ทำไม ? “รถไฟชินคันเซ็น” ลักษณะหัวขบวนต่างจาก “รถไฟฟ้าความเร็วสูง” ประเทศอื่น

หากนึกถึงภาพของรถไฟฟ้าความเร็วสูง สิ่งที่หลายคนนึกภาพเป็นอย่างแรก ๆ คือ “รถไฟฟ้าความเร็วสูง” ของญี่ปุ่น ซึ่งมีการพัฒนาต่อยอดมาร่วมกว่า 60 ปี จากรถไฟหัวกระสุนสู่การเป็นรถไฟฟ้าความเร็วสูงที่มีหัวรถที่มีส่วนหน้าของรถที่ยื่นยาวออกมา กับคำถามที่ว่าทำไมญี่ปุ่นถึงพัฒนารถไฟฟ้าความเร็วสูงของตนเองให้มีหัวขบวนที่มีจมูกยื่นยาวออกมาเป็นพิเศษ ต่างจากชาติอื่น ๆ ที่มีรูปร่างหน้าตาของหัวขบวนรถไฟที่โค้งมนและสั้นกว่าอย่างเห็นได้ชัด อะไรคือเหตุผลที่ทำให้รถไฟฟ้าความเร็วสูงของญี่ปุ่นมีรูปร่างและลักษณะที่เป็นเช่นนั้น

ปี 1964 ในช่วงเวลาเดียวกับการจัดงานโตเกียวโอลิมปิก ญี่ปุ่นได้เปิดตัวสิ่งประดิษฐ์ใหม่ให้โลกได้รู้จักและมันเข้ามาพลิกโฉมการเดินทางของโลกไปตลอดกาล นั่นคือ รถไฟฟ้าความเร็วสูง หรือ รถไฟชินคันเซ็น

อันที่จริง ญี่ปุ่นเลือกลงทุนในการพัฒนารถไฟฟ้าความเร็วสูงในวันที่การรถไฟญี่ปุ่นประสบปัญหาวิกฤติการขาดทุนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าแปลกที่พวกเขาเลือกลงทุนทำในสิ่งที่ไม่มีใครเคยทำมาก่อนและเชื่ออย่างสุดหัวใจว่าโครงการรถไฟฟ้าความเร็วสูงจะเป็นโครงการที่ทำให้การรถไฟกลับมามีกำไรได้อีกครั้ง แทบไม่น่าเชื่อเลยว่า เมื่อโครงการแล้วเสร็จนอกจากมันจะสร้างกำไรกลับมายังการรถไฟญี่ปุ่นอย่างรวดเร็ว มันยังกลายเป็นโครงการที่เปลี่ยนแปลงโลกใบนี้และนำญี่ปุ่นสู่การเป็นผู้นำทางด้านการคมนาคมบนทางรางอย่างที่ไม่เคยเป็นมาก่อน

จะเห็นได้ว่าตลอด 60 ปีที่ผ่านมาตั้งแต่การเปิดเส้นทางรถไฟฟ้าความเร็วสูงสายแรกของโลกจากโตเกียวไปยังโอซาก้า การรถไฟของญี่ปุ่นมีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของตัวขบวนรถไฟอย่างต่อเนื่องจากที่หัวขบวนมีรูปร่างหน้าตากลมมนคล้ายกับหัวของลูกกระสุนปืนสู่หน้าตาที่ลู่ลมมากยิ่งขึ้น จมูกของตัวหัวขบวนยื่นยาวออกมาจากตัวขบวนมากขึ้นเรื่อย ๆ คำถามคือทำไมญี่ปุ่นถึงเลือกปรับปรุงรูปร่างหน้าตาของหัวขบวนรถไฟให้ลู่กับลมมากยิ่งและเมื่อเทียบกับชาติอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นหัวขบวนของรถไฟฟ้าความเร็วสูง TGV ของฝรั่งเศส หรือ หัวขบวนของรถไฟฟ้าความเร็วสูงของจีน ก็ไม่ได้มีการออกแบบให้ลู่ลมเหมือนญี่ปุ่น แถมที่สำคัญรุ่นของขบวนรถไฟในแต่ละภูมิภาคใช้นั้นไม่ได้ใช้รุ่นเดียวกันเสียอีก

สิ่งที่ทำให้ JR Group ซึ่งเป็นหน่วยงานที่ดูแลขบวนรถไฟชินคันเซ็นต้องเริ่มศึกษาและเปลี่ยนแปลงรูปร่างของขบวนรถไฟนั้นคือตัวภูมิประเทศของญี่ปุ่นเอง

