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

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.

Shinkansen – Niềm tự hào của châu Á trong ngành công nghiệp đường sắt thế giới (Phần 4)

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

Shinkansen – Niềm tự hào của châu Á trong ngành công nghiệp đường sắt thế giới (Phần 3)

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.

Shinkansen – Niềm tự hào của châu Á trong ngành công nghiệp đường sắt thế giới (Phần 2)

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):

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

Phần I – Lịch sử tổng quát về Shinkansen

Lưu ý: bài này TT đã xin phép được post bên đây cho tiện mọi người theo dõi, tôi đã chấp thuận. Những phần tiếp theo các bạn có thể chờ mod post tiếp trên TT.
Cám ơn bạn Cuhiep đã đưa bài này cho mọi người.

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: