Maglev Jepun: Kereta Api Terpantas di Dunia Terkandas di Landasan Ujian

Pemecah rekod di landasan pendek

Di satu kawasan luar bandar Yamanashi yang sunyi, sebatang jarum perak meluncur kabur pada kelajuan yang hanya pernah dirasai segelintir manusia di atas landasan. Maglev superkonduktor Jepun, pemegang rekod kelajuan dunia bagi kereta api berawak pada 603 km/j (375 mph), menghabiskan hari-harinya berulang-alik di landasan ujian sepanjang 42.8 kilometer. Pemandangan itu menarik orang ramai ke dek pemerhatian dan rabung bukit, manakala sebilangan kecil yang dijemput atau memenangi cabutan bertuah berpeluang menaikinya dalam perjalanan demonstrasi. Buat masa ini, setakat itulah kemampuan kereta api penumpang paling canggih di Bumi.

Cita-cita di sebalik perjalanan itu amat besar. Kereta api ini menjadi tumpuan Chuo Shinkansen, koridor berkelajuan tinggi baharu yang dirancang oleh Central Japan Railway Company (JR Central) untuk dibina antara Stesen Shinagawa di Tokyo dengan Nagoya, sebelum dilanjutkan ke Osaka. Peringkat pertama akan memendekkan perjalanan Tokyo-Nagoya kepada 40 minit pada kelajuan jelajah hampir 500 km/j, sebelum diteruskan ke Osaka dengan sasaran masa perjalanan Tokyo-Osaka lebih sedikit sejam. Teknologi dan kereta api itu telah matang menerusi ujian selama beberapa dekad. Namun, pembinaan landasan itu sendiri tertangguh akibat gabungan kelulusan alam sekitar, cabaran penggalian terowong, politik dan kos.

Bagaimana kereta api itu terapung dan memecut

SCMaglev Jepun ialah sistem levitasi magnetik superkonduktor. Magnet superkonduktor pada kereta api mengaruh arus dalam gegelung yang terbenam pada landasan pandu apabila kenderaan itu bergerak. Arus tersebut menghasilkan medan magnet yang mengangkat dan memandu kereta api, kaedah yang dipanggil suspensi elektrodinamik. Apabila maglev melepasi kira-kira 150 km/j, ia tidak lagi bersentuhan secara fizikal dengan landasan. Ia terapung kira-kira 10 sentimeter di atas landasan pandu. Daya geraknya dihasilkan oleh motor segerak linear yang menarik kereta api ke hadapan dengan menarik magnetnya ke arah medan yang bertukar-tukar sepanjang landasan.

Pada kelajuan rendah, kereta api bergerak menggunakan tayar getah boleh tarik. Apabila kelajuan meningkat, tayar terangkat dan kenderaan bergerak di atas medan bermagnet yang menjadi kusyen. Sensasi di dalamnya berbeza daripada kereta api peluru konvensional. Bunyi gegaran akibat sentuhan roda dengan rel lebih sedikit, digantikan dengan deruan aerodinamik yang lebih ketara dan dengungan yang lebih sekata. Jurutera telah bertahun-tahun memperhalus pengalaman itu dengan mengurangkan getaran, merendahkan bunyi dalam kabin dan memperbaik aerodinamik pada kelajuan ekstrem.

Mengapa perkhidmatan ke Nagoya terus tertangguh

Tarikh asal untuk membuka laluan Tokyo-Nagoya pada 2027 telah ditunda. JR Central kini menjangkakan peringkat pertama mula beroperasi sekitar 2035 paling awal, iaitu kelewatan lapan tahun. Belanjawan meningkat kepada kira-kira 11 trilion yen apabila skala dan kerumitan penggalian terowong merentasi tengah Jepun semakin jelas. Halangan utama terletak di Wilayah Shizuoka, tempat syarikat kereta api itu perlu menggali kira-kira 8.9 kilometer terowong di bawah pergunungan Alps Selatan. Pemimpin tempatan membantah kerana kerja itu akan mengalihkan air yang mengalir ke Sungai Oi. Sungai itu merupakan sumber penting bagi masyarakat dan pertanian di hilir, maka bantahan terus bertegas dan kerja penggalian di segmen terowong itu belum bermula.

