Đầu tư nhiều tiền của nhưng Mỹ, Châu Âu vẫn phải chịu thua Trung Quốc và Nhật Bản trong lĩnh vực này

Không giống như tàu hỏa truyền thống chạy trên bánh xe và đường ray, tàu đệm từ bay lơ lửng cách đường ray vài cm nhờ từ trường mạnh. Công nghệ này loại bỏ tiếp xúc trực tiếp giữa tàu và đường ray, giảm đáng kể ma sát và cho phép tàu đạt tốc độ đáng kinh ngạc. Tàu đệm từ ngày nay có thể dễ dàng vượt quá 600 km/giờ, một tốc độ mà tàu cao tốc thông thường không thể đạt được.

Thực tế là, trong khi Nhật Bản và Trung Quốc đã và đang phá vỡ các kỷ lục tốc độ và đưa công nghệ này vào cuộc sống, các dự án ở phương Tây vẫn đang "giậm chân tại chỗ".

Vậy công nghệ tàu đệm từ thực sự hoạt động như thế nào? Tại sao châu Á lại dẫn đầu, trong khi các nước châu Âu và Hoa Kỳ vẫn còn do dự?

Từ tàu cao tốc đến tàu đệm từ

Đường sắt cao tốc không còn xa lạ với châu Á. Nhật Bản đã khơi mào làn sóng này vào năm 1964 với tàu cao tốc Shinkansen, chứng minh cho thế giới thấy rằng du lịch đường sắt nhanh chóng, an toàn và hiệu quả là điều hoàn toàn có thể. Trung Quốc cũng tiến xa hơn trong những thập kỷ gần đây, xây dựng mạng lưới đường sắt cao tốc lớn nhất thế giới. Ngày nay, Trung Quốc chiếm khoảng 2/3 tổng số đường sắt cao tốc trên toàn cầu, với những chuyến tàu mượt mà di chuyển với tốc độ 300 đến 350 km/giờ.

Thành công này đã đặt nền móng cho một bước tiến vượt bậc hơn nữa mang tên đệm từ. Năm 2004, Trung Quốc đã làm cả thế giới kinh ngạc khi khai trương tuyến tàu đệm từ Thượng Hải , chuyến tàu đệm từ thương mại đầu tiên được đưa vào hoạt động. Được phát triển với công nghệ Đức, đoàn tàu kết nối sân bay Phố Đông với trung tâm thành phố Thượng Hải, hoàn thành hành trình 30 km chỉ trong 7,5 phút. Với tốc độ tối đa 431 km/h, đây vẫn là đoàn tàu thương mại nhanh nhất thế giới hiện nay.

Trong khi đó, Nhật Bản đã theo đuổi phiên bản tàu đệm từ riêng của mình từ những năm 1970. Dự án tàu đệm từ siêu dẫn (SCMaglev) của nước này đã lập kỷ lục thế giới, với một đoàn tàu thử nghiệm đạt vận tốc 603 km/h vào năm 2015. Việc xây dựng tuyến đường sắt nối Tokyo và Nagoya đang được tiến hành, dự kiến đi vào hoạt động vào những năm 2030. Khi hoàn thành, tuyến đường sắt này sẽ rút ngắn thời gian di chuyển giữa hai thành phố từ 100 phút xuống chỉ còn 40 phút. Hàn Quốc cũng đã tham gia với một tuyến tàu đệm từ đô thị nhỏ hơn tại Incheon, nhưng Trung Quốc và Nhật Bản mới là những nước thống trị lĩnh vực này.

Nguyên lý hoạt động

Về cơ bản, tàu đệm từ hoạt động dựa trên một nguyên lý từ tính. Bằng cách khai thác các nam châm điện mạnh mẽ, tàu có thể được nâng lên và đẩy đi mà không cần chạm vào đường ray. Điều này loại bỏ lực cản lăn, mang lại cả tốc độ và độ êm ái. Có hai hệ thống đệm từ chính đang được sử dụng.

Hệ thống treo điện từ (EMS): Được sử dụng trong hệ thống Transrapid của Thượng Hải, tàu EMS có nam châm điện dưới gầm toa tàu, giúp kéo tàu lên cao về phía đường ray thép. Khe hở không khí rất nhỏ, chỉ 15 mm, và các cảm biến tiên tiến liên tục điều chỉnh cường độ nam châm để giữ cho tàu ổn định. Hệ thống này có thể bay lơ lửng ngay cả khi đứng yên.

