マイケル・H / ゲッティイメージズ / WIRED
2007年4月3日、フランス北東部の田園地帯を、洗練された列車が小型ジェット機に追われて疾走した。プレニーとブザンヌ間の開けた線路上で、列車は猛スピードで突き進み、ついに時速500キロに到達した。公式には、フランス国営高速鉄道TGVが運行する列車は、17年前に同社が樹立した時速515キロの速度記録を破ったことはなかった。「TGV150作戦」と名付けられたこの挑戦は、秒速150メートル、つまり時速540キロの到達を目指していた。追尾機が物思いにふけるエンジニアたちにデータと映像を送信する中、列車は時速540キロを超え、ついに時速574.8キロの世界新記録を樹立した。
それ以来、世界では高速鉄道がブームとなっている。EUは2011年、2030年までに欧州鉄道網の長さを3倍にするという目標を掲げ、2000年以降、高速鉄道インフラの開発に237億ユーロ（204億2000万ポンド）を投資してきた。過去10年間だけでも、時速250キロを超える高速鉄道の年間旅客キロ数は350%増加し、8450億キロに達した。この成長の大部分は中国で起きている。中国は2008年に北京・天津間の120キロ路線で初の高速鉄道サービスを開始して以来、2万キロを超える線路を建設し、1200本の列車が運行している。
航空旅行が危険なほど贅沢な交通手段として厳しく批判される中、鉄道は利用可能な公共交通機関の中で最も環境に優しいとしばしば謳われています。ヨーロッパとアジアでは、超高速鉄道が航空業界から陸路路線を奪還しようと競い合っています。高速鉄道は長距離移動を再び環境に優しいものにできるのでしょうか？
「大きな問題は電力です」と、ダンディー大学名誉工学教授のアラン・ヴァーディ氏は言う。「必要な電力は列車の速度の3乗に比例して増加します。」そのため、速度をさらに上げることは指数関数的に困難になり、費用もかさむ。「電力を供給するには電力が必要であり、車両のモーターはその電力に耐えなければなりません」とヴァーディ氏は言う。
通常、この電力（約15,000～25,000ボルト）は架線によって供給されます。架線とは、列車がパンタグラフと呼ばれる隆起したアームを介して接触する架線です。これらの架線は硬いものではなく、支柱の間に張られています。「列車が下を通過すると、架線の形状が歪み、全体が移動します」とヴァーディ氏は言います。速度が速ければ速いほど、架線の揺れは大きくなります。「パンタグラフを架線に適度に接触させ続けるだけでも、かなりの技術が必要です。」
列車の速度が上がるにつれて、速度を上げるのはさらに難しくなります。空気抵抗が速度上昇の大きな要因となるからです。「速度が2倍になると、抗力による損失は4倍になります」と、ケンブリッジ大学の工学研究者ヒュー・ハントは言います。「そのため、高速列車は非常に鋭く尖った先端部を持っています。」しかし、日本の新幹線の有名な長い先端部は、実は別の目的があります。ソニックブームを防ぐためです。列車がトンネルに入ると、先端部はピストンのように作用し、列車の前方に衝撃波を発生させます。長く狭いトンネルの空気力学的特性により、トンネルの出口で耳障りな爆発音が発生し、近くに住む人々を苛立たせることがあります。
この問題は特に日本で深刻です。日本では、トンネル建設がこの問題の理解以前に行われたためです。技術者たちは、急激な気圧上昇を緩和するために、細長いノーズコーンを備えた列車を設計しました。ヨーロッパの高速鉄道は日本の新幹線と同等、あるいはそれ以上の速度で走行しますが、トンネルの口径が大きいため、この現象は稀です。実際に発生する場合、技術者は通常、トンネルに長いフードを追加することで問題に対処します。「長いノーズのおかげでフードなしでトンネル内を走行できるのと同じように、フードのおかげでノーズコーンなしでも走行できるのです」とヴァーディ氏は説明します。
トンネル内の急激な気圧変化も乗客にとって不快なものであり、そのためすべての高速列車にはある程度の加圧が施されています。しかし、これは新たな問題を引き起こします。圧力差は列車のシャシーが負担しなければならず、時間が経つにつれて疲労につながるのです。
高速走行時には、騒音も大きな問題となる。英国では、19世紀の小型車両用に建設された狭いトンネルも問題となっている。そのため、現代の列車に追加できる防音対策の限界となっている。騒音は速度が上がるにつれて増大するため、高速列車には通常、鋼鉄の車輪が鋼鉄の線路を走る際の軋み音を抑えるスカートが取り付けられている。レールが常に磨耗していない場合は、この騒音は特に深刻になる。「高速走行用の線路は非常に滑らかでなければならない」とヴァーディ氏は言う。「ロンドン地下鉄や、あるいはどの都市でも、その部分が波打っているのが聞こえます。そのため、非常に騒音がひどくなることがあります。」
