “quân phiệt, giết chóc, tàn bạo” của lính Nhật trong WWII, họ muốn cả thế giới thay đổi cách nhìn nước Nhật thời điểm đó đã trở thành một nước “ôn hòa, yêu hòa bình“. Vì vậy kỳ Olympics năm 1964 là cơ hội không thể tốt hơn. Ngoài ra, Olympics cũng là cơ hội cho Nhật thúc đẩy phát triển ngành du lịch của họ với bạn bè khắp thế giới trong tương lai. Chính phủ Nhật muốn khi khách du lịch tham gia Olympics tại Tokyo, họ có thể dành thời gian đi du lịch xuống phía Tây Nhật Bản (Osaka-Kobe-Kyoto) với thời gian ngắn nhất và chi phí rẻ nhất. Ngành hàng không thời bấy giờ chỉ đáp ứng được một điều kiện là “thời gian ngắn nhất“, nhưng vấn đề chi phí thì khó khách du lịch nào khi đặt chân tới Tokyo lại dám bỏ ra thêm một khoảng phí khá lớn chỉ để bay xuống phía Tây. Thay vì giống như châu Âu hay Mỹ thời điểm đó là mở rộng ngành hàng không và đường cao tốc, Nhật lại chủ trương thay đổi toàn bộ hệ thống đường sắt đang có và mở một dự án mới dành cho đường sắt cao tốc. Thời điểm trước WWII thì ngành đường sắt của châu Âu và Mỹ đã rất phát triển với những đoàn tàu có thể chạy với tốc độ 150km/h, trong khi ở Nhật hay toàn bộ châu Á chỉ có các đoàn tàu chạy tốc độ tối đa là 120km/h, vì vậy trước khi dự án Shinkansen hiện tại ra đời thì Nhật cũng đã có những dự án cải tổ tốc độ cùng kỹ thuật của các loại tàu điện đang hoạt động trong nước. Nhưng do chuẩn đường ray các tuyến của nhà nước xây dựng là chuẩn hẹp (1,067mm) từ thời Meiji, Nhật không thể đưa tốc độ xe điện lên cao ngang bằng so với của châu Âu sử dụng tuyến chuẩn phổ thông (1,435mm).

Năm 1940 chính phủ Nhật thông qua dự án thành lập tuyến Tokaido mới với chuẩn đường ray 1,435mm nối Tokyo và Osaka, với tham vọng giảm thời gian từ 7 tiếng xuống còn 4 tiếng với khoảng cách là 550km, từ “Shinkansen” bắt đầu xuất hiện tại Nhật để nói đến các tuyến đường ray 1,435mm sau khi dự án này được hình thành. Dự án này có tên Shinkansen cũng bởi mang một ý nghĩa khác, đó là đây là tuyến đường sắt mới với toàn bộ hệ thống toàn tuyến đều dùng điện. Nhật phải gởi các kỹ sư sang Pháp hay Đức để học hỏi kỹ thuật xây dựng khổ 1,435mm của phương Tây, hoặc họ phải nhập khẩu một số bộ phận chính của Đức hay Pháp lắp ráp vào các loại xe điện bình thường. Nhật đã mất hơn mười năm, đến tận những năm đầu thập niên 50 họ mới chính thức tự làm chủ toàn bộ thiết kế, kỹ thuật của toa tàu điện bình thường, kỹ thuật điện áp và kỹ thuật đường ray mà không cần nhờ tới bất kỳ thứ gì từ phương Tây. Hitachi, Kawasaki và Mitsubishi là ba hãng chế tạo chính các đầu xe bên cạnh một số công ty khác của ngành đường sắt. Năm 1957, họ đã nâng tốc độ xe điện lên 145km/h. Năm 1959, tốc độ được cải thiện lên 163km/h. Tuy nhiên, một vấn đề mới được phát sinh khi người Nhật đã tự biết cách chế tạo xe điện hoàn toàn bằng kỹ thuật của mình: lượng người dùng tăng đột biến.

Vài năm trước, khi ở Việt Nam đang có dự án xây đường sắt cao tốc, tôi có đọc một số bài báo trong nước viết về đường sắt cao tốc Shinkansen của Nhật. Trong đó có một số bài nói rằng nguyên nhân chủ yếu để Nhật xây đường sắt khổ 1,435mm riêng biệt dành cho Shinkansen là do trước đó hầu hết các tuyến đang có tại Nhật thời đó là khổ 1,067mm, không đáp ứng được tốc độ cao của Shinkansen. Xin đính chính lại cho các bạn hiểu rõ hơn: dự án xây các tuyến khổ 1,435mm lúc bấy giờ chưa hề có liên quan tới các loại tàu Shinkansen đang được sử dụng tại Nhật; những tuyến khổ 1,435mm được xây mới nhằm dành chỗ cho các loại xe điện hiện hữu nâng tốc độ cao hơn mà không gặp vấn đề nguy hiểm về tốc độ so với tuyến khổ 1,067mm; ngoài ra các tuyến khổ 1,067mm trước đó không phải toàn tuyến đều được điện hóa, một số đoạn vẫn còn sử dụng loại đường ray cũ dành cho xe chạy bằng than, hơi nước hay dầu diesel. Tuyến đường sắt huyết mạch Tokaido vào những năm 1956, 1957 bỗng trở nên quá tải do tốc độ xe điện trên tuyến đường này đã cải thiện rõ rệt hơn trước đó, người dân sử dụng tuyến đường này tăng lên quá nhiều khiến Bộ Giao Thông và JR Tokai của Nhật phải tìm cách giải quyết vấn đề này.

Có ba dự án được đưa ra:

- Lấy tuyến Tokaido hiện tại làm tuyến chính, mở ra thêm một số tuyến mới song song nối liền với tuyến này.

- Làm một tuyến hoàn toàn mới và độc lập với loại khổ hẹp (1,067mm trở xuống).

- Làm một tuyến hoàn toàn mới và độc lập với loại khổ rộng (1,435mm).

Nhiều ý kiến đều nhắm tới dự án đầu tiên bởi chi phí nâng cấp mở các tuyến nối với tuyến chính Tokaido rẻ hơn nhiều và cũng không quá khó khăn về kỹ thuật. Nhưng có một người bác bỏ dự án này, đó là Thống Đốc ngành đường sắt quốc gia Nhật Bản Shinji Sogou. Ông nhận ra tiềm năng kinh tế của ngành đường sắt tại Nhật trong tương lai sẽ rất sáng sủa, cùng với việc những khó khăn trước đó khi Nhật chưa tự chủ về kỹ thuật đường sắt đã không còn là vấn đề với kỹ thuật hiện tại người Nhật đang có trong tay. Shinji Sogou đã bị thuyết phục về tiềm năng to lớn khi xây dựng riêng một tuyến khổ 1,435mm mới dành riêng cho những loại xe điện chạy tốc độ trên 200km/h, loại tuyến này sẽ giúp ngành du lịch trong nước của hai miền Đông và Tây phát triển mạnh mẽ với khẩu hiệu “Khoảng cách Tokyo-Osaka với khả năng chỉ mất ba tiếng“. Ông đã đứng ra dẫn đầu những ai ủng hộ đi khảo sát từ Tokyo tới Osaka nhằm đưa ra mọt con số nhất định về chi phí xây dựng. Tuy nhiên, những người ủng hộ dự án này phải đối mặt với khó khăn rất lớn: chi phí xây dựng quá cao và đi ngược lại hướng phát triển giao thông của châu Âu và Mỹ là ưu tiên cho ngành hàng không và đường cao tốc. Shinji Sohou và những người ủng hộ đã thành công thuyết phục được chính phủ Nhật khi chứng minh được những lợi ích của dự án này cùng việc các kỹ sư hiện tại của Nhật hoàn toàn có khả năng làm đường sắt khổ 1,435mm toàn tuyến bằng điện.

Ngày 20 tháng 4 năm 1959, dự án đường sắt cao tốc đầu tiên trên thế giới chính thức được khởi công. Nhưng khi bắt đầu xây dựng thì phát sinh một vấn đề lớn: chi phí thực tế trong xây dựng bị tăng lên so với trước khi khởi công, do kinh tế Nhật thời gian này có dấu hiệu tăng mạnh mẽ, chi phí giải tỏa nhà cửa đất đai khi xây dựng cao hơn nhiều so với khi tính toán trên lý thuyến ba, bốn năm trước đó. Quốc Hội Nhật đã yêu cầu xác định lại con số chính xác, vậy là tổng chi phí bị đội lên tới 380 tỷ yên. Shinji Sogou bắt buộc phải từ chức do bị buộc tội trước đó nhằm thuyết phục Quốc Hội thông qua dự án nên đã đưa con số không đúng với thực tế. Tuy Sogou bị bắt phải từ chức, nhưng ông vẫn được mọi người tôn trọng, do ông chính là cha đẻ của ngành đường sắt cao tốc này. Nếu không có Shinji Sogou thì có thể ngày nay sẽ chẳng có nước nào có hệ thống đường sắt cao tốc (High Speed Rail – HSR) bởi Nhật sẽ chọn phương án đầu tiên để giải quyết vấn đề của tuyến Tokaido. Châu Âu cũng sẽ không “nóng máu” với các đoàn tàu Shinkansen của Nhật mà chạy đua cạnh tranh tốc độ với nó để cho ra đời thế hệ HSR đầu tiên tại Pháp, sau đó là Đức, Tây Ban Nha…

Tuy Sogou bị buộc từ chức, nhưng dự án xây dựng tuyến Tokaido độc lập dành riêng cho đường sắt cao tốc vẫn phải tiếp tục do các công trình cùng các kế hoạch xây dựng đã được thông qua hết. Năm 1961, Nhật phải mượn Ngân Hàng Thế Giới 80 triệu $, trả trong hai mươi năm, đến đúng năm 1981 thì họ đã trả hết nợ. Năm 1963, tuyến đường ray Tokaido dành cho Shinkansen chính thức hoàn thành và được đưa vào chạy thử nghiệm.

Trước khi kỳ Olympics năm 1964 được khai mạc, trong năm đó cũng có một sự kiện quan trọng toàn cầu là hội chợ EXPO 1964 tại New York vào ngày 22 tháng 4. Nhật Bản đã đem tới New York công nghệ đường sắt cao tốc này. Họ nhận được những cái nhìn khá bất ngờ của nước ngoài bởi phương Tây còn chưa làm ra được công nghệ đường sắt cao cấp kiểu này và xu hướng lúc bấy giờ vẫn chủ trương mở rộng giao thông hàng không và đường cao tốc. Nhưng do đây là nước chủ nhà của kỳ Olympics tổ chức sau đó sáu tháng, nên Nhật cũng không bị cười châm biếm thẳng tay mà chỉ là những nhận xét mang tính ngờ vực đối với một đoàn tàu chạy điện với vận tốc trên 200km/h trong một đoạn đường dài trên 500km. Tuy nhiên, Nhật Bản thời điểm đó là đất nước châu Á duy nhất có thể làm thành công bất kỳ thứ gì nếu họ muốn, bất kể công nghệ chỉ có phương Tây làm được hay thậm chí phương Tây chưa từng làm được. Điều này được khẳng định vào ngày 1 tháng 10 năm 1964, đoạn hành trình chính thức đầu tiên của Shinkansen được khởi hành từ ga Tokyo đi Osaka trên đoàn tàu Shinkansen 0 Series mang tên HIKARI, mở ra lịch sử hoàn toàn mới cho ngành giao thông toàn cầu do một nước châu Á khởi xướng.



