Cách Trung Quốc chinh phục công nghệ tàu cao tốc

Theo cuốn Tốc độ của Trung Quốc: Phát triển Đường sắt cao tốc của tác giả Wang Xiong, tháng 10/1978, lãnh đạo Trung Quốc Đặng Tiểu Bình sang Nhật Bản và sắp xếp thời gian trải nghiệm tàu cao tốc dù lịch làm việc dày đặc. "Nó rất nhanh, nhanh như gió vậy. Cảm giác như nó thôi thúc anh phải chạy", ông nói trong buổi họp báo sau đó.

Hai tháng sau chuyến thăm, Trung Quốc tổ chức phiên họp toàn thể của Ủy ban trung ương Đảng khóa 11 tại Bắc Kinh và thảo luận các ưu tiên cho phát triển kinh tế. Khi đó, tốc độ tối đa của tàu trên đường ray truyền thống chỉ là 80 km/h và mọi người bàn bạc về sự cần thiết của đường sắt cao tốc.

Năm 1990, báo cáo đề xuất xây dựng đường sắt cao tốc được nộp lên Chính phủ Trung Quốc. Năm 2008, tuyến đường sắt cao tốc đầu tiên của nước này bắt đầu hoạt động, kết nối Bắc Kinh và Thiên Tân, rút ngắn thời gian di chuyển từ 70 phút xuống còn 30 phút.

Đến cuối năm 2025, chiều dài mạng lưới đường sắt cao tốc Trung Quốc đã vượt mốc 50.000 km, là mạng lưới dài nhất thế giới, vượt xa tổng chiều dài của mọi quốc gia khác cộng lại và hơn chu vi Trái Đất khoảng 10.000 km. Trong số những tàu hoạt động thương mại trên đường ray, Fuxing CR400 của Trung Quốc là phương tiện nhanh nhất thế giới với tốc độ tối đa 350 km/h. Tàu TGV (Pháp) và Shinkansen (Nhật Bản) đứng thứ hai với mức 320 km/h, KTX-Sancheon (Hàn Quốc) đạt tốc độ tối đa 305 km/h.

Trung Quốc muốn tiến xa hơn nữa với Fuxing CR450, mẫu tàu cao tốc mới đang chạy thử nghiệm, dự kiến khai thác thương mại với tốc độ lên tới 400 km/h. Như vậy, khi đi vào hoạt động chính thức, phương tiện này sẽ trở thành tàu cao tốc thương mại nhanh nhất thế giới.

Dự án CR450 bắt đầu vào năm 2021, hướng đến phát triển tàu viên đạn thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và thông minh hơn. Mẫu tàu mới do Tập đoàn Đường sắt Nhà nước Trung Quốc (CR), Tập đoàn Chế tạo Phương tiện Đường sắt Trung Quốc (CRRC), Viện hàn lâm Khoa học Đường sắt Trung Quốc (CARS), phối hợp cùng một số tổ chức khác phát triển và sản xuất.

CR450 đã hoàn thành hàng loạt thử nghiệm trên đường ray thông thường và trong hầm nhằm đánh giá đặc tính động lực học, khí động học, lực cản, tiếng ồn cùng nhiều yếu tố khác trong điều kiện chạy tốc độ cao và tàu đi qua nhau. Trong thử nghiệm tháng 10/2025, tàu đạt tốc độ 453 km/h, tốc độ tương đối khi hai đoàn tàu chạy ngược chiều qua nhau là 896 km/h.

Một nhân viên CR nói với People’s Daily, việc tàu đi qua nhau là không thể tránh khỏi trên các tuyến đường sắt cao tốc. Khi hai đoàn tàu chạy ngược chiều, luồng không khí mạnh xung quanh chúng có thể tạo ra áp suất gió tức thời 5-10 kPa, khiến các toa rung lắc và hành khách giảm mức độ thoải mái, thậm chí tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. "Đó là lý do tại sao Trung Quốc luôn tiến hành những thử nghiệm chạy qua nhau với tàu cao tốc", nhân viên này giải thích.

Wang Feng, phó chủ tịch CRRC, nhấn mạnh CR450 đại diện cho một bước tiến toàn diện về lý thuyết, công nghệ, thiết bị, tiêu chuẩn và quản lý vận hành tàu cao tốc. Để đạt được tốc độ vận hành chưa từng có là 400 km/h, đoàn tàu sử dụng hệ thống kéo nam châm vĩnh cửu làm mát bằng nước, bộ bánh xe thế hệ mới với độ ổn định cao và nhiều cải tiến hệ thống.

Theo CMG, CR450 sử dụng động cơ kéo nam châm vĩnh cửu với hiệu suất chuyển đổi cao hơn 3% so với động cơ trên mẫu CR400, cung cấp công suất kéo 11.000 kW. Mẫu tàu mới có thể tăng tốc từ trạng thái đứng yên lên 350 km/h chỉ trong 4 phút 40 giây, nhanh hơn 100 giây so với mẫu cũ.

Wang cho biết thêm, 7 công nghệ tiên tiến về giảm ồn, bao gồm vật liệu hấp thụ âm thanh và hình dạng khí động học tối ưu hóa, giúp giảm 2 decibel tiếng ồn trong cabin, mang đến chuyến đi yên tĩnh hơn. Ngoài ra, tàu cũng tăng 4% không gian phục vụ hành khách và nâng cấp các tính năng thông minh như hệ thống điều khiển tiên tiến, tương tác với người lái, giám sát an toàn và dịch vụ hành khách.

Theo Shao Jun, nhà nghiên cứu tại CARS, việc tăng tốc độ vận hành thương mại từ 350 km/h lên 400 km/h dẫn đến lực cản tăng 30% và mức tiêu thụ năng lượng lớn hơn. 95% lực cản của tàu đến từ không khí. Để tăng tốc độ và tiết kiệm năng lượng, các nhà khoa học điều chỉnh hình dạng đầu tàu, lấy cảm hứng từ những loài chim bay nhanh trong tự nhiên, nhờ đó giảm lực cản khoảng 2,6%.

Tiếp theo, nhóm chuyên gia xem xét gầm tàu, khu vực trước đây thường bị bỏ qua nhưng có tiềm năng giảm lực cản. Một thành viên trong nhóm đề xuất dùng cấu trúc che chắn để bảo vệ phần lộ ra của bộ bánh xe, mang lại hình dạng khí động học tốt hơn.

Ngoài ra, CR450 có phần mũi được kéo dài lên 15 m (so với mức 12,5 m ở mẫu tàu cũ tốc độ 350 km/h) với hình dạng nhọn hơn, đường mái thấp hơn 20 cm và trọng lượng giảm 50 tấn.

Sau khi tối ưu hóa cấu trúc, lực cản giảm 22%, đồng nghĩa ngay cả khi tăng tốc độ thêm 50 km/h, mức tiêu thụ năng lượng của tàu mới vẫn chỉ tương đương CR400.

Nhóm dự án cũng phát triển vật liệu mới để đối phó thách thức về nhiệt độ, biến dạng và độ mỏi, đáp ứng yêu cầu về phanh. Họ đặt mục tiêu giữ quãng đường phanh tương đương CR400, giảm tốc từ 400 km/h xuống 0 km/h trong khoảng 6.500 m. Năng lượng giải phóng trong quá trình này đủ để đun sôi 6,8 tấn nước vốn ở trạng thái đóng băng chỉ trong khoảng hai phút. Dù không tiết lộ kim loại dùng cho vật liệu mới, nhóm nghiên cứu cho biết đã thực hiện hàng trăm thử nghiệm để hoàn thiện công thức và mất hơn một năm để đánh giá hiệu suất.

Ngoài vật liệu mới, CR450 cũng trang bị công nghệ phanh khẩn cấp đa cấp và điều khiển chống trượt. Các chuyên gia đã dành hơn 20 tháng tiến hành thử nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau nhằm kiểm chứng công nghệ.

Tao Guidong, kỹ sư tại CRRC, cho biết CR450 đang trải qua thử nghiệm vận hành 600.000 km, tương đương chạy quanh Trái Đất 15 vòng. Tính đến tháng này, thử nghiệm đã hoàn thành hơn một nửa.

"CR450 là thế hệ tàu mới với tốc độ cao hơn, độ an toàn lớn hơn, hiệu quả năng lượng tốt hơn, vận hành thông minh hơn và mang lại sự thoải mái nhiều hơn cho hành khách", Zhao Hongwei, nhà nghiên cứu tại CARS, cho biết. Zhao nói thêm, mẫu tàu mới hướng đến củng cố và tăng cường vị thế dẫn đầu của Trung Quốc trong công nghệ đường sắt cao tốc.

Nguồn: vnexpress.net