Tín hiệu cánh (semaphore) là loại tín hiệu đường sắt dùng một cánh tay bằng gỗ hoặc kim loại gắn trên cột: cánh nằm ngang nghĩa là dừng, cánh nghiêng nghĩa là được đi, ban đêm có đèn màu đi kèm. Nó thống trị đường sắt thế giới từ giữa thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20, rồi dần nhường chỗ cho tín hiệu đèn màu vì đèn nhìn rõ hơn, bảo trì dễ hơn và hiển thị được nhiều trạng thái hơn. Nhiều quy tắc màu sắc ta quen hôm nay, như đỏ là dừng, có gốc từ những bài học đắt giá của thời tín hiệu cánh.
Trước tín hiệu cánh: tay người, cờ và quả cầu
Đường sắt đầu tiên không có tín hiệu cố định. Người gác đứng bên đường dùng tư thế cánh tay, cờ ban ngày, đèn ban đêm để báo cho lái tàu. Một số tuyến dùng quả cầu kéo lên cột cao, hoặc đĩa xoay: mặt đĩa hướng về tàu nghĩa là dừng, cạnh đĩa hướng về tàu nghĩa là đi. Cách làm này thiếu thống nhất, mỗi hãng một kiểu, và lái tàu đi qua nhiều hãng phải nhớ nhiều bộ quy ước.
Ý tưởng dùng cánh tay cơ khí để ra hiệu vốn đã có từ trước đó, trong hệ thống tháp truyền tin quang học của Pháp cuối thế kỷ 18. Nhưng đưa nó vào đường sắt thì phải đợi tới thập niên 1840.
Tín hiệu cánh ra đời
Tín hiệu cánh đường sắt thường được ghi công cho kỹ sư người Anh Charles Hutton Gregory, người lắp đặt chúng trên tuyến London and Croydon Railway, ở khu New Cross phía nam London, đầu thập niên 1840. Thiết kế ban đầu có cánh tay gắn trong một khe trên cột: cánh nằm ngang là dừng, cánh nghiêng xuống là thận trọng, cánh thu hẳn vào trong khe là đường trống.
Ưu điểm của tín hiệu cánh rất rõ: một hình dạng lớn, nhìn từ xa, nhận ra ngay cả khi lái tàu không phân biệt được màu tốt. Nó được điều khiển từ xa bằng dây kéo nối tới cần gạt trong trạm gác, nên người gác không cần đứng ngay chân cột. Chẳng bao lâu, tín hiệu cánh lan ra khắp nước Anh rồi sang châu Âu, châu Mỹ và các thuộc địa.
Đọc một tín hiệu cánh kiểu Anh
| Loại | Hình dạng cánh | Cánh ngang | Cánh nghiêng |
|---|---|---|---|
| Tín hiệu vào ga, ra ga (home, starter) | Cánh đỏ, đầu vuông, có sọc trắng | Dừng lại trước tín hiệu | Được đi qua |
| Tín hiệu báo trước (distant) | Cánh vàng, đầu xẻ hình đuôi cá, có sọc đen | Chuẩn bị dừng ở tín hiệu kế tiếp | Tín hiệu kế tiếp đang cho đi |
Tín hiệu báo trước là một sáng kiến quan trọng. Nó đặt cách tín hiệu chính một quãng đủ cho tàu hãm. Lái tàu thấy tín hiệu báo trước ở thế ngang thì biết phải giảm tốc ngay, không đợi tới khi thấy tín hiệu dừng.
Màu đèn ban đêm: vì sao màu trắng bị loại
Ban đêm, cánh tay khó nhìn, nên tín hiệu cánh có đèn dầu phía sau và một khung kính màu gắn trên cánh. Khi cánh đổi vị trí, kính màu trước đèn cũng đổi theo. Ở nhiều hãng thời đầu, quy ước là: đỏ là dừng, xanh lá là thận trọng, trắng là đường trống.
