Ban biên tập technologyMag chia sẻ video của Railways Explained, video giúp khám phá câu chuyện về tàu tốc độ cao ICE của CHLB Đức, đỉnh cao của kỹ thuật và thiết kế trong thế giới đường sắt tốc độ cao. Từ tàu InterCity Experimental đầu tiên đến tàu ICE 4 mới nhất, video này sẽ đưa bạn qua quá trình phát triển của những đoàn tàu biểu tượng đã định hình lại du lịch đường dài. Những thông tin bạn sẽ có được trong video này:
– Khởi đầu: Cách tàu InterCity Experimental mở đường cho tàu ICE hiện đại.
– Nhiều thế hệ đổi mới: Khám phá các tính năng và thách thức của ICE 1, ICE 2, ICE 3 và ICE 4.
– Những kỳ quan kỹ thuật: Tìm hiểu về lực kéo phân tán, phanh tái tạo và khí động học tiên tiến tạo nên sự độc đáo của những đoàn tàu này.
– Tính bền vững và tuổi thọ: Khám phá cách tàu ICE đạt tỷ lệ tái chế hơn 95% và tuổi thọ hơn 30 năm.
– Tác động toàn cầu: Cách tàu Velaro, dựa trên tàu ICE 3, trở thành một thành công toàn cầu trong ngành đường sắt tốc độ cao tại các quốc gia như Trung Quốc, Nga và Tây Ban Nha. Từ việc lập kỷ lục tốc độ thế giới đến việc vượt qua những thách thức, tàu ICE tượng trưng cho sự đổi mới, khả năng phục hồi và tương lai của du lịch đường sắt bền vững.

Tàu tốc độ cao ICE 3 trên tuyến đường sắt tốc độ cao Frankfurt – Cologne

Khởi đầu: Intercity Experimental
Nguồn gốc của chương trình ICE bắt đầu với đoàn tàu thử nghiệm Intercity Experimental (ICE-V). Trước đó, Deutsche Bundesbahn (DB – Đường sắt Liên bang Đức) phải đối mặt với một quyết định chiến lược quan trọng: nên xây dựng các tuyến đường sắt chuyên biệt cho tàu tốc độ cao như Nhật Bản và Pháp hay nên tối ưu hóa khai thác hỗn hợp trên mạng lưới hiện có.

Nhật Bản lựa chọn mô hình Shinkansen với hệ thống kéo phân tán, tức là động cơ được đặt dọc theo chiều dài đoàn tàu, giúp giảm tải trọng trục và vận hành êm ái hơn. Ngược lại, Pháp với TGV lại sử dụng hai đầu máy kéo riêng biệt ở hai đầu đoàn tàu, thiết kế này mạnh mẽ nhưng làm giảm không gian dành cho hành khách.

Dựa trên thành công trước đó của đầu máy ET403 đạt tốc độ 200 km/h vào năm 1972, Đức quyết định theo hướng tập trung động lực tương tự như Pháp. Đến năm 1980, DB khởi động dự án chế tạo tàu thử nghiệm Intercity Experimental (ICE-V), dự kiến hoàn thành vào năm 1985 để kỷ niệm 150 năm ngành đường sắt Đức.

Dự án được đầu tư 94 triệu Mác Đức (tương đương khoảng 48,06 triệu Euro theo tỷ giá lúc bấy giờ), trong đó Bộ Nghiên cứu Liên bang tài trợ 61%, DB đóng góp 17% và các doanh nghiệp khác đóng góp 22%. Đoàn tàu được bàn giao đúng tiến độ vào năm 1985, gồm hai đầu máy Class 410 và tối đa ba toa giữa thuộc Class 810. Thiết kế áp dụng nhiều công nghệ từ hàng không vũ trụ để đạt hiệu suất khí động học tối ưu, kết hợp bánh xe nguyên khối, hệ thống treo khí nén và phanh tái sinh điện, phanh đĩa cơ học, cùng phanh dòng điện xoáy.

Vào tháng 3 năm 1985, tàu bắt đầu chạy thử nghiệm và nhanh chóng lập kỷ lục với vận tốc 317 km/h vào tháng 10 cùng năm, và 406,9 km/h vào tháng 5 năm 1988, trở thành tàu nhanh nhất thế giới lúc bấy giờ.

