thumb|upright=1.6|Trem da linha Tokaido Shinkansen, no Japão, com o Monte Fuji ao fundo.
Alta velocidade ferroviária, também chamada de de alta velocidade ou trem-bala, é um tipo de transporte ferroviário que opera significativamente mais rápido do que o tráfego ferroviário tradicional, utilizando um sistema integrado de material rodante especializado e linhas específicas. Embora não exista um único padrão que se aplique a nível mundial, considera-se que as novas linhas com mais de 250 quilômetros por hora e as linhas existentes em mais de 200 quilômetros por hora podem ser consideradas de alta velocidade, sendo que alguns estendem a definição para incluir velocidades mais baixas em áreas onde isto representou uma melhoria significativa.
O primeiro tal sistema começou operações no Japão em 1964 e era sabido extensamente como o trem-bala. Os trens de alta velocidade normalmente operam em trilhos de bitola padrão de trilho soldado continuamente em uma linha ferroviária separadas em graus que incorpora um grande raio de giro em seu projeto. Apesar de trilhos de alta velocidade serem mais frequentemente projetado para viagens de passageiros, alguns sistemas de alta velocidade também oferecem serviço de frete. O grupo de trabalho da União Internacional de Caminhos-de-Ferro fornece definições de viagens de comboio de alta velocidade. Não existe apenas uma única definição do termo, mas uma combinação de elementos — carris novos ou atualizados, material circulante, práticas de exploração — que levam a que um dado serviço seja ou não considerado como de alta velocidade.
Muitos países desenvolveram a alta velocidade ferroviária para conectar grandes cidades, incluindo a Áustria, a Bélgica, a China, a França, a Alemanha, a Itália, o Japão, os Países Baixos, a Polónia, Portugal, a Rússia, a Coreia do Sul, a Espanha, a Suécia, Taiwan, a Turquia, o Reino Unido, os Estados Unidos da América e o Uzbequistão. Apenas na Europa a alta velocidade ferroviária atravessa as fronteiras internacionais. A China tem 22 000 quilômetros (14 000 milhas) de linhas de alta velocidade ferroviária no final de dezembro de 2016, correspondendo a dois terços do total mundial."Caminhos-de-ferro de alta velocidade na China ultrapassam os 20.000 km". China Daily. 10 de setembro de 2016. Consultado em 6 de janeiro de 2017.
A atenção prestada aos trens (comboios) rápidos que superam os 200 km/h (o primeiro foi o italiano ElettroTreno ETR 200 em 1939) justifica-se pela necessidade de aliviar o congestionamento do tráfego aéreo e rodoviário, uma vez que se reduzem simultaneamente os custos de exploração e a poluição. Os trens (comboios) de alta velocidade normalmente operam em carris (trilhos) de bitola padrão com barra soldada contínua e passagens de desnível com direito de passagem que incorporam um grande raio de viragem no seu desenho.
Definição Múltiplas definições para alta velocidade ferroviária estão em uso em todo o mundo. A Diretiva da União Europeia 96/48/EC, Anexo 1 define a alta velocidade ferroviária em termos de:"Definições gerais da alta velocidade". União Internacional dos Caminhos-de-Ferro. Arquivado do original em 20 de julho de 2011. Consultado em 13 de maio de 2009.
Infraestrutura: via férrea construída especialmente para viagens de alta velocidade ou especialmente atualizada para viagens em alta velocidade. Limite Mínimo de Velocidade: Velocidade mínima de 250 km/h nas linhas especialmente construídas para a alta velocidade e de cerca de 200 km/h nas linhas existentes que foram especialmente atualizadas. Isso deve-se aplicar a pelo menos uma secção da linha. O material rodante deve ser capaz de atingir uma velocidade de pelo menos 200 km/ h para ser considerado de alta velocidade. Condições de operação: O material rodante deve ser desenhado juntamente com sua infraestrutura para a total compatibilidade, segurança e qualidade de serviço.
A União Internacional dos Caminhos-de-Ferro (UIC) identifica três categorias de alta velocidade ferroviária:Pyrgidis, Christos N. (21 de abril de 2016). Railway Transportation Systems: Design, Construction and Operation. CRC Press. ISBN 978-1-4822-6216-2.
