Tàu đệm từ Transrapid 09 tại cơ sở thử nghiệm Emsland ở Lower Saxony, Đức. Ảnh: Wikimedia
Transrapid là hệ thống tàu một ray tốc độ cao của Đức sử dụng công nghệ đệm từ (maglev) để lơ lửng và tiến về phía trước. Tên gọi Transrapid bắt nguồn từ việc kết hợp các từ transport (vận chuyển) và rapid (nhanh chóng), nhấn mạnh khả năng vận chuyển nhanh và hiệu quả mà hệ thống hướng đến.
Sử dụng nam châm điện mạnh, công nghệ đệm từ của Transrapid cho phép con tàu bay lơ lửng trên đường ray, giảm ma sát và di chuyển với tốc độ rất cao, có thể đạt mức trên 500 km/h trong một số trường hợp.
Sự phát triển và suy tàn của Transrapid
Những nguyên mẫu đầu tiên cho hệ thống Transrapid bắt đầu được phát triển vào năm 1969. Đến năm 1987, một cơ sở thử nghiệm được thành lập ở Emsland, Đức. Năm 1988, các chuyên gia lên kế hoạch xây dựng mạng lưới đường ray đệm từ ở Đức, bắt đầu với tuyến đường Hamburg - Hanover. Năm 1991, công ty Deutsche Bundesbahn, hợp tác với một số trường đại học nổi tiếng, tuyên bố hệ thống này đã sẵn sàng về mặt kỹ thuật.
Năm 2002, hệ thống lần đầu tiên được đưa vào vận hành thương mại với Tàu Maglev Thượng Hải, chạy trên mạng lưới vận chuyển nhanh của Thượng Hải với quãng đường khoảng 30,5 km đến Sân bay Quốc tế Phố Đông Thượng Hải.
Tuy nhiên, không có tuyến đường dài liên thành phố nào ứng dụng hệ thống Transrapid vào thời điểm đó. Transrapid International, một liên doanh giữa tập đoàn Siemens và ThyssenKrupp, chịu trách nhiệm phát triển và marketing cho hệ thống.
Tại Đức, vào năm 2011, tuyến đường thử nghiệm Emsland (phiên bản Transrapid đầu tiên) bị đóng cửa khi giấy phép hoạt động hết hạn. Việc phá dỡ và chuyển đổi mục đích sử dụng toàn bộ khu Emsland, bao gồm cả nhà máy, được phê duyệt đầu năm 2012. Tháng 9/2017, một số ý kiến đề xuất sử dụng phiên bản Transrapid cuối cùng, Transrapid 09, làm không gian cho hội nghị và bảo tàng tại địa điểm Fleischwarenfabrik Kemper.
Tàu Transrapid SMT ở Thượng Hải. Ảnh: Kallerna/Wikimedia
Transrapid hoạt động như thế nào
Hệ thống Transrapid đạt được trạng thái lơ lửng bằng cách sử dụng nam châm điện mạnh ở cả tàu lẫn đường ray. Khi chạy qua các nam châm, dòng điện tạo ra từ trường nâng tàu lơ lửng phía trên đường ray, duy trì khoảng cách xấp xỉ 10 mm.
Để tiến về phía trước, Transrapid sử dụng một động cơ tuyến tính, loại động cơ điện tạo ra chuyển động tuyến tính thay vì chuyển động quay như các động cơ điện truyền thống. Stator (phần đứng yên) của động cơ tuyến tính được lắp dọc theo đường ray, trong khi rotor (phần chuyển động) gắn vào tàu. Khi đặt dòng điện vào stator, nó tạo ra từ trường chuyển động tương tác với các nam châm trên tàu, đẩy hoặc kéo tàu chạy dọc theo đường ray. Điều này giúp con tàu đạt tốc độ cao, tăng tốc và giảm tốc mượt mà.
Transrapid cũng sử dụng một hệ thống điều khiển tinh vi nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả. Các cảm biến theo dõi vị trí, tốc độ và những chỉ số khác của tàu theo thời gian thực, điều chỉnh nguồn điện cung cấp cho nam châm điện và động cơ tuyến tính khi cần. Nhờ đó, tàu duy trì khoảng cách ổn định với đường ray, kiểm soát sự tăng tốc, giảm tốc và tốc độ hành trình, đảm bảo một chuyến đi êm ái.