Hệ thống treo điện động (EDS): SCMaglev của Nhật Bản sử dụng một phương pháp khác. Nó sử dụng nam châm siêu dẫn được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp. Ở tốc độ thấp, bánh xe chịu lực, nhưng khi tăng tốc vượt quá 150 km/h, nam châm tạo ra lực đẩy, nâng đoàn tàu lên khoảng 10cm so với đường ray. Bản thân đường ray hoạt động như một động cơ tuyến tính khổng lồ, đẩy đoàn tàu về phía trước như một con sóng đẩy người lướt sóng.

Ở cả hai hệ thống, độ ổn định được đảm bảo nhờ thiết kế nam châm và hệ thống điều khiển tích hợp. Ngay cả ở tốc độ trên 483 km/h, tàu đệm từ vẫn giữ được độ thẳng hàng hoàn hảo. Một minh chứng nổi tiếng cho thấy một đồng xu đặt cân bằng trên sàn tàu đệm từ của Nhật Bản trong quá trình di chuyển tốc độ cao mà không hề bị lật.

Đối với hành khách, tàu đệm từ mang đến một trải nghiệm di chuyển hoàn toàn khác biệt. Không có bánh xe nào chạm vào đường ray, tiếng ồn và rung lắc thường thấy của tàu hỏa biến mất. Gia tốc êm ái, đường cong ổn định, và lực cản đáng kể duy nhất đến từ lực cản của không khí.

Việc bảo trì cũng đơn giản hơn ở một số khía cạnh. Do không có bánh xe hay trục xe dễ bị mòn, đầu máy xe lửa có ít bộ phận cần thay thế hơn. Tuy nhiên, chi phí cơ sở hạ tầng rất lớn, vì tàu đệm từ đòi hỏi đường dẫn hoàn toàn mới, thay vì nâng cấp đường ray hiện có.

Châu Á so với phương Tây, tại sao lại có khoảng cách như vậy?

Tại Hoa Kỳ, dự án đường sắt cao tốc hàng đầu California, dự kiến kết nối Los Angeles và San Francisco, đã bị trì hoãn nhiều năm. Ban đầu được dự toán ở mức 33 tỷ USD, chi phí đã tăng vọt lên hơn 128 tỷ USD. Chỉ có một đoạn ngắn ở Thung lũng Trung tâm đang được xây dựng và dự kiến sẽ chưa thể đi vào hoạt động cho đến những năm 2030.

Tuyến tàu đệm từ (maglev) được đề xuất giữa Washington, D.C. và Baltimore, dựa trên tàu SCMaglev của Nhật Bản, hứa hẹn chỉ mất 15 phút di chuyển. Tuy nhiên, vào năm 2025, chính phủ Hoa Kỳ đã tạm dừng đánh giá tác động môi trường, khiến dự án bị trì hoãn vô thời hạn.

Tuyến tàu cao tốc High Speed 2 (HS2) của Anh cũng gặp phải những khó khăn tương tự. Chi phí tăng vọt từ 33 tỷ bảng Anh lên hơn 100 tỷ bảng Anh, và đoạn phía bắc đã bị hủy bỏ hoàn toàn. Đức, mặc dù phát minh ra tàu đệm từ, vẫn không có tuyến tàu đệm từ tốc độ cao nào đang hoạt động, sau khi đã hủy bỏ dự án sân bay Munich vào năm 2008.

Trang Interesting Engineering cho rằng, có một số yếu tố giải thích cho sự dẫn trước của châu Á trong lĩnh vực này.

Thứ nhất, Trung Quốc coi đường sắt cao tốc là ưu tiên quốc gia, đổ hàng trăm tỷ USD vào xây dựng. Nhật Bản, tuy chậm hơn, đã đầu tư đều đặn vào nghiên cứu và phát triển trong nhiều thập kỷ. Điều này liên quan đến ý chí chính trị và kế hoạch dài hạn.

Thêm vào đó, do mật độ dân số cao , các siêu đô thị châu Á tạo ra nhu cầu di chuyển liên tỉnh rất lớn, khiến các dự án đường sắt cao tốc trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế.

Lý do thứ ba là các ưu tiên về văn hóa và công nghiệp. Cả Trung Quốc và Nhật Bản đều coi đường sắt cao tốc là ngành công nghiệp chiến lược để thống trị toàn cầu, thúc đẩy đổi mới và tiềm năng xuất khẩu. Ngược lại, Hoa Kỳ phụ thuộc nhiều vào hàng không và ô tô, trong khi châu Âu thường nâng cấp đường sắt hiện có thay vì xây dựng hệ thống tàu đệm từ mới.