JR東日本が2019年春の投入を目指し開発中の試験車両「ALFA-X(アルファエックス)」(写真:JR東日本)

次世代の新幹線に求められるのはスピードか、それとも快適性か。この春に確認試験車がデビューしたJR東海(東海旅客鉄道)の新型新幹線車両「N700S」は、東海道区間における最高速度は現行と同じ時速285kmのまま、乗り心地などの快適性を向上させる。なお、確認試験車では、新技術の確認など量産化に向けたさまざまな試験を行う。


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一方で、JR東日本(東日本旅客鉄道)は、来春の完成を目指し開発中の試験車両「ALFA-X(アルファエックス)」で試験最高時速400km程度の実現と快適性の向上という二兎を追う。その成果を踏まえて現在の東北新幹線の主力車両「E5系」の後継車両を開発し、営業最高時速360km運転を目指す。速度と快適性を同時にレベルアップするのは、決して容易ではない目標だ。

2030年度の札幌開業に新型車両投入

JR東日本が新型車両の開発に踏み切ったのは、2030年度末の北海道新幹線札幌延伸を見据えてのことだ。現在の北海道新幹線区間(新青森―新函館北斗間)の旅客収入はJR北海道(北海道旅客鉄道)に帰属するが、東京―札幌間を新幹線で移動する人が増えれば、その分だけ、JR東日本のテリトリーである東京―新青森間の旅客収入が増える。羽田空港―新千歳空港間の航空機利用者は年間975万人。その一部でも新幹線に取り込むことができれば、JR東日本のメリットは計り知れない。ただ、そこに立ちはだかるのが所要時間の壁だ。


北海道新幹線の車両「H5系」。基本的な性能はE5系と同じ(撮影:尾形文繁)

現在の東京―新函館北斗間の最短所要時間は4時間2分。新幹線が航空機よりも優位に立つとされる「4時間の壁」をタッチの差で切ることができず、東京―函館間における航空機と新幹線を合わせた利用者のうち新幹線の比率は35%にとどまる。4時間を切れない原因の一つとして、貨物列車と共用走行する青函トンネルとその前後区間内で新幹線の最高時速が140kmに抑えられているという点が挙げられる。

事態の打開に向け、国土交通省は2018年度末に同区間内の新幹線の最高速度を時速160kmに引き上げることを検討している。実現すれば、東京―新函館北斗間の最短所要時間は3分短縮され、3時間59分。わずかだが4時間の壁を切る。

さらにゴールデンウィーク、お盆、年末年始など貨物列車の運行が少なく、新幹線の利用者が多い時期には一部の列車において同区間の最高時速を200kmに引き上げることも検討している。2020年度の実施を目指しているが、実現すれば東京―新函館北斗間の所要時間は6分短縮され、3時間56分となる。東京―新函館北斗間で新幹線シフトが進む可能性は高い。

だが、東京―札幌間の所要時間は5時間近くかかると見られており、たかだか6分の時短効果では焼け石に水だ。同じく新幹線で5時間近くかかる東京―博多間における対航空機でみた新幹線のシェアは7%程度にすぎない。航空機から大量の利用者を新幹線にシフトさせるためには、スピード性能を高めた新型車両の開発が不可欠なのだ。

アルファエックスには原型がある

1964年に新幹線「0系」が運行開始したときの営業最高時速は210kmだった。その後1985年の東北新幹線の開業や1987年のJR発足により、新幹線はスピード追求の時代に突入し、現在の営業最高速度は東北新幹線が時速320km、東海道新幹線が時速285km、山陽新幹線が時速300kmという状況に至る。


JR東日本には、試験車両「STAR21」で最高時速425kmを出した実績がある(記者撮影)

単なる速度向上だけならJR東日本の試験車両「STAR(スター)21」が1993年に時速425kmを達成し、その後JR東海の試験車両「300X」が1996年に時速443kmを達成している。これに対してアルファエックスが目指す試験最高時速は400km程度。スピードだけを見れば、四半世紀前に達成した記録から後退している。


JR東日本が開発した試験車両「FASTECH360」(写真:alpha7000/PIXTA)

アルファエックスには原型がある。スター21による試験終了後にJR東日本が開発した試験車両「FASTECH(ファステック)360」である。時速360kmでの営業運転をにらんで開発され、2005年から2009年にかけて運行試験を行った。その試験最高速度は時速398kmにとどまったが、それには理由がある。

スター21が高速化、軽量化といった極限技術の追求をコンセプトとしていたのに対し、ファステック360は「高速性、信頼性、環境適合性、快適性などあらゆる面において世界最高水準を目指した」(JR東日本)。つまり、ファステック360は信頼性や快適性の向上、環境との調和が重視されていたわけだ。

たとえば、架線から電気を取り入れるパンタグラフを例にとると、高速走行時のパンタグラフの風切り音は、周辺に大きな騒音をまき散らす。そのためパンタグラフの形状を騒音が軽減されるよう改良を施したほか、かつての新幹線では1編成につき5カ所で行なっていたパンタグラフの集電を、ファステックではわずか1カ所に減らした。パンタグラフ集電が1カ所しかないと、何かの拍子に架線から離れて集電できないリスクが高まる。そのため架線との接地板を改良したり、架線の張力を高めたりするなどの対策を施している。

