短い試験線で記録を打ち立てる
山梨県の静かな田園地帯を、銀色の針のような車両が、人類が鉄道で経験したことのある人がほとんどいない速度で駆け抜ける。有人列車の世界最高速度603 km/h（375 mph）を記録した日本の超電導リニアは、全長42.8 kilometerの試験線を一日中、往復している。その光景を見ようと見学デッキや尾根に人々が集まり、抽選に当たった人や招待客のうち限られた人数が、試乗会で車内に乗り込む。現時点で、地球上で最も先進的な旅客列車が走るのはここまでだ。
その運行の背景には、大きな構想がある。この列車は、東海旅客鉄道（JR東海）が東京の品川駅と名古屋を結び、さらに大阪まで延伸する計画の新たな高速路線、中央新幹線の中核を担う。第1段階では、巡航速度を約500 km/hとして東京―名古屋間を40分で結び、その後、大阪まで延伸して東京―大阪間を1時間強で結ぶ計画だ。技術と車両は数十年にわたる試験を経て成熟した。一方、路線建設は環境面の許認可、トンネル工事の難しさ、政治、費用が重なり、遅れている。
浮上と加速の仕組み
日本の超電導リニアは、超電導磁気浮上方式を採用している。車両の超電導磁石が走行時にガイドウェイ内のコイルに電流を誘導する。その電流が磁場を生み、列車を浮上させるとともに進行方向へ導く。この方式は電磁誘導浮上方式と呼ばれる。時速約150 km/hを超えると、リニアは軌道と物理的に接触しなくなり、ガイドウェイから約10 centimeters浮上する。推進力はリニア同期モーターから得る。軌道に沿って切り替わる磁場が車両の磁石を引き寄せ、列車を前進させる。
低速時には格納式のゴムタイヤで走行する。速度が上がるとタイヤが浮き上がり、車両は磁力で支えられた状態で走る。車内で感じる乗り心地は、従来の新幹線とは異なる。車輪とレールの接触による振動が少なく、空気を切る音が強く感じられ、より安定したうなり音が続く。技術者たちは振動を抑え、車内騒音を下げ、極高速走行時の空力性能を微調整するなど、乗り心地の改善に長年取り組んできた。
名古屋までの開業が遅れ続ける理由
東京―名古屋間を2027年に開業する当初の目標は先送りされた。JR東海は現在、第1段階の営業運転開始を早くても2035年ごろと見込み、8年の遅れとなる。日本中部のトンネル工事の規模と複雑さが明らかになるにつれ、予算は約11 trillion yenに膨らんだ。目下の障害は静岡県にある。鉄道会社は南アルプスの下に約8.9 kilometersのトンネルを掘る必要があるが、工事によって大井川の水を引き込む流れが変わるとして、地元の首長らが反対している。大井川は下流域の住民や農業にとって重要な水資源であり、反対は根強く、該当区間のトンネル工事は始まっていない。
ルートの大半は地下を通る。東京―名古屋間の路線の約5分の4はトンネルで、人口密集地の地下を通る深い区間や、山岳部を貫く長大トンネルも含まれる。この規模の掘削には、大規模な換気、掘削土の搬出、地下水の管理が必要だ。どの場所でも費用がかかるが、この計画ではとりわけ大きな負担となっている。国の関係者が仲介を試みる一方、JR東海は着工可能な区間の建設と、将来の営業運転に備える山梨県での試験を続けている。
同社の技術者によれば、車両自体は営業運転に使える状態にある。現在は、長距離でのシステムの信頼性、極高速時のトンネル内の空気力学、超電導機器の保守方法に重点が移っている。許認可をめぐる対立が解決するまで、山梨県の試験線がこうした課題に取り組む実証の場となる。
山梨実験線が示すもの
山梨リニア実験線は1997年に開設された。それ以来、列車は数百万キロの試験走行を重ね、速度記録を幾度も更新し、最終的に603 km/hを達成した。通常の日には、試験走行の距離は約2,000 kilometersに達する。試験施設では、相対速度が1,000 km/hを超えるすれ違いから、長いトンネルや横風の中での車両の挙動まで、あらゆる点を技術者が観察できる。
