รถไฟความเร็วสูง

เดินทางโดยรถไฟด้วยความเร็ว 500 กม./ชม. (311 ไมล์/ชม.)

เมื่อครั้งที่ริชาร์ด เทรวิทิค ชาวเวลส์ ได้ทำให้หัวรถจักรไอน้ำเป็นที่รู้จักเมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ 1804 มันวิ่งได้เพียง 8 กม./ชม. (5 ไมล์/ชม.) และในปี 1815 จอร์จ สตีเฟนสัน ชาวอังกฤษ ก็ได้สร้างหัวรถจักรไอน้ำใช้ทำงานได้เป็นครั้งแรกในโลก สำหรับเหมืองถ่านหินคิลลเงเวิร์ท ต่อมาในปี ค.ศ. 1825 เขาก็สร้างรถไฟโดยสารขึ้นเป็นครั้งแรก โดยวิ่งได้ด้วยความเร็ว 25 กม./ชม. (16 ไมล์/ชม.) แต่ทุกวันนี้ รถไฟสามารถบินทะยานไปได้ด้วยความเร็ว 500 กม./ชม. (311 ไมล์/ชม.) ที่เรียกว่าบินก็เพราะมันไม่ต้องสัมผัสกับรางนั่นเอง

เดินทางไปตามราง

ใน ค.ศ. 1815 หัวรถจักรไอน้ำของ จอร์จ สตีเฟนสันวิ่งไปบนรางกว้าง 1.42 เมตร (4 ฟุต 8 นิ้ว) ต่อมาในภายหลังเขาได้เพิ่มความกว้างของรางรถไฟอีก 1.3 เซนติเมตร (ครึ่งนิ้ว) และได้ถือเป็นความกว้างมาตรฐานของรางรถไฟ (1.44 เมตร หรือ 4 ฟุต 8 นิ้วครึ่ง)

ในเดือนธันวาคม 1830 รถไฟ “Best Friend of Charleston” ได้ออกวิ่งไปตามทางรถไฟสายเซาท์แคโรไลนา เป็นการนำทางรถไฟสู่อเมริกา

หัวรถจักรหัวแรกที่สร้างในอเมริกาชื่อ Tom Thumb สร้างโดยปีเตอร์ คูเปอร์

ใน ค.ศ. 1888 แฟรงก์ เจ. สเปรก ได้สร้างรางของรถรางไฟฟ้าสำเร็จเป็นครั้งแรก ซึ่งมีความยาว 19 กิโลเมตร (12 ไมล์) ในริชมอนด์ เวอร์จิเนีย แต่หัวรถจักรไฟฟ้าหัวแรกเพิ่งเริ่มมีในปี ค.ศ.1895

รถไฟดีเซลเริ่มวิ่งเป็นครั้งแรกใน ค.ศ. 1925 ส่วนรถไฟดีเซลที่เร็วที่สุดในโลกคือ Russian TEP80 ซึ่งวิ่งได้ 273 กม./ชม. (147 ไมล์/ชม.)

รถไฟ TGV 001 ของฝรั่งเศสใช้พลังงานจากกังหันแก๊ส โดยมีความเร็วสูงสุดถึง 318 กม./ชม. (198 ไมล์/ชม.) เมื่อวันที่ 8 ธันวาคม 1972

รถไฟ TGV Atlantique วิ่งได้ 515 กม./ชม. (321.8 ไมล์/ชม.) เมื่อวันที่ 18 พฤษภาคม ค.ศ.1990

ในเดือนเมษายน 1999 รถไฟแบบ 5 ตู้ของญี่ปุ่นที่ชื่อ แม็กลีฟ ได้สร้างสถิติโลกโดยวิ่งได้เร็ว 552 กม./ชม. (345 ไมล์/ชม.)

รถไฟ Eurostar
รถไฟ Eurostar ใช้ไฟฟ้า 12,200 กิโลวัตต์ในการพาผู้โดยสารจำนวน 766 คน เดินทางด้วยความเร็ว 300 กม./ชม. (188 ไมล์/ชม.)

ความต้องการความเร็วสำหรับรถไฟ

ความต้องการความเร็วสำหรับรถไฟเกิดขึ้นเมื่อญี่ปุ่นเริ่มใช้รถไฟชินคันเซ็นที่มีลักษณะคล้ายกระสุนปืนเมื่อวันที่ 1 ตุลาคม 1964 เพื่อเป็นสัญลักษณ์สำหรับกีฬาโอลิมปิคที่จัดขึ้นในทวีปเอเชียเป็นครั้งแรก คือที่เมืองโตเกียว รถไฟหัวกระสุนนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ว่าไม่ได้มีแค่ความน่าหลงใหล แต่ยังมีตลาดสำหรับรถไฟความเร็วสูงอีกด้วย

