Høyhastighetstog

Høyhastighetstog, lyntog eller høyfartstog kan defineres som tog som går i mer enn 250 km/t på ny bane (høyhastighetsbane), og minst 200 km/t på oppgradert bane. Denne definisjonen er i tråd med EU-direktiv 96/48. Foreløpig brukes høyhastighetstog bare til persontrafikk, med unntak av noen franske posttog.

Definisjoner

Grensen for høyhastighetstog og -baner varierer likevel noe fra land til land. Etter definisjonen ovenfor er NSBs Stadler FLIRT-tog, med en toppfart på 200 km/t, høyhastighetstog hvis de oppnår en slik hastighet mellom Vestby og Sandbukta på Østfoldbanen om signalsystemet oppgraderes – mens de ikke er det om de går med samme fart på Gardermobanen, hvor fartsgrensen har vært 210 km/t siden åpningen. I desember 2009 vedtok Stortinget utredning av et høyhastighetsnett, «med bygging som siktemål», og med en gjennomsnittsfart på hovedstrekninger på minst 250 km/t.
På engelsk brukes av og til very high-speed og ultra high-speed om hastigheter på ca. 350 km/t og mer. Alstom/SNCFs rapport om utvikling av høyhastighetsnettet i EU-området skiller mellom linjer med meget høy hastighet (VHS, Very High-Speed, minst 300 km/t), moderat høyhastighet (MHS, Moderate High-Speed, 250–280 km/t, og oppgraderte linjer (CUP, upgrades of conventional lines, 200–220 km/t). Betegnelsene ovenfor brukes hverken av UIC (Den internasjonale jernbaneunionen) eller EU i deres definisjoner av høyhastighetstog.
Historisk brukes høyhastighetstog både på norsk og engelsk også om noen av gamle dagers raskeste tog, for eksempel Fliegender Hamburger – selv om disse ikke er høyhastighetstog etter dagens standard.

Beskrivelse

Tog beregnet på å kjøre i 360–380 km/t er hyllevare, men pr. 2015 tillater ingen jernbaner over 320 km/t i vanlig trafikk. Kina har hatt de raskeste konvensjonelle togene i vanlig trafikk (etter en katastrofal kollisjon i 2011 ble hastigheten satt ned til 300 km/t). Dette er tog dels av Siemens Velaro-typen (nære slektninger av de tyske ICE 3-togene), dels japanske tog fra Kawasaki Heavy Industries. På den nye Wuhan–Guanrgzhou-linjen kom de raskeste togene opp i 350 km/t og tilbakela 922 km på 3 timer. Mellom Beijing og Tianjin var toppfarten 330 km/t, og kjøretiden på 117 km er 30 min (Oslo–Fredrikstad er til sammenligning 100 km). Franske TGV-tog fra Alstom kommer opp i 320 km/t på flere linjer, først (i 2005) mellom Avignon og Aix-en-Provence. 300 km/t forekommer også i Japan (Shinkansen), Spania (f.eks. Madrid–Sevilla, hvor 99,84 % av togene er i rute eller maks 5 min. forsinket), Belgia og Storbritannia (High Speed 1).  
Ved testkjøring har en oppnådd til dels betydelig høyere hastigheter enn de som tillates i vanlig trafikk, i enkelte tilfeller nærmere det dobbelte. 574,8 km/t er verdensrekorden for et konvensjonelt tog, satt 3. april 2007 av et modifisert TGV-tog på linjen Paris–Strasbourg. Rekorden for et ikke-modifisert tog, 403,7 km/t, er satt av et Siemens Velaro E-tog på AVE-linjen Madrid-Zaragoza i Spania.
De fleste høyhastighetstog er elektriske. I Storbritannia er imidlertid dieseldrevne høyhastighetstog mye brukt, og frem til 2000 fantes en del gassturbindrevne høyhastighetstog (turbotog) i Frankrike, Canada og USA. Det spanske Talgo 250 Dual kan gå både på el og diesel

Innredning

De aller fleste reiser med høyhastighetstog er på fire timer eller kortere. Stort sett er derfor togene innredet omtrent som langsommere tog beregnet på reiser av tilsvarende varighet. Enkelte minner imidlertid mye om et fly innvendig. Taket er ofte lavt for å minimere luftmotstanden. Reisenes forholdsvis korte varighet – og det at høyhastighetslinjene ofte er nattestengt for vedlikehold – gjør at svært få høyhastighetstog foreløpig er innredet med soveplasser. Et unntak er Bombardiers Zefiro250 og modifiserte utgaver av dette. Disse brukes i Kina.
Høyhastighetstog har klimaanlegg, bl.a. fordi det ville ha vært ubehagelig og til dels direkte farlig å åpne vinduene ved høy fart.