一般向けの試乗日には、小規模な空港のような手順で運営される。来場者は受付を済ませ、保安検査を通り、順番に乗車する。駅を出ると、列車は勢いよく加速する。およそ1分で320 km/hに達し、その後3分以内に500 km/hまで加速。短い区間で巡航速度を保ち、全長42.8 kilometersを約8分で走り切る。乗客からは独特の速度感があったとの声がよく聞かれ、従来の新幹線より揺れが大きいと感じる人もいる。こうした意見を集めることも試験の目的だ。同社は、鉄道の物理的限界に迫る速度でも車内を静かで滑らかにするため、サスペンションの調整や座席の設計、空力性能の改善を重ねてきた。
乗車券を確保できなかった人も、試験線に隣接する山梨県立リニア見学センターで技術や歴史に触れられる。館内では体験型展示で超電導の仕組みを紹介し、引退したリニア車両を展示するほか、高速で通過するリニアを見られる高台の観覧場所も設けている。アクセスや開館時間などの詳細は公式サイトのリニア見学センターで確認できる。
L0系の改良と乗り心地
MLX01など初期の試作車を経て、開発計画はL0系へ進み、さらに試験線で得た長年の知見を反映した改良型L0系へと発展した。最新の試験車両には、無塗装の車体にサメ肌のようなフィルムを貼ったものがある。微細な表面形状で気流を整え、空気抵抗を低減する。開発担当者によると、空力面の改良により従来型より空気抵抗が減り、エネルギー消費と車内騒音の抑制につながる。車内では、機構の簡素化と軽量化のため、背もたれを固定式に変更。最高速度での振動伝達を抑えるよう、内装材も見直された。
技術者たちが想定外の条件にも対応しようとする中、試験計画の難度は上がっている。チームは相対速度1,026 km/hですれ違う走行を行い、圧力変動や衝撃波を調べてきた。事故が起きる前に機器の疲労を示す可能性のある微細な振動変化を検知するため、センサーも追加した。超電導磁石の寿命を延ばし、保守を簡素化して、システムを数十年にわたり安定運用するための作業も進んでいる。こうした改良は新しい車両先頭部ほど目立たないが、試験線から日常運行へ移る際には重要となる。
費用、電力消費、環境
速度には費用とエネルギーが伴う。中央新幹線は日本のインフラ事業として過去最大級の一つであり、トンネル主体の設計がその大きな要因だ。電力消費もたびたび議論になる。このシステムを研究してきた専門家らは、一般的な運行速度では、リニアは現在の東海道新幹線より大幅に多くの電力を消費し、推計によっては4～5倍に上ると指摘する。その一因は物理法則にある。空気抵抗は速度の2乗に比例して増え、300 km/hを超えると支配的な抵抗となる。長い区間にわたるガイドウェイのコイルの励磁や、山岳トンネルの換気に必要な電力も要因だ。
支持派は、日本の電力網がクリーン化すれば、短距離航空便から乗客を鉄道に移すことで排出量を減らせると反論する。リニア路線は本州中部の輸送力に代替性ももたらす。その代替性は単なる利便性ではない。大地震や沿岸部の嵐の後も運行を維持できるよう、内陸に第2の高速ルートを設けることを計画担当者は目指している。特に大井川の流量が問題となっている静岡県では、環境面の懸念が残る。技術者たちは山梨県の施設で空力音響、電磁界、振動の試験を続け、システムの環境負荷を定量化し、可能な範囲で低減しようとしている。
車輪と磁石をめぐり競争相手も加速
日本の次世代列車だけが競争に参加しているわけではない。中国は鋼鉄製レールを走る従来型の高速列車をさらに高速化するとともに、独自のリニア技術も開発している。CR450計画の最近の試験では、車輪でレールを走る旅客列車が時速約280 mph（約450 km/h）を記録した。既存路線の所要時間短縮と、車両や制御システムの国内産業強化が目標だ。
試験について、中国鉄道科学研究院のZhao Hongwei氏は、開発が長期にわたって進められてきたと説明した。同氏によると、計画は数年前に始まり、中核となる仕様が固まった後に前進した。