ICE 1 – Thế hệ đầu tiên
Trong khi quá trình thử nghiệm ICE-V vẫn đang diễn ra, DB đã tin tưởng vào thành công của dự án đến mức đặt hàng 60 đoàn tàu ICE 1 (Class 401) vào năm 1988, do Siemens sản xuất. Tàu được thiết kế để đạt vận tốc 280 km/h trên tuyến mới và 200 km/h trên tuyến hiện hữu, gồm hai đầu máy và 12 toa hành khách.

Thiết kế ngoại thất do nhà thiết kế công nghiệp Alexander Neumeister thực hiện, người cũng từng tham gia phát triển Shinkansen Series 500 của Nhật Bản. Một đặc điểm nổi bật của ICE 1 là toa nhà hàng BordRestaurant, có mái nâng cao và cửa sổ lớn dễ nhận biết từ bên ngoài.

Tuy nhiên, ngay sau khi đưa vào khai thác, hành khách phàn nàn về tiếng ồn và sự rung lắc trong toa nhà hàng. Nguyên nhân được xác định là do bánh xe thép nguyên khối bị mỏi kim loại (1) và mòn không đều. DB sau đó phát triển loại bánh xe Bochum 84/Series 064, có lớp đệm cao su giữa vành và đĩa thép để giảm rung chấn. Sau khi thử nghiệm thành công năm 1992, toàn bộ đoàn tàu ICE 1 được thay thế loại bánh xe này, chấm dứt “thời kỳ toa nhà hàng ồn ào”.
(1) Mỏi kim loại (metal fatigue): Hiện tượng kim loại bị nứt gãy dần dần theo thời gian khi phải chịu tác động lặp đi lặp lại của ứng suất cơ học, dù mỗi lần tác động có thể nhỏ hơn nhiều so với giới hạn bền tĩnh của vật liệu

Tuy nhiên, vào ngày 3 tháng 6 năm 1998, đoàn tàu ICE 1 số 151 đã gặp thảm họa khi đang trên hành trình từ Munich đến Hamburg. Một bánh xe bị nứt và vỡ khi tàu đạt tốc độ 200 km/h gần thị trấn Eschede, khiến tàu trật bánh và lao vào cầu đường bộ. Tai nạn Eschede đã cướp đi 101 sinh mạng và làm bị thương 88 người, trở thành thảm họa đường sắt nghiêm trọng nhất trong lịch sử nước Đức hiện đại. Sau tai nạn, DB quyết định quay lại sử dụng bánh xe nguyên khối cho toàn bộ đội tàu.

Dù gặp biến cố, ICE 1 vẫn được mở rộng dịch vụ sang Áo và Thụy Sĩ (với bộ gạt điện khí thích ứng). Giai đoạn 2005–2008, 59 đoàn tàu ICE 1 được đại tu, kéo dài tuổi thọ thêm khoảng 15 năm.

ICE 2 – Nâng cấp và an toàn
Năm 1993, DB tiếp tục đặt hàng 44 đoàn tàu ICE 2 (Class 402) do Siemens và Adtranz sản xuất. ICE 2 đạt vận tốc 280 km/h, có chiều dài ngắn hơn, cho phép ghép đôi hai đoàn tàu trên tuyến đông khách rồi tách ra vận hành riêng ở các tuyến nhánh. Mỗi đoàn gồm một đầu máy, sáu toa khách và một toa lái ở cuối.

Sau thảm họa Eschede, toàn bộ ICE 2 được trang bị hệ thống cảnh báo sớm, theo dõi rung động của boogie (2) để phát hiện các vết nứt hoặc hư hại từ sớm, tương tự công nghệ trên tàu Eurostar. Từ 2005–2008, DB đại tu toàn bộ đội ICE 2, kéo dài thời gian phục vụ thêm 10–15 năm.
(2) Boogie: khung gầm bánh xe nằm dưới mỗi toa tàu, chứa các bánh xe, trục, hệ thống treo và phanh, giúp tàu chuyển hướng, giảm rung và chịu tải trọng

ICE 3 – Công nghệ động lực phân tán vươn tầm châu Âu
Với ICE 3 (Class 403), Đức chính thức chuyển sang hệ thống kéo phân tán như Nhật Bản. 50 đoàn tàu được đặt hàng năm 1997 cho tuyến đường sắt tốc độ cao Frankfurt–Cologne. Không còn đầu máy riêng, toàn bộ không gian được tận dụng cho hành khách. Động cơ phân bổ dọc theo 16 trục giúp tăng tốc mạnh và đạt tới 330 km/h (vận hành thương mại ở 300 km/h).