0 Series HIKARI

2 – Phương Tây vào cuộc chạy đua tốc độ:

Do gấp rút đưa vào hoạt động để chào đón Olympics vài ngày sau đó, chuyến Shinkansen đầu tiên không đạt được thời gian ba tiếng như mục đích đề ra. Một số đoạn đường ray còn quá mới, phần đất gia cố còn chưa đủ cứng để đoàn tàu có thể chạy 200km/h trên đó. HIKARI mất gần bốn tiếng mới tới được ga Shin-Osaka. Nhưng dù gặp vấn đề trên, HIKARI cũng đã khiến người Nhật vui mừng vì so với lúc trước họ phải mất từ sáu tiếng rưỡi tới bảy tiếng mới tới được Osaka. Trong khi mọi con mắt trên thế giới đổ dồn về Olympics đang diễn ra tại một nước châu Á, các kỹ sư của Nhật vẫn miệt mài sửa chữa những đoạn đường ray còn chưa đạt tiêu chuẩn, người dân Nhật Bản cũng không mất nhiều thời gian chờ đợi cái gọi là Shinkansen có thật sự khác biệt hoàn toàn với các loại xe điện đang hoạt động trong nước hay không. Đúng một tháng sau khi đưa vào hoạt động, HIKARI đã chạy với tốc độ cao nhất là 210km/h trên tuyến Tokaido từ Tokyo đi Osaka với thời gian ba tiếng mười phút, gần đúng với mục đích đề ra ban đầu là rút ngắn thời gian đoạn đường 550km xuống còn trong ba tiếng. Đến lúc này thì người Nhật đã làm phương Tây phải “nóng mặt” bởi ngành đường sắt không giống như các sản phẩm đồ điện tử, ngành đường sắt đại diện cho sức mạnh về công nghệ của một quốc gia thời đó, chỉ có vốn của nhà nước bỏ ra mới có thể xây dựng được. Ngoài ra chỉ hơn mười năm trước, Nhật còn phải học hỏi cách chế tạo tuyến đường sắt khổ 1,435mm cùng việc phải nhập khẩu nhiều bộ phận mang tính kỹ thuật cao trong ngành đường sắt từ phương Tây, điều này khiến họ “khó nuốt trôi“. Ngay cả ngành điện tử hùng mạnh của Nhật vào thập niên 70 đến đầu thế kỷ 21 cũng không thể so sánh với vinh quang do Shinkansen mang lại. Sự khác biệt ở chỗ đồ điện tử hay thậm chí xe ô tô có nổi tiếng cũng chỉ đại diện cho một hãng nhất định, ngoài ra sản phẩm đó cũng được bán rộng rãi khắp nơi cùng tính chất mấu chốt là những sản phẩm đó đều phải dựa trên thành quả nghiên cứu của người phương Tây (trừ trường hợp duy nhất là Sony vào cuối thập niên 70 đến cuối thế kỷ trước là hãng duy nhất có một số phát minh tự chế mà không hề nhờ đến thành quả của phương Tây đem lại). Còn Shinkansen là đại diện duy nhất cho ngành đường sắt của Nhật, như kiểu Boing đại diện cho hàng không của Mỹ và Airbus đại diện cho hàng không châu Âu. Và nó chỉ được sử dụng tại Nhật nên tính chất hiếu kỳ của nước ngoài cao hơn hẳn so với nhóm điện tử hay ô tô. Cấu tạo và công nghệ trong đường sắt cao tốc rất khác biệt so với loại tàu điện bình thường. Giống như việc so sánh công nghệ máy bay dân sự Boing hay Airbus so với máy bay liên thanh Concorde rất khác nhau. Concorde là thành quả công nghệ tiên tiến bậc nhất trong ngành máy bay dân sự thế giới, cho dù nó gặp nhiều tai nạn và bị loại bỏ, nhưng đây là thành quả của phương Tây. Còn Shinkansen lại do Nhật, một nước châu Á thua trận phát triển ra.

Pháp là nước phương Tây đầu tiên vào những năm cuối thập niên 60 theo đuổi loại phương tiện mới được hình thành này sau khi sự thành công của Shinkansen được cả thế giới ngã mũ công nhận. Nhưng khác với Nhật, tàu TGV ban đầu của Pháp đưa vô chạy thử nghiệm là loại tàu dùng động cơ gas turbine cho tốc độ khoảng 230-260km/h khi chạy thương mại, trong khi tốc độ chạy thử lên tới 318km/h, cao hơn nhiều tốc độ Shinkansen chạy bằng điện của Nhật lúc này chỉ có kỷ lục 256km/h vào năm 1963. Nhưng không may là năm 1973 thế giới lâm vào khủng hoảng dầu mỏ, điều này khiến Pháp phải từ bỏ dự án TGV chạy bằng gas turbine mà phải thay bằng hệ thống điện giống như Nhật mang tính tiết kiệm năng lượng hơn, khi Pháp đã có rải rác các nhà máy điện hạt nhân cung cấp dư thừa nguồn điện cần thiết trong nước, thay vì phải lệ thuộc vào lượng dầu mỏ của nước ngoài. Nhưng phải đến tận ngày 27 tháng 9 năm 1981, chuyến tàu HSR đầu tiên của châu Âu từ Paris đi Lyon mới chính thức đưa vào hoạt động. Còn ICE của Đức-Thụy Sĩ-Đan Mạch-Áo phải tới ngày 2 tháng 6 năm 1991 mới chính thức đưa vào sử dụng. Chính vì sự chậm trễ đó, Shinkansen được xem là công nghệ mang tính cách mạng duy nhất của một nước châu Á khiến phương Tây phải chạy theo phía sau trong nhiều năm. Điều này càng rõ rệt hơn nếu nhìn vào độ an toàn của Shinkansen so với phần còn lại của thế giới.

Nhật không chú trọng chạy đua so tốc độ Shinkansen với châu Âu hay Trung Quốc, Hàn Quốc mà họ chỉ chú trọng độ an toàn trên hết. Nhiều năm sau chuyến Shinkansen đầu tiên, các tuyến đường mới nối các tỉnh thành khác lần lượt ra đời, nhưng tốc độ vẫn chỉ giới hạn 210km/h. Phải tới cuối thập niên 80, một số loại tàu Shinkansen mới ra đời với công nghệ tân tiến hơn, cùng công nghệ đèn tín hiệu được nâng cao thì Nhật mới dần dần tăng tốc độ cho Shinkansen. Nhưng các đoàn tàu của họ luôn chạy thương mại với tốc độ thấp hơn từ 80-100km/h tốc độ thực của nó nhằm bảo đảm an toàn. Cách khoảng mười năm họ sẽ cho ra đời loại Shinkansen mới với tốc độ cũng chỉ được nâng lên khoảng 20-30km/h, trong khi độ an toàn tăng gấp hai, ba lần so với các thế hệ cũ. Ngoài ra sự khác biệt về tốc độ vận hành của Shinkansen luôn thấp hơn TGV hay ICE và cả Trung Quốc một phần nguyên nhân bởi số lượng toa tàu. Ví dụ một đoàn tàu Shinkansen NOZOMI N700 trên tuyến bận rộn nhất là Tokaido có đến mười sáu toa tàu với 1323 ghế thì việc chạy tốc độ cao sẽ khó hơn nhiều về độ an toàn so với một đoàn tàu từ bốn đến sáu toa. Hiện nay đoạn đường từ ga Tokyo đi Shin-Osaka có tốc độ cao nhất là 270km/h. Đoạn từ ga Shin-Osaka đi Hakata (tỉnh Fukuoka) có tốc độ 300km/h. Đoạn từ Tokyo đi Aomori với Shinkansen HAYABUSA mười toa có tốc độ 300km/h và năm tới sẽ tăng lên 320km/h, trong khi tốc độ thực tế khi chạy thử là từ 370-380km/h, còn khi chỉ chạy thử với toa mang động cơ chính thì lên tới trên 400km/h.

Chỉ duy nhất một thế hệ Shinkansen mang tính chất đua tốc độ với nước ngoài là Linear. Loại tàu từ trường này được Nhật đưa vào chạy thử nghiệm từ tháng 7 năm 1977, cho đến bắt đầu năm 2009 mới chính thức kế hoạch thương mại hóa, hiện Nhật đang xây dựng tuyến đường riêng cho loại tàu này. Shinkansen Linear nắm giữ hai lần kỷ lục “Tàu điện chạy nhanh nhất trên thế giới” vào năm 1979 và 2003 với tốc độ lần lượt là 517km/h và 581km/h. Phần ba của bài này tôi sẽ nói rõ hơn về Linear của Nhật.



Shinkansen E5 Series HAYABUSA



Shinkansen N700 Series NOZOMI



Shinkansen Linear

3 – Shinkansen có thật sự an toàn không?

Tất cả ai khi biết về cái tên tiếng Nhật này đều không cần suy nghĩ mà sẽ gật đầu ngay. Bởi đây là phương tiện giao thông duy nhất của loài người chưa từng xảy ra bất kỳ tai nạn gây thương tích hay chết chóc nào cho hành khách trong lịch sử hoạt động của nó. Ngay cả việc tàu đang chạy với tốc độ 200km/h và gặp động đất bất ngờ dẫn đến việc trật đường ray năm 2004 cũng không hề có bất kỳ hành khách nào bị thương, do hệ thống dừng tự động và công nghệ thăng bằng trên Shinkansen quá hoàn hảo. TGV hay ICE đều có những tai nạn giao thông chết người nghiêm trọng, nhưng Shinkansen với tuổi đời lâu hơn nhưng lại “sạch sẽ” đến khó tin. Khi ở Nhật, tôi cũng chỉ lựa chọn phương tiện này khi đi chơi xa thay vì ngồi máy bay hay đi xe bus, vì máy bay có thể bị rớt, đi xe bus có thể gặp tai nạn bất chợt, nhưng với Shinkansen thì tôi chưa hề nghi ngờ về độ an toàn của nó. Có lẽ bạn nghĩ tôi quá tâng bốc công nghệ đường sắt này của Nhật, nhưng hiện tại đến năm 2012 này đó đều là sự thật, còn tương lai có chuyện gì xảy ra hay không thì không ai có thể trả lời.

Trong lịch sử Shinkansen, chỉ có duy nhất một sự kiện liên quan đến nhân mạng. Đó là ngày 27 tháng 12 năm 1995, một nam sinh trung học 17 tuổi đã bị chết tại nhà ga Mishima. Ban đầu, đoàn tàu Kodama 475 đi từ Tokyo đến Nagoya và dừng ga Mishima khoảng ba phút. Nam sinh này đã ra khỏi tàu để đến trạm điện thoại công cộng gọi cho gia đình, nhưng do không để ý đến thời gian, khi có tiếng báo hiệu tàu sắp chạy thì thanh niên này mới gấp gáp đuổi theo. Cửa tự động lúc này đã được đóng kín lại nhưng thanh niên này vẫn cố gắng kẹp ngón tay vào nhằm mở ra. Kết quả là bị kẹp ngón tay vào cửa và vừa lúc đoàn tàu bắt đầu lăn bánh. Thanh niên này bị kéo khoảng 160m từ lúc tàu lăn bánh đến lúc nhân viên nhà ga phát hiện ra và nhấn nút thắng khẩn cấp, đầu bị đập xuống đường ray và chết liền khi đó. Sự kiện này đáng lẽ đã trở thành vết nhơ duy nhất về độ an toàn của Shinkansen. Nhưng khi các nhà điều tra vào cuộc và kiểm tra băng ghi hình thì lúc đó mới kết luận lỗi thuộc về thanh niên 17 tuổi này, do tài xế lái tàu đã cho đoàn tàu khởi hành trễ hơn hai mươi giây so với giờ quy định lăn bánh nhằm đảm bảo tránh không cho hành khách chạy gấp lên tàu gây tai nạn. Nhưng như vậy mà thanh niên này ngay khi tàu sắp lăn bánh vài giây đã từ chỗ gọi điện thoại phóng chạy ra mở cửa tàu. Vì vậy sự việc chết người tại ga Mishima không được cảnh sát liệt vào danh sách tai nạn giao thông do phương tiện gây ra, mà bị liệt vào tai nạn tự tử do con người tự gây nên. Gia đình nạn nhân cũng không thể phủ nhận kết luận này. Kỷ lục an toàn tuyệt đối của Shinkansen cũng không bị lung lay khi kết quả cuối cùng được tuyên bố.

Cũng có một số ít lần Shinkansen bị trật bánh hay hệ thống đèn báo hiệu gặp vấn đề, những việc này sẽ được đề cập trong phần tiếp theo nói đến các công nghệ người Nhật áp dụng vào Shinkansen nhằm kiểm soát độ an toàn của nó.

Khi Shinkansen được mở rộng các tuyến đường từ Tokyo rẽ sang các tỉnh thành lớn của Nhật cho đến ngày nay, những người đồng ý với dự án của Shinji Sogou cũng không nghĩ rằng loại tàu cao tốc có giá vé chỉ rẻ hơn phân nữa vé máy bay và mắc hơn phân nữa vé xe bus liên tỉnh lại thành công như vậy. Shinkansen đã khiến các hãng hàng không trong nước điêu đứng, khiến cho nhiều sân bay địa phương gần như chỉ “ngáp ruồi” trong thời gian dài. Lợi thế rất lớn của Shinkansen so với hàng không tại Nhật là việc các nhà ga tàu điện luôn nằm ngay trung tâm thành thị, mọi tiệm ăn, shopping hay trung tâm giải trí đều được xây dựng gần xung quanh ga, nên hành khách không gặp bất tiện như khi sử dụng máy bay tại các sân bay cách khá xa khu trung tâm. Đến thế kỷ 21 thì một số hãng hàng không giảm giá vé trong nước xuống, nhằm cạnh tranh gay gắt hơn với Shinkansen, nhưng chỉ những chuyến bay dài trên 700km là có lợi thế về thời gian, còn lại thì thua xa sự tiện lợi so với Shinkansen trên các đoạn đường ngắn hơn. Ngoài ra, tuy tốc độ Shinkansen khá nhanh nhưng bạn vẫn có đủ không gian để ngắm cảnh hai bên đường, một lợi thế mà không ngành hàng không nào đáp ứng được.

Hiện có tổng cộng 8 tuyến Shinkansen đang hoạt động tại Nhật, bao gồm các tuyến: Tohoku, Akita, Yamagata, Joetsu, Nagano, Tokaido, Sanyo và Kyushu. Có 3 tuyến khác đang trong giai đoạn hoàn thành cùng một tuyến đặc biệt Chuo Shinkansen dành riêng cho Linear sẽ hoàn thành vào năm 2027.

So sánh giá vé(￥) và thời gian của Shinkansen, máy bay và xe bus tại một số đoạn thời điểm hiện tại: S=Shinkansen, B=Bus, A=Airplane (tính cả thời gian từ sân bay vô trung tâm)

- Tokyo-Nagoya (366km): S=10,780 (1 tiếng 36 phút); B=5,100 (5 tiếng 40 phút)

- Tokyo-Osaka (552km): S=14,050 (2 tiếng 25 phút); B=7,200 (8 tiếng 8 phút); A=22,500 (1 tiếng 55 phút)

- Tokyo-Hiroshima (867km): S=18,550 (3 tiếng 52 phút); B=11,600 (10 tiếng 35 phút); A=30,800 (2 tiếng 25 phút)

- Tokyo-Fukuoka (1180km): S=22,320 (4 tiếng 55 phút); B=8,000 (14 tiếng 20 phút); A=36,700 (2 tiếng 15 phút)

- Tokyo-Sendai (351km): S=10,890 (1 tiếng 35 phút); B=3,000 (5 tiếng 30 phút)

- Tokyo-Aomori (714km): S=16,870 (3 tiếng 10 phút); B=8,500 (9 tiếng 30 phút); A=30,100 (2 tiếng 10 phút)

- Osaka-Nagoya (187km): S=6,380 (49 phút); B=2,900 (3 tiếng 5 phút)

- Osaka-Fukuoka (644km): S=14,890 (2 tiếng 25 phút) B=10,000 (9 tiếng 40 phút); A=21,900 (1 tiếng 40 phút)

...To be continued...

Phần 2 – Những kỹ thuật quan trọng của đoạn đường ray cho Shinkansen



Nhật không phải quốc gia sở hữu tổng chiều dài đường sắt cao tốc dài nhất thế giới, nhưng họ lại sở hữu nhiều thế hệ tàu cao tốc nhất, nhiều nhà ga nhất, tỷ lệ số chuyến tàu trong một giờ nhiều nhất và tất nhiên là số lượng người dùng cũng thuộc hàng đứng đầu thế giới. Vậy làm cách nào để có thể đảm bảo an toàn cho loại tàu điện chạy trên 250km/h trong nhiều năm như vậy mà không hề bị tai nạn? Trong 48 năm hoạt động của mình, Shinkansen đã phát triển với việc kết hợp những công nghệ kỹ thuật mới nhất và tốt nhất của ngành đường sắt Nhật Bản. Phía sau những sự thành công đó là huyết tâm cùng động lực của các kỹ sư người Nhật mà ít ai biết đến tên tuổi họ. Tôi sẽ nói đến hai kỹ thuật cực kỳ quan trọng của họ nhằm tìm lời giải đáp cho câu hỏi bên trên.

1 – Đoạn đường ray phân nhánh chế tạo đặc biệt khó (tiếng Mỹ là Turnout, tiếng Anh là Railroad switch, tiếng Việt chính xác gọi là gì thì không biết nên đành dùng chữ turnout):

Để chế tạo đoạn turnout cho các loại tàu điện bình thường thì bắt buộc phải theo thứ tự các công đoạn: Phát triển, thiết kế -> Gia công đường ray, chi tiết linh kiện -> Lắp ráp, kiểm tra. Mọi công đoạn đều được kiểm tra riêng biệt và khắc khe, trong đó “gia công đường ray, chi tiết linh kiện” là quan trọng nhất.

Đường ray dạng kẹp gắp (rail tongs) dùng cho Shinkansen khác biệt rất lớn so với dùng cho tàu điện thông thường. Đoạn turnout bình thường có độ cong khoảng 5゜43′ cho phép tốc độ quẹo sang nhánh đường khác tối đa 55km/h, còn Shinkansen trong giai đoạn đầu khi xây dựng có độ cong nhỏ hơn, khoảng 3゜11′ cho tốc độ tối đa 80km/h. Không chỉ vậy, đối với đoạn turnout chuẩn bình thường, khoảng cách song song giữa hai thanh sắt của đường ray chính và đường ray dạng kẹp gắp (rail tongs) có độ sai lệch ±2mm. Nhưng Shinkansen không được phép có độ sai lệch đó cho dù chỉ ±1mm. Độ sai lệch cực đại của khoảng cách hai đoạn sắt song song “chỉ được phép dưới ±0.5mm“. Có nghĩa là hai thanh sắt của đường ray chạy dài song song từ Tokyo đi xuống thẳng Hakata (tỉnh Fukuoka) với khoảng cách 1180km có tỷ lệ song song gần như tuyệt đối, bất kể đoạn đường ray này quẹo trái hay phải, leo đồi núi hay xuống dốc. Không những vậy, do độ cong nhỏ hơn nên bắt buộc độ dài của đoạn turnout sử dụng trong Shinkansen phải dài hơn bình thường mới có được tốc độ 80km/h, độ dài của nó khoảng 71m nên đòi hỏi kỹ thuật bẻ cong hai thanh sắt cũng thuộc dạng “khó cực kỳ“.

Nhưng đó chỉ là kỹ thuật dành cho Shinkansen tốc độ 210km/h trong giai đoạn mới sử dụng vào những năm 60 đến 80 thế kỷ trước. Còn từ giữa thập kỷ 90 đến hiện nay thì Nhật đã làm mới lại các công nghệ này, cho ra đời kỹ thuật mới tiên tiến hơn nhiều. Thay vì tốc độ giới hạn chỉ dưới 80km/h cho Shinkansen khi rẽ sang đoạn turnout hay dưới 180km/h khi chạy thẳng tiếp xúc với đoạn turnout này đối với kỹ thuật cũ đang sử dụng, kỹ thuật mới tiên tiến hơn với chiều dài 135m có thể giúp Shinkansen chạy tiếp xúc với đoạn turnout với tốc độ giới hạn lên tới 270km/h, trong khi tốc độ quẹo sang đoạn turnout được nâng lên gấp đôi với tốc độ giới hạn 160km/h. Kỹ thuật này được Công ty vận tải đường sắt Nhật Bản, Viện nghiên cứu đường sắt JR và Công ty JR miền đông Nhật Bản hợp tác chế tạo thành công vào năm 1995.

Nghe lý thuyết thì có vẻ đơn giản, bởi chỉ thêm 42m chiều dài đoạn turnout thì không quá khó để uốn cong hai thanh sắt. Nhưng thực tế kỹ thuật này không phải nước nào trên thế giới có thể làm được. Ngoài cái khó về độ uốn cong, do độ dài thêm 42m nên vấn đề về cách làm khô phần đất, bê tông, thanh sắt đã tiêu tốn thời gian gấp ba lần so với đoạn turnout thế hệ đầu. Từ lúc chế tạo đến lúc lắp ráp và hoàn thành mất hơn sáu tháng cho một đoạn đường turnout “chỉ dài 135m“. Hiện tại loại turnout có tốc độ giới hạn 160km/h này ngoài Shinkansen của Nhật sở hữu từ năm 1995, thì còn lại chỉ có Pháp là nước thứ hai trên thế giới chế tạo được loại kỹ thuật này từ cuối thập niên 90 (không nhớ rõ năm 97 hay 98?).

