TÀU ĐỆM TỪ CÓ THỂ CHẠY VỚI TỐC ĐỘ 3000KM/H ?

      

  Những đoàn tàu sử dụng từ trường để lướt trên đường ray có thể nghe như thứ gì đó từ phim “Back to the Future”, nhưng khái niệm tàu đệm từ đã có trong nhiều năm nay. Những con tàu sử dụng công nghệ này được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1960 và nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển để loại bỏ những bánh xe, trục và ổ trục khỏi con tàu.

Những con tàu đệm từ đã giải quyết hai quy tắc hạn chế mà những con tàu khác có:

• Đầu tiên, theo nguyên tắc có sự tương tác cơ học giữa những bánh xe của đoàn tàu và đường ray làm chậm chúng lại. Bởi vì một bánh xe thường nặng khoảng một tấn và bánh xe va chạm với đường ray với tốc độ cao nên cần có sự bảo trì thường xuyên để giữ cho đường ray không bị hỏng.
• Thứ hai, những đoàn tàu lái và tự hãm thông qua tương tác cơ học vì thế nó phải mang nhiều thiết bị cồng kềnh. Con tàu vẫn ổn khi chạy với tốc độ 400km/h ( tốc độ đề xuất của con tàu  Britain’s HS2 l), nhưng động học chất lưu khiến cho việc di chuyển nhanh hơn nhiều trở nên rất khó khăn. Lượng năng lượng cần phải tăng cấp số mũ với vận tốc của phương tiện. Ví dụ, hoạt động với vận tốc 400km/h thay vì 300km/h cần gần như gấp 2,5 lần lượng năng lượng, cho nên đoàn tàu di chuyển ở vận tốc rất cao trở nên không thực tế.

“phép thuật” của tàu đệm từ

Tất cả những công nghệ đệm từ đều sử dụng một số dạng của nam châm – có thể là môt nam châm vĩnh cữu, một nam châm điện hay một nam châm sử dụng cuộn siêu dẫn. Con tàu trôi trên từ trường này và được đẩy đi và định hướng bằng tương tác giữa nam châm và yếu tố khác trên mặt đất, như là đường ray thép, một nguyên tố dẫn điện trên đường ray hoặc những nam châm khác. Việc loại bỏ được tương tác trực tiếp với đường ray giúp những con tàu đệm từ có thể đạt được những vận tốc cao. Mặc dù có muôn kiểu khái niệm về tàu đệm từ nhưng chúng chỉ có hai loại chung.

• Loại thứ nhất được biết như hệ thống điện từ (EMS), và có một lực hút điện từ với một thanh ray bằng thép. 
• Loại thứ hai được biết như là hệ thống điện động lực (EDS) hệ thống này sử dụng một nam châm mạnh. Nam châm mạnh này tương tác với một cuộn hay một miếng nhôm trong thanh ray. Khi nam châm di chuyển dọc đường ray thì một lực đẩy được hình thành, và con tàu nổi lên vài xen ti mét trên đường ray, nhưng điều đó chỉ xảy ra khi di chuyển ở một vận tốc đủ lớn cho nên tàu vẫn cần dùng những bánh xe khi chạy ở vận tốc thấp.

Hình: Hai loại tàu đệm từ là EMS và EDS

Nguồn: i.ytimg.com

Tất nhiên việc lái và phanh tàu đệm từ vẫn cần thiết – việc này cũng được thực hiện thông qua các hiệu ứng của nam châm. Để vận hành được ở vận tốc cao, những cuộn dây được cuốn chặt vào đường ray và chúng được sử dụng để tạo ra một từ trường động giúp đẩy con tàu di chuyển trên những nam châm của nó. Vậy nên không còn cần thiết phải mang theo những thiết bị năng lượng nặng nề trên con tàu nữa. Thay vì bị chất đầy bởi các thiết bị, con tàu nhẹ hơn và có thể di chuyển nhanh hơn nhiều.

Tàu đệm từ EMS ở Thượng Hải thường chạy ở vận tốc 430km/h và ở Nhật, nguyên mẫu của tàu đệm từ loại EDS của JR Central có thể chạy ở vận tốc 500km/h. Có những công nghệ đệm từ có thể đẩy tốc độ tàu lên khoảng 600km/h.

Đến tốc độ xấp xỉ 3000km/h

Thú vị thay, vào những năm 1960 có một niềm tin rằng tốc độ 200 – 250km/h đã là giới hạn trên lý thuyết. Kể cả những con tàu điện từ phải tuân theo khí động lực học. Đó là lí do tại sao những tốc độ cao được công nhận bởi doanh nhân Mỹ Elson Musk với phiên bản Hyperloop (1500km/h) và những con Tàu "Siêu đệm từ" của Trung Quốc (2,900km/h) được đề xuất chạy trong những ống được rút chân không một phần để giảm những lực cản ở tốc độ cao vì thế tốc độ con tàu phụ thuộc vào khả năng của cấu trúc và duy trì sự dẫn hướng một cách chính xách trong một ống áp suất thấp dài hàng trăm cây số. Diều đó trở nên cực kì khó khăn và tốn kém.

 

Hình: Con tàu Hyberloop chạy trong ống chân không
Nguồn: b-i.forbesimg.com

Ước mơ của các nhà cung cấp

Trên thực tế những nhà cung cấp dịch vụ vận chuyển đã cực kì bị hấp dẫn bởi viễn cảnh của việc giảm giá thành của hệ thống xuống 30% hay 50%, nhưng thông thường thì những người đề xuất những ý tưởng còn đưa ra những khoảng tiết kiêm hơn nữa. Ví dụ Musk đề nghị một mức giảm giá đến 90% so với hệ thống tàu thanh ray cao tốc, măc dù muốn được như vậy đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng phức tạp. Không may thay điều này đưa ý tưởng đó từ chỗ thú vị sang chỗ không tưởng và có thể còn phải chờ đến tương lai.

Mời các bạn xem tốc độ khủng khiếp của con tàu MLX01 của Nhật

Dành cho bạn đọc

Ngoài tàu đệm từ còn có một loại tàu khác cũng đạt kỷ lục về tốc độ đó là tàu TGV của Pháp. Loại tàu này sở dĩ chạy nhanh như vậy là nhờ các yếu tố sau:

• Mô tơ điện công suất lớn
• Trọng tâm của tàu phải thấp
• Hình dáng khí động học
• Những chỗ móc nối đảm bảo
• Tín hiệu hỗ trợ cho lái tàu khi không thể quan sát được hai bên lúc tàu chạy với vận tốc cao.

Sau đây mời bạn đọc xem qua một video để thấy được tốc độ của loại tàu này

Nguồn IFLScience

Bài gốc theconversation

Biên dịch: Phạm Nguyễn Hoàng Thịnh