เนื่องด้วยภูมิประเทศของญี่ปุ่นส่วนใหญ่เป็นเขตภูเขา การขับรถไฟไปตามเส้นทางที่ลัดเลาะตามเทือกเขาเป็นสิ่งที่เพิ่มระยะเวลาในการเดินทางเป็นอย่างมาก เพราะรถไฟจะต้องชะลอความเร็ว เพื่อที่จะให้รถไฟชินคันเซ็นวิ่งได้เร็วกว่ารถไฟทั่วไป ทีมวิศวกรจึงตัดสินใจระเบิดภูเขาเพื่อสร้างอุโมงค์เจาะทะลุภูเขาทั้งลูกแทน

การลดช่วงโค้ง ทางลาดชัน และการตัดทางรถไฟผ่านสิ่งกีดขวางต่าง ๆ รวมกับความเร็วที่สูงของรถไฟชินคันเซ็นในเวลานั้นช่วยทำให้รถไฟชินคันเซ็นทำเวลาในการเดินทางจากโตเกียวไปยังโอซาก้าได้ภายในเวลา 4 ชั่วโมง ทำให้หลายครอบครัวสามารถเดินทางไปทำธุระที่โตเกียวในตอนเช้าและกลับมากินข้าวเย็นพร้อมกันกับครอบครัวที่โอซาก้าได้

แต่เพราะการระเบิดภูเขา เผากระท่อม เพื่อสร้างอุโมงค์ทะลุภูเขานั้นกลับกลายเป็นสิ่งที่สร้างปัญหาให้กับทาง JR เมื่อประชาชนรอบข้างทางรถไฟไม่พอใจจากเสียงรบกวนของรถไฟชินคันเซ็น เมื่อขณะเวลาที่ขบวนรถไฟเคลื่อนออกจากปากอุโมงค์

หัวรถไฟชินคันเซ็นนั้นถูกออกแบบให้มีความโค้งมนและลู่กับกระแสลมสูง ซึ่งการออกแบบในลักษณะนี้ก็เพื่อลดความเสียหายของหัวรถไฟเมื่อเคลื่อนที่ในความเร็วสูงและลดแรงต้านจากอากาศ แต่ถึงกระนั้นสิ่งที่พวกเขาไม่ได้คิดนั้นคือเมื่อขบวนรถไฟเดินทางเข้าไปในอุโมงค์

เพราะรูปร่างของหัวรถไฟที่คล้ายกับกระสุนปืนที่หนาและตัน เมื่อขบวนรถไฟเข้าไปในอุโมงค์ อากาศที่อยู่ด้านหน้าของขบวนจะถูกบีบอัดไม่สามารถหลีกหนีหรือลอดผ่านส่วนหน้าของขบวนไปได้ คล้ายกับอากาศที่โดนอัดอยู่ภายในกระบอกลูกสูบของเครื่องยนต์ และเมื่อถึงปลายอุโมงค์อากาศที่ถูกอัดแน่นจะถูกปลดปล่อยอย่างรวดเร็วกลายเป็นเสียงระเบิดจากอากาศที่ดังได้ถึง 100 เดซิเบล สร้างทั้งความรำคาญและความเสียหายต่อตัวโครงสร้างอาคารรวมถึงทางรถไฟมากกว่าที่พวกเขาคิดเอาไว้ JR จึงต้องทำอะไรสักอย่างกับขบวนรถไฟเพื่อลดแรงปะทะอากาศนี้

สิ่งที่ JR ทำได้ในเวลานั้นคือการลดความเร็วของรถไฟขณะที่วิ่งเข้าอุโมงค์ จาก 230 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เหลือเพียง 90 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งมันสามารถลดปัญหาอากาศที่ถูกอัดอยู่ด้านหน้าขบวนได้ แต่มันไม่ตอบโจทย์เป้าหมายหลักของรถไฟชินคันเซ็น ที่ต้องการให้รถไฟนี้ทำความเร็วสูงเพื่อลดระยะเวลาในการเดินทางตั้งแต่แรก ทำให้ JR ต้องคิดหาวิธีเพื่อลดเสียงที่เกิดขึ้นภายในอุโมงค์ ซึ่งวิธีที่พวกเขาเลือกใช้คือการมองดูสิ่งที่อยู่รอบตัวจากธรรมชาติ และหยิบยกมาใช้เป็นแรงบันดาลใจ ซึ่งแรงบันดาลใจของพวกเขาในเวลานั้นมาจากนกกระเต็น

