Maglev - tàu điện từ trường nhanh gấp 2 lần siêu xe

Tàu điện Maglev chạy trên nệm từ trường nên loại bỏ ma sát lăn. Tốc độ cao nhất đạt được là 603 km/h, nhanh gấp 2 lần so với những siêu xe Lamborghini hay Ferrari.

Maglev là loại tàu điện sử dụng từ trường để lơ lửng trên đường ray và phóng đi với vận tốc trên 500 km/h. Nam châm điện được đặt dọc đường ray và bên trong thân tàu để đẩy con tàu lao về phía trước.

Hiện nay, Shanghai Maglev Train là tàu thương mại nhanh nhất thế giới, với vận tốc tối đa lên tới 430 km/h. Đây là tuyến đường nối sân bay quốc tế Pudong và vùng ngoại ô của Thượng Hải. Để chạy hết quãng đường dài 30,5 km, Maglev chỉ mất 8 phút di chuyển.

Shanghai Maglev Train là tuyến tàu đệm từ trường thương mại đầu tiên trên thế giới. Ảnh: Train-simulator.

Tàu Maglev vận hành trơn tru và êm hơn so với các tàu sử dụng bánh xe. Phương tiện này cũng không bị ảnh hưởng bởi thời tiết. Năng lượng giúp con tàu lơ lửng chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số năng lượng để vận hành. Do lực cản không khí lớn, tàu Maglev trên thực tế vẫn chưa đạt được tốc độ 3.500 km/h như trên lý thuyết. Hiện nay, con tàu nắm giữ kỷ lục tốc độ là JR Central's L0 của Nhật Bản, với tốc độ tối đa 603 km/h.

Maglev từng được xem là tương lai của ngành đường sắt thế giới bởi khả năng vận hành ưu việt, tốc độ cao và ít gây tiếng ồn. Khác với những phương tiện dùng bánh truyền thống, năng lượng bị tiêu hao bởi lực ma sát khiến nó không thể chạy nhanh. Maglev giải quyết được vấn đề này nhờ tạo nên những nệm từ trường khiến con tàu lơ lửng. Mặc dù vậy, Maglev vẫn ở giai đoạn thử nghiệm bởi giá thành xây dựng cao hơn nhiều so với tàu truyền thống, bù lại chi phí bảo trì thấp hơn tàu điện thông thường.

Quá trình phát triển

Cuối những năm 1940, kỹ sư điện người Anh Eric Laithwaite, đồng thời là giáo sư tại trường Imperial College London đã phát triển đường ray điện từ trường kích thước thật. Hệ thống đường ray này được ông đặt tên là động cơ tuyến tính. Động cơ tuyến tính không đòi hỏi tiếp xúc vật lý giữa bánh xe và đường ray nhưng vẫn đảm bảo tốc độ chuyển động của con tàu.

Hệ thống Maglev đầu tiên chính thức khai trương vào năm 1984 gần Birmingham, Anh. Tuyến đường nối sân bay Birmingham và ga đường sắt quốc tế Birmingham, tốc độ chạy 42 km/h. Hệ thống này bị đóng cửa năm 1995 do không đủ an toàn.

Maglev của Đức đạt vận tốc tối đa 420 km/h. Ảnh: Wikipedia.

Đức cũng thử nghiệm công nghệ Maglev khi xây dựng đoạn đường dài 31,5 km nối Dörpen và Lathen và có đường vòng để quay đầu. Tuyến Maglev của Đức đạt tốc độ thử nghiệm 420 km/h.

Tuy nhiên vào năm 2006, một tai nạn của hệ thống này do lỗi của con người đã cướp đi sinh mạng 23 hành khách. Từ đó trở đi, những thử nghiệm được tiến hành mà không có người bên trong. Đến năm 2011, giấy phép thử nghiệm Maglev hết hạn và không được chính phủ nước này gia hạn. Năm 2012, đường ray thử nghiệm bị phá dỡ.

Nhật Bản được coi là quốc gia đi đầu trong công nghệ tàu điện cao tốc. Vào ngày 21/12/1979, tàu lửa SCMaglev của Nhật đạt tốc độ 517 km/h và lập kỷ lục Guinness. Tuy nhiên, hệ thống này gặp tai nạn khiến đoàn tàu bị phá huỷ. Một thiết kế mới được lựa chọn. Thử nghiệm tiếp tục trong những năm 1980.

Hàn Quốc bắt đầu nghiên cứu công nghệ Maglev chậm hơn các quốc gia khác, tuy nhiên họ đã đưa vào hoạt động tuyến Maglev thương mại đầu tiên của mình hồi tháng 2 năm nay.

Tuyến đường nối sân bay Incheon của Hàn Quốc là hệ thống Maglev thương mại thứ 3 trên thế giới, sau Thượng Hải và Nhật Bản.