ほかにもファステック360の技術的な特徴として高速走行時の台車の信頼性確保や騒音抑制といったものがあり、ファステック360の開発と走行試験で得られた知見の多くは、E5系に採用されている。


試験車両「FASTECH360」は猫の耳の形をした空力ブレーキを搭載していた(写真:共同通信)

なお、ファステック360では地震発生時に通常のブレーキに加え、空力ブレーキも搭載していた。緊急停止時に猫の耳のような大型の抵抗板が屋根の上にせり出し、空気抵抗を高めることで停止するまでの距離を短縮できるというメリットがある。ただし、抵抗板を収納するために客室スペースが狭くなるといったデメリットがあり、E5系には採用されていない。

E6系タイプの試験車両も開発?

さて、東京―札幌間1035kmという長距離を走る次世代新幹線を見据えて開発されるアルファエックスには、ファステック360以上にさまざまな新技術が採用されている。地震時の横揺れを吸収し脱線しにくくさせる「地震対策ダンパ」、営業時速360km運転時の騒音を低減させるための車体下部やパンタグラフ形状のさらなる改良といったものだ。

また、長時間乗車を踏まえ、静かで揺れが少ない快適な車内空間の実現も目指す。JR東日本の新幹線にとってはこれまで経験したことのない長距離を走る。「10年後のお客様がどのような時間の過ごし方をするのか、今から勉強しておきたい」と、川野邊修副社長は言う。航空機のように映画などを見ることができるモニターを各座席に設置する、車内にミーティングルームを設置するといったさまざまなアイデアが検討されているようだ。

E5系には搭載されなかった空力ブレーキだったが、アルファエックスには搭載される予定だ。大型の抵抗板を収納するため客室スペースが狭くなるという問題については、抵抗板を小型化して屋根上の鋼体部分に収納し、その上で抵抗板の数を増やしてブレーキ力を高めるという。

また、アルファエックスは東北・北海道新幹線を想定して開発されるが、「将来は秋田新幹線E6系タイプのアルファエックスも造って連結走行について勉強したいと思っている」と、川野邊副社長は言う。E5系とE6系が連結走行するように、2種類のアルファエックスが連結走行する姿が見られるかもしれない。

このように、車両側では時速360kmでの営業運転に向け技術開発が着々と進んでいるが、車両のスピード性能を高めればすぐに走れるというものでもない。東北新幹線で時速360km運転できる区間は宇都宮―盛岡間の425kmに限られる。盛岡以北は「整備新幹線」区間として最高時速は260kmと定められ、騒音対策なども時速260kmを前提に施されている。これでは、仮に時速360km運転が実現しても宝の持ち腐れだ。


JR東日本が東北新幹線で運行しているE5系「はやぶさ」。新幹線としては国内最速の時速320kmを誇る(撮影:尾形文繁)

この問題点はJR東日本も国土交通省も承知している。そこで、JR東日本は2013〜2014年に盛岡―新青森間で時速320km走行を念頭に置いた走行試験を深夜の時間帯に実施し、同区間を高速走行した際の課題の洗い出しを行っている。

国交省も盛岡―新青森間の速度向上について議論をスタートさせた。設備改良により、盛岡―新青森間の時速320〜360kmでの運転が実現すれば、同様に最高速度を時速260kmに抑えられている新函館北斗―札幌間の最高速度引き上げが検討される可能性は十分ありうる。

上野―大宮間についても動きがあった。今年5月、JR東日本は埼玉県内における同区間の最高速度を現行の時速110kmから130kmへ引き上げるため、騒音対策として吸音板設置や防音壁かさ上げなど地上設備の工事を行うと発表した。工事は2年程度で完了し、その後は所要時間が1分程度短縮されるという。スピードアップ効果は限定的だが、上野―大宮間は北陸、上越新幹線も走る最混雑区間である。「スピードアップにより運行本数の増加の余地が生まれる」と深澤祐二社長は期待する。

世界は再びスピード競争に?

世界の高速鉄道車両業界はスピード追求から省エネなど効率重視の方向へ傾いている。しかし、世界の高速鉄道の歴史はスピード重視と効率重視の間で揺れ動き、将来またスピード追求の時代がやってくるという見方もある。

実際、独シーメンスは時速300km走行時の省エネ性能を30%改善した最高時速360kmの高速鉄道車両を開発、2023年に市場投入すると今年6月に発表した。新しい時代における環境適合性や顧客満足度を満たしたうえで、再びスピードを追求する時代がすぐそこまで来ている。JR東日本の動きもその一つに数えられるだろう。

車両開発から地上設備改良までJR東日本が総力戦で挑む新幹線のスピードアップ。越えるべきハードルは数多いが、達成したときに得られる果実は大きい。1000万人に迫る東京―札幌間の年間航空機利用者の一部が新幹線にシフトすれば、JR東日本にとっては新函館北斗開業時とは比べものにならないほどの収益が得られる。今度は大量の乗客をどうさばくかについて頭を悩ませる時代がやってくるかもしれない。