時速400キロの高速輸送は、乗客だけでなく、他の乗客にとっても感動的な体験です。列車の速度は、敷設時に文字通り石に刻まれた、走行するレールによって決まります。カーブの急峻さ、そしてカーブで列車を傾けるための傾斜角によって、列車が安全に通過できる最高速度が決まります。傾斜角のある列車は既存の線路から多少の速度アップを実現できますが、既存の線路は再設計するか、専用の高速線に置き換える必要があります。1キロメートルあたり約3,000万ドル（2,300万ポンド）の費用がかかるため、すぐに莫大な額になります。
レールの下の地面でさえ、列車の振動の影響を受ける可能性があります。「液状化の問題があります」とハント氏は言います。「ベルギーでは、埋め立て地のかなり多くの部分がかなり軟弱な土質なので、高速列車を走らせるには補強が必要です。」
特注の線路を敷設し、継続的なメンテナンス費用を負担する覚悟があると仮定すると、列車はどれくらいの速度で走れるだろうか？「理論上の最高速度は約時速600キロと考えています」と、フランスの鉄道大手アルストムの高速製品ライン担当副社長、ローラン・ジャルサレ氏は語る。列車の最高速度の上限は、列車に電力を供給する銅製の架線によって決まる。速度が上昇するにつれて、ケーブルの張力はますます高くなる。しかし、この銅線をどれだけ強く締め付ければ切れるかには限界がある。
しかし、音速の半分の速度で走る列車に乗れるようになるのは、近い将来、いや、もしかしたら永遠に実現しないかもしれません。現在運行中の非浮上式列車の中で最速は、中国鉄道の福興号で、上海と北京の間で時速400キロメートルに達します。日本の新型新幹線ALFA-Xが2030年に登場し、同等の最高速度を誇ります。
しかし、ほとんどの場合、どちらもそれよりもはるかに遅い時速350キロ程度で走行することになります。「最高記録速度と日常的な運用で最適とされる速度の間には大きな隔たりがあります」とジャルサレ氏は言います。「市場はそれほど高い速度を求めていません。私たちは技術的・経済的な最適速度を見つける必要がありますが、それは通常時速320キロ程度と定義されます。」
「重要なのは移動時間であって、速度ではない」と、元鉄道マネージャーで、同名の旅行ウェブサイトを運営する「The Man In Seat 61」の異名で知られるマーク・スミス氏は語る。業界内では、3時間以内の移動であれば鉄道が航空旅行に最も有利とされていた。しかし、航空交通の混雑増加、アクセス困難なサテライト空港の利用、そしてセキュリティ対策の強化といった要因が、鉄道に有利に働いている。「フランス国鉄のギヨーム・ペピ社長は以前、今では4時間から5時間程度になっていると発言していました」とスミス氏は言う。「パリからペルピニャンまではTGVで5時間15分かかり、SNCF（フランス国鉄）の旅客シェアは50%です。」
実際、高速鉄道は、乗ったことのない人々の移動時間を短縮する。「HS2の問題は、メディアによる宣伝が悪かったことです」と、苦境に立たされている英国の850億ポンド規模の鉄道プロジェクトについてヴァーディ氏は語る。「政治家を喜ばせるためか、皆が高速化を謳っていましたが、HS2の根本は輸送力の向上です。」高速鉄道は高速道路のバイパスのような役割を果たします。最速の列車を1つの路線に集約することで、既存の路線網にスペースが生まれ、より低速で地域的な列車を増発できるようになります。
新技術は限界を押し広げることができるだろうか？ 磁気浮上式鉄道は、磁場を張った専用軌道上を浮上する。架線や車輪がないため、理論上は空気抵抗が許す限りの速度で滑走できる。しかし実際には、その最高速度は2015年にJR東日本が記録した時速603キロメートルにとどまっている。これは、建設コストが3分の1の在来線鉄道が達成した速度と比べると、決して目覚ましい進歩とは言えない。
さらに、高速鉄道は中心部の鉄道駅で乗客を乗せてから、市外の高速路線に乗り換えることができます。一方、リニアモーターカーは専用線でしか走行できないため、郊外のターミナル駅までしか移動できず、全体の移動時間が長くなります。
高速鉄道ブームの終焉の兆しはすでに見え始めている。中国鉄路総公司は4兆円（4460億ポンド）の負債を抱え、一部の路線は乗客の確保に苦戦し、計画されていた延伸計画は棚上げされている。EUの高速鉄道網は、監査において、一貫性がなく、価格が高すぎ、サービスが不十分であると批判された。シュトゥットガルトとミュンヘン間の路線改良により、平均所要時間は36分短縮されたが、その1分ごとに3億6900万ユーロ（3億1600万ポンド）の費用がかかっている。
「ヨーロッパでは大幅な路線網の拡大は見込んでいません」とジャルサレ氏は語る。彼の会社はむしろ、より柔軟で快適、そして環境に優しい鉄道車両の開発に注力している。ヨーロッパ全域で、国営鉄道網が競争に開放されつつある。フランスの格安鉄道会社Ouigoのような事業者は、価格、快適性、運行ダイヤでフラッグキャリアと競争し、環境意識の高い旅行者に環境への配慮をアピールするだろう。奇妙なことに、高速鉄道においては速度だけが全てではないことが判明している。
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この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
