Để chuẩn bị cho việc đưa vào khai thác đoạn kéo dài tới Shin Aomori của tuyến ĐS cao tốc Shinkansen Tohoku vào tháng 12-2010, từ năm 2002 ĐS Đông Nhật đã làm việc liên tục về các công nghệ nhằm nâng cao tốc độ và cuối cùng đã ấn định được tốc độ khai thác thương mại là 320 km/h sau việc chạy thử nghiệm, sử dụng đoàn tàu thử nghiệm FASTECH 360.
Việc chạy thử nghiệm đã khẳng định được các thông số cuối cùng trước khi đoàn tàu series E5 được đưa vào khai thác vào mùa xuân năm 2011. Hơn thế nữa, các mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức của đoàn tàu series E6 phản ánh các thành tựu phát triển có được thông qua việc sử dụng đoàn tàu thử nghiệm FASTECH 360Z bắt đầu chế tạo vào tháng 6-2010. Các toa xe này sẽ được nối với các đoàn tàu series E5 trong hoạt động chạy tàu thương mại với tốc độ 320/km/h.
Con đường để nâng cao tốc độ
ĐS cao tốc Tohoku bắt đầu hoạt động vào năm 1992 với tốc độ tối đa 210 km/h. Hiện nay, tốc độ khai thác thương mại là 275 km/h, song thời gian kể từ lần đầu tiên chạy với tốc độ 275km/h với các toa xe series 200 trên tuyến ĐS cao tốc Shinkansen Joetsu vào năm 1990 đến nay cũng đã hơn 20 năm.Việc khai thác với tốc độ 275 km/h trên diện rộng bắt đầu với việc đưa vào khai thác đoàn tàu series E3 và E2 khi khai trương các tuyến ĐS cao tốc Shinkansen Akita và Shinkansen Nagano vào năm 1997. Trong 13 năm sau đó, nhiều nghiên cứu về kỹ thuật khác nhau nhằm nâng cao tốc độ chạy tàu đã được triển khai, bao gồm cả đoàn tàu thử nghiệm FASTECH, đã dẫn tới việc nâng tốc độ khai thác lên 320 km/h với các đoàn tàu E5 và E6.
Sự thành công của đoàn tàu thử nghiệm FASTECH 360
Như cái tên của mình, đoàn tàu thử nghiệm FASTECH 360 được chế tạo nhằm nghiên cứu các vấn đề về tốc độ với đích hướng tới là tốc độ khai thác thương mại tối đa 360 km/h. Các mục tiêu nghiên cứu được đặt ra là tăng tốc độ chạy tàu, đảm bản an toàn, thân thiện với môi trường và nâng cao sự thoải mái cho hành khách. Theo đánh giá, tốc độ tối đa 320 km/h là tốt nhất, mặc dù độ an toàn và sự thoải mái vẫn đảm bảo khi vận hành ở tốc độ 400 km/h, song tốc độ cao hơn này không khả thi về phương diện thân thiện với môi trường và chi phí.
Các mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức đoàn tàu series E5
Thông số kỹ thuật cho các mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức của series E5 đã được quyết định vào tháng 7-2007. Các mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức series E5 là các toa xe FASTECH 360S đã được tối ưu hóa để khai thác với tốc độ thương mại 320 km/h. Các xe đã được xuất xưởng vào tháng 6-2009 và việc chạy thử để xác định quy cách kỹ thuật khi sản xuất đại trà đã được tiến hành.
Chạy thử nghiệm
Hầu hết các cuộc chạy thử nghiệm được tiến hành trên đoạn Sendai - Kitakami với trọng tâm đánh giá nhằm vào vấn đề môi trường. Để đảm bảo công suất chuyên chở hành khách, sự khác biệt chính của đoàn tàu mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức này so với thiết kế của đoàn tàu thử nghiệm FASTECH là ở hình dáng mũi đoàn tàu - mũi đoàn tàu này được rút ngắn xuống còn 15m thay vì dài 16m như ở đoàn tàu thử nghiệm FASTECH 360S. Hình dáng mũi đoàn tàu ngắn hơn được tối ưu hóa nhờ việc giảm bớt các thiết bị không cần thiết trong mui xe, qua đó đảm bảo tính năng hoạt động về khí động như ở mũi xe dài 16m.
Ảnh hưởng của các thay đổi đã được xem xét cẩn thận, sử dụng quy trình như khi nghiên cứu phát triển đoàn tàu thử nghiệm FASTECH (thử nghiệm trong hầm gió và mô phỏng).
