Vào năm 2015, đoàn tàu Shinkansen của Nhật Bản đã tăng tốc được tới 603 km/h và đạt được kỷ lục mới trong số các đoàn tàu khách. Đã cần tới 2 thế kỷ, để những cỗ máy hơi nước đầu tiên có thể đạt được những kết quả như vậy. Những nhà phát triển các đoàn tàu hiện đại không chỉ lo lắng về vận tốc, mà cả vẻ ngoài, hiệu suất thành phần di chuyển và độ an toàn cho hành khách. Trong bài báo này các bạn sẽ biết, những đoàn tàu trong tương lai sẽ trông thế nào, và liệu vận tải đường dây uSky có thể cạnh tranh với chúng không.
Tàu trên không
Chúng ta bắt đầu từ một dự án mang tính tương lai nhất. Công ty Thụy Sĩ Clip-Air đề xuất từ bỏ những đoàn tàu chỉ di chuyển trên mặt đất. Dự án kết nối vận tải đường sắt và hàng không.
Vào năm 2013, Clip-Air đã giới thiệu một máy bay có thể vận tải các toa tàu.
Bản chất của nó là kết nối các mạng lưới đường sắt với các sân bay xa xôi. Khi ấy sẽ không cần đi ra ngoại ô để sử dụng máy bay. Chỉ cần tìm ga đường sắt gần nhất và ngồi lên tàu tới sân bay Clip-Air. Tại đó các toa hành khách sẽ tách khỏi đường ray và gắn vào máy bay. Sau chuyến bay, đoàn tàu hạ xuống đất, và các bạn sẽ có thể tiếp tục chuyến đi trên các đường ray. Ví dụ, bạn bắt đầu chuyến đi tại ga đường sắt tại Moskva, và kết thúc nó ở bên kia đại dương – tại New-York.
Các nhà phát triển công nhận rằng, các rào cản kỹ thuật sẽ không cho phép thấy được đoàn tàu hàng không hoạt động như thế trong tương lai gần. Bản mẫu đầu tiên với kích thước bằng máy bay tư nhân sẽ được chế tạo sau 10-15 năm nữa. Việc xây dựng model máy bay Clip-Air lớn hơn được lên kế hoạch diễn ra vào năm 2070-2080.
Tàu chân không
Một trong những công nghệ cổ xưa nhất trong danh sách của chúng ta – tàu chân không. Từ tận năm 1667, nhà vật lý người Pháp là Denis Papen đã đề xuất sử dụng khí lực học để đưa thư và các hàng hóa tải trọng nhẹ.
Mô tả đầu tiên về các đoàn tàu chân không xuất hiện vào năm 1909 trên các trang tạp chí «Scientific American». Đó là ghi chép của một độc giả ẩn danh, người đã đề xuất tổ chức việc di chuyển vận tải trên đệm từ trong các đường ống chân không.
Ý tưởng tàu chân không đã tiến gần tới hiện thực hóa nhờ doanh nhân người Mỹ là Elon Musk, người vào năm 2013 đã giới thiệu dự án Hyperloop.
Hyperloop không cần chân không tuyệt đối. Để đạt vận tốc cao, chỉ cần duy trì áp suất ở 100 Pa (thấp hơn áp suất khí quyển 1000 lần). Nếu giảm tiếp áp suất, sẽ tăng chi phí và gia tăng thời gian thực hiện dự án. Lực cản không khí mà đoàn tàu gặp phải trong chân không bán phần, có thể đưa xuống dưới đoàn tàu. Điều đó làm giảm ma sát và sẽ cho phép không phải dùng đệm từ.
Elon Musk đã từ chối ý tưởng nguyên thủy của các đoàn tàu chân không và đã giới thiệu loại vận tải riêng của mình. Doanh nhân này đã tạo ra nguyên mẫu HyperLoop, nhưng chưa thực tế hóa được nguyên tắc hoạt động của tàu chân không. Có thể, chúng ta hãy còn chưa sớm có thể sử dụng loại hình vận tải mà vào năm 1909 đã từng nói bởi một độc giả ẩn danh của «Scientific American».