Categoria I – Novas linhas construídas especialmente para altas velocidades, permitindo uma velocidade máxima de corrida de pelo menos 250 km/h. Categoria II – Linhas existentes especialmente atualizadas para altas velocidades, permitindo uma velocidade máxima de corrida de pelo menos 200 km/h. Categoria III – Linhas existentes especialmente adaptadas para altas velocidades, permitindo uma velocidade máxima de corrida de pelo menos 200 km/h, mas com algumas secções tendo uma menor velocidade permitida (por exemplo, devido a restrições topográficas ou à passagem por áreas urbanas).
Uma terceira definição de alta velocidade ferroviária e muito alta velocidade ferroviária (Demiridis & Pyrgidis 2012) requer a verificação simultânea das duas condições seguintes:
Velocidade máxima de corrida alcançável excedendo os 200 km/h ou 250 km/h para muito alta velocidade, Velocidade média de corrida no corredor excedendo os 150 km/h ou 200 km/h para muito alta velocidade.
A UIC prefere usar "definições" (plural) porque considera que não há uma definição padrão única de alta velocidade ferroviária, nem mesmo o uso padrão dos termos ("alta velocidade" ou "muito alta velocidade"). Eles fazem uso da Diretiva Europeia do Conselho Europeu 96/48, afirmando que a alta velocidade é uma combinação de todos os elementos que constituem o sistema: infraestrutura, material rodante e condições de operação. A União Internacional dos Caminhos-de-Ferro afirma que a alta velocidade ferroviária é um conjunto de características únicas, não apenas um trem (comboio) viajando acima de uma velocidade específica. Muitos trens (comboios) rebocados convencionalmente conseguem chegar aos 200 km/h em serviço comercial, mas não são considerados como trens (comboios) de alta velocidade. Estes incluem a francesa SNCF Intercités e a alemã DB IC.
O critério de 200 quilómetros por hora é selecionado por várias razões; acima dessa velocidade, os impactos dos defeitos geométricos são intensificados, a aderência do carril (trilho) é diminuída, a resistência aerodinâmica é imensamente aumentada, as flutuações de pressão dentro dos túneis causam desconforto aos passageiros e torna-se difícil para os maquinistas identificar a sinalização ao longo da linha. O equipamento de sinalização padrão é muitas vezes limitado a velocidades abaixo de 200 km/h com os limites tradicionais de 79 mph (127 km/h) nos EUA, 160 km/h (99 mph) na Alemanha e 125 mph (201 km/h) Grã-Bretanha. Acima dessas velocidades, o controle positivo do trem (comboio) ou o Sistema de Controlo Ferroviário Europeu torna-se necessário ou legalmente obrigatório. Padrões domésticos nacionais podem variar dos padrões internacionais.
História thumb|Elétrico alemão modificado pela Siemens & Halske atingiu a marca de 206.7km/h, tornou-se o meio de transporte mais rápido do mundo em 1903. thumb|O Fliegender Hamburger, inaugurado em 15 de maio de 1933 fazia transporte regular entre Hamburgo e Berlim a uma velocidade média de 160km/h.
As estradas de ferro foram a primeira forma de transporte terrestre rápido e detiveram um monopólio eficaz no tráfego do passageiro até o desenvolvimento do automóvel e de aviões de passageiros no século XX. A velocidade sempre foi um fator importante para as ferrovias e elas constantemente tentaram alcançar velocidades mais altas e diminuir os tempos de viagem. O transporte ferroviário no final do século XIX não era muito mais lento do que os comboios não de alta velocidade atuais e muitas ferrovias operavam regularmente trens relativamente rápidos, com velocidades médias de cerca de 100 km/h.Official Guide of the Railways, 1910: The Official Guide of the Railways and Steam Navigation Lines of the United States, Puerto Rico, Canada, Mexico, and Cuba, Rand McNally & Company Publishing, 1910,
Em 23 de outubro de 1903, o vagão ferroviário da Siemens & Halske AG alcançou uma velocidade de 206,7 km/h e em 27 de outubro o vagão da AEG atingiu 210,2 km/h. Estes trens demonstraram a viabilidade do trilho elétrico de alta velocidade.Sith Sastrasinh, "Electrical Train Marienfelde–Zossen in 1901 ", 21 January 2000, WorldRailFans. Accessed 23 January 2013.