Støy

Høyhastighetstogenes lydbilde avhenger selvsagt av motortypen og hastigheten. Pga. dieseldriften er britenes InterCity 125-tog blant de mest støyende høyhastighetstogene. De utmerker seg også med et mer høyfrekvent lydbilde enn det som ellers er typisk for dieselmotorer, noe som bekreftes av spektrogrammer. Elektriske høyhastighetstog har ellers et lydbilde som ved stillestående eller lav fart er typisk for moderne elektriske tog. For elektriske tog ved hastigheter på 30–270 km/t skyldes mesteparten av støyen kontakten hjul–skinnegang. Aerodynamisk støy (vindsus) øker imidlertid kraftig ved høye hastigheter. Den dominerer togstøyen ved 270 km/t og mer, og ved 400 km/t forårsaker den mer enn 2/3 av lydenergien . Mer enn noe annet er det denne støyen som begrenser hastigheten på høyhastighetslinjene. Naboene til slike linjer slipper til gjengjeld å bli særlig plaget av tutingen fra togfløyter – de brukes mest foran planoverganger og andre steder med fare for kryssende trafikk, og på høyhastighetslinjene er slike krysningspunkter gjerne eliminert.

Høyhastighetsbaner

Høyhastighetstog kan brukes på alle slags jernbaner, men høye hastigheter krever høyhastighetsbaner med bl.a. meget slake kurver, noe større avstand mellom sporene, kraftigere fundamentering, og signalsystem tilpasset de høye hastighetene. Som regel godtas ikke planoverganger (jf. Høyhastighetsnett i Norge). Også kravene til vedlikehold skjerpes. Høyhastighetstog har imidlertid forholdsvis høy motorytelse pr. tonn, og derfor godtas brattere stigninger på en ren høyhastighetstbane enn på en bane som også skal brukes av godstog. Enkelte jernbaneselskaper har, med vekslende hell, innført krengetog for å øke hastigheten på eksisterende linjer.

Før første verdenskrig

Jernbanefolk har ønsket å øke hastighetene iallfall siden George Stephensons The Rocket vant «lokomotivslaget» ved Rainhill 1830. Alt i 1890-årene kunne enkelte damplok, iallfall i USA, komme opp i 150–160 km/t. Dette var likevel unntak. Dampmaskinene og damplokene ble kraftig forbedret i hundreåret etter Rainhill, men virkningsgraden oversteg ikke 8 %. På en horisontal bane kunne således det populære tyske ekspresstogloket S3, som ble lansert i 1893, trekke 320 tonn (tilsvarte 8–10 personvogner) med 75 km/t. Men selv i en stigning på 1 % måtte lasten begrenses til 150 tonn hvis det skulle klare 50 km/t. For tunge godstog var stigninger et enda større hinder. Riktignok fantes kraftigere maskiner enn de tyske, men for et damplok var som regel bratte stigninger et større hinder enn krappe kurver. 1800-tallets jernbaner bar preg av dette, og mange av disse traseene ligger slik den dag i dag.

Elektrisiteten gav fart i sakene

Fart i sakene ble det for alvor med elektrisiteten, bl.a. fordi en elmotor har minst ti ganger så høy virkningsgrad som en dampmaskin. I 1903 ble 200 km/t overskredet av elektriske motorvogner fra Siemens & Halske og AEG på testbanen mellom Marienfeld og Zossen. Det var det året Electric Railway Test Commission i USA nedsatte en gruppe som skulle forske på hvordan en kunne redusere luftmotstanden for mellombytrikker (interurbans), hurtige sporvogner som gikk fra by til by (i Europa fikk mellombytrikkene aldri slik utbredelse som i USA). Union Traction Company gjorde over 200 forsøk, og i 1905 hadde de funnet ut at et parabolsk frontparti var særlig gunstig. Noen vogner med slikt utseende ble satt i trafikk, men fordelene var små med datidens tunge materiell og moderate trafikkhastigheter. Strømlinjeformingen ble ikke gjenopptatt før i 1930-årene.