เนื่องด้วยนกกระเต็นเป็นนกที่จับปลาเก่งมาก พวกมันวิวัฒนาการจะงอยปากให้เล็ก เรียว แหลม และลู่ เพื่อทำให้เวลาพุ่งตัวจากอากาศลงมาจับปลาที่อยู่ในน้ำจะไม่เกิดแรงต้านจากน้ำและเพิ่มโอกาสที่พวกมันจะจับปลาได้สำเร็จมากยิ่งขึ้น

จะเห็นได้ว่าหลังจากชินคันเซ็นรุ่นแรก Type 0 ที่เปิดใช้งานเมื่อปี 1964 ชินคันเซ็นรุ่นต่าง ๆ ต่อจากนั้นทำการออกแบบให้ตัวหัวของขบวนรถไฟมีความลู่ลมมากยิ่งขึ้น มีจมูกที่ยาวมากยิ่งขึ้น ช่วยรีดอากาศออกจากด้านของขบวนรถไฟได้ดียิ่งขึ้น นี่เป็นการหยิบยกการออกแบบจากธรรมชาติมาใช้ในทางวิศวกรรม

กลับกันเมื่อเราทราบดีถึงเทคโนโลยีของญี่ปุ่นในการออกแบบหัวขบวนรถไฟให้มีลักษณะลู่กับกระแสลมคล้ายกับจะงอยปากของนกกระเต็น คำถามคือทำไมชาติอื่นที่ทำการพัฒนารถไฟฟ้าความเร็วสูงเป็นของตัวเองอย่าง ฝรั่งเศส หรือ จีน ไม่มีการออกแบบหัวขบวนให้มีรูปร่างหน้าตาคล้ายกับญี่ปุ่นเลย คำตอบคือ เพราะมันไม่จำเป็น

ยกตัวอย่างเส้นทางรถไฟความเร็วสูงของจีน ด้วยความที่จีนสร้างเส้นทางเดินรถใหม่ทั้งหมด  ทีมวิศวกรจึงมีโอกาสในการออกแบบให้ยกระดับทางรถไฟให้สูงจากระดับของพื้นดิน อีกทั้งภูมิประเทศของจีนส่วนใหญ่นั้นเป็นพื้นที่ราบ ไม่ได้เป็นภูเขาตัดสลับซับซ้อนเหมือนกับญี่ปุ่น ความจำเป็นในการออกแบบหัวขบวนรถไฟให้ลู่ไปกับลมเหมือนกับที่ญี่ปุ่นทำจึงไม่จำเป็นสำหรับจีน อีกทั้งการสร้างหัวขบวนให้ลู่ลมเหมือนกับทางญี่ปุ่นนั้นจะสร้างพื้นที่ที่ไม่สามารถใช้งานได้ในบริเวณหัวขบวนค่อนข้างมาก ซึ่งนั่นหมายถึงต้นทุนที่เพิ่มสูงขึ้นด้วย แต่ถึงกระนั้นจีนก็มีการออกแบบขบวนรถไฟให้เหมือนกับลักษณะของขบวนรถไฟชินคันเซ็นของญี่ปุ่นอยู่เหมือนกัน เช่น ขบวนรถไฟรุ่น CRH2 ของจีน มีการออกแบบส่วนหัวของขบวนรถมีลักษณะและรูปร่างเหมือนกับขบวนรถไฟรุ่น E2 ของญี่ปุ่นเนื่องจากมีการซื้อลิขสิทธิ์รูปร่างหัวรถไฟรุ่น E2 มาใช้

และคำถามสุดท้ายทำไมบริษัท JR ตามภูมิภาคต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น JR East, JR Kyushu, หรือ JR Central ของญี่ปุ่น เพียงแค่ภูมิภาคหรือพื้นที่ที่ดูแลแตกต่างกันทำไมจึงตัดสินใจใช้งานรถไฟคนละรุ่นกัน เช่น JR East ใช้รุ่น E5 แต่ JR Central ที่อยู่ในพื้นที่ภาคกลางของประเทศและอยู่ในพื้นที่เกาะฮนชูเหมือนกับ JR East เลือกใช้รถรุ่นตระกูล N700 ซึ่งยังไม่รวมถึงภูมิภาคอื่นที่มีการใช้งานรุ่นแยกย่อยที่ไม่เหมือนกันอีก ไม่เหมือนกับชาติอื่น เช่น ฝรั่งเศสที่ใช้ TGV เพียงไม่กี่รุ่น