So với các loại tàu điện thường, Shinkansen có bề ngang rộng hơn và trọng lượng cũng lớn hơn, nên khi chạy với vận tốc cao thì lượng ma sát với đường ray cực lớn. Do đó một số đoạn đường khi tàu chạy trên 250km/h sẽ nhanh chóng bị ăn mòn, tuổi thọ của những đoạn đường này chỉ khoảng một năm là phải thay mới. Đối với đoạn turnout còn nhanh hơn, trong khoảng 100 ngày là phải thay đoạn mới ngay. Vì vậy các công ty đường sắt JR của từng tuyến phải bỏ ra một số tiền khá lớn để duy trì tuổi thọ cho đường ray nhằm tránh bất kể những rủi ro gì có thể xảy ra.



Turnout thế hệ đầu giới hạn ở tốc độ 80km/h



Turnout thế hệ mới



Tốc độ giới hạn chạy thẳng là 270km/h, còn nếu quẹo sang đoạn bên trái thì giới hạn là 160km/h

2 – Hệ thống chống sét tốt nhất thế giới:

Đối với ngành đường sắt, không riêng gì Shinkansen, những loại tàu điện bình thường thì sét là hiện tượng nguy hiểm và khó chịu nhất. Nếu không có thiết bị chống sét cho đường ray và đoàn tàu thì khi có hiện tượng sét đánh xuống sẽ khiến đường ray hư hại, hệ thống đèn tín hiệu bị chập mạch, tàu điện dừng đột ngột gây tại nạn. Ngoài ra, nếu có sét đánh xuống đoàn tàu sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của hành khách bên trong tàu.

Điều này còn nguy hiểm hơn đối với các tàu điện cao tốc như Shinkansen. Do đó, dọc theo toàn bộ đường ray của Shinkansen đều có gắn hai bộ phận quan trọng nhất chống sét: biến áp cách điện và thiết bị an toàn. Cứ một đoạn khoảng 1km thì có bốn bộ được lắp đặt. Các bộ phận này do duy nhất một công ty đảm nhiệm là Sankōsha. Giai đoạn đầu tiên thì hai bộ phận này được chế tạo tách rời nhau và có kích cỡ khá lớn. Từ thế hệ thứ hai đến hiện tại là thế hệ thứ tư thì được tích hợp lại thành một, dùng vật liệu ceramic cùng kích thước được thu nhỏ lại hết mức.

Hiện tượng sét đánh ảnh hưởng ra sao tới Shinkansen? Lượng sét khác nhau sẽ dẫn đến điện áp đang vận hành của dòng điện cho đoàn tàu và các cáp điện cho đén tín hiệu phát sinh hiện tượng bất thường. Khi dòng điện bất định từ sét đánh xuống khiến điện áp bình thường không thể tự điều chỉnh nguồn điện đủ nhỏ khiến các vật liệu cách điện vượt quá giới hạn cho phép của nó, dẫn đến toàn bộ hệ thống hoạt động của Shinkansen bị một nguồn điện bất thường gây hư hại. Để giải quyết vấn đề này thì các thiết bị an toàn được đặt dọc theo toàn tuyến giúp cho các đường ray sẽ không bị sét đánh trực tiếp. Các thiết bị an toàn này có nhiệm vụ hấp thụ toàn bộ nguồn điện do sét đánh gây ra, chuyển xuống mặt đất hai bên ngoài của đường ray, hoặc sẽ chuyển sang các đoạn đường ray phụ trên một số đoạn. Từ mặt đất sẽ có một bộ phận chuyển đổi điện năng đủ nhỏ cho các máy móc gần đó hoạt động. Thế hệ thứ tư hiện nay của thiết bị an toàn này có thể chuyển đổi một lượng cao áp lên tới trên 25,000 volt dành cho Shinkansen, cao hơn gấp đôi so với thiết bị an toàn dành cho tàu điện bình thường chỉ khoảng 9000-10,000 volt. Những tàu Shinkansen sẽ chẳng thể chạy trong thời tiết mưa nếu như không có các thiết bị an toàn này nằm dọc toàn tuyến đường của Shinkansen.



Thiết bị an toàn thế hệ 2



Thiết bị an toàn thế hệ 3 bằng ceramic



Thế hệ 4 đã được thu nhỏ hết mức.

Từ khi Shinkansen ra đời đến nay thì 100% chưa từng có tai nạn chập mạch nào tại hệ thống điện của Shinkansen liên quan tới hiện tượng sét đánh, một tỷ lệ chống sét khó tin. Duy nhất một lần tụ điện bị chập mạch là do dây cáp nối với bộ phận điện tại trạm phát điện bị cháy, dẫn đến việc toàn tuyến Tokaido bị trễ gần hai tiếng vào năm 2009.

...To be continued...

Phần 3 – Các thế hệ Shinkansen



Thay vì phần này tôi dành để nói về NOZOMI N700 series và HAYABUSA E5 series, xin lùi sang phần kế tiếp vì nói đến các kỹ thuật và công nghệ của hai thế hệ Shinkansen này sẽ khá dài, mà thời gian tra khảo không đủ nếu đưa lên vào cuối tuần này. Vì vậy phần này tôi sẽ giới thiệu khái quát toàn bộ các thế hệ của gia đình Shinkansen.

Nhật lấy thủ đô Tokyo làm cột mốc chính, từ Tokyo đi lên phía Đông hướng Sendai, Aomori, Hokkaido thuộc quyền quản lý của JR miền Đông Nhật Bản gồm năm tuyến Tohoku, Joetsu, Nagano, Yamagata và Akita. Từ Tokyo đi về phía Tây hướng Osaka, Fukuoka, Kagoshima thuộc về JR Tokai, JR miền Tây Nhật Bản và JR Kyushu gồm ba tuyến Tokaido, Sanyo và Kyushu. Cả hai miền đều sở hữu tám thế hệ Shinkansen kể từ năm 1964 đến nay. Chưa kể đến các thế hệ Shinkansen khác được sử dụng với mục đích chạy thử nghiệm, cũng có tám thế hệ tính tới thời điểm này. Tổng cộng Nhật Bản có tới 24 các loại Shinkansen khác nhau với tổng cộng hơn 12000 toa được sản xuất.

1 – JR Tokai, JR miền Tây Nhật Bản và JR Kyushu:

Hiện tại tuyến đường sắt cao tốc bận rộn nhất thế giới là tuyến Tokaido có tổng cộng 336 chuyến Shinkansen (thời điểm nghỉ lễ cuối năm thì con số này tăng lên trên 370 chuyến), chuyên chở trung bình khoảng 370,000 người (số liệu đầu năm 2012) mỗi ngày. Tuyến Sanyo được thành lập từ ngày 12 tháng 3 năm 1972, nối liền hai tỉnh Osaka-Okayama, đến năm 1975 mới chính thức nối dài tới Hakata, thủ phủ của tỉnh Fukuoka. Tuyến Kyushu được thành lập gần đây vào ngày 13 tháng 3 năm 2004, nối liền hai tỉnh chính trên đảo Kyushu là Fukuoka-Kagoshima.

• 0 series: là loại tàu cao tốc đầu tiên trên thế giới. Từ năm 1964 đến 1986 tốc độ giới hạn là 210km/h. Từ cuối năm 1986 đến khi ngừng hoạt động năm 1999 trên tuyến Tokaido, tốc độ giới hạn là 220km/h. Thế hệ đầu tiên còn hoạt động trên tuyến Sanyo đến năm 2008 mới chính thức nghỉ hưu. Tùy thời điểm mà 0 series có 8, 12 hoặc 16 toa tàu được sử dụng. Tổng số ghế trên 16 toa là 1407 ghế. Thiết kế bên ngoài phần đầu của 0 series khi nhìn thẳng đối diện hay nhìn ngang rất giống đầu đạn nên phương Tây đặt một tên riêng khi nói đến Shinkansen của Nhật là Bullet Train. Ý nghĩa của cái tên này không đơn thuần do vẻ bên ngoài của 0 series, mà mang thêm ý “nhanh nhẹn như viên đạn được bắn ra“. Kể từ đó đến hiện nay, bất kể Shinkansen có hình dáng ra sao vẫn được gọi chung là Bullet Train. Có tổng cộng 3216 toa tàu được sản xuất.



0 series loại 6 toa



Toa hạng sang



Toa hạng bình thường

• 100 series: đưa vào hoạt động từ năm 1985. Tốc độ giới hạn là 220km/h. Thế hệ 100 series này được nâng cấp động cơ mạnh hơn cùng hệ thống thắng đời mới, trong 16 toa thì có 4 toa tàu hoàn toàn không có động cơ, giúp cho chi phí sản xuất giảm xuống khá nhiều so với đời đầu tiên. Đây cũng là loại Shinkansen đầu tiên có toa tàu hai tầng. 100 series ngừng hoạt động trên tuyến Tokaido từ năm 2003 và còn được sử dụng trên tuyến Sanyo đến tháng 3 năm 2012 thì được nghỉ hưu. Có 1056 toa được sản xuất.



100 series loại 16 toa



Toa tàu 2 tầng



Ghế hạng sang



Ghế hạng bình thường

• 300 series: được JR Tokai chế tạo thời gian đầu và đưa vào hoạt động từ năm 1992. Đây là thế hệ đầu tiên mang tên NOZOMI của Tokaido Shinkansen. 300 series cũng là loại Shinkansen đầu tiên chạy thương mại với tốc độ giới hạn 270km/h. Tốc độ này giúp cho thời gian từ Tokyo đi Osaka rút xuống còn 2 tiếng 30 phút. Năm 1993 được sử dụng trên tuyến Sanyo, từ năm này, JR miền Tây Nhật Bản cũng tham gia chế tạo. 300 series được ngừng sản xuất vào năm 1998 khi 1120 toa tàu đã được xuất xưởng. Tàu có 16 toa với 1323 ghế. Thân tàu được sản xuất bằng vật liệu nhôm hợp kim thay thế cho vật liệu đồng của hai thế hệ trước đó. Động cơ sử dụng cũng được chuyển sang động cơ xoay chiều (AC motor) thay thế cho thế hệ cũ sử dụng động cơ một chiều (DC motor). Do loại toa hai tầng của 100 series không được ưa chuộng nên từ thế hệ này chỉ có hai dạng toa tàu là loại thường và hạng sang. 300 series được nghỉ hưu trên cả hai tuyến Tokaido và Sanyo từ ngày 16 tháng 3 năm 2012.