Việc chạy thử nghiệm đã khẳng định các tiêu chuẩn về môi trường như tiếng nổ khi tàu ra khỏi hầm là thỏa mãn với tốc độ vận hành 320 km/h. Mặc dù có sự khác biệt trong việc hình thành sóng vi áp vốn phụ thuộc chiều dài mái cửa hầm, song kết quả thử nghiệm đã khẳng định mức độ của đoàn tàu mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức này tương đương với đoàn tàu thử nghiệm FASTECH.
Các xe series E5 sản xuất hàng loạt
Việc chạy thử nghiệm đã làm rõ các yêu cầu về vận hành của thiết kế ở tốc độ 320 km/h và quy cách kỹ thuật cho việc sản xuất hàng loạt đã được hoàn tất. Các thử nghiệm đối với các bộ phận của giá chuyển hướng cũng đã được hoàn tất ở các mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức về tính năng hoạt động và khả năng bảo dưỡng. Mặc dù khi bắt đầu khai thác thương mại chỉ chạy các đoàn tàu series E5 song tính năng hoạt động của chúng ở tốc độ 320 km/h vẫn đủ để cho phép việc nối lẫn với đoàn tàu E6 hiện nay đang được chế tạo.
Hiện có kế hoạch chế tạo 59 đoàn tàu E5 bao gồm cả các đoàn mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức để đưa vào khai thác nhằm thay thế cho các đoàn tàu series 200 và series E1, nhờ vậy nâng cao tốc độ chạy tàu.
Tiền đề thiết kế cơ sở rút ra từ đoàn tàu thử nghiệm FASTECH cho series E5 đã được thẩm tra thông qua việc đánh giá các điều kiện vận hành thực tế. Đối với giá chuyển hướng, chỗ an toàn được đặt vị trí hàng đầu, việc đánh giá được tiến hành bằng việc sử dụng bệ thử với tải 1,2 triệu km tương ứng với thời gian đưa vào đại tu. Cần tiếp điện và các bộ phận chuyển động khác được thử nghiệm ở điều kiện làm việc với chu kỳ tương ứng với thời gian đưa vào đại tu.
Các toa xe được chạy thử nghiệm độ bền lâu 600.000 km sử dụng đoàn tàu FASTECH, sau đó được giải thể để kiểm tra từng chi tiết, phân tích dự báo các vấn đề bất thường có thể phát sinh. Việc thử nghiệm độ bền lâu 600.000 km tương tự cũng được hoạch định đối với các mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức.
Tốc độ tối đa vào cuối năm tài chính 2012 là 320 km/h hay cao hơn 45 km/h so với tốc độ thương mại tối đa hiện thời 275 km/h. Trong khi tốc độ được tăng lên từng bước, song nó vẫn là sự gia tăng đang kể trong một khoảng thời gian ngắn. Vì vậy, điều quan trọng là xác định được thực trạng phương tiện khi đưa vào sửa chữa định kỳ và không bỏ sót bất cứ điều bất thường nào dù là nhỏ nhất.
Hạng GranClass
Hạng GranClass được đưa ra để cung cấp dịch vụ có đẳng cấp cao hơn so với hạng nhất trên xe Green Car hiện tại. Dịch vụ này ở xe số 10 của đoàn tàu E5: tại đây, 18 khách hàng sẽ được các nhân viên đặc biệt phục vụ.
Mục tiêu của đoàn xe mới này là để đạt được một trong số tốc độ ĐS cao nhất trên thế giới, trong khi đó vẫn tạo ra không gian thư giãn thu hút hành khách.
Các mẫu chế tạo trước khi sản xuất chính thức của series E6
Các đoàn tàu cao tốc Shinkansen của các tuyến Tohoku, Joetsu, Nagano, Yamagata và Akita thuộc ĐS Đông Nhật đều đi qua Omiya, vì thế kế hoạch chạy tàu được xác định bởi mật độ chạy tàu trên khu đoạn Tokyo và Omiya. Do đó, việc nâng cao tốc độ của tuyến cao tốc Shinkansen Tohoku đòi hỏi việc nâng tốc độ của các đoàn tàu được kết nối.
Việc chạy thử nghiệm các xe thử nghiệm của đoàn tàu FASTECH 360Z (series E955) đã được tiến hành lặp đi lặp lại. Các toa xe này có các yêu cầu trái ngược nhau về vận hành tốc độ cao do việc vận hành cả trên các tuyến ĐS cao tốc Shinkansen và các tuyến ĐS thông thường cộng thêm với tính năng thông qua đường cong tốt ở các tuyến ĐS thường, do vậy việc nâng tốc độ này đã làm nảy sinh nhiều vấn đề mới. Nó đã đòi hỏi nhiều nỗ lực và thời gian trong việc chạy thử nghiệm để đánh giá mức độ giảm chấn động ngang trên khu đoạn ĐS cao tốc và giảm lực dọc trên khu đoạn ĐS thông thường.