Tại sao Transrapid thất bại?
Transrapid đạt được một số thành tựu như xuất khẩu sang Trung Quốc và Australia. Nhưng ở Đức và châu Âu, hệ thống chưa bao giờ thực sự thành công. Bất chấp những ưu điểm dễ thấy của công nghệ đệm từ, Transrapid vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức làm hạn chế thành công, cuối cùng dẫn đến suy tàn.
Rào cản đầu tiên là chi phí phát triển và xây dựng cơ sở hạ tầng cao, chủ yếu do yêu cầu đặc biệt của công nghệ đệm từ, ví dụ như đường ray chuyên dụng và hệ thống điều khiển phức tạp. Chi phí cao gây khó khăn khi gọi vốn cho các dự án mới, cả trong nước và quốc tế.
Vấn đề chính trị cũng là một rào cản ngăn thành công đến với Transrapid. Tại Đức, dự án vấp phải sự phản đối từ nhiều nhóm lợi ích khác nhau, những lo ngại về môi trường và các vấn đề liên quan đến thu hồi đất. Những khó khăn và chậm trễ trong quá trình ra quyết định cũng cản trở việc triển khai hệ thống.
Sự cạnh tranh từ các hệ thống đường sắt cao tốc truyền thống như ICE của Đức và TGV của Pháp cũng ảnh hưởng đến việc ứng dụng Transrapid. Những hệ thống này cung cấp tốc độ và hiệu quả tương đương, trong khi chi phí xây dựng và bảo trì thường thấp hơn. Do đó, chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn hơn với các nhà đầu tư và chính quyền.
Ngoài ra, cư dân sống gần các tuyến đường tàu cũng lo ngại về tiếng ồn và sự rung lắc. Dù giảm được tiếng ồn do bánh xe tiếp xúc với đường ray, công nghệ đệm từ vẫn tạo ra tiếng ồn do hiệu ứng khí động học ở tốc độ cao.
Tàu Transrapid 06 tại Bảo tàng Deutsches Bonn. Ảnh: Rainer Zenz/Wikimedia
Các tai nạn cũng góp phần dẫn đến thất bại của Transrapid. Thông thường, hai tàu đệm từ không thể đâm nhau do hai tàu trên cùng một đoạn đường ray sẽ phải đi cùng hướng với cùng tốc độ. Tuy nhiên, ngày 22/9/2006, tàu Transrapid trên tuyến đường thử nghiệm ở Lathen, Đức, đâm vào một phương tiện bảo dưỡng trên đường ray. Phanh khẩn cấp giúp đoàn tàu giảm tốc từ 450 km/h xuống còn 162 km/h. Tuy nhiên, có 34 người trên tàu và tốc độ đó vẫn không đủ chậm.
Vụ va chạm phá hủy phần phía trước của đoàn tàu, hất văng phương tiện bảo dưỡng khỏi đường ray, lộn hai vòng rồi mới rơi xuống. Đây là vụ tai nạn nghiêm trọng đầu tiên liên quan đến tàu Transrapid, khiến 23 người thiệt mạng và một số bị thương nặng. Vụ tai nạn xuất phát từ lỗi của con người vì đoàn tàu đã được cho phép rời ga trước khi phương tiện bảo dưỡng dọn dẹp đường ray.
Một sự cố khác xảy ra vào ngày 11/8/2006, khi tàu Transrapid hoạt động trên Tuyến Maglev Thượng Hải gặp hỏa hoạn. Lính cứu hỏa Thượng Hải đã nhanh chóng dập tắt ngọn lửa. Các báo cáo cho rằng pin trên tàu có thể là nguyên nhân gây ra vụ cháy.
Cuối cùng, cuộc khủng hoảng tài chính toàn cầu năm 2007 - 2008 và suy thoái kinh tế diễn ra sau đó đã khiến việc gọi vốn cho các dự án mới của Transrapid trở nên khó khăn hơn. Giai đoạn này, các nhà đầu tư và chính quyền thận trọng hơn trong việc đầu tư vào các dự án cơ sở hạ tầng tốn kém, làm giảm triển vọng mở rộng của Transrapid.
Thu Thảo (Theo Interesting Engineering)