300 series loại 16 toa



Ghế hạng sang



Ghế hạng bình thường

• 500 series: đây được xem là loại tàu cao tốc có thiết kế đẹp nhất thế giới. Được JR miền Tây Nhật Bản phát triển, do bốn công ty chế tạo là Hitachi, Kawasaki Industry, Kinki Sharyo và Nippon Sharyo vào năm 1996. Tàu bắt đầu được đưa vào hoạt động từ năm 1997. NOZOMI 500 series là loại Shinkansen đầu tiên chạy thương mại với tốc độ 300km/h. Để đạt được tốc độ này, thiết kế của 500 series hơi khác so với tất cả Shinkansen đã và đang hoạt động tại Nhật. Khi nhìn thẳng đối diện với đoàn tàu, bạn sẽ thấy thiết kế bên ngoài của nó là một hình tròn trứng gà hay hình ovan, các loại Shinkansen khác đều có thiết kế thẳng đứng ở hai bên cửa sổ, chỉ duy nhất 500 series là có hình cong tròn ở hai bên. Thiết kế này giúp cho đoàn tàu không gặp cản trở của sức gió và dễ dàng đạt vận tốc 300km/h mà không phải cải tiến nhiều về động cơ. Ngoài ra, do chạy vận tốc 300km/h nên thiết kế bo tròn giúp cho 500 series giảm được tiếng ồn đáng kể khi chạy vào các đoạn đường hầm. Phần đầu của 500 series khá dài, tính từ mũi tàu đến khoang lái là 15m, đến cửa ra vào là 27m. Đây được xem là đặc trưng cho các thế hệ Shinkansen sau này. Vật liệu chế tạo khung tàu được làm từ hợp kim nhôm hàn cứng với bạc nguyên chất theo cấu trúc tổ ong, giúp cho 500 series nhẹ và chắc chắn hơn nhiều so với 300 series. Điều này khiến giá thành của 500 series rất mắc, mỗi toa có giá tới hơn ba trăm triệu ¥ (tương đương 3,7 triệu $ theo mệnh giá hiện tại). Nhưng do có dạng bo tròn nên bên trong chỉ có 4 hàng ghế, thay vì 5 hàng ghế như thế hệ hai và ba tại các toa có ghế tự do. Khoảng trống bên trong nhất là về phía hai bên cửa sổ khá hẹp và thấp. Có nhiều tin đồn rằng thiết kế của 500 series là do một công ty thiết kế của Đức vẽ ra, thực hư ra sao thì không ai có thể khẳng định. Như các thế hệ Shinkansen của tuyến Tokaido, tàu có 16 toa với 1324 ghế. Tôi đã từng ngồi mấy lần trong 500 series nên có thể khẳng định đây là loại Shinkansen khó ngắm cảnh nhất từ cửa sổ bên trong và không thoải mái lắm. Cửa sổ vừa nhỏ vừa cong vòng khiến bạn không thể nhìn lâu bên ngoài, nếu nhìn lâu sẽ bị chóng mặt ngay. Đây có thể xem là điểm yếu rất lớn của NOZOMI 500 series. Ngoài ra, phần khoang lái quá thấp so với chiều dài của đầu tàu cũng là một khuyết điểm khá lớn khiến cho tài xế không thể quan sát rõ phần mũi tàu. Tuy được xếp vào tuyến Tokaido, nhưng tuyến hoạt động chính của 500 series là tuyến Sanyo. Đây là loại NOZOMI đầu tiên chạy liên tục trên hai tuyến là Sanyo và Tokaido, nối liền hai nơi là Tokyo và Fukuoka. Cũng bởi do điểm xuất phát của nó là ga Hakata (Fukuoka) đi Tokyo với khoảng cách 1180km nên 500 series có tuổi thọ hoạt động không cao như ba thế hệ đầu tiên. Ngày 28 tháng 2 năm 2010, NOZOMI 500 series chính thưc ngừng hoạt động trên tuyến Tokaido, mà chỉ còn chạy trên tuyến Sanyo, đổi tên thành KODAMA và chỉ có 8 toa cho một đoàn tàu. Chỉ có vỏn vẹn 144 toa tàu được sản xuất từ năm 1996 đến 1998 thì ngưng.



500 series loại 16 toa



Phần đầu tàu nhọn và dài



Cửa sổ hai bên dạng hình cong gây cảm giác không thoải mái



Ghế hạng sang



Ghế hạng bình thường

• 700 series: được chế tạo vào năm 1997 và đưa vào hoạt động năm 1999. NOZOMI 700 series cũng có 16 toa với 1323 ghế. Thế hệ thứ năm này do JR Tokai và JR miền Tây Nhật Bản cùng hợp tác phát triển nhằm thay thế cho 500 series, vẫn do bốn công ty sản xuất 500 series đảm nhiệm. 700 series được lên kế hoạch sản xuất khá sớm do chi phí sản xuất một đoàn tàu 16 toa của 500 series quá lớn, lên tới gần 5 tỷ ¥ (tương đương 60 triệu $ theo mệnh giá hiện tại) khiến cho việc kinh doanh không được hiệu quả. Thiết kế bên ngoài của 700 series quay về với kiểu truyền thống là thẳng ở hai bên cửa sổ, còn phần đầu thì vẫn kế thừa kiểu đầu dẹt như 500 series, theo hình “mỏ vịt”, chi phí cũng rẻ hơn chỉ còn khoảng 3,6 tỷ ¥ cho một đoàn tàu 16 toa. Vật liệu vẫn là hợp kim nhôm, nhưng được thiết kế làm hai lớp nhằm giảm tiếng ồn lọt vào bên trong. Thành tàu khi cắt ngang có cấu tạo giống miếng giấy carton. Lý do thiết kế loại này có thể giảm được chi phí sản xuất xuống do phần gia công hai bên cửa sổ không quá khó như kiểu gia công của 500 series. Ngoài ra công nghệ thời điểm năm 1997 tân tiến và rẻ hơn so với năm 1996 cũng là một nguyên nhân chính. Tốc độ của NOZOMI 700 series trên tuyến Tokaido là 270km/h, còn trên tuyến Sanyo là 285km/h. Tuy có tốc độ thấp hơn 500 series một chút, nhưng thời gian từ ga Tokyo đi Shin-Osaka vẫn không thay đổi do có một số đoạn đường 700 series được phép chạy nhanh hơn nhờ những công nghệ mới áp dụng trong sản xuất. 700 series được sản xuất với số lượng 1238 toa, đến năm 2007 thì được đổi tên thành HIKARI và KODAMA nhằm nhường cho thế hệ mới mang tên NOZOMI là N700 series. Đây là thế hệ Shinkansen đầu tiên được Nhật xuất khẩu ra nước ngoài, điểm đến là Đài Loan.



700 series loại 16 toa



Toa hạng sang



Ghế hạng sang



Toa hạng bình thường



Ghế hạng bình thường

• N700 series: xin xem trong phần 4.

• 800 series: được sử dụng trong tuyến Kyushu từ năm 2004 do Hitachi chế tạo. Các công nghệ của 800 series được áp dụng dựa trên công nghệ của 700 series, phần đầu được thiết kế lại theo hình dáng con chim én với mắt thỏ. Tốc độ thương mại được giới hạn ở mức 260km/h do tuyến Kyushu chỉ có khoảng cách 256.8km. Do đoạn đường di chuyển từ Hakata đi Kagoshima tương đối ngắn nên 800 series chỉ có duy nhất một loại toa tàu bình thường với 6 toa trên một tuyến, sức chứa 392 người. Bên trong khá rộng do chỉ có bốn hàng ghế so với năm hàng ghế trên tuyến Tokaido hay Sanyo và được trang trí bằng nhiều chất liệu gỗ theo thiết kế truyền thống của Nhật. 800 series được mang tên chính thức là Tsubame (chim én), sau này có thêm tên mới là Sakura. Có khoảng 54 toa được sản xuất cho tới hiện tại.



800 series loại 6 toa



Trang trí bên trong toa tàu

• Linear 0 series: xin xem trong phần 5.

2 – JR miền Đông Nhật Bản:

Các thế hệ Shinkansen miền Đông Nhật Bản hơi khác so với miền Tây. Do lượng người du lịch từ Tokyo lên phía Đông không được đông đúc, nhộn nhịp như miền Tây, nên số lượng các toa tàu của từng thế hệ được sản xuất khá hạn chế. Một đặc trưng hầu như không hề thấy trên các tuyến ở miền Tây chính là việc thế hệ Shinkansen này được nối với thế hệ Shinkansen khác tạo ra một đoàn tàu hoàn chỉnh từ 12 đến 16 toa.

• 200 series: là loại Shinkansen đầu tiên của tuyến Tohoku. Được thương mại từ ngày 23 tháng 6 năm 1982. 200 series có hình dáng khá giống với 100 series và được sản xuất trước thế hệ này gần ba năm nhưng do vấn đề về cách đặt tên gọi, nên chúng ta cứ tưởng 200 series là đàn em của 100 series. Thế hệ này có 8, 10, 12, 13 và 16 toa tùy theo thời điểm, loại 16 toa có tổng cộng 1235 ghế với tốc độ giới hạn là 245km/h. Có tổng cộng 700 toa tàu được sản xuất. Năm 1997, 200 series được làm mới lại từ màu sắc bên ngoài đến thiết kế ghế ngồi bên trong, chỉ có duy nhất loại 10 toa với 749 ghế. Tháng 11 năm 2011, 200 series chính thức nghỉ hưu để nhường chỗ cho thế hệ mới sau này. Đây là thế hệ Shinkansen đầu tiên và duy nhất của Nhật bị trật đường ray trong lúc đang chạy vào ngày 23 tháng 10 năm 2004. Đó là ngày đã xảy ra trận động đất lớn 6.8 độ richter Niigata-ken Chuetsu, 200 series đang chạy với vận tốc khoảng 205km/h từ Tokyo đi tỉnh Niigata thì động đất bất ngờ xảy ra. Hệ thống báo động và hệ thống thắng tự động đã hoạt động tức thời, tuy nhiên do 200 series đã trên 20 năm sử dụng, tuy được làm mới lại vào năm 1997 nhưng cũng không thể so bì với hệ thống thắng được áp dụng trên các thế hệ đàn em. Kết quả là có tới tám toa trong tổng số mười toa đã trật đường ray do thắng không kịp. Nhưng người Nhật lại có một niềm tự hào trong bối cảnh trận động đất này là việc không có bất kỳ ai trong tổng số 155 hành khách gặp vấn đề gì cho dù “bị thương ngón tay út” cũng không hề xảy ra. Sau ba năm điều tra tai nạn này, một kết luận được đưa ra: do động đất đã khiến đoạn đường xảy ra tai nạn nhấp nhô khoảng bốn lần, làm cho đoạn đường ray có hiện tượng bị cong về một phía, 200 series tuy đã được thắng gấp nhưng vẫn không kịp khiến đoàn tàu vẫn chạy một đoạn khoảng 1.6km trên khúc đường ray này và kết quả là trật bánh xe. Tai nạn này đã khiến nước Pháp, cường quốc số một của châu Âu về công nghệ High Speed Rail, phải chào thua công nghệ Shinkansen của Nhật Bản trên các mặt báo của họ. Người Pháp đã ngạc nhiên khi một trận động đất gần 7 độ richter mà không làm cho hệ thống đường ray được xây trên không của Nhật bị suy sập mà chỉ bị hư nhẹ đoạn đường ray bên trong. Cùng thời điểm đó trên các tuyến khác cũng có khoảng trên 10 đoàn tàu khác nhau đang chạy với tốc độ trên 230km/h mà chỉ duy nhất đoàn tàu có tuổi đời cao nhất là bị tai nạn nhỏ. Điều này nếu đem so sánh tai nạn của Pháp, Đức, Anh, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Trung Quốc thì chỉ dùng bốn chữ “tuyệt đối an toàn“ để nói đến Shinkansen.



200 series loại 12 toa đời đầu tiên



200 series loại 10 toa đời mới



Toa hạng sang đời mới



Toa hạng bình thường đời cũ



200 series gặp tai nạn nhìn từ xa



Tai nạn nhìn từ phía trước

• 400 series: đây là thế hệ mini Shinkansen, bởi nó vừa chạy trên tuyến Shinkansen với tốc độ 250km/h và trên tuyến tàu điện thường với tốc độ 130km/h. Được Kawasaki Industry chế tạo và đưa vào hoạt động từ 1 tháng 7 năm 1992 với sáu hay bảy toa, sức chứa 399 ghế. 400 series chủ yếu chạy trên tuyến Shinkansen phụ là tuyến Yamagata, nối với tuyến chính Tohoku. Thế hệ này có bề ngang nhỏ hơn so với các loại khác nên số lượng ghế cũng ít hơn. 400 series sau này được sử dụng như là đầu máy kéo khi kết hợp với E3 series hay E4 series. Số lượng của 400 series được sản xuất rất ít và được nghỉ hưu từ ngày 18 tháng 4 năm 2010.



400 series loại 7 toa



Toa hạng sang với 3 hàng ghế



Toa hạng bình thường với 4 hàng ghế

• E1 series: được Kawasaki Industry và Hitachi chế tạo, đưa vào hoạt động từ ngày 15 tháng 7 năm 1994. E1 series được chạy với 12 toa tàu, sức chứa 1235 ghế. Đây là một trong hai Shinkansen duy nhất toàn bộ toa tàu đều có hai tầng, nên tốc độ không được cao lắm, chỉ giới hạn 240km/h, và được đặt tên MAX với ý nghĩa 12 toa đều có hai tầng với sức chứa và sự đồ sộ đạt đến cực hạn của Shinkansen. E1 series do có 12 toa nên không thể chạy trên các tuyến mini Shinkansen như 400 series, vì vậy số lượng được sản xuất không quá 50 toa. E1 ban đầu có ký hiệu là 600 series, nhưng do JR miền Đông Nhật Bản muốn phân biệt rõ ràng giữa hai loại Shinkansen dành cho miền Tây và miền Đông, nên từ thế hệ E1 series này trở về sau đều mang ký hiệu “E” phía trước con số. E đại diện cho chữ JR East Japan. Năm 2006, E1 series được làm mới lại với màu sơn khác và nội thất bên trong cũng được thay đổi.



E1 series loại 12 toa thế hệ đầu



E1 thế hệ mới



Toa hạng sang trên thế hệ mới



Toa hạng sang thế hệ cũ

• E2 series: được chế tạo từ năm 1995 và đưa vào hoạt động ngày 22 tháng 3 năm 1997 nhằm thay thế cho 200 series. E2 series có tốc độ tương đối cao, 260km/h với loại 8 toa và 275km/h với loại 10 toa, số ghế tối đa là 814 ghế. E2 series được lên kế hoạch chạy với vận tốc trên 315km/h. Tuyến hoạt động chính của E2 series là tuyến địa phương Nagano Shinkansen, nối liền với tuyến chính Tohoku Shinkansen. Do số lượng sản xuất cũng không cao, nên E2 series thường kết hợp với thế hệ tiếp theo là E3 series trong đoạn đường Tokyo-Morioka (thuộc tỉnh Iwate). Đây là thế hệ Shinkansen bị Trung Quốc sao chép hình dáng và công nghệ để họ cho ra đời HighSpeedRail CRH2 năm 2004 cùng các thế hệ sau này. Lúc đầu Kawasaki Industry và JR miền Đông Nhật Bản chỉ xuất khẩu một số toa tàu E2 cho Trung Quốc theo hợp đồng hợp tác hai bên, với điều kiện “Cấm Trung Quốc sao chép các công nghệ của E2 với bất kỳ lý do nào“. Nhưng chỉ sau vài lần gởi các toa tàu E2 sang Trung Quốc thì Kawasaki Industry nhận được bức thư cắt hợp đồng đơn phương từ phía Trung Quốc. Chỉ 3 năm sau, Trung Quốc đã đẩy mạnh mạng lưới cao tốc của mình sau khi mọi công nghệ của E2 series đã được họ sao chép xong xuôi. Đây là hợp đồng khiến người Nhật cực kỳ tức giận vì Kawasaki Industry và JR miền Đông Nhật Bản đã đơn phương tự bán cho Trung Quốc mà không thông qua Bộ vận tải & đường sắt Nhật Bản, họ phớt lờ cả những khuyến cáo của các chuyên gia khác từ Hitachi, JR miền Tây Nhật Bản và Bộ vận tải & đường sắt về việc Trung Quốc sẽ “ăn cắp công nghệ cho dù có bất kỳ ràng buộc nào trong hợp đồng“. Kết quả là Kawasaki Industry đã “giúp” Trung Quốc có được công nghệ tàu cao tốc trong thời gian ngắn nhất. E2 series hiện nay vẫn còn hoạt động, nhưng số chuyến đã giảm nhiều do năm tới tuyến Tohoku sẽ có thêm thành viên mới là E6 series.



E2 series loại 10 toa



Toa hạng sang



Toa hạng bình thường

• E3 series: được sử dụng trong tuyến phụ Akita vào ngày 22 tháng 3 năm 1997 và tuyến phụ Yamagata ngày 4 tháng 12 năm 1999, có tốc độ 275km/h trên tuyến mini Shinkansen và 130km/h trên tuyến tàu điện bình thường. E3 series có hai loại sáu hay bảy toa tàu với sức chứa tối đa 402 người, do Kawasaki Industry và Công ty kỹ thuật vận tải đường sắt Nhật Bản sản xuất. Cũng như các thế hệ trước trên tuyến Tohoku, E3 series cũng chỉ được sản xuất với số lượng không nhiều, do đó thế hệ này cũng được kết hợp với các thế hệ khác như 400 series, E2 series, E4 series tạo thành một đoàn tàu từ 12 đến 16 toa trong các chuyến Shinkansen vào dịp lễ tết. E3 series sẽ được nghỉ hưu khi thế hệ E6 series đạt vận tốc 320km/h vào năm 2014.



E3 series loại 7 toa



Toa hạng sang



Toa hạng bình thường

• E4 series: là thế hệ E1 series được cải tiến lại hệ thống thắng cùng thiết kế được thay đổi một chút, hợp kim nhôm được sử dụng thay cho vật liệu đồng trên E1 series. Toa tàu đầu tiên có chiều dài 11.5m, dài hơn một chút so với E1 series chỉ có 9.4m. Vẻ bên ngoài mang hình dáng của “thú mỏ vịt“, một dạng thiết kế đặc trưng của các thế hệ sau này. E4 series có loại 8 toa với sức chứa 817 người. Còn loại 16 toa thì chỉ là do hai đoàn tàu 8 toa nhập lại với nhau, hơi khác so với các thế hệ Shinkansen Nozomi ở miền Tây Nhật Bản, các thế hệ đó có 16 toa thiết kế riêng biệt. E4 series có tốc độ không thay đổi so với E1 series, vẫn được giới hạn ở mức 240km/h. Hitachi và Kawasaki Industry là hai hãng phụ trách sản xuất, đưa vào hoạt động từ ngày 20 tháng 12 năm 1997. E4 series vẫn được mang tên MAX như E1 series, bên trong toa tàu khá rộng với 6 hàng ghế cho một số toa hạng thường, 4 hàng ghế cho toa hạng sang. E4 series được dự báo sẽ hoạt động đến năm 2016 thì nghỉ hưu, khi thế hệ E5 được tăng sản lượng trong các năm tiếp theo.



E4 series loại 16 toa



Toa hạng sang



Toa hạng bình thường tầng 1 với 5 hàng ghế



Toa hạng bình thường tầng 2 với 6 hàng ghế

• E5 series: xin xem trong phần 4.

• E6 series: giống với E5 series, thế hệ thứ tám này là phiên bản phát triển từ dự án FASTECH 360 được khởi động từ năm 2002. Dự án này cạnh tranh với dự án Linear Chuo của JR Tokai, với mục đích tạo ra các thế hệ Shinkansen mới với vận tốc từ 300-360km/h trong thế kỷ 21 trên tuyến Tohoku. Vận tốc của E6 series là 300km/h khi vừa được thương mại vào năm 2013, đến năm 2014 sẽ được nâng lên 320km/h. Tuy là thế hệ mới nhất nhưng E6 series chỉ đươc gọi là mini Shinkansen, do mục đích chính của E6 series là thay thế cho E2 series, chạy trên tuyến phụ Akita nối liền với tuyến chính Tohoku. Hitachi và Kawasaki Industry vẫn phụ trách sản xuất, tàu có bảy toa với 338 ghế. Thiết kế cho E6 series là nhà thiết kế Ken Okuyama, người nổi tiếng toàn cầu với các tác phẩm Ferrari Enzo, 599, 612, California… Bên ngoài của E6 series có vài nét tương đồng với các mẫu xe Ferrari với màu đỏ đặc trưng. Phần mũi của toa tàu đầu tiên dài 13m, một đặc trưng của các thế hệ trong dự án FASTECH 360. E6 series là thế hệ khá quan trọng, vì không những nó sẽ thay thế hoàn toàn E1 series, mà các thế hệ khác như E2, E3 series cũng sẽ được thay hoàn toàn bằng E6 series trong vài năm tới.



E6 series loại 7 toa



Phần mũi khá dài



Toa hạng sang



Toa hạng bình thường

### Nếu bạn để ý, sẽ thấy các thế hệ Shinkansen của Nhật luôn có tốc độ thực trên từ 300-350km/h, nhưng đưa vô chạy chính thức chỉ còn từ 240-300km/h. Ngay cả thế hệ E5, E6 series có tốc độ cực đại là 409km/h nhưng chỉ được phép đạt vận tốc 300km/h khi chạy thương mại, và bắt buộc phải chạy trên một năm trời mới được phép tăng lên 320km/h. Đây là một đặc trưng của Shinkansen Nhật Bản, một sự bắt buộc mang tính nghiêm khắc trong vấn đề an toàn, điều mà khó thấy được ở các nước khác. Mỗi một thế hệ Shinkansen khi vừa ra lò đều được cho chạy thử nghiệm từ 18 tháng trở lên mới được phép đưa vào thương mại. Ba thế hệ gần nhất là N700 series, E5 series và E6 series được chạy thử nghiệm trên hai năm, Linear 0 series được chạy thử nghiệm trên bốn năm tính từ năm 2008 đến nay, trước đó đã có hai thế hệ Linear khác đều được chạy thử nghiệm trên mười năm mà vẫn chưa được chạy thương mại do Nhật vẫn chưa hài lòng về độ an toàn của nó. Phần cuối tôi sẽ nói về Linear Shinkansen này. Trong quá trình chạy thử nghiệm, mỗi lần chạy các thế hệ đều được thử nghiệm với tổng số toa trong một đoàn tàu, trên tàu đều có người ngồi là các nhân viên có liên quan và các tình nguyện viên, trong một năm rưỡi đó hầu như được chạy trên 5 chuyến mỗi ngày, kinh phí cho việc chạy thử nghiệm này cũng là con số không hề nhỏ. Do đó, một số nước khác đã giảm thời gian chạy thử nghiệm xuống còn từ một năm hay 10 tháng, thậm chí điển hình như Trung Quốc có một vài thế hệ chỉ có khoảng 5-7 tháng chạy thử nghiệm là được đưa vào thương mại với tốc độ gần bằng với tốc độ thử nghiệm.