Kebanyakan laluan itu berada di bawah tanah. Kira-kira empat perlima jajaran Tokyo-Nagoya melalui terowong, termasuk bahagian dalam di bawah kawasan bandar padat dan terowong panjang di bawah pergunungan. Penggalian terowong pada skala sedemikian memerlukan pengudaraan, pengeluaran bahan korekan dan kawalan air bawah tanah yang besar. Semua itu menelan belanja tinggi dalam apa jua keadaan, dan terbukti amat mahal dalam projek ini. Pegawai negara sedang berusaha menjadi orang tengah, sementara JR Central meneruskan pembinaan segmen yang boleh dilaksanakan serta program ujian di Yamanashi sebagai persediaan untuk perkhidmatan kelak.

Jurutera syarikat itu berkata set kereta api tersebut sudah sedia untuk kegunaan komersial. Tumpuan kini beralih kepada kebolehpercayaan sistem pada jarak jauh, aerodinamik dalam terowong pada kelajuan sangat tinggi dan strategi penyelenggaraan peralatan superkonduktor. Laluan Yamanashi kekal sebagai tapak ujian bagi tugas-tugas itu sehingga kebuntuan kelulusan diselesaikan.

Perkara yang didedahkan oleh landasan ujian Yamanashi

Landasan Ujian Maglev Yamanashi dibuka pada 1997. Sejak itu, kereta api tersebut telah menjalani ujian sejauh jutaan kilometer dan mencatat beberapa pencapaian kelajuan, yang memuncak dengan rekod 603 km/j. Pada hari biasa, program itu mengumpul kira-kira 2,000 kilometer perjalanan ujian. Tapak ujian itu membolehkan jurutera memerhatikan segala-galanya, daripada cara dua kereta api berselisih pada kelajuan relatif gabungan melebihi 1,000 km/j hingga tingkah laku kenderaan dalam terowong panjang dan ketika berdepan angin lintang.

Pada hari perjalanan awam, urusannya seperti di lapangan terbang kecil. Tetamu mendaftar masuk, melalui pemeriksaan keselamatan dan menaiki kereta api secara terkawal. Sebaik sahaja kereta api meninggalkan stesen, pecutannya terasa pantas. Kenderaan itu mencapai 320 km/j dalam kira-kira seminit, kemudian mencecah 500 km/j dalam masa tiga minit, mengekalkan kelajuan jelajah untuk jarak pendek dan menempuh keseluruhan 42.8 kilometer dalam kira-kira lapan minit. Penumpang sering melaporkan sensasi kelajuan yang luar biasa, dan ada yang merasakan perjalanannya lebih bergoncang berbanding shinkansen konvensional. Maklum balas itulah tujuan ujian tersebut. Syarikat itu telah berulang kali menambah baik talaan suspensi, reka bentuk tempat duduk dan aerodinamik agar kabin lebih senyap dan lancar pada kelajuan yang menguji had fizik rel.

Pengunjung yang tidak mendapat tiket masih boleh meneroka sains dan sejarah di Pusat Pameran Maglev Wilayah Yamanashi, yang terletak bersebelahan landasan ujian. Muzium itu mempamerkan demonstrasi superkonduktiviti secara interaktif, mempamerkan kenderaan maglev yang telah bersara dan menyediakan sudut pandang tinggi untuk menyaksikan maglev meluncur deras pada kelajuan penuh. Maklumat tentang akses dan waktu operasi boleh didapati di laman rasmi Pusat Pameran Maglev.

Naik taraf L0 dan keselesaan

Daripada prototaip awal seperti MLX01, program itu beralih kepada Siri L0 dan kemudian L0 yang ditambah baik, hasil pengajaran bertahun-tahun daripada landasan ujian. Model ujian terbaharu mempunyai bahagian luar tanpa cat yang dilapisi filem seakan kulit jerung, yang mengurangkan seretan dengan membentuk aliran udara pada tahap mikroskopik. Pembangun berkata penambahbaikan aerodinamik itu mengurangkan rintangan udara berbanding versi terdahulu, sekali gus membantu penggunaan tenaga dan mengurangkan bunyi dalam kabin. Di dalam, tempat duduk kini mempunyai sandaran tetap untuk memudahkan mekanisme dan mengurangkan berat, manakala bahan kabin telah diubah bagi mengurangkan pemindahan getaran pada kelajuan tertinggi.

Pelan ujian menjadi semakin mencabar ketika jurutera meneliti keadaan luar biasa. Pasukan itu telah menjalankan ujian dua kereta api berselisih pada kelajuan relatif 1,026 km/j untuk mengkaji denyutan tekanan dan gelombang kejutan. Sensor tambahan dipasang untuk mengesan perubahan kecil pada getaran yang boleh menandakan keletihan peralatan sebelum insiden berlaku. Usaha turut dijalankan untuk memanjangkan jangka hayat magnet superkonduktor dan memudahkan penyelenggaraan supaya sistem boleh beroperasi dengan andal selama beberapa dekad. Perubahan ini kurang ketara berbanding reka bentuk muncung kereta api baharu, tetapi penting ketika rangkaian beralih daripada landasan ujian kepada perkhidmatan harian.

Kos, penggunaan tenaga dan alam sekitar

Kelajuan memerlukan wang dan tenaga. Chuo Shinkansen ialah antara projek infrastruktur terbesar yang pernah dibangunkan di Jepun, dan reka bentuk yang banyak menggunakan terowong menjadi sebab utama. Penggunaan tenaga juga sering menjadi perdebatan. Penyelidik yang mengkaji sistem itu berpendapat maglev menggunakan jauh lebih banyak kuasa berbanding Tokaido Shinkansen hari ini pada kelajuan operasi biasa; sesetengah anggaran menyatakan empat hingga lima kali ganda. Sebahagiannya berpunca daripada fizik, kerana seretan aerodinamik meningkat mengikut kuasa dua kelajuan dan menjadi daya dominan pada kelajuan melebihi 300 km/j. Sebahagian lagi ialah kuasa yang diperlukan untuk membekalkan tenaga kepada gegelung landasan pandu sepanjang jajaran dan sistem pengudaraan di terowong gunung.

Penyokong pula berhujah bahawa mengalihkan penumpang daripada penerbangan jarak dekat boleh mengurangkan pelepasan, terutamanya apabila grid elektrik Jepun semakin bersih. Koridor maglev turut menambah kapasiti alternatif di seluruh tengah Honshu. Laluan alternatif itu bukan sekadar kemudahan. Perancang mahu laluan berkelajuan tinggi kedua di kawasan pedalaman yang boleh terus beroperasi selepas gempa bumi besar atau ribut pantai. Persoalan alam sekitar masih belum selesai, terutamanya di Shizuoka, tempat aliran sungai menjadi taruhan. Jurutera terus menguji akustik aerodinamik, medan elektromagnet dan getaran di tapak Yamanashi untuk mengukur kesan sistem itu dan mengurangkannya jika boleh.

Pesaing memecut ke hadapan dengan rel keluli dan magnet

Kereta api generasi baharu Jepun bukan satu-satunya peserta dalam persaingan ini. China sedang membangunkan kereta api konvensional berkelajuan tinggi yang lebih pantas di atas rel keluli serta teknologi maglevnya sendiri. Ujian terkini program CR450 menyaksikan kereta api penumpang beroda di atas rel bergerak hampir 280 mph (kira-kira 450 km/j). Matlamatnya ialah memendekkan masa perjalanan di koridor sedia ada dan memperkukuh industri domestik dalam bidang kenderaan rel serta sistem kawalan.

Semasa ujian itu, Zhao Hongwei dari Akademi Sains Kereta Api China menjelaskan betapa lamanya usaha tersebut dijalankan. Beliau berkata rancangan itu bermula bertahun-tahun lalu dan diteruskan selepas spesifikasi teras disahkan.

Kami mula merancang CR450 pada 2018. Kami mengambil masa tiga tahun untuk memuktamadkan spesifikasi teknikal tertinggi, dan projek ini dimulakan secara rasmi pada 2021.

Tokoh akademik yang mengkaji ekonomi dan dasar pengangkutan melihat potensi serta risiko pada maglev itu sendiri. Zhenhua Chen, profesor di Universiti Negeri Ohio yang mengkaji kereta api berkelajuan tinggi di seluruh dunia, menjelaskan perbezaan utama antara maglev Jepun dengan kereta api peluru konvensional.

Maglev Jepun berasaskan sistem levitasi magnetik superkonduktor.

Pada pandangannya, manfaatnya bergantung pada kawalan kos dan perubahan corak perjalanan yang boleh dicetuskan oleh pilihan kereta api yang sangat pantas dan andal.

Ia akan membawa perubahan besar, semata-mata kerana perkhidmatan ini jauh lebih pantas, jauh lebih andal dan jauh lebih mesra alam.

Pihak yang skeptikal memberi amaran bahawa kosnya boleh mengatasi manfaat jika jumlah penumpang atau pembiayaan tidak mencukupi. Rick Harnish, pengasas bersama High Speed Rail Alliance, berpendapat sistem konvensional beroda di atas rel mungkin pilihan yang lebih praktikal bagi banyak koridor.

Maglev sering diperkatakan. Tetapi sebenarnya, apabila diteliti, kereta api konvensional dengan roda keluli dan rel keluli ialah pilihan terbaik.

Persaingan ini bukan hanya berlaku di Asia Timur. Amerika Syarikat telah mengkaji hubungan maglev antara Washington dengan Baltimore, dengan dana persekutuan diperuntukkan untuk perancangan. Institusi Jepun, termasuk Japan Bank for International Cooperation, telah menyatakan minat untuk membiayainya. JR Central telah mempromosikan teknologinya di luar negara selama bertahun-tahun, dengan meletakkan landasan ujian Yamanashi sebagai pameran keupayaan sistem tersebut.

Manfaat kepada penumpang

Jika peringkat pertama dibuka, pengembara akan menikmati penjimatan masa yang besar dan tahap kebolehpercayaan baharu. Perjalanan Tokyo-Nagoya selama 40 minit akan mengubah landskap perjalanan antara bandar di tengah Jepun, manakala perjalanan Tokyo-Osaka sekitar sejam akan mengubah perjalanan sehari dan jadual perniagaan. Maglev itu juga akan mengurangkan tekanan terhadap Tokaido Shinkansen, sebuah koridor yang kini membawa lebih sejuta penumpang sehari. Laluan berkelajuan tinggi kedua di kawasan pedalaman meningkatkan daya tahan menghadapi ribut pantai, tsunami dan kejadian seismik.

Ada juga nilai budaya. Kereta api peluru telah menjadi sebahagian daripada identiti Jepun sejak 1964. Peralihan daripada roda keluli kepada levitasi magnetik ialah lompatan keyakinan terhadap teknologi baharu yang lahir daripada kerja makmal dan ujian lapangan selama beberapa dekad. Di lereng bukit Yamanashi, lompatan itu dapat dilihat setiap kali L0 meluncur laju dengan pecutan setengah kilometer sejam sesaat, sebelum menghilang ke dalam terowong yang menembusi pergunungan. Landasan ujian itu membuktikan sistem tersebut nyata dan boleh beroperasi secara berulang. Cabaran sekarang ialah mengatasi keadaan kereta api yang tidak membawa penumpang ke mana-mana dan membuka laluan yang boleh digunakan penumpang setiap hari.

Perkara Utama

• Maglev superkonduktor Jepun memegang rekod kelajuan kereta api berawak pada 603 km/j dan kini hanya beroperasi di landasan ujian Yamanashi sepanjang 42.8 kilometer.
• Chuo Shinkansen yang dirancang akan menghubungkan Tokyo dan Nagoya dalam masa 40 minit pada kelajuan jelajah hampir 500 km/j, dengan sambungan ke Osaka pada peringkat kemudian.
• JR Central telah menunda pembukaan kepada sekitar 2035 paling awal, dengan menyatakan bantahan terhadap terowong di Shizuoka dan kerumitan pembinaan keseluruhan sebagai puncanya.
• Kos projek meningkat kepada kira-kira 11 trilion yen, didorong oleh terowong panjang di pergunungan dan pembinaan bawah tanah yang dalam di kawasan bandar.
• Kereta api itu terapung menggunakan suspensi elektrodinamik, terangkat kira-kira 10 sentimeter di atas landasan pandu apabila kelajuannya melebihi kira-kira 150 km/j.
• Kenderaan ujian terkini menampilkan penambahbaikan aerodinamik, kabin lebih senyap dan pemantauan lebih baik untuk mengesan keletihan peralatan lebih awal.
• Pengkritik menekankan penggunaan tenaga yang tinggi berbanding shinkansen konvensional, manakala penyokong menyebut potensi pengurangan pelepasan jika pengembara udara beralih kepada kereta api.
• China sedang memajukan kereta api beroda di atas rel yang lebih pantas serta penyelidikan maglev, sekali gus menonjolkan persaingan sengit di rantau ini.
• Perjalanan awam dan Pusat Pameran Maglev Yamanashi terus menarik minat sementara projek itu menunggu kelulusan pembinaan sepenuhnya.
• Pegawai dan jurutera berkata kereta api itu sudah sedia; cabaran yang masih ada ialah menyelesaikan isu permit dan menyiapkan bahagian terowong yang paling sukar.