Quy ước đó có một lỗ hổng nguy hiểm. Nếu tấm kính đỏ vỡ hoặc rơi ra, ánh đèn hiện màu trắng, tức là "đường trống". Một ngọn đèn nhà dân, đèn đường hay ánh trăng phản chiếu cũng có thể bị nhầm thành tín hiệu trắng. Một tín hiệu hỏng không được phép trông giống một tín hiệu cho đi.
Dần dần, các hãng đổi quy ước: xanh lá thành "đường trống", và màu vàng được dùng cho "thận trọng" trên tín hiệu báo trước. Sự chuyển đổi này diễn ra không đồng loạt; ở Anh, cánh báo trước chuyển sang màu vàng với đèn vàng chủ yếu từ thập niên 1920. Từ đó, bộ ba đỏ – vàng – xanh lá trở thành ngôn ngữ chung, rồi được giao thông đường bộ mượn lại cho đèn ngã tư.
Abbots Ripton 1876: khi tuyết đóng băng cánh tay
Đêm 21 tháng 1 năm 1876, tại Abbots Ripton trên tuyến Great Northern Railway ở Anh, một trận bão tuyết làm tuyết và băng bám vào các tín hiệu cánh. Theo thiết kế của hãng lúc đó, các cánh tín hiệu thường được để sẵn ở vị trí "đường trống", chỉ kéo về "dừng" khi cần. Tuyết đè lên cánh và dây kéo, khiến một số cánh kẹt ở vị trí cho đi trong khi người gác đã kéo cần về dừng. Hậu quả là một loạt va chạm liên tiếp, có tàu tốc hành Flying Scotsman liên quan, khiến 13 người thiệt mạng.
Sau tai nạn này, đường sắt Anh thay đổi hai điều căn bản. Thứ nhất, tín hiệu mặc định phải ở vị trí dừng, chỉ mở ra khi có tàu được phép đi qua và trả ngay về dừng sau đó. Thứ hai, tín hiệu phải được thiết kế sao cho nếu dây đứt hay có vật nặng đè lên, cánh tự rơi về vị trí dừng nhờ trọng lực. Great Northern Railway còn phát triển một kiểu tín hiệu cánh xoay quanh trục ở giữa, tách hẳn khỏi cột, để tuyết khó làm kẹt.
Từ đó, nguyên tắc "hỏng về phía an toàn" trở thành điều kiện bắt buộc với mọi tín hiệu đường sắt.
Cánh xuống hay cánh lên
Tín hiệu cánh kiểu cũ ở Anh có cánh nghiêng xuống để cho đi. Đầu thế kỷ 20, nhiều nơi chuyển sang kiểu cánh nghiêng lên. Lý do: cánh nghiêng lên cần lực kéo để giữ ở vị trí cho đi; nếu dây đứt, trọng lượng của cánh và đối trọng đưa nó rơi về vị trí ngang, tức dừng. Ở Anh hiện nay vẫn còn cả hai kiểu trên các tuyến cũ, tuỳ hãng xây dựng ban đầu, và người mê đường sắt có thể nhìn kiểu cánh để đoán lịch sử của từng tuyến.
Đèn màu thay thế cánh tay
Khi điện trở nên phổ biến, tín hiệu đèn màu dần thay thế tín hiệu cánh. Đèn điện với thấu kính hội tụ nhìn rõ hơn cả ban ngày, không có bộ phận chuyển động lớn ngoài trời để tuyết hay gió làm kẹt, và có thể hiển thị nhiều trạng thái hơn bằng cách kết hợp nhiều đèn.