Phiên bản quốc tế ICE 3M (Class 406) có thể chạy trên bốn hệ thống điện khác nhau, phù hợp với các mạng lưới châu Âu. DB đặt 13 đoàn năm 1994. Đến năm 2007, chúng được phép chạy tại Pháp, Bỉ và Hà Lan, đạt tốc độ 320 km/h trên tuyến LGV Est. Sau đó, DB tiếp tục đặt Velaro D (Class 407) – dòng tàu tiết kiệm năng lượng, êm ái và đáng tin cậy hơn.

Dòng Velaro nhanh chóng trở thành sản phẩm xuất khẩu thành công sang các quốc gia như Tây Ban Nha (Velaro E), Trung Quốc (CRH3), và Nga (Velaro RUS/Sapsan).

ICE T và ICE TD – Công nghệ nghiêng thân
Song song với ICE 3, Siemens tiếp tục nghiên cứu và phát triển ICE T (Class 411, 415) và ICE TD (Class 605), các mẫu tàu có công nghệ nghiêng thân (tilting) giúp di chuyển êm ái trên các tuyến cũ, không phù hợp cho tốc độ cao. Các tàu này có thiết kế tương tự ICE 3 và đạt tốc độ tối đa 230 km/h.

ICE 4 – Nền tảng tương lai
Năm 2008, DB mở thầu mua 100–130 đoàn tàu mới để thay thế các tuyến InterCity và EuroCity cũ. Siemens, hợp tác cùng Bombardier, đã thắng thầu. Đây là hợp đồng lớn nhất trong lịch sử Siemens. Dòng tàu mới, ban đầu có tên ICx, sau đổi thành ICE 4 (Class 412).

Hình ảnh và thông số của tàu ICE 4 tại Đức. Nguồn: Railway Explained

ICE 4 được thiết kế theo mô-đun linh hoạt, có thể cấu hình 7, 12 hoặc 13 toa và đạt tốc độ 230–265 km/h. Điểm khác biệt là các toa động lực được bố trí xen kẽ trong đoàn tàu, thay vì chỉ ở hai đầu. Nhờ đó, DB có thể dễ dàng điều chỉnh công suất và sức chứa tùy theo nhu cầu vận hành.

Tổng cộng, DB đã đặt hàng 1.511 toa, tạo thành xương sống của mạng lưới đường dài trong tương lai tại Đức, Áo và Thụy Sĩ. Sau gần một năm chạy thử, ICE 4 chính thức vào khai thác thương mại tháng 12 năm 2017.

Năm 2019, một số lỗi hàn trên thân thép được phát hiện, nhưng Siemens và Bombardier đã nhanh chóng khắc phục mà không làm gián đoạn hoạt động.

ICE 4 có tuổi thọ hơn 30 năm và tỷ lệ tái chế trên 95%, minh chứng cho cam kết của Đức về hiệu quả, độ bền và bền vững môi trường.

Từ đoàn tàu thử nghiệm ICE-V năm 1985 đến ICE 4 hiện đại ngày nay, hành trình phát triển tàu tốc độ cao của Đức là biểu tượng cho 40 năm đổi mới, chính xác kỹ thuật và tinh thần tiên phong.

Đón xem loạt bài trong chuỗi giới thiệu về hệ thống đường sắt của Pháp, Đức của kênh Railway Explained:
Bài 1: Quá trình phát triển của hệ thống tàu tốc độ cao TGV của Pháp.
Bài 3: Tương lai của ngành đường sắt tại châu Âu: Tàu tốc độ cao ICE 5 của Đức và TGV M của Pháp.

Để xem các tin bài khác về “Tàu tốc độ cao”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Railway Explained