Drømmen om høyhastigehetsbaner

En innså tidlig – og iallfall da raske trikker og elektriske tog og motorvogner begynte å dukke opp – at det særlig var infrastrukturen som begrenset hastighetene. Det ble utviklet vogner og boggier med bedre løpeegenskaper på dårlig skinnegang – men mange stygge ulykker skjedde på enkeltsporete strekninger og ved planoverganger. En var fullt klar over at fysiske lover satte strenge krav til linjeføringen, skinnene, fundamenteringen og signalsystemene.
.
I 1891 foreslo ingeniøren Zipernowsky en bane mellom Wien og Budapest, beregnet på motorvogner som kunne kjøre i 250 km/t. I 1893 foreslo Dr. Wellington Adams en snorrett linje Chicago–St. Louis (over 400 km). Han var mer beskjeden enn Zipernowsky, og General Electric garanterte at elektriske tog kunne trafikkere linjen 100 % sikkert, i over 160 km/t (100 mph).
Det som er kalt verdens første høyhastighetsbane, ble påbegynt i 1906, under ledelse av Alexander C. Miller. The Chicago-New York Electric Air Line Railroad, hvor elektriske tog med en fart på 160 km/t skulle redusere reisetiden mellom de to storbyene til ti timer. Banen var snorrett, med stigning på maks 1 %. Millers gruppe klarte å fullføre snaut 50 km bane østover fra Chicago før de store kostnadene gjorde at selskapet gikk konkurs. Men banen kom mellombytrikkene til gode, og den dag i dag går tog østover fra Chicago gjennom gatene i Michigan City. I 1907 åpnet Philadelphia & Western Railroad (P&W) sin Upper Darby–Strafford-rute ved Philadelphia – og i 1912 en linje fra Upper Darby til Norristown, som fortsatt er i drift under navnet Norristown High Speed Line. Street Railway Journal skrev at linjen var et viktig skritt mot høyhastighets forstadstrafikk. Den satte en ny standard for mellombybaner, med blokksignaler, og – i motsetning til de fleste norske jernbanelinjer ennå i 2014 – fullstendig uten planoverganger og kryssende jernbanelinjer.

Mellomkrigstiden

I 1920- og 30-årene begynte det vi kan regne for høyhastighetstog å få en viss utbredelse i bl.a. USA, Tyskland og Italia. Togprodusentene og jernbaneselskapene var inspirert av den nye flyindustrien. Dette viste seg både ved bruken av lettmetall, togenes strømlinjeform og til dels navnene på dem - og vindtunnelforsøk for å få ned luftmotstanden.

Var verdens første høyhastighetstog en trikk?

I USA, særlig i Indiana, Ohio og rundt Philadelphia, fantes elektriske tog eller motorvogner som kom opp i 160 km/t, og som også utmerket seg ved at de i byene gikk gjennom gatene som en trikk. Produsenter som Cincinnati Car Company og J.G.Brill & Co var pionerer i å utvikle lette vogner med boggier som tålte høye hastigheter på en skinnegang som ikke alltid var førsteklasses. De første sporvogner av denne sorten var de berømte Red Devils, som Cincinnati & Lake Erie begynte å anskaffe i 1929. De ble brukt på ruten Cincinnati–Toledo, som med 349 km (217 miles) skal ha vært verdens lengste trikkerute. De var 13,5 m lange, veide 22 tonn og hadde 44 sitteplasser, WC og reisegodsavdeling (Koffmann 1980) – vekten pr. sitteplass var lavere enn i dagens høyhastighetstog. Det kan altså med atskillig rett hevdes at verdens første høyhastighetstog i kommersiell trafikk var en trikk – mer presist en mellombytrikk, i USA kalt interurban. I 1930 kom en vogn ved navn Bullet fra J.G.Brill & Co på skinnene, etter verdens første vindtunnelforsøk med jernbanemateriell. Professor Felix W. Pawlowski ved University of Michigan hadde beregnet at strømlinjeformen gav minst 40 % mindre energiforbruk ved hastigheter på over 97 km/t (60 mph). Som Red Devils hadde Bullet'ene fire motorer a 76 kW (100 HK). Bullet'ene målte 17,5 m og veide 26 tonn. De kunne også multippelkobles. De ble brukt av bl.a. Philadelphia & Western Railroad (P&W), og de siste av dem var i ordinær trafikk like til 1990.