Đối với các tuyến ĐS thông thường, các biện pháp như tăng chiều dài ray bằng việc hàn ray được tiến hành. Ngoài ra, việc bảo dưỡng toa xe và đặc biệt là trục bánh xe cũng được xem xét kỹ.
Các biện pháp chống tiếng ồn từ bên ngoài ở đoàn xe E6 khó khăn hơn nhiều so với đoàn tàu E5 vì không thể sử dụng được nắp che cần chắn điện đối với tuyến ĐS thường do vấn đề khổ giới hạn. Vì vậy, tốc độ khai thác thương mại tối đa được quyết định thông qua hoạt động của đoàn xe series E955. Đoàn tàu series E6 chế tạo trước khi sản xuất chính thức gồm 7 xe, trong khi đoàn tàu E5 gồm 6 xe song lượng khách chuyên chở như nhau. Một xe thêm này là cần thiết để đảm bảo không gian của buồng lái do mũi đoàn tàu E6 dài hơn (đoàn tàu E3 dài 6m, còn đoàn tàu E6 dài 13m) nhằm giảm sóng vi áp trong hầm và vì tất cả các thiết bị điều hòa không khí đều được lắp dưới gầm xe để giám bớt tiếng ồn từ bên ngoài.
Các nội dung thử nghiệm gần như tương tự như đối với các mẫu chế tạo thử trước khi sản xuất hàng loạt đoàn tàu series E5. Đoàn tàu series E6 chủ yếu để thay thế đoàn tàu Komachi series E3 và theo kế hoạch 26 đoàn sẽ được chế tạo, bao gồm cả các xe chế tạo hàng loạt tiên tiến.
Hoạt động chạy tàu sau khi khai trương dịch vụ tới Shin Aomori
Hiện nay, 6 đoàn tàu E2 được bổ sung thêm để phục vụ việc chạy tàu trên tuyến cao tốc Shinkansen Tohoku tới Shin Aomori; 3 đoàn E5 với tên gọi Hayabusa (Chim ưng) được đưa vào khai thác năm 2011. Các đoàn tàu này trước hết sẽ khai thác với tốc độ hạn chế ở 300 km/h, sau đó sẽ nâng lên tốc độ 320 km/h vào mùa xuân năm 2013. Việc chế tạo đang được triển khai đối với 20 đoàn còn lại và chúng sẽ được đưa dần vào khai thác từ mùa hè năm 2011. Việc sản xuất hàng loạt đoàn tàu series E6 sẽ được bắt đầu vào thời điểm đó, vì thế các đoàn tàu series E3 sẽ được nối với đoàn tàu series E5 để vận hành với tốc độ tối đa là 275 km/h. Do vậy, các xe series E3 đang được hoán cải cho phù hợp.
Đoàn tàu series E6 bắt đầu khai thác vào khoảng giữa mùa thu năm 2011 khi hoạt động chạy tàu có nối với đoàn xe series E5 được bắt đầu. Tốc độ chạy của đoàn tàu series E6 sẽ được nâng lên từng bước, bắt đầu từ tốc độ 300 km/h đối với hoạt động chạy tàu nối với đoàn tàu E5 và đạt tới tốc độ 320 km/h vào mùa xuân năm 2014.
ĐS Đông Nhật Bản gần như đã hoàn thành mạng lưới ĐS cao tốc
Tốc độ chạy tàu trên tuyến ĐS cao tốc Tohoku được nâng lên trên 300 km/h sau khi khai trương đoạn kéo dài tới Shin Aomori. Các đoàn tàu series 200, E1 và các xe khác cũng sẽ được dần thay thế bằng một một thế hệ phương tiện mới.
Mặc dù các tiêu chuẩn về môi trường đã hạn chế tốc độ khai thác tối đa ở mức 320 km/h vào thời điểm hiện tại song việc nghiên cứu phát triển vẫn đang tiếp tục hướng tới tốc độ 360 km/h.
Với việc đưa vào khai thác đoạn kéo dài tới Shin Aomori, ĐS Đông Nhật gần như đã hoàn thành mạng lưới ĐS cao tốc của mình. Tuy nhiên, các tuyến đường đã được lên kế hoạch như tuyến cao tốc Hokuriku tới Kanazawa và tuyến cao tốc Shinkansen Hokkaido tới Hakodate đang được triển khai song hành với những nghiên cứu phát triển mới đối với phương tiện của các tuyến đường này.
KG (Theo Japan Railway & Transport Review số 57, tháng 3-2011).