| Tiêu chí | Tín hiệu cánh | Tín hiệu đèn màu |
|---|---|---|
| Nhìn ban ngày | Hình dạng rõ, không cần điện | Đèn sáng rõ nhờ thấu kính, cả trong nắng |
| Nhìn ban đêm | Đèn dầu hoặc đèn điện qua kính màu, yếu hơn | Rõ và đồng đều |
| Bảo trì | Dây kéo, ròng rọc, khớp cơ khí ngoài trời | Thay bóng, kiểm tra mạch, ngày nay là đèn LED |
| Số trạng thái | Chủ yếu hai, ba trạng thái mỗi cánh | Ba, bốn trạng thái hoặc hơn bằng tổ hợp đèn |
| Khoảng cách điều khiển | Giới hạn bởi chiều dài dây kéo | Không giới hạn, điều khiển bằng điện từ xa |
Trên các tuyến đông, tín hiệu đèn bốn trạng thái phổ biến: đỏ là dừng, một vàng là tín hiệu kế tiếp đang đỏ, hai vàng là tín hiệu kế tiếp đang một vàng, xanh lá là đường trống ít nhất ba khu gian. Nhờ có thêm cấp báo trước, tàu chạy nhanh có đủ quãng hãm, trong khi các khu gian vẫn ngắn để chạy được nhiều tàu.
Trên đường sắt cao tốc và metro hiện đại, tín hiệu bên đường thậm chí biến mất: thông tin được truyền thẳng vào buồng lái, vì ở tốc độ cao lái tàu không đủ thời gian đọc tín hiệu bên đường.
Góc nhìn hôm nay: tín hiệu cánh còn ở đâu
Tín hiệu cánh vẫn còn hoạt động trên một số tuyến ở Anh, Ấn Độ và nhiều tuyến di sản chạy tàu hơi nước, nơi người ta giữ chúng như một phần lịch sử sống. Đường sắt Việt Nam thời trước cũng dùng tín hiệu cánh ở nhiều ga; về sau phần lớn được thay bằng tín hiệu đèn màu trong các đợt hiện đại hoá.
Người muốn xem tận mắt nên tới các bảo tàng đường sắt có trưng bày cột tín hiệu thật, như Bảo tàng Đường sắt Quốc gia ở York, hoặc đi một tuyến di sản ở Anh, nơi có thể đứng ở sân ga nhìn cánh tay bật lên trước khi tàu tới. Bài học lớn nhất của tín hiệu cánh vẫn đáng mang theo khi thiết kế bất cứ hệ thống cảnh báo nào: khi hỏng, nó phải báo nguy hiểm, không bao giờ báo bình an.
Câu hỏi thường gặp
Tín hiệu cánh đường sắt là gì?
Là tín hiệu dùng một cánh tay gắn trên cột, đổi góc để báo cho lái tàu. Cánh nằm ngang thường là dừng, cánh nghiêng là được đi. Ban đêm có đèn và kính màu đi kèm.
Ai phát minh tín hiệu cánh cho đường sắt?
Tín hiệu cánh đường sắt thường được ghi công cho kỹ sư Anh Charles Hutton Gregory, người lắp chúng trên tuyến London and Croydon Railway đầu thập niên 1840.
Vì sao đèn tín hiệu tàu không dùng màu trắng cho "đi"?
Vì nếu kính đỏ vỡ, đèn sẽ hiện màu trắng, tức là báo nhầm "đường trống". Ánh đèn nhà dân cũng dễ bị nhầm với tín hiệu trắng. Do đó màu xanh lá được chọn cho "đi".
Tai nạn Abbots Ripton dạy ngành đường sắt điều gì?
Tuyết đóng băng làm cánh tín hiệu kẹt ở vị trí cho đi, gây va chạm năm 1876. Sau đó tín hiệu được đặt mặc định ở vị trí dừng và thiết kế để tự rơi về dừng khi hỏng.
Tín hiệu bốn trạng thái gồm những màu nào?
Đỏ là dừng, một vàng là tín hiệu kế tiếp đang đỏ, hai vàng là tín hiệu kế tiếp đang một vàng, xanh lá là đường trống. Kiểu này giúp tàu nhanh có thêm quãng báo trước để hãm.