Hệ thống Maglev của Hàn Quốc giai đoạn 1 có chiều dài 6,1 km, tốc độ 110 km/h. Giai đoạn 2 dài 9,7 km và giai đoạn 3 dài 37,4 km. Sau khi hoàn thành, đây sẽ là tuyến đường hoạt động theo vòng tròn.

Mặc dù vậy, Maglev truyền thống vẫn bị rào cản vận tốc bởi lực cản không khí khiến nó không thể nhanh hơn máy bay. Người ta nghĩ ra một phương án thiết kế mới là Vactrain - Maglev sử dụng đường ống chân không để loại bỏ lực cản không khí. Điều này giúp tốc độ tàu tăng lên gấp nhiều lần, bởi hầu hết năng lượng cấp cho xe lửa bị mất do lực cản không khí.

Tuy nhiên, nguy cơ tiềm ẩn đối với hành khách bên trong các đường ống chân không là cabin có thể bị mất áp suất và khiến hành khách bị ngạt. Trên lý thuyết, những con tàu Maglev chạy trong ống chân không có thể vượt Đại Tây Dương trong 21 phút.

Kỷ lục và các đoàn tàu Maglev đang hoạt động

Tốc độ cao nhất được ghi nhận trên Maglev đạt 603 km/h bởi hệ thống tàu JR Central's L0 của Nhật, vào 21/4/2015. Kỷ lục này nhanh hơn 28 km/h so với tàu TGV bánh sắt của Pháp. Tuy nhiên, công nghệ trên hai loại tàu này thực sự khác biệt.

TGV mất 72,4 km và 13 phút để đạt tốc độ tối đa, sau đó phải chạy 77,25 km để dừng lại hoàn toàn. Tổng quãng đường 149,65 km cho bài kiểm tra tăng tốc và giảm tốc. Trong khi đó, Maglev của Nhật chỉ mất 18,4 km vừa tăng tốc vừa giảm tốc. Quãng đường bằng 1/8 so với TGV.

JR Central's L0 là tàu Maglev nhanh nhất thế giới với kỷ lục 603 km/h. Ảnh: Theguardian.

Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu và phát triển, hiện chỉ có ba hệ thống Maglev thương mại đang hoạt động, cùng hai hệ thống khác đang được xây dựng.

Tháng 4/2004, hệ thống Transrapid của Thượng Hải bắt đầu hoạt động vận chuyển hành khách. Tháng 3/2005, Nhật Bản cho hoạt động tuyến đường Linimo với tốc độ thấp để phục vụ World Expo 2005. Trong 3 tháng đầu tiên, Linimo đã vận chuyển 10 triệu hành khách. Hàn Quốc trở thành quốc gia thứ ba trên thế giới thương mại hoá công nghệ Maglev với tuyến Incheon Airport Maglev bắt đầu hoạt động từ 3/2/2016.

Shanghai Maglev (Trung Quốc)

Vào tháng 1/2001, Trung Quốc ký thoả thuận với công ty Transrapid của Đức để xây dựng một tuyến đường Maglev theo công nghệ EMS, nối sân bay quốc tế Pudong với trạm Metro Longyang ở rìa phía Đông Thượng Hải.

Tuyến Maglev đầu tiên trên thế giới bắt đầu hoạt động từ năm 2004 với 115 chuyến mỗi ngày, chạy quãng đường 30,5 km trong 7 phút, tốc độ tối đa 431 km/h và trung bình 266 km/h. Trong quá trình chạy thử, hệ thống này đạt tốc độ tối đa 501 km/h.

Linimo (Nhật Bản)

Linimo là tàu Maglev tốc độ thấp được đưa vào hoạt động từ năm 2005. Linimo dài 9 km, tốc độ tối đa 100 km/h. Chỉ trong 3 tháng đầu tiên, hơn 10 triệu lượt khách đã sử dụng đoàn tàu này. Với tốc độ 100 km/h, nó đủ chậm để dừng thường xuyên để trả khách. Tàu hoạt động gần như không phát ra tiếng ồn. Linimo cũng có thể hoạt động trong thời tiết khắc nghiệt, thậm chí chống chịu được động đất mạnh.

Incheon Airport Maglev (Hàn Quốc)

Hàn Quốc là nước thứ ba trên thế giới thành công trong việc thương mại hoá công nghệ Maglev, sau Linimo của Nhật Bản và Shanghai Maglev của Trung Quốc. Tuyến đường Incheon Maglev bắt đầu hoạt động từ 3/2/2016. So với Linimo, tàu Hàn Quốc có thiết kế theo phong cách tương lai nhiều hơn nhờ sử dụng nhiều vật liệu nhẹ như composite. Chi phí xây dựng cũng cắt giảm được một nửa so với đoàn tàu của Nhật. Tuyến đường này kết nối Incheon với Yongyu, giảm thời gian so với tàu điện truyền thống.

Theo Zing