...To be continued...

Phần 4 – N700 series NOZOMI và E5 series HAYABUSA

Nội dung sẽ nói đến các phần công nghệ bao gồm: đầu tàu; cấu hình của máy; thân tàu và cuối cùng là toa tàu hạng nhất Granclass trên E5 series.


1. Đầu tàu:

Sự phát triển của Shinkansen theo từng năm đi kèm với sự đổi mới không ngừng về công nghệ, rõ rệt nhất là sự thay đổi thiết kế bên ngoài mà chúng ta dễ dàng nhận biết nhất chính là phần đầu tàu. Ngoài mục đích cơ bản nhất là giảm sức cản của không khí, còn có các vấn đề khác như giảm áp suất khí quyển trong các đoạn đường hầm, biện pháp khắc chế sự run lắc của phần đuôi, môi trường điều khiển của nhân viên lái tàu phải có được sự đảm bảo về tầm nhìn bao quát… là nguyên nhân hình thành hình dáng đặc trưng “mũi dài” của Shinkansen ngày nay.

Đối với vận tốc cực nhanh trên 300km/h của Shinkansen, thì biện pháp giảm tối thiểu lực nén áp suất sóng phát sinh khi chạy vào các đoạn đường hầm xuyên núi là vấn đề quan trọng bậc nhất. Khi đoàn tàu vừa đi vào cửa hầm bên này với tốc độ trên 250km/h sẽ phát sinh một lực ép cực lớn, khiến cửa bên kia hầm sẽ nảy sinh một vụ nổ như nổ mìn, có thể khiến khu vực xung quanh gần đó run lắc như động đất. Do vậy, cửa đường hầm được xây lớn hơn so với các tuyến xe điện bình thường, nhưng để giảm áp suất phát sinh thì như vậy là chưa đủ. Những vấn đề này đều được giải quyết khi thiết kế “mũi dài” ra đời. N700 series có thiết kế với chiều cao 3,600mm, phần mũi dài 10.7m. E5 series có chiều cao 3,650mm, phần mũi dài 15m. Nếu đem so với các thế hệ ban đầu như 0 series hay 200 series với chiều cao là 4,000mm thì ba thế hệ này thấp hơn nhiều, nhưng do tốc độ của ba thế hệ này đều trên 300km/h nên thiết kế mũi dài là tối ưu nhất hiện tại. Các nhà thiết kế đã phải hy sinh không gian ghế hành khách của toa đầu và toa cuối, vẽ ra một thiết kế vừa mang tính khí động học rất khó như những chiếc xe F1, vừa phải mang tính thẫm mỹ cao.

N700 series có phần hơi giống với thế hệ cũ 700 series, sự khác biệt dễ nhận thấy là N700 series hơi mập mạp và có mũi dài hơn, còn 700 series thì ngắn và dẹt. Cả hai thế hệ này đều có toa đầu dài bằng nhau với kích thước 27,350mm, N700 series có mũi dài hơn 1.5m, nhưng do khoảng cách giữa các hàng ghế trong toa đầu được rút ngắn lại 17mm xuống còn 1,023mm, nên số ghế trong toa đầu tiên vẫn là 65 ghế như thế hệ cũ 700 series. N700 series có thiết kế theo kiểu dáng Aero Double Wing, mô phỏng theo hình dáng một con đại bàng lúc giang cánh. Hình dáng này có được từ việc các nhà thiết kế phải áp dụng thuật toán di truyền (Genetic algorithm), rồi sử dụng máy tính mô phỏng lại trên 5000 lần mới cho ra được thiết kế cuối cùng. Hai bên của phần mũi bị khuyết vô chính là thiết kế quan trọng nhất nhằm giúp cho cả đoàn tàu khi đạt tốc độ cao từ 270-300km/h có thể ổn định không run lắc ở toa đầu tiên cũng như toa cuối cùng. Không phải tất cả mọi thứ đều dựa trên mô phỏng máy tính, mà ý kiến trực tiếp của các nhân viên lái tàu như: khả năng chiếu sáng của đèn pha phía trước ra sao, khả năng giảm độ phản chiếu từ ánh mặt trời tới buồng lái, khả năng có tầm nhìn bao quát 120 độ đối với ghế ngồi của nhân viên lái tàu… cũng là yếu tố quyết định cho loại thiết kế này. Bởi hơn ai hết, không phải các mô phỏng của máy tính mà chỉ nhân viên lái tàu mới là người hiểu rõ nhất những khó khăn nếu một thiết kế không thỏa đáng sẽ khiến cho việc vận hành đoàn tàu Shinkansen gặp trở ngại ra sao. Đây chính là một hạt sạn rất lớn trong thiết kế của thế hệ 500 series.



N700 series với kiểu dáng Aero Double Wing



Mũi của N700 series



So với 700 series thì N700 series mập mạp hơn

E5 series thì có thiết kế hoàn toàn khác biệt so với các đoàn tàu của tuyến Tokaido. Phát triển từ thiết kế ban đầu của dự án E954 series FASTECH 360S đang chạy thử nghiệm tốc độ 360km/h được 5 năm nay, với mục đích đạt tốc độ 300-320km/h nên thế hệ E5 series này có kích thước ngắn hơn 1m so với dự án E954 series với chiều dài toa đầu tiên là 26,500mm và mũi tàu dài 15m so với 16m của E954 series. Dự án E954 series ban đầu khi đưa vào thiết kế, có hai phương án được áp dụng là thiết kế dạng mũi tên (arrow design) và thiết kế dạng dòng chảy (stream design). Sau khi được thử nghiệm thì dạng mũi tên đã được lựa chọn. Ngoài ra FASTECH cũng có hai dạng với mũi tàu dài 16m và 13m. JR miền đông Nhật Bản đã mất gần 2 năm mới cho ra đời được kiểu dáng của FASTECH. Nếu như N700 series được mô phỏng trên máy tính hơn 5000 lần thì FASTECH cần hơn 7000 lần mới được phép ra mắt. Sau 5 năm thử nghiệm thì chúng ta có được hai thế hệ đầu tiên của dự án này là E5 series cho tuyến Shinkansen chuẩn và E6 series cho tuyến mini Shinkansen. Toa đầu tiên của E5 series có sức chứa khá khiêm tốn với chỉ 29 ghế, một phần do mũi tàu đã chiếm hơn phân nữa chiều dài toa tàu, ngoài ra khoảng cách ghế ngồi cũng rộng rãi hơn với 1,040mm. Vẻ bên ngoài của mũi tàu theo hình dáng của viên thuốc capsule khi nhìn ngang. Tuy cả E5 và E6 series đều có cùng thiết kế cơ bản theo dạng mũi tên, nhưng đèn pha trên E5 series lại nằm ngay phía trên buồng lái, còn E6 series thì nằm hai bên phía dưới buồng lái, một sự khác biệc cần thiết cho sự nhận biết giữa hai thế hệ này. E5 series có điểm đặc biệt duy nhất chính là toa đầu của nó chỉ chứa được 18 ghế. Nguyên nhân sẽ được nói rõ sau này.



Dự án FASTECH dạng stream design



Dự án FASTECH dạng arrow design



E5 series thừa hưởng thiết kế FASTECH dạng arrow design



E5 series với mũi dài đặc trưng

2. Bộ phận unit, động cơ:

Hoạt động của Shinkansen hoàn toàn dựa vào hệ thống điện năng trên tàu. Dòng điện hấp thu bởi máy truyền tải điện chạy vào máy phát điện xoay chiều một pha 25,000 volt sẽ được hạ xuống khi đi qua một máy biến áp chính, rồi được bộ phận đổi điện chuyển sang dòng điện xoay chiều để sinh ra năng lượng cần thiết giúp cho đoàn tàu chạy. Ngoài ra máy biến áp sẽ sinh ra một công suất bổ sung riêng biệt nhằm sử dụng trên tàu như: hệ thống thắng, toilet áp suất, hệ thống cửa tự động, hệ thống treo, hệ thống giảm sốc, hệ thống đèn… tổng hợp các bộ phận này được gọi là bộ phận unit. N700 series sử dụng tổng cộng 4 unit cho một đoàn tàu 16 toa, cứ 4 toa dùng chung 1 unit. Còn E5 series cũng có 4 unit được phân phối cho 10 toa tàu.

Động cơ được sử dụng trên hai thế hệ này là động cơ cảm ứng ba pha lồng sóc. Mỗi toa được gắn bốn động cơ. N700 series có 14 trên 16 toa là gắn động cơ, để đảm bảo cho tốc độ đạt 300km/h trong trường hợp hành khách ngồi kín ghế thì động cơ dùng trong N700 series đã được cải tiến mạnh mẽ hơn với công suất 305kW (tương đương 409 mã lực). Làm một phép tính đơn giản thì chúng ta sẽ có đáp số cho công suất của đoàn tàu Shinkansen N700 series 16 toa là 22,904 mã lực. So với N700 series thì E5 series có động cơ thấp hơn 5kW, nhưng do cả 10 toa đều mang động cơ nên sức mạnh của E5 series cao hơn. Thế hệ này dễ dàng đạt vận tốc 300km/h và không hề găp vấn đề khi được nâng lên 320km/h vào năm tới. Cụ thể là đoàn tàu 10 toa của E5 series có sức mạnh 16,092 mã lực, mỗi toa tương ứng 1,609.2 mã lực, so với N700 series chỉ có 1,431.5 mã lực (do có hai toa không gắn động cơ).

3. Thân tàu:

Kể từ thế hệ 300 series thì toàn bộ Shinkansen đều được chế tạo bằng hợp kim nhôm. Khác với các thế hệ trước, N700 series và E5 series được sử dụng khung hợp kim nhôm thiết kế dạng Aluminium Double Skin. Sự khác biệt giữa khung hợp kim nhôm bình thường và Aluminium Doulbe Skin là khung bình thường chỉ có một lớp nhôm duy nhất, để đảm bảo sự chắc chắn thì lớp nhôm phải có độ dày nhất định, vô tình giá thành sản xuất bị đội lên khá cao. Vậy là thiết kế hai lớp được ra đời, vừa cách âm tốt hơn hẳn, vừa tăng độ cứng cáp gấp ba lần so với các thế hệ trước, mà giá thành giảm được khoảng 15%. Hiện tại Nhật sử dụng ba loại Aluminium trong sản xuất khung tàu Shinkansen là A6N01, A7N01 và A5058.

Bề rộng thân tàu cũng được thu hẹp lại khoảng 20mm so với các thế hệ trước đó. N700 series có bề ngang là 3,360mm, nhưng do công nghệ vỏ thân tàu được thiết kế tốt hơn nên không gian bên trong vẫn không thay đổi so với 700 series, độ rộng vẫn đạt 3,228mm. Tương tự đối với E5 series, thế hệ này có bề ngang là 3,350mm, không gian bên trong có độ rộng bằng với E2 series là 3,210mm.