เมื่อช่วงต้นทศวรรษที่ 70 ฝรั่งเศสได้สร้างรถไฟ TGV (Train Grande Vitesse) เป็นรถไฟความเร็วสูงในแบบของฝรั่งเศส และยังมีอีกหลายแบบ ซึ่งอันที่จริงแล้วมีถึงกว่า 350 แบบ เช่น ICE3 ของเยอรมัน สร้างโดยบริษัทซีเมนส์ มีความเร็วถึง 330 กม./ชม. (206 ไมล์/ชม.) หรือจะเป็นรถไฟยูโรสตาร์ที่แล่นพาผู้โดยสาร 700 คน ไปด้วยความเร็ว 300 กม./ชม. (188 ไมล์/ชม.) อย่างสบายๆ ด้วยมอเตอร์สองตัวที่ให้พลังงาน 12,200 กิโลวัตต์ ทางบริษัทซีเมนส์และอัลสตรอมของฝรั่งเศสได้ร่วมมือกันสร้างรถไฟทัลโก้ของสเปนซึ่งย่นระยะทางได้ด้วยความเร็ว 350 กม./ชม. (218 ไมล์/ชม.) ส่วนในออสเตรเลีย รถไฟสปีดเดรลทีจีวีจะวิ่งตามเส้นทางซิดนีย์-แคนเบอร์ราด้วยความเร็วถึง 360 กม./ชม. (225 ไมล์/ชม.) ใน ค.ศ. 2004 ในสหรัฐอเมริกา รถไฟอเซลาจะบินไปตามรางด้วยความเร็ว 320 กม./ชม. (200 ไมล์/ชม.) แม้กระทั่งประเทศจีนก็กำลังวางแผนสร้างรถไฟความเร็วสูงใหม่เพื่อย่นระยะทาง 1,280 กม. (800 ไมล์) ระหว่างปักกิ่งถึงเซี่ยงไฮ้ ได้ภายในเวลาอันรวดเร็ว รถไฟความเร็วสูงนี้ยังมีวิ่งในประเทศอังกฤษ อิตาลี เบลเยียม เนเธอร์แลนด์ สวิตเซอร์แลนด์ ไต้หวัน และเกาหลีใต้ แต่ญี่ปุ่นคงจะเป็นประเทศที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับรถไฟด่วนที่มีความเร็วถึง 552 กม./ชม. (345 ไมล์/ชม.)

เทคโนโลยี

เพื่อให้ได้ความเร็วที่เป็นสุดยอด รถไฟความเร็วสูงก็ย่อมต้องการการพัฒนาในด้านการออกแบบรางใหม่

รางของรถไฟ TGV ซึ่งเป็นรางที่เชื่อมอยู่บนเหล็กกล้าผสมและไม้หมอนคอนกรีต ทอดยาวอยู่บนกรวดโรยทางอันหนาแน่น การผสมผสานระหว่างทางโค้งและทางรถไฟยกระดับพิเศษ ทำให้ความเร็วสูงเป็นสิ่งที่เป็นไปได้ แต่ทางโค้งยาว 5 กม. (3 ไมล์) ยังอาจจะดูว่าโค้งมากเกินไป และแทนที่ตู้รถไฟแต่ละตู้จะมีล้อของมันเอง ตู้รถไฟกลับถูกยึดอย่างกึ่งถาวรบนตัวพ่วงแบบสองเพลา

แม็กลีฟเป็นระบบที่ให้รถไฟวิ่งอยู่เหนือรางโดยใช้พลังแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างแม่เหล็กตัวนำพิเศษบนรถไฟและมีขดลวดบนพื้นดิน เมื่อแม่เหล็กผ่านไปด้วยความเร็วสูง จะเกิดการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าภายในขดลวด ซึ่งจะแปรสภาพเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าชั่วขณะ ผลก็คือทำให้เกิดพลังผลักแม่เหล็กตัวนำพิเศษขึ้นด้านบน และเกิดพลังที่ดึงแม่เหล็กขึ้นด้านบนในขณะเดียวกัน ด้วยเหตุนี้จึงทำให้รถไฟแม็กลีฟลอยขึ้นได้ โดยพลังผลักดันและพลังดึงดูดที่เกิดจากแม่เหล็กจะขับเคลื่อนรถไฟแม็กลีฟ ไปข้างหน้าด้วยความเร็วสูง

