Vì sao tàu cao tốc 320km/h của Nhật có thể phanh 'nhanh như chớp' trong 1,3 giây khi có động đất?

Công ty Đường sắt Nhật Bản phía Đông đang nâng cấp hệ thống cảnh báo sớm động đất của mình để tăng cường khả năng phản ứng nhanh chóng của các đoàn tàu Shinkansen khi có động đất. Dự kiến vào tháng 3/2024, hệ thống này sẽ được triển khai trên toàn bộ 135 đoàn tàu shinkansen thuộc các tuyến Tohoku, Joetsu và Hokuriku. Theo thông cáo báo chí, hệ thống mới sẽ giảm thời gian phản ứng từ khi phát hiện động đất đến khi kích hoạt phanh khẩn cấp từ mức trung bình hiện tại là 3.9 giây xuống còn 1.3 giây.

Khi xác định một trận động đất có cường độ  5.5 richter hoặc cao hơn, phanh khẩn cấp sẽ được tự động kích hoạt. Hệ thống này được phát triển dựa trên nghiên cứu chung với Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Đường sắt, và nó cho phép một đoàn tàu shinkansen chạy với tốc độ 320 km/h dừng lại trong quãng đường ngắn hơn khoảng 230 mét so với công nghệ hiện hành.

Nhà điều hành đường sắt này cũng thông báo rằng họ đang xem xét lại cách tính toán hiện tại dùng để dự đoán độ lớn của động đất thông qua sóng P - những sóng chính di chuyển nhanh hơn sóng S, là nguyên nhân gây ra chuyển động trên mặt đất, nhằm nâng cao độ chính xác của dự báo.

Trong điều kiện hiện tại, các đoàn tàu shinkansen phải dừng lại khoảng 20 lần mỗi năm do các nguyên nhân liên quan đến động đất. Với hệ thống mới, dự kiến số lần dừng khẩn cấp sẽ tăng thêm bốn lần do độ nhạy của hệ thống được cải thiện.

Trong cuộc họp báo, Chủ tịch JR East, ông Yuji Fukasawa, đã mô tả đây là một "quyết định nhằm ưu tiên an toàn hơn nữa". Hệ thống an toàn Shinkansen trong trường hợp động đất đã liên tục được cải thiện kể từ khi được đưa vào sử dụng lần đầu tiên vào năm 1982.

Hệ thống đường sắt cao tốc an toàn nhất thế giới

Shinkansen, còn được gọi là "Tuyến đường chính mới" trong tiếng Nhật, là hệ thống đường sắt chở khách cao tốc tiên phong tại Nhật Bản, phục vụ các đảo Honshu, Kyushu và Hokkaido. Ban đầu được xây dựng và vận hành bởi Đường sắt Quốc gia Nhật Bản thuộc sở hữu nhà nước, hệ thống này đã được chuyển giao cho Nhóm Đường sắt Nhật Bản kể từ năm 1987.

Các đoàn tàu Shinkansen là tàu đa đơn vị điện, có sức chứa 1.000 hành khách hoặc hơn, được cung cấp năng lượng từ hệ thống dây điện trên cao. Ban đầu, tốc độ tối đa đạt 210 km/giờ, sau đó tăng lên giữa 240 và 300 km/giờ. Đến đầu năm 2013, một số chuyến tàu đã hoạt động với tốc độ lên tới 320 km/giờ. Tốc độ cao yêu cầu phát triển các tính năng an toàn phức tạp, đặc biệt là trong các tình huống động đất.

Khi trận động đất lớn xảy ra vào năm 2011, một máy đo địa chấn tại Kinkazan đã gửi tín hiệu dừng tự động tới hệ thống truyền điện của Shinkansen, kích hoạt phanh khẩn cấp trên 33 đoàn tàu, ngăn chặn thiệt hại nghiêm trọng và nguy cơ thương vong. Hệ thống này là một phần của hệ thống cảnh báo động đất khẩn cấp UrEDAS, bao gồm các máy đo địa chấn được lắp đặt tại 97 địa điểm trên khắp Nhật Bản. Khi các máy đo địa chấn phát hiện rung động do động đất gây ra, chúng xác định ảnh hưởng dự kiến của trận động đất và gửi tín hiệu cảnh báo để ngắt nguồn điện tới các đoàn tàu.

Bên cạnh đó, Shinkansen của Nhật Bản sử dụng hệ thống phanh tiên tiến để đảm bảo an toàn và hiệu quả, nhất là khi di chuyển ở tốc độ cao. Hệ thống này bao gồm phanh aerodynamic, giúp tăng lực cản khí động học và giảm tốc độ của tàu mà không cần dựa vào ma sát giữa bánh xe và đường ray, đặc biệt hữu ích trong điều kiện thời tiết xấu hoặc tình huống khẩn cấp như động đất.

Mô hình nguyên mẫu của hệ thống phanh aerodynamic đã được thử nghiệm trong đường hầm gió với tốc độ gió lên tới 400 km/h. Trong quá trình thử nghiệm, lực cản tối đa 2.3 kN (3.5 kN trong đường hầm) có thể đạt được chỉ trong vòng 0.3 giây sau khi phát lệnh hoạt động. Độ bền của thiết bị cũng đã được kiểm chứng qua việc triển khai liên tục ở tốc độ cao trong thời gian dài, và không có vấn đề nào được ghi nhận, bao gồm việc không có tiếng ồn khí động nào sinh ra khi phanh được cất giữ.

Bên cạnh đó, Shinkansen cũng được trang bị hệ thống phanh truyền thống với đĩa phanh bằng gang và lớp lót kim loại, được thiết kế để chịu đựng lực phanh mạnh mà không bị biến dạng. Ngoài ra, tất cả hoạt động của tàu đều được theo dõi và điều khiển từ trung tâm máy tính tại Tokyo, đảm bảo mức độ an toàn và hiệu quả tối ưu. Hệ thống phanh kết hợp giữa phanh khí nén và phanh tái sinh cũng góp phần tăng cường hiệu suất phanh và tiết kiệm năng lượng.

Ngoài ra, tất cả hoạt động của tàu đều được theo dõi và điều khiển từ trung tâm máy tính tại Tokyo, đảm bảo mức độ an toàn và hiệu quả tối ưu. Các con tàu cũng được trang bị hệ thống tự chạy bằng pin lithium-ion – hệ thống đầu tiên trên thế giới. Hệ thống này cho phép tàu chạy một quãng đường ngắn mà không cần nguồn điện và có thể di chuyển đến vị trí an toàn ở tốc độ thấp nếu bị mắc kẹt tại khu vực có nguy cơ cao, như trên cầu hoặc trong hầm, trong trường hợp động đất.

Những biện pháp an toàn và tiến bộ công nghệ này cùng nhau đảm bảo an toàn cho hành khách trên các tàu đạn của Nhật Bản trong các sự kiện động đất, duy trì danh tiếng của Shinkansen như một trong những hệ thống đường sắt tốc độ cao an toàn và đáng tin cậy nhất thế giới.