CR450の計画を始めたのは2018年です。主要な技術仕様を固めるのに3年かかり、2021年に正式にプロジェクトを開始しました。
交通経済や政策を研究する学者たちは、リニアそのものに可能性とリスクの両方を見ている。世界の高速鉄道を研究するオハイオ州立大学のZhenhua Chen教授は、日本のリニアと従来の新幹線との根本的な違いを指摘する。
日本の方式は超電導磁気浮上システムに基づいています。
同教授は、費用を管理できるかどうか、そして極めて高速で信頼性の高い鉄道の選択肢が移動のあり方に変化をもたらせるかどうかが、利点を左右するとみる。
はるかに速く、信頼性も高く、環境にもずっと優しいものになるので、大きな変化をもたらすでしょう。
懐疑派は、利用者数や資金が想定を下回れば、費用が効果を上回りかねないと警告する。高速鉄道同盟の共同創設者Rick Harnish氏は、多くの路線では従来型の車輪式鉄道がより現実的な選択肢になり得ると主張する。
リニアはよく話題になります。しかし結局のところ、鋼鉄製の車輪で鋼鉄製のレールを走る従来型の列車が最善の選択です。
競争の場は東アジアだけではない。米国はワシントンとボルティモアを結ぶリニア路線を検討し、計画策定に連邦資金を割り当てている。国際協力銀行を含む日本の機関も、資金提供に関心を示してきた。JR東海は長年にわたり海外で技術を売り込み、システムの実力を示す場として山梨県の試験線を位置づけている。
乗客が得られるもの
第1段階が開業すれば、旅行者は大幅な所要時間短縮と、これまでにない信頼性を得られる。東京―名古屋間を40分で結べば、日本中部の都市間移動は一変する。東京―大阪間が約1時間になれば、日帰り旅行やビジネスの日程にも変化が及ぶ。リニアは、すでに一日100万人以上を運ぶ東海道新幹線の混雑緩和にもつながる。内陸部に第2の高速路線を設けることで、沿岸部の嵐や津波、地震への備えも強化される。
文化的な意義もある。新幹線は1964年以来、日本のアイデンティティーの一部となってきた。鋼鉄製の車輪から磁気浮上への移行は、数十年にわたる研究室での研究と実地試験から生まれた新技術への大きな賭けだ。山梨の山腹では、L0系が加速度毎秒0.5 km/hで走り抜け、山を貫くトンネルに消えるたび、その一歩が目に見える。試験線は、このシステムが実在し、再現可能であることを示している。いま課題となっているのは、行き先のない列車の段階を脱し、乗客が毎日利用できる路線を開業させることだ。
要点
- 日本の超電導リニアは有人鉄道の世界最高速度603 km/hを記録しているが、現在走行しているのは全長42.8 kilometerの山梨県の試験線のみ。
- 計画中の中央新幹線は、巡航速度約500 km/hで東京―名古屋間を40分で結び、後に大阪まで延伸する予定。
- JR東海は、静岡県のトンネル工事をめぐる反対や建設全体の複雑さを理由に、開業時期を早くても2035年ごろに延期した。
- 長い山岳トンネルや都市部の深部での工事により、事業費は約11 trillion yenに膨らんだ。
- 列車は電磁誘導浮上方式で浮上し、約150 km/hを超えるとガイドウェイから約10 centimeters離れて走行する。
- 最近の試験車両には、空力性能の改良、車内騒音の低減、機器の疲労を早期に検知する監視機能の向上が盛り込まれている。
- 批判派は従来の新幹線と比べた電力消費の大きさを指摘する一方、支持派は航空利用者が鉄道に移れば排出量を削減できる可能性を挙げる。
- 中国は、車輪式高速列車の高速化とリニア研究の双方を進め、地域での競争の激しさを浮き彫りにしている。
- 事業が全面的な着工許可を待つ間も、一般向け試乗や山梨県立リニア見学センターが関心を集めている。
- 当局者や技術者は車両の準備は整っているとする。残る課題は許認可をめぐる問題の解決と、最も難しいトンネル区間の完成だ。