คำตอบคือภูมิประเทศและภูมิอากาศของญี่ปุ่นในแต่ละภูมิภาคนั้นไม่เหมือนกัน ทำให้แต่ละภูมิภาคมีโจทย์ที่แตกต่างกัน เช่น JR East ที่ให้บริการขบวนรถไฟชินคันเซ็นในภูมิภาคตะวันออกและทางตอนเหนือของเกาะฮนชู (ภูมิภาคโทโฮกุ) เนื่องด้วยบริเวณดังกล่าวคือบริเวณที่จะพบกับปริมาณหิมะตกเฉลี่ยที่มากที่สุดในโลกในช่วงฤดูหนาว ตัวขบวนรถไฟจึงต้องได้รับการออกแบบให้ทนกับฤดูหนาวที่โหดร้ายของญี่ปุ่นให้ได้ อีกทั้งยังเป็นพื้นที่เป็นพื้นที่ราบสูงและภูเขาสูงชันจึงมีความจำเป็นที่จะต้องสร้างอุโมงค์ลอดใต้ภูเขา หัวขบวนรถไฟที่ใช้งานในพื้นที่นี้จึงต้องมีจมูกของหัวรถไฟที่ใหญ่และลู่ไปกับอากาศ เพื่อลดการอัดของกระแสอากาศหน้าขบวนรถไฟ ลดแรงต้านอากาศ และเพิ่มความเร็วให้กับขบวนรถไฟ ซึ่งขบวนรถรุ่นที่ใช้งานในพื้นที่ให้บริการของ JR East นั้นคือ ขบวนรถรุ่น E5 สีเขียว

ส่วนขบวนที่ใช้งานเป็นหลักในพื้นที่ภาคกลางของประเทศอย่างรุ่นตระกูล N700 ก็คือขบวนรถไฟรุ่นที่ได้รับการพัฒนาให้สามารถบรรทุกผู้โดยสารได้เยอะและเดินทางด้วยความเร็วสูง เนื่องจากพื้นที่ในการดูแลของ JR Central เป็นที่ตั้งของเมืองใหญ่ ไม่ว่าจะเป็น โตเกียว เกียวโต นาโกย่า และโอซาก้า และเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้โดยสารในเมืองใหญ่ ขบวนรถไฟจึงออกแบบให้มีขนาดห้องโดยสารที่กว้างขึ้น จุผู้โดยสารได้มากขึ้น บนพื้นฐานของการเดินทางระยะสั้นไม่เหมือนกับเส้นทางของภูมิภาคโทโฮกุที่ไกลมากตั้งแต่โตเกียวไปจรดจังหวัดอะโอะโมะริ

การจะตอบคำถามเหล่านี้นั้น อีกสิ่งหนึ่งที่จะลืมไม่ได้เลยก็คือ ญี่ปุ่นดำเนินการรถไฟฟ้าความเร็วสูงชินคันเซ็นมาแล้ว 60 ปี ซึ่งหมายความว่าช่วงเวลาที่รถไฟชินคันเซ็นวิ่งอยู่นั้นยาวนาน แต่ละช่วงเวลาพวกเขาจำเป็นต้องตอบสนองกับโจทย์ทั้งผู้โดยสารและสังคมโดยรอบ ซึ่งทำให้พวกเขาจำเป็นต้องพัฒนาขบวนรถให้เหมาะสมกับโจทย์ที่ได้รับมา ไม่ว่าจะเป็นด้านของสภาพภูมิอากาศ ภูมิประเทศ ความหนาแน่นของผู้โดยสาร ระยะทาง และด้านของต้นทุนการดำเนินงาน ยังไม่รวมถึงด้านของสิ่งแวดล้อมที่กำลังเป็นประเด็นทั้งในเรื่องของการสร้างความรำคาญ รบกวนผู้คนในชุมชนริมทางรถไฟที่ยังไม่หมดไป และประเด็นของการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

ดังนั้นจึงไม่แปลกใจหากรถไฟชินคันเซ็นของญี่ปุ่นนั้นจะมีการออกแบบที่แตกต่างและมีจำนวนรุ่นที่มากมาย ไม่เหมือนกับรถไฟฟ้าความเร็วสูงของชาติอื่น ๆ

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

ที่มาข้อมูล:  quora, youtube

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech