Nga phát triển tàu cao tốc 400 km/h, ứng dụng AI và công nghệ tiết kiệm năng lượng

Nga đang phát triển đoàn tàu cao tốc đầu tiên do nước này tự chế tạo, có thể đạt tốc độ 400 km/h và chở tối đa 460 hành khách. Việc ứng dụng AI trong hỗ trợ vận hành, kết hợp các giải pháp giảm khối lượng đoàn tàu, tiếng ồn và tiêu thụ năng lượng, được kỳ vọng nâng cao hiệu quả công nghệ đường sắt…

Nga đang phát triển đoàn tàu cao tốc đầu tiên do nước này tự chế tạo, có thể đạt tốc độ 400 km/h và chở tối đa 460 hành khách. Nguồn: Cổng thông tin Khoa học Nga (Наука.рф).

Tuyến đường sắt cao tốc Moscow - Saint Petersburg dài gần 700 km dự kiến đi vào khai thác từ năm 2028, rút ngắn thời gian di chuyển giữa hai thành phố xuống còn khoảng 2 giờ 15 phút, so với gần 4 giờ hiện nay bằng tàu Sapsan. Để hiện thực hóa mục tiêu này, Nga đang phát triển đồng bộ đoàn tàu, hệ thống điện, thiết bị điều khiển và hạ tầng đường ray chuyên dụng, hướng tới làm chủ các công nghệ đường sắt cao tốc trong nước.

Theo trang công nghệ Computerra của Nga, dự án do Trung tâm Kỹ thuật đường sắt (Engineering Center for Railway Transport) phụ trách, với sự tham gia của Đường sắt Nga (RZD), chính quyền Moscow và Tập đoàn Sinara. Quá trình phát triển và sản xuất huy động hàng trăm kỹ sư, doanh nghiệp công nghiệp và tổ chức khoa học tại nhiều khu vực của Nga.

PHÁT TRIỂN ĐOÀN TÀU CAO TỐC VỚI NHIỀU CÔNG NGHỆ MỚI

Đoàn tàu cao tốc thế hệ mới của Nga được thiết kế với cấu hình cơ bản gồm 8 toa, có sức chứa tối đa 460 hành khách. Khi nhu cầu vận tải tăng cao, hai đoàn tàu có thể ghép nối thành một đoàn gồm 16 toa, qua đó điều chỉnh năng lực chuyên chở theo lưu lượng hành khách.

Dự án do Trung tâm Kỹ thuật đường sắt (Engineering Center for Railway Transport) phụ trách, với sự tham gia của Đường sắt Nga (RZD), chính quyền Moscow và Tập đoàn Sinara. Nguồn: Trung tâm Thông tin Đường sắt cao tốc Nga (ВСМ).

Cơ sở sản xuất chính là nhà máy Ural Locomotives tại Verkhnyaya Pyshma, tỉnh Sverdlovsk. Một tổ hợp sản xuất mới có diện tích 67.000 m² đang được xây dựng tại đây, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2026. Sau khi đi vào hoạt động, nhà máy có thể sản xuất tối đa 144 toa tàu cao tốc mỗi năm.

Theo thông tin được công bố, Ural Locomotives đã bắt đầu hoàn thiện các toa tàu dành cho hai đoàn tàu cao tốc đầu tiên. Nhà máy đã hàn xong 14 trong tổng số 16 thân toa dự kiến cho hai đoàn tàu này. Các công đoạn tiếp theo bao gồm lắp đặt hệ thống cách nhiệt, cách âm, đường dây cáp, tấm ốp, cửa sổ, cụm cửa ra vào và thiết bị thu dòng điện.

Vận hành ở tốc độ lên tới 400 km/h đặt ra những yêu cầu khắt khe đối với kết cấu thân tàu, độ kín, khả năng chống rung và các thiết bị tiếp xúc với hệ thống cấp điện. Các cụm cửa được trang bị gioăng gia cường và hệ thống giám sát nhằm bảo đảm độ kín khi tàu chạy tốc độ cao. Cửa sổ bên sử dụng công nghệ cố định được điều chỉnh để giảm tiếng ồn, trong khi thiết bị thu dòng điện được thiết kế theo yêu cầu khí động học và có thể hoạt động trong dải nhiệt độ từ -50°C đến +75°C.

Một trong những điểm đáng chú ý là việc sử dụng vật liệu nhôm trong chế tạo thân tàu. Các nhà phát triển dự kiến áp dụng những tấm nhôm siêu rộng, có chiều rộng 900 mm, cùng kết cấu từ các thanh nhôm định hình đùn ép. Theo tài liệu dự án, vật liệu này nhẹ hơn khoảng ba lần so với thép, giúp giảm khối lượng đoàn tàu, số lượng mối hàn, tiếng ồn và mức tiêu thụ năng lượng.

Hình dáng phần đầu tàu được thiết kế thông qua các mô hình toán học, mô phỏng ba chiều và thử nghiệm trong hầm gió. Tại nhà máy, các tổ hợp hàn robot và hệ thống kiểm soát chất lượng tự động cũng đang được triển khai nhằm nâng cao độ chính xác trong quá trình chế tạo.

Động cơ điện kéo là một bộ phận quan trọng khác của dự án. Động cơ không đồng bộ TAD650, công suất 650 kW, được phát triển tại Chelyabinsk. Với khối lượng khoảng 750 kg và hiệu suất lên tới 95%, động cơ được thiết kế để đáp ứng yêu cầu vận hành của đoàn tàu cao tốc.

Ngoài động cơ, Ural Locomotives đã chế tạo giá chuyển hướng có động cơ, sử dụng khung phụ cho phép treo độc lập động cơ kéo. Giải pháp này nhằm giảm tác động động lực học lên đường ray, đồng thời cải thiện độ êm khi tàu di chuyển ở tốc độ cao. Theo thông tin dự án, khung giá chuyển hướng đã vượt qua thử nghiệm với 10 triệu chu kỳ tải trọng.

Những con số trên cho thấy dự án đường sắt cao tốc không chỉ là bài toán chế tạo phương tiện vận tải, mà còn là chương trình phát triển một hệ sinh thái công nghiệp, trong đó nhiều doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu cùng tham gia cung cấp công nghệ, linh kiện và giải pháp kỹ thuật.

TRỢ LÝ SỐ ỨNG DỤNG AI, HỆ THỐNG ĐIỆN CHUYÊN DỤNG

Bên cạnh việc phát triển đoàn tàu, Nga đang xây dựng hệ thống điều khiển chạy tàu có tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI), hướng tới nâng cao mức độ an toàn và hỗ trợ người lái trong quá trình vận hành.

Ural Locomotives đã bắt đầu hoàn thiện các toa tàu dành cho hai đoàn tàu cao tốc đầu tiên. Nhà máy đã hàn xong 14 trong tổng số 16 thân toa dự kiến cho hai đoàn tàu này. Nguồn: Trung tâm Thông tin Đường sắt cao tốc Nga (ВСМ).

Theo Computerra, hệ thống điều khiển sử dụng cả kênh liên lạc qua đường ray và kênh liên lạc không dây để tính toán khoảng cách an toàn giữa các đoàn tàu, đồng thời thu thập thông tin về trạng thái hạ tầng. Một trong những chức năng đáng chú ý là trợ lý số dựa trên thị giác máy tính, học máy và mạng nơ-ron.

Hệ thống có khả năng theo dõi tình hình trên đường ray, tình trạng thiết bị và các diễn biến bên trong đoàn tàu. Trong trường hợp phát hiện nguy cơ khẩn cấp, hệ thống có thể tự động phanh và dừng tàu. Tuy nhiên, điều khiển hoàn toàn tự động chưa phải mục tiêu triển khai ngay từ đầu. Trong giai đoạn đầu, công nghệ này chủ yếu đóng vai trò trợ lý thông minh, hỗ trợ người lái giám sát tình hình và xử lý các nguy cơ trong quá trình vận hành.

Tháng 3/2026, các chuyên gia đã thử nghiệm một thành phần của hệ thống an toàn mang tên SOB-400A, được lắp đặt trên tàu Sapsan. Bước tiếp theo là kiểm tra hệ thống trên đoàn tàu cao tốc mới, bao gồm chức năng điều khiển tự động để tàu vận hành theo lịch trình.

Cùng với hệ thống điều khiển, Nga phát triển công nghệ cấp điện riêng cho tuyến đường sắt cao tốc. Hệ thống dây tiếp xúc trên cao KS-400 sử dụng dây dẫn bằng đồng thiếc, thay cho dây đồng thông thường, với tiết diện tăng từ 100 mm² lên 150 mm². Các cột đỡ được thiết kế để chịu tải trọng rung động lớn, móng đặt sâu khoảng 6 m và tuổi thọ thiết kế của kết cấu vào khoảng 70 năm.

Các thử nghiệm KS-400 được tiến hành trên đoạn đường thử dài 800 m tại Shcherbinka, với 32 cảm biến theo dõi sức căng, vị trí dây dẫn, nhiệt độ và những thông số liên quan. Thử nghiệm hoàn tất vào tháng 6/2026, sau đó quyết định sản xuất lô linh kiện đầu tiên được đưa ra.

Đối với hạ tầng đường ray, dự án cũng đặt ra những tiêu chuẩn cao về độ bền và độ chính xác. Tập đoàn EVRAZ phối hợp với RZD phát triển loại ray có khả năng chịu tải trọng lớn và hoạt động trong điều kiện nhiệt độ từ -60°C đến 60°C. Độ chênh tại các mối nối được giới hạn ở mức khoảng 0,2 mm trên mỗi mét, nhằm giảm rung động, tiếng ồn và cải thiện độ êm khi tàu vận hành ở tốc độ cao. Tuyến đường dự kiến cần hơn 160.000 tấn ray loại này, với những lô hàng đầu tiên đã bắt đầu được cung cấp.

Khác với đường sắt thông thường sử dụng tà vẹt và đá ba lát, tuyến cao tốc mới áp dụng kết cấu đường không ba lát, gồm nhiều lớp bê tông cường độ cao. Tuổi thọ thiết kế của đường ray đạt tối thiểu 50 năm mà không cần đại tu. Các tấm ray được sản xuất tại những nhà máy có mức độ tự động hóa cao, với độ chính xác chế tạo các cấu kiện chủ chốt có thể đạt 0,5 mm.

Trong bối cảnh đường sắt ngày càng được số hóa, an ninh mạng cũng là một yêu cầu quan trọng. Hệ thống điều khiển được thiết kế để bảo vệ tín hiệu định vị GLONASS trước nguy cơ gây nhiễu, qua đó góp phần bảo đảm hoạt động ổn định của đoàn tàu và hạ tầng liên quan.

Về tiện ích hành khách, đoàn tàu dự kiến có Internet không dây, máy bán hàng tự động cung cấp đồ ăn và thức uống, khoang họp và đàm phán, khu vui chơi trẻ em, khoang suite và toa bistro có quầy bar. Bốn hạng dịch vụ được thiết kế gồm hạng nhất, thương gia, tiện nghi và tiêu chuẩn. Dự án cũng xem xét ứng dụng sinh trắc học trong quy trình lên tàu.

TUYẾN GẦN 700 KM VÀ KỲ VỌNG TẠO ĐỘNG LỰC KINH TẾ

Tuyến đường sắt cao tốc Moscow - Saint Petersburg là dự án đầu tiên trong kế hoạch phát triển mạng lưới đường sắt cao tốc của Nga. Tuyến dài gần 700 km, đi qua sáu khu vực gồm Moscow, tỉnh Moscow, tỉnh Tver, tỉnh Novgorod, tỉnh Leningrad và thành phố Saint Petersburg.

Tập đoàn EVRAZ phối hợp với RZD phát triển loại ray có khả năng chịu tải trọng lớn và hoạt động trong điều kiện nhiệt độ từ -60°C đến 60°C. Nguồn: Trung tâm Thông tin Đường sắt cao tốc Nga (ВСМ).

Theo kế hoạch, tuyến sẽ có 14 ga hành khách, kết nối các đô thị và đầu mối giao thông trên hành lang. Tại Moscow, hệ thống được định hướng tích hợp với mạng lưới tàu điện ngầm. Ở Saint Petersburg, nhà ga cao tốc dự kiến được bố trí gần ga Moscow hiện hữu, đồng thời tận dụng các công trình kho cũ để phát triển nhà ga mới. Những điểm trung chuyển này được kỳ vọng giúp hành khách tiếp cận thuận tiện hơn với các phương tiện giao thông đô thị.

Thời gian di chuyển giữa Moscow và Saint Petersburg dự kiến còn khoảng 2 giờ 15 phút, so với gần 4 giờ bằng tàu Sapsan hiện nay. Trong giờ cao điểm, tần suất khai thác có thể đạt khoảng 15 phút một chuyến. Tuyến đường không chỉ rút ngắn thời gian đi lại giữa hai trung tâm lớn mà còn mở ra khả năng kết nối thuận lợi hơn giữa các khu vực dọc hành lang.

Công tác xây dựng tuyến đường bắt đầu từ năm 2024. Các hạng mục thi công được triển khai theo từng đoạn, trong đó khu vực từ Zelenograd đến Tver được xác định là nơi tiến hành thử nghiệm đoàn tàu mới trước khi đưa tuyến vào khai thác. Theo tài liệu dự án, hơn 30.000 nhân lực và trên 10.000 thiết bị, máy móc đang được huy động cho các công việc liên quan. Tiến độ thi công được theo dõi thông qua hệ thống số tập trung, cập nhật tình hình xây dựng và mức độ sử dụng nguồn lực theo thời gian thực.

Đặc điểm địa hình và địa chất khiến dự án có độ phức tạp kỹ thuật cao. Khoảng 30% chiều dài tuyến sẽ đi trên cao, qua cầu và cầu cạn. Hơn một triệu cọc dự kiến được sử dụng để gia cố nền đường, trong khi các cơ sở sản xuất cấu kiện được bố trí tại những khu vực dọc tuyến nhằm hỗ trợ vận chuyển và đẩy nhanh tiến độ.

Về nguồn vốn, dự án huy động cả vốn ngoài ngân sách và sự tham gia của các tổ chức tín dụng. Các ngân hàng Sberbank, VTB Bank, Gazprombank và Sovcombank cùng Tập đoàn VEB.RF tham gia dự án. Chính quyền Moscow, tỉnh Moscow, Saint Petersburg và các tỉnh Leningrad, Tver, Novgorod cũng đóng góp tài chính cho các hạng mục liên quan.

Theo các ước tính được công bố trong tài liệu dự án, giai đoạn đầu có thể đóng góp tổng cộng 10.500 tỷ ruble vào GDP trong 20 năm vận hành. Hoạt động xây dựng dự kiến tạo đơn hàng trị giá 500 tỷ ruble cho ngành công nghiệp, đồng thời giúp tiết kiệm khoảng 600 tỷ ruble nhờ giảm nhu cầu hiện đại hóa hạ tầng đường sắt hiện hữu.

Các nhà ga và đầu mối trung chuyển mới cũng được kỳ vọng tạo ra những điểm tăng trưởng dọc tuyến, thúc đẩy xây dựng, thương mại và các hoạt động kinh tế tại khu vực lân cận. Tác động của dự án vì vậy không chỉ được đo bằng tốc độ tàu chạy hay thời gian di chuyển được rút ngắn, mà còn ở khả năng cải thiện kết nối giữa các đô thị và mở rộng không gian phát triển kinh tế.

Nga dự kiến đưa tuyến Moscow - Saint Petersburg vào khai thác từ năm 2028. Đến cuối năm 2030, nước này đặt mục tiêu bàn giao 43 đoàn tàu cao tốc. Xa hơn, mạng lưới đường sắt cao tốc được định hướng mở rộng theo các tuyến từ Moscow đến Kazan, Yekaterinburg, Ryazan, khu vực Adler bên bờ Biển Đen và Minsk.

Theo kế hoạch dài hạn, đến năm 2045, tổng chiều dài mạng lưới có thể vượt 4.500 km, tạo điều kiện vận chuyển thêm tới 100 triệu tấn hàng hóa mỗi năm và phục vụ hơn 108 triệu người, tương đương khoảng 80% dân số Nga.

Với dự án này, Nga đặt mục tiêu làm chủ công nghệ đường sắt cao tốc, từ chế tạo phương tiện, phát triển hệ thống điều khiển thông minh đến xây dựng hạ tầng chuyên dụng. Các giải pháp giảm khối lượng đoàn tàu, tiếng ồn và tiêu thụ năng lượng, cùng việc ứng dụng AI hỗ trợ vận hành, được kỳ vọng góp phần nâng cao hiệu quả khai thác và thúc đẩy phát triển công nghệ đường sắt trong nước.