Cửa sổ cũng là một vấn đề trong thiết kế thân tàu Shinkansen. Do đây là phương tiện phục vụ cho mục đích du lịch là chính nên đòi hỏi cửa sổ phải đủ lớn để hành khách có thể thoải mái nhìn phong cảnh bên ngoài, nhưng cũng phải vừa đủ vì nếu quá lớn thì áp suất bên trong và bên ngoài có thể khiến kính dễ bị nứt. N700 series đã tăng kích thước chiều ngang lên 500mm và cao 520mm. E5 series còn mang kích cỡ lớn hơn với chiều ngang là 570mm, nhưng chiều cao chỉ có 488.9mm do liên quan đến thiết kế độ cao của ghế ngồi.

Để giảm tiếng ồn lọt vào bên trong từ khoảng trống giữa hai toa tàu, công ty chuyên sản xuất thiết bị liên quan đến khung che, mái vòm hàng đầu Nhật Bản là Jabara Co.,LTD đã phát triển thành công loại mui vòm toàn phần dành riêng cho Shinkansen. Sử dụng loại cao su đặc biệt được Jabara nghiên cứu độc quyền, loại mái vòm này có thể bao lại khoảng trống giữa hai toa xe gần như kín mít, chỉ chừa lại phần dưới cùng do vướn phải các ống nối với nhau. N700 series là thế hệ đầu tiên được áp dụng mái vòm toàn thân này, do đó tiếng ồn khi bạn đứng tại khu vực đó đã giảm đáng kể so với 500 và 700 series. Còn E5 series được thiết kế tối tân hơn, hai thanh nẹp bằng nhôm được đóng dính với mái vòm toàn phần bằng cao su đặc biệt này giúp cho tàu khi nghiêng qua lại giảm được sự run lắc khi đang ở tốc độ cao. Một bộ phận phuộc áp suất điện được gắn hai bên thân tàu nối liền hai toa với nhau nhằm có được sự mượt mà khi đoàn tàu chạy vào các khúc cua.

Ngoài ra vấn đề khác cũng liên quan đến tiếng ồn, chính là khi tàu chạy tốc độ cao âm thanh ma sát của bánh xe và đường ray sinh ra rất lớn. Để giảm thiểu tối đa âm thanh này, toàn bộ rìa hai bên thân của N700 series từ sàn tàu đến nữa bánh xe đều được bao lại bằng các cover đặc biệt chống ồn. E5 series còn được bao “kín mít” hơn nữa khi chỉ còn 1/4 bánh xe là ló ra ngoài.



Vỏ theo dạng hai lớp



Cover bao bọc hai bên



Cửa sổ của N700 series

4. E5 series với Granclass:

Ngoài hai loại toa truyền thống là toa bình thường và toa hạng sang, E5 series Hayabusa trên tuyến Tohoku còn có một toa tàu hạng đặc biệt mang tên Granclass, là toa đầu tiên của đoàn tàu 10 toa. Granclass chỉ có 18 ghế với dãy 2 ghế và dãy 1 ghế. Granclass được trang trí theo phong cách của khoang First Class trên máy bay của hãng JAL. Ghế trong toa này rất rộng với bề ngang 520mm, khoảng cách giữa hai ghế lên tới 1300mm. JR miền Đông Nhật Bản, Hitachi, Kawasaki Industry và hãng chuyên sản xuất ghế xe thể thao hàng đầu thế giới Recado của Đức hợp tác sản xuất loại ghế này. Toàn thân ghế được bọc da thật 100%, thiết kế hoàn toàn dựa theo phong cách của hàng ghế phía sau xe hơi Maybach, toàn bộ đều được điều khiển bằng bảng điện tử nằm kế bên tay ghế. Do thời gian di chuyển không lâu như ngồi máy bay, nên loại ghế này chỉ thiết kế ngã xuống 45 độ là tối đa, nhưng như vậy cũng đã khác hẳn so với ghế của toa hạng sang.

Hành khách ngồi trên toa này được phục vụ một bữa ăn nhẹ với lựa chọn thức ăn Tây hoặc Nhật, tùy theo mùa và tùy theo tuyến mà thức ăn sẽ được thay đổi. Thức uống thì có thể gọi thoải mái với gần 20 loại bao gồm nước ngọt, rượu, bia. Tất nhiên kèm theo là một bịch snack cho hành khách nhâm nhi với thức uống. Bạn sẽ được thưởng thức nước trái táo tuyệt hảo của tỉnh Aomori, đây là nơi trồng táo nổi tiếng nhất Nhật Bản. Xin yên trí rằng loại nước này được chế biến dành riêng cho hành khách ngồi trong toa Granclass, nên sẽ chẳng có nơi nào bán nước táo có vị thơm và đậm đặc như vậy bên ngoài. Một tiếp viên luôn túc trực tại toa này nhằm sẵn sàng đưa đồ ăn thức uống khi có yêu cầu từ hành khách.

Trong phần đầu của loạt bài này tôi đã từng nói đây là loại toa tàu tốt nhất và sang trọng nhất mà tôi được ngồi cho tới hiện tại. Bởi Shinkansen mang mục đích nhanh, êm và an toàn nên không giống với các loại tàu điện du lịch đặc biệt bên trong được thiết kế kiểu mạ vàng, có gi.ường ngủ, có bàn làm việc… dành cho những người thích du lịch bằng đường sắt. Nếu bạn đã từng ngồi trong khoang First Class trên máy bay thì sẽ ngạc nhiên khi ngồi trên toa Granclass của E5 series, bởi bạn sẽ có cảm giác mình không phải đang ngồi trên tàu điện, mà giống như đang ngồi trên máy bay trong các chuyến bay ngắn. Giá vé trong toa này cao hơn so với toa hạng sang là 5000￥.



Ghế trong toa Granclass khi duỗi 45 độ



Không gian bên trong Granclass

Phần 4 xin dừng tại đây. Công nghệ linear của Nhật sẽ được nói trong phần kế tiếp cũng là phần cuối, có thể sẽ có trong tháng 6.

Update (20/03/2013):
• Nozomi N700A: ngày 8 tháng 2 vừa qua thì JR Tokaido đã chính thức đưa thế hệ Shinkansen thứ 9 vào hoạt động trên tuyến Tokyo-Osaka. Đây là phiên bản nâng cấp từ thế hệ thứ 8 N700 năm 2007. Thiết kế bên ngoài hoàn toàn giống với thế hệ cũ, sự khác biệt nằm ở logo và một số thay đổi ghế ngồi bên trong.

Chữ A viết tắt cho chữ “Advance” mang ý nghĩa “cải tiến“. Mọi công nghệ cải tiến chỉ nhằm vào một mục đích duy nhất là an toàn hơn. Thế hệ này có hệ thống thắng hoàn toàn mới so với tất cả các thế hệ Shinkansen đang hoạt động tại Nhật. Từ sau lần động đất năm 2004 tại tỉnh Nīgata khiến Shinkansen 200 serie bị trật đường ray, các kỹ sư Nhật càng tập trung vào nghiên cứu kỹ hơn về hệ thống thắng. Họ đã cải tiến rất nhiều công nghệ vào thế hệ thứ 8 là N700, nhưng hệ thống trên N700A còn làm tốt hơn nhiều. Cụ thể là khi xảy ra động đất thì hệ thống thắng tự động này giúp cho đoàn tàu dừng lại với khoảng cách rút ngắn xuống khoảng 20% so với N700. Điều này rất cần thiết khi các thế hệ về sau tốc độ càng nhanh hơn nên khả năng dừng lại càng ngắn càng tốt, nhằm tránh xảy ra tai nạn lớn. Hệ thống cảm biến chống run lắc cũng được làm mới để hỗ trợ hệ thống thắng tự động trong trường hợp khẩn cấp xảy ra.

Không chỉ hệ thống thắng, N700A còn được cải tiến hệ thống lái tàu tự động ATC (Automatic Train Control) chính xác hơn. Trên tất cả các loại tàu điện thường và Shinkansen đều có hệ thống ATC này, tuy nhiên nó chỉ hỗ trợ phụ cho nhân viên lái tàu, nên nhiều lúc đoàn tàu chạy trên đoạn dốc cao hay thấp, bo cua thì tốc độ sẽ ảnh hưởng mà không được ổn định. Điều này nếu ai từng ngồi tàu điện thường hay metro sẽ dễ nhận ra. Hệ thống ATC trên N700A sẽ ngắt tốc độ tối đa 270km/h một cách chính xác trên các đoạn đường cho phép chạy tốc độ này và giữ cho đoàn tàu luôn đạt vận tốc không đổi trong mọi đoạn cua hay dốc cho đến khi nhân viên lái tàu điều khiển tốc độ giảm xuống.

Toàn bộ hệ thống điện trên N700A được thay bằng đèn LED nên giúp cho lượng điện tiêu thụ giảm xuống 20% so với N700.

Hiện tại N700A chỉ chạy trên tuyến Tōkaido. Dự tính đến cuối năm nay sẽ nối dài xuống tuyến Sanyō khi lịch vận hành được sửa lại toàn bộ.

• E5 series Hayabusa: được đưa vào hoạt động vào tháng 3 năm 2011 với vận tốc thương mại tối đa là 300km/h. Sau 2 năm hoạt động, ngày 16 tháng 3 vừa qua Hayabusa đã được nâng tốc độ chạy thương mại tối đa lên 320km/h, rút ngắn 11 phút thời gian đoạn Tokyo-Shin Aomori xuống còn 2 tiếng 59 phút. Có lẽ với nhiều nước trên thế giới thì việc nhanh hơn “chỉ 11 phút” không có gì quan trọng, nhưng với người Nhật và ngành đường sắt Nhật Bản lại là chuyện khác, bởi vì thời gian của Shinkansen luôn được tính bằng giây, chứ không phải phút. Chỉ cần bất kỳ chuyến tàu nào chạy lệch giờ khoảng 30-45 giây sẽ ảnh hưởng tới toàn bộ các chuyến tàu khác đang vận hành trên đường ray, do hệ thống đèn tín hiệu sẽ tự động phát tín hiệu tàu chạy không đúng với thời gian lộ trình đã được lên lịch tới trạm điều khiển.

Xin nhắc lại là E5 series Hayabusa có tốc độ thực tế cao nhất là 409km/h, do đó việc nâng tốc độ từ 300km/h lên 320km/h không ảnh hưởng đến độ an toàn của Hayabusa, việc khó nhất là phải viết lại toàn bộ lịch chạy của toàn tuyến. JR miền Đông Nhật Bản dự định trong tương lai gần sẽ nâng tốc độ thế hệ kế tiếp lên 360km/h.

...To be continued...

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.

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.

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.


Hình trên cho thấy vận tốc trung bình của ba loại phương tiện: máy bay 777-300 có vận tốc cao nhất là 474km/h; Linear đạt 392km/h; còn Shinkansen Nozomi chậm nhất với 213km/h.


Hình thứ hai so sánh thời gian đoạn đường Tokyo-Osaka: Linear nhanh nhất với chỉ 67 phút; máy bay 777-300 mất 80 phút; Shinkansen Nozomi lâu nhất với thời gian 138 phút.


Hình thứ ba so sánh sức chứa: Shinkansen Nozomi với 16 toa có thể chở 1323 người; Linear với số toa cao nhất là 12 toa có thể chở 1000 người; còn máy bay 777-300 chỉ có thể chở tối đa 514 người.

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.

-END-