การบินอันน่าอัศจรรย์

ความจริงแล้วรถไฟแม็กลีฟไม่ได้สัมผัสกับรางเวลาวิ่ง ตัวนำพิเศษทำให้รถไฟนี้ลอยอยู่เหนือราง ส่วนรถไฟซีเมนส์-อัลสตรอมลอยอยู่เหนือราง 1 ซม. (0.39 นิ้ว) และรถไฟชินคันเซ็นของญี่ปุ่นลอยอยู่เหนือราง 10 ซม. (3.9 นิ้ว) รถไฟชินคันเซ็นที่ใช้ล้อก่อนการปรับปรุงเป็นแบบลอยนี้ วิ่งได้ด้วยความเร็ว 100 กม./ชม. (62 ไมล์/ชม.) และเมื่อวิ่งด้วยความเร็วสูง ก๊าซฮีเลียมเหลวที่เย็นจัดจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานในสนามแม่เหล็ก ส่วนรถไฟแบบยุโรปนั้นใช้แม่เหล็กธรรมดาจึงลอยได้ทันที

การค้นคว้าสำหรับ Maglev เริ่มขึ้นในปี 1962 และก่อนถึงปี 1970 การศึกษาเกี่ยวกับระบบการลอยแบบ electrodynamic โดยใช้แม่เหล็กตัวนำพิเศษก็เริ่มเป็นรูปร่างขึ้น โดยทดลองวิ่งครั้งแรกเมื่อปี 1979 ต่อมาในเดือนธันวาคม 1986 รถไฟแบบ 3 ตู้ ก็บันทึกสถิติความเร็วได้ถึง 352.4 กม./ชม. (220 ไมล์/ชม.) ในเดือนธันวาคม 1997 รถไฟ MLX01 แบบใช้คนขับก็ไปถึงความเร็ว 531 กม./ชม. (331 ไมล์/ชม.) และแบบที่ไม่ใช้คนขับวิ่งได้ 550 กม./ชม. (344 ไมล์/ชม.) และในปีต่อมา การทดสอบให้รถไฟสองขบวนวิ่งสวนกันโดยมีความเร็วรวมกัน 966 กม./ชม. ก็สำเร็จ ต่อมาในเดือนมีนาคม 1999 รถไฟ MLX01 แบบ 5 ตู้ ที่ไม่ใช้คนขับก็สามารถวิ่งได้ด้วยความเร็ว 548 กม./ชม. (342 ไมล์/ชม.) และในเดือนเมษายน รถไฟ MLX01 แบบ 5 ตู้ ที่ใช้คนขับก็ทำสถิติโลกด้วยความเร็วอันน่าอัศจรรย์ที่ 552 กม./ชม. (345 ไมล์/ชม.)

TGV Atlantique
TGV Atlantique พาผู้โดยสาร 485 คนเดินทางด้วยความเร็วกว่า 300 กม./ชม. (188 ไมล์/ชม.) แล้วในปี 1990 รถไฟนี้ก็มีความเร็วเพิ่มขึ้นจนถึง 515 กม./ชม. (321.8 ไมล์/ชม.)

แล้วมันหยุดอย่างไรล่ะ?

รถไฟ TGV มีเบรคแบบไดนามิค โดยมีตัวช่วยเบรคไว้สำหรับการหยุดฉุกเฉิน ส่วนตู้ที่พ่วงก็ติดดิสก์เบรค 4 ตัวในแต่ละเพลา และยังมีตัวช่วยเบรคสำรอง นอกจากนี้ยังมีการวางแผนสร้างระบบเบรคบนรางโดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กสำหรับรถไฟรุ่นต่อๆ ไปด้วย รถไฟ Maglev ใช้วิธีชะลอความเร็วด้วยหลักการเดียวกับการขับเคลื่อน คือด้วยแม่เหล็กตัวนำพิเศษ

เส้นทางของรถไฟความเร็วสูงจะมีรั้วกั้นไว้โดยรอบ และรางจะต้องได้รับการบำรุงรักษาให้อยู่ในสภาพสมบูรณ์ตลอด แม้ว่าจะเคยเกิดเหตุการณ์รถไฟตกราง แต่นั่นก็เมื่อรถไฟนี้ผ่านการใช้งานทุกวันมาเกือบ 2 ทศวรรษ และก็ไม่มีผู้ใดได้รับบาดเจ็บหรือเสียชีวิตจากเหตุการณ์นี้

เมื่อรถไฟวิ่งด้วยความเร็วสูง ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะอ่านสัญญาณจากข้างทาง ดังนั้นข้อมูลที่เป็นสัญญาณทั้งหมดจะถูกส่งไปยังรถไฟผ่านทางรางไปที่หน้าจอในห้องคนขับรถไฟโดยตรง และฟังก์ชันต่างๆ ของรถไฟความเร็วสูงส่วนมากจะควบคุมด้วยระบบดิจิตอล นับว่าเป็นพาหนะแห่งยุคดิจิตอลอย่างแท้จริง

รถไฟชินคันเซ็น E2 ของญี่ปุ่น - สงวนลิขสิทธิ์ภาพ 1998 DAJ Fossett
รถไฟชินคันเซ็น E2 ความเร็วสูงที่วิ่งจากนากาโนะไปยังโตเกียว
ลิขสิทธิ์ภาพของ DAJ Fossett