Nas décadas posteriores à Segunda Guerra Mundial, o petróleo barato, juntamente com melhoramentos nos automóveis, autoestradas e aviação, tornaram estes meios mais práticos para uma grande porção da população do que antes. Na Europa e no Japão, foi dada ênfase à reconstrução no pós-guerra, enquanto que nos Estados Unidos foi dada à construção de um enorme sistema de autoestradas interestaduais e aeroportos. Os sistemas de transporte de massas foram grandemente negligenciados nos EUA. As linhas ferroviárias dos Estados Unidos foram se tornando cada vez menos competitivas, em parte devido à tendência do governo em favorecer o transporte aéreo e rodoviário, mais do que no Japão e nos países europeus, e em parte também devido à menor densidade populacional.
As viagens de comboio tornam-se mais competitivas nas áreas de maior densidade populacional e onde o custo do petróleo for elevado, devido ao facto de os comboios convencionais terem consumos de combustível mais eficientes que os carros (embora algumas vezes menos eficientes que os ônibus). Muito poucos comboios consomem diesel ou outros combustíveis fósseis, mas as centrais elétricas que fornecem eletricidade aos comboios elétricos consomem normalmente gás natural e carvão. No entanto, no Japão e na França, existe uma grande proporção de eletricidade proveniente de energia nuclear. Mesmo consumindo eletricidade gerada a partir de carvão e petróleo, os comboios são mais econômicos por passageiro por quilômetro percorrido do que um automóvel típico. A atualização das redes ferroviárias exige investimentos pesados e por isso só é competitiva com os aviões ou automóveis desaparecendo os subsídios ao custo do combustível (como por exemplo nos EUA), ou face a altas densidades populacionais (como se passa na Europa e Japão).
Tipicamente, os comboios de alta velocidade viajam a velocidades de cruzeiro entre os 250 km/h e os 300 km/h. A marca mundial de velocidade para um comboio convencional com rodas foi estabelecida em 2007 por um TGV francês que atingiu a velocidade de 574,8 km/h. O comboio protótipo japonês de levitação magnética (mag lev) JR -M aglev ML X01 estabeleceu o recorde de velocidade de um comboio ao atingir os 582 km/h. No dia 3 de abril de 2007 foi batido oficialmente o anterior recorde de comboios convencionais ao ser atingida a velocidade de 574,8 km/h. Este teste, na nova linha Paris-Estrasburgo, teve o nome de código V 150 aludindo aos 150 metros/segundo de velocidade que se pretendia atingir (correspondente a 540 km/h)
Japão
thumb|esquerda|Série Odakyu 3000 de 1957. thumb|esquerda|Séries 0 - Shinkansen de 1964. thumb|esquerda|Séries E6 e E3 mais recentes. Com cerca de 45 milhões de pessoas vivendo no corredor densamente povoado de Tóquio a Osaka, o congestionamento de estradas e trilhos se tornou um problema sério após a Segunda Guerra Mundial e o governo japonês começou a pensar seriamente em um novo serviço ferroviário de alta velocidade. O Japão na década de 1950 era uma nação populosa e de recursos limitados que, por razões de segurança, não queria importar petróleo, mas precisava de uma forma de transportar seus milhões de pessoas dentro e entre as cidades. Os engenheiros japoneses das Ferrovias Nacionais Japonesas(JNR) começaram então a estudar o desenvolvimento de um serviço de transporte de massa regular e de alta velocidade. Em 1955, estiveram presentes no Congresso de Electrotecnologia de Lille, na França, e durante uma visita de seis meses, o engenheiro-chefe da JNR acompanhou o diretor-adjunto Marcel Tessier no DETE (Departamento de Estudos de Tração da SNCF).D'où viens tu TGV? (in French), by Jean François Picard and Alain Beltran