Cuộc đua về công nghệ tàu cao tốc ở châu Á

Phát triển từ tàu cao tốc tới tàu đệm từ

Theo Interesting Engineering, Nhật Bản tiên phong phát triển tàu cao tốc ở châu Á năm 1964 với tàu viên đạn Shinkansen, chứng minh di chuyển bằng tàu nhanh, an toàn và hiệu quả hoàn toàn khả thi. Trung Quốc tiến xa hơn trong những thập kỷ gần đây, xây dựng mạng lưới tàu cao tốc lớn nhất thế giới. Hiện nay, Trung Quốc chiếm khoảng 2/3 tổng số tàu cao tốc toàn cầu, với các đoàn tàu chạy ở tốc độ 300-350 km/h.

Thành công này đặt nền móng cho bước nhảy vọt lớn hơn là tàu đệm từ. Năm 2004, Trung Quốc mở tuyến Shanghai Maglev, tàu đệm từ thương mại đầu tiên hoạt động thường xuyên. Mẫu tàu được phát triển với công nghệ Đức, kết nối sân bay Phố Đông với trung tâm Thượng Hải, hoàn thành chuyến đi 30 km chỉ trong 7,5 phút. Với tốc độ tối đa 431 km/h, đây vẫn là tàu thương mại nhanh nhất thế giới hiện nay.

Nhật Bản cũng theo đuổi phiên bản tàu đệm từ riêng từ thập niên 1970 mang tên Dự án tàu đệm từ siêu dẫn (SCMaglev), từng lập kỷ lục thế giới khi đoàn tàu thử nghiệm đạt tốc độ 603 km/h năm 2015. Quá trình xây dựng đường tàu đệm từ đang được tiến hành trên tuyến Tokyo - Nagoya, dự kiến mở cửa vào những năm 2030. Khi hoàn thành, tuyến đường sẽ giảm thời gian di chuyển giữa hai thành phố từ 100 phút xuống còn 40 phút. Hàn Quốc đang xây dựng một tuyến tàu đệm từ đô thị nhỏ hơn ở Incheon, nhưng Trung Quốc và Nhật Bản vẫn chiếm ưu thế về công nghệ.

Công nghệ nổi bật

Có hai hệ thống chính của tàu đệm từ đang được sử dụng trên thế giới là hệ thống treo điện từ (EMS) và hệ thống treo điện động (EDS).

Hệ thống treo điện từ (EMS) đang được sử dụng trong đoàn tàu Transrapid của Thượng Hải. Tàu EMS có nam châm điện đặt dưới toa, kéo tàu lên phía trên đường ray thép. Khoảng cách lơ lửng rất nhỏ chỉ ở mức 15 mm và các cảm biến tiên tiến liên tục điều chỉnh lực nam châm để giữ tàu ổn định. Hệ thống này có thể nâng tàu ngay cả khi đứng yên.

Hệ thống treo điện động (EDS) trên tàu SCMaglev của Nhật Bản sử dụng nam châm siêu dẫn được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp. Ở tốc độ thấp, bánh xe hỗ trợ tàu, nhưng khi tăng tốc vượt qua 150 km/h, các nam châm tạo ra lực đẩy nâng tàu lên khoảng 10 cm phía trên đường dẫn. Đường ray tự hoạt động như một động cơ tuyến tính khổng lồ, đẩy tàu tiến về phía trước giống như sóng biển đẩy người lướt sóng.

Trong cả hai hệ thống, thiết kế nam châm và bảng điều khiển trên tàu đảm bảo độ ổn định. Ngay cả ở tốc độ trên 483 km/h, tàu đệm từ vẫn chạy thẳng hoàn hảo. Đối với hành khách, tàu đệm từ cung cấp trải nghiệm khác biệt do không có bánh xe chạm vào đường ray, giúp giảm mạnh tiếng ồn và độ rung thường gặp. Tàu tăng tốc mượt mà, vào cua ổn định, chỉ chịu lực cản không khí. Quá trình bảo trì đơn giản hơn do không có bánh xe hoặc trục dễ mòn, dẫn tới cần thay thế ít bộ phận hơn.

Châu Á đang vượt xa các nước phương Tây

Tại Mỹ, dự án tàu cao tốc California kết nối Los Angeles và San Francisco bị trì hoãn trong nhiều năm. Chi phí dự án tăng vọt từ mức dự toán ban đầu là 33 tỷ USD lên hơn 128 tỷ USD. Một đoạn ngắn đang được xây dựng ở Thung lũng Trung tâm và sẽ không hoạt động trước năm 2030. Nhà chức trách đề xuất tuyến tàu đệm từ giữa Washington, D.C., và Baltimore, dựa trên dự án SCMaglev của Nhật Bản và hứa hẹn hành trình chỉ mất 15 phút. Nhưng năm 2025, chính phủ Mỹ dừng đánh giá môi trường khiến dự án đình trệ vô thời hạn.

Ở châu Âu, dự án High Speed 2 (HS2) của Anh gặp khó khăn tương tự với chi phí tăng từ 45 tỷ USD lên hơn 136 tỷ USD. Nước Đức không có tuyến tàu đệm từ cao tốc nào hoạt động sau khi hủy bỏ dự án sân bay Munich năm 2008.

Có nhiều yếu tố góp phần khiến Châu Á dẫn đầu về phát triển tàu cao tốc. Trung Quốc coi tàu cao tốc là ưu tiên quốc gia, đầu tư hàng trăm tỷ USD vào xây dựng. Nhật Bản cũng liên tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ tàu cao tốc trong nhiều thập kỷ. Ngoài ra, mật độ dân số cao khiến các thành phố lớn châu Á đối mặt nhu cầu lớn về di chuyển liên vùng, dẫn tới những dự án tàu cao tốc trở nên khả thi về mặt kinh tế.

Dù đối mặt chi phí cao, lo ngại về tiếng ồn và tác động của từ trường, yêu cầu xây mới hoàn toàn, quá trình phát triển tàu đệm từ ở Châu Á không có dấu hiệu chậm lại. Theo CGTN, Trung Quốc đang thử nghiệm thiết kế tàu đệm từ trong ống chân không có thể đẩy tốc độ vượt mức 600 km/h. Nhật Bản dự định mở rộng tuyến SCMaglev từ Tokyo đến Osaka. Dự kiến vào thập niên 2030, hành khách ở châu Á có thể di chuyển trên mặt đất ở tốc độ ngang với máy bay.

An Khang (Theo Interesting Engineering)