Tàu đệm từ
Một trong những biến thể cao tốc nhất của đoàn tàu truyền thống – tàu đệm từ, hay «maglev» từ tiếng Anh magnetic levitation. Từ tên gọi cho thấy, việc di chuyển của đoàn tàu được thực hiện nhờ trường điện từ. Nó nâng đoàn tàu lên cao khỏi ray, loại trừ ma sát và cho phép tăng tốc độ di chuyển. Những đoàn tàu ấy sẽ không gây tiếng ồn và sẽ cho phép giảm tác hại tới môi trường.
Hệ thống tàu đệm từ công cộng đầu tiên được khai trương tại Berlin vào năm 1989. Tuyến đường chỉ dài 1,6 km và có 3 ga metro. Các đoàn tàu được lái tự động và đã có thể chuyên chở 130 hành khách với tốc độ tới 80 km/h. Năm 1991, chính quyền Berlin đã trình diễn tuyến đường và xây dựng trên đó các đường ray cho các đoàn tàu metro.
Trong số những đoàn tàu đệm từ nhanh nhất có các đoàn tàu được phát triển tại Trung Quốc. Năm 2004, đoàn tàu đệm từ Thượng Hải đã tăng tốc được tới 431 km/h.
Dẫu có những chỉ số vận tốc lớn, tàu đệm từ vẫn có những nhược điểm. Nếu tàu đệm từ không được trang bị màn bảo vệ, hành khách có thể chịu tác động của bức xạ điện từ. Việc sản xuất tuyến đường cho tàu đệm từ cũng đắt hơn đường sắt thông thường: 17,4 triệu USD so với 3,2 triệu USD cho mỗi km cấu trúc dẫn đường.
uSky
Bây giờ chúng ta sẽ xem, công nghệ uST khác gì với các đoàn tàu đệm từ, tàu hàng không và tàu trong ống chân không. Các nhà phát triển đã không chỉ thay đổi thành phần, mà cả kết cấu của tuyến đường sắt. Một trong những khác biệt chính của uST so với các đoàn tàu tương lai khác – các ray đường dây độ bền cao. Các nhà thiết kế đã gia cố các rầm đường sắt thông thường bằng các bó cốt thép được kéo căng. Nhờ đó ray uST vừa có độ linh hoạt, vừa có độ cứng.
Các ray đường dây được gắn lên các trụ đặc biệt, cho phép vận tải uST di chuyển trên cao. Kết cấu này làm giảm lực cản chính diện của không khí và tăng vận tốc tiềm năng. Các trụ uST chiếm diện tích đất tối thiểu và không gây hại cho các hệ sinh thái tự nhiên. Tại giai đoạn xây dựng sơ bộ, không cần phải san lấp khối lượng lớn đất, chặt phá rừng hay làm khô đầm lầy.
Vận tải uST di chuyển trên cấu trúc dẫn đường nhờ động cơ-bánh xe. Nó cố định vào đường dây từ vài phía và không cho phép toa xe trật bánh. Việc bảo dưỡng vận tải có động cơ-bánh xe rẻ hơn nhiều việc khai thác đoàn tàu đệm từ.
Các khu thử nghiệm vận tải cao tốc uST được lên kế hoạch xây dựng tại Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất. Tại Sharjah sẽ xây dựng 3 tuyến đường cho việc di chuyển vận tải hành khách và hàng hóa. Chúng sẽ cho phép tăng tốc tới 150 km/h. Theo Anatoli Unitsky, để đạt được tốc độ cao hơn tại Abu-Dhabi, lên kế hoạch xây dựng tuyến đường trên khu đất dài 60 km.
Đoàn tàu tương lai thực tế sẽ trông thế nào?
Hiện giờ thì các đoàn tàu tương lai hãy còn xa để thay thế những đoàn tàu thông thường. Một số dự án tới giờ được hình dung trong những bản mẫu đơn nhất, hay trên giấy.
Một trong những dự án được phát triển xa nhất hiện tại là uST. Vận tải đường dây thường xuyên tiến hành các thử nghiệm và chứng nhận các quá trình kỹ thuật. Hạ tầng hoạt động uST thực tế đã được xây dựng tại EcoTechnoPark. Còn vào năm 2019, việc xây dựng trung tâm đổi mới uST tại Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất đã được bắt đầu, tại đó đã trải qua giai đoạn đầu của các hoạt động phóng-hiệu chỉnh.
Các dự án uST tại Belarus và UAE sẽ giúp hoàn thiện các thử nghiệm vận tải đường dây và đưa dự án tới gần thời điểm hiện thực hóa hạ tầng vận tải tại các quốc gia khác.