Fliegender Hamburger

Europas mest kjente høyhastighetstog i 1930-årene var kanskje tyskernes Fliegender Hamburger (mer prosaisk Baureihe SVT 877), som Deutsche Reichsbahn i 1933 satte i drift på linjen Hamburg–Berlin. Dette dieselelektriske toget bestod av to motorvogner som var sammenkoblet med Jakobs-boggi; samlet ytelse var 604 kW. Toget tok 102 passasjerer, toppfarten var 160 km/t, og gjennomsnittsfarten fra Berlin til Hamburg var 124 km/t. Av utseende hadde toget en påfallende likhet med Bullet'ene, men det er ukjent hvorvidt dette skyldtes etterligning eller om de to produsentene uavhengig av hverandre fant frem til en gunstig strømlinjeform.

ETR 200

I 1937 ble det italienske ETR 200 satt i drift på ruten Bologna-Roma-Napoli, som nylig var elektrifisert. 18 togsett ble bygget. De bestod av tre vogner eller ledd med Jakobs-boggier. Dette var det første ordinære tog som kom over 200 km/t, selv om den vanlige trafikkhastigheten var 160 km/t. Noen av disse togene overlevde krigen. I 1960 ble de ombygget og forlenget til fire vogner - og var i drift like til 1993.

Ødeleggelse, stagnasjon og forfall

Fra 1939 av kom andre ønsker enn raskere tog i forgrunnen. Troppetransporter og frakt av militærmateriell ble jernbanens hovedoppgaver under andre verdenskrig. Etter krigen lå Japan og mye av Europa i ruiner. Ikke minst gjaldt dette jernbanenettet – dels fordi jernbaner, knutepunkter og broer var viktige mål for fiendtlige bombefly, sabotører og partisaner – på østfronten også fordi både sovjeterne og tyskerne ødela jernbanene etter seg under tilbaketrekningen. Og i løpet av krigen omfattet østfronten de veldige områdene mellom Moskva, Volgograd (Stalingrad) og Kaukasus i øst – og Berlin og Wien i vest.
Etter krigen måtte så jernbanene ikke bare gjenoppbygges. I flere land måtte de omlegges fullstendig, blant annet fordi store områder skiftet eier eller ble delt. Før 1945 gikk f.eks. de viktigste trafikkstrømmene i Tyskland mellom Hamburg og Berlin; nå ble Tyskland delt, og de viktigste trafikkårene gikk mellom nord og sør, f.eks. Hamburg–München og Hamburg–Frankfurt a.m. Tyskland mistet også store områder til Polen, som på sin side ble flyttet vestover. USA slapp uskadet fra krigen, men der forfalt jernbanene fullstendig – dels pga. konkurranse fra biler og fly, dels fordi General Motors infiltrerte, kjøpte opp og ødela jernbaner og sporveissystemer (Snell 1974). Også Europa satset på biler og fly, men ikke så ensidig som i USA.

Ny fart i utviklingen

I 1960-årene utviklet også de franske og tyske jernbaner tog som kunne gå med 200 km/t i vanlig trafikk, selv om skinnegangen ennå bare på korte strekninger var tilpasset hastigheter på over 160. Ny fart i utviklingen ble det først og fremst da Japan i 1964 satte sine første høyhastighetstog av typen Shinkansen (direkte oversatt «ny stamlinje») i drift mellom Tokyo og Osaka. De hadde en toppfart på 210 km/t. Dermed kunne togene ikke bare suse forbi bilene på motorveiene; de kunne for første gang på lenge ta opp konkurransen med flytrafikken. En annen vesentlig forskjell fra 1930-årenes raskeste tog var at Shinkansen-togene fra første stund var beregnet på massene; trafikken var enorm.

Ikke-elektriske høyhastighetstog

Elektrifisering er kostbart, og en rekke andre fremdriftsteknologier med ulike typer forbrenningsmotorer er forsøkt, med vekslende hell. Støy og eksos har vært alvorlige ulemper.
Jetdrevne tog ble i perioden 1966-70 forsøkt i USA og Russland ved at en satte jetmotorer på ordinære tog eller motorvogner. De oppnådde hastigheter på opptil 297 km/t, men ingen av dem kom i ordinær trafikk.
I 1960- og 70-årene fikk gassturbindrevne tog (turbotog) en del utbredelse, både i gods- og passasjertrafikken. I USA, Canada og Frankrike ble slike tog brukt en del på ikke-elektrifiserte strekninger, men ingen av dem kom opp mot 200 km/t i vanlig trafikk. Mest avansert var United Aircraft TurboTrain fra 1968. Det var lett, kunne krenge, og oppnådde 275 km/t ved testkjøring. Trafikkhastigheten oversteg ikke 193 km/t – som regel var den betydelig lavere, og togene ble aldri noen suksess.
      Mer populære var de franske turbotogene, som også ble brukt i USA. De kan regnes som en forgjenger for de senere så berømte TGV-ene. Den første TGV-prototypen gikk med gassturbiner, men høyere oljepriser gjorde at SNCF gikk helt over til elektriske høyhastighetstog. En annen ulempe med gassturbiner er høyt støynivå. I dag er få gassturbindrevne tog i bruk.
      I 2000 forsøkte Bombardier Transportation å blåse nytt liv i denne teknologien med sitt JetTrain, men det kom aldri over prototypstadiet.
Dieseldrevne tog er det eneste ikke-elektriske tog som har oppnådd over 200 km/t i ordinær trafikk. De britiske HST-ene (High-Speed Trains eller InterCity 125 etter toppfarten på 125 mph) ble satt inn i 1976 og ble meget populære. De har vært i drift siden da, men er på vei ut og brukes pr. 2019 bare i Skottland og lokalt ved Cardiff og i [[Cornwall. Toppfarten er 201 km/t. Det tyske ICE-TD har en toppfart på 200 km/t. Det er brukt bl.a. mellom Hamburg og København, men ordinær drift ble avsluttet i 2017. Det danske IC4 har også toppfart på 200 km/t, men går liksom ICE-TD ikke mer enn 180 km/t i ordinær trafikk.

Krengetog: Høyere hastighet på gamle linjer

En togreise på en kurverik jernbanelinje blir ukomfortabel lenge før farten blir så høy at det er den minste fare for at toget velter eller kjører av sporet (det er lett å regne ut hvor fort et tog kan kjøre uten å velte hvis kurveradien, doseringen, hastigheten, sporvidden og togets tyngdepunkt er kjent). Krengning er ment å gjøre kjøringen i kurver mer komfortabel, og derved øke hastigheten, i enkelte tilfeller med 20-30 %. Krengetog er mest aktuelt på strekninger hvor høyhastighetstogene må dele skinnegangen med godstog og langsommere persontog. På de nye høyhastighetslinjene, f.eks. i Frankrike, brukes de sjelden.
De første krengetogene kom i trafikk sist på 1960-tallet. Til krengetogene hører bl.a. Pendolino (også brukt av de finske statsbaner), de tyske ICE-T og ICE-TD, Japans N-700, det svenske X2000 (en stund brukt på Oslo–Stockholm og Oslo–Göteborg) og de norske type 73 (tidligere kalt Signatur). Krengning har ofte gitt visse problemer, først og fremst ved at enkelte passasjerer er blitt sjøsyke. Dette har særlig vært tilfelle der linjen består av krappe kurver uten rette mellomstykker. En slik linjeføring er vanlig i Norge, og NSB måtte gå fra et forsøk på å øke hastigheten ved krengning. I fremtiden kan kanskje ny krengeteknologi løse disse problemene.