История железных дорог: от путей к поездам с гиперциклом

С момента их изобретения железные дороги сыграли огромную роль в дальнейшем развитии цивилизаций по всему миру. От древней Греции до современной Америки железные дороги изменили способ, которым люди путешествуют и работают.

Самая ранняя форма железнодорожных перевозок датируется 600 г. до н.э. Греки делали пазы в асфальте использование известняковых дорог совместно с колесными транспортными средствами, что облегчает перевозку лодок через перешеек Коринф. Однако, когда римляне завоевали греков в 146 г. до н.э., ранние железные дороги рухнули и исчезли более чем на 1400 лет.

Первая современная железнодорожная транспортная система возвращалась только в 16 веке. Даже тогда пройдет еще триста лет, прежде чем изобретение паровоза трансформирует железнодорожные перевозки в глобальном масштабе.

Предшественники современных поездов дебютировали в начале 1550-х годов в Германии с введением железных дорог. Эти примитивные рельсовые дороги состояли из деревянных рельсов, по которым гужевые повозки или повозки могли перемещаться с большей легкостью, чем по грунтовым дорогам. К 1770-м годам деревянные рельсы были заменены железными. Эти фургоны превратились в трамваи, которые распространяются по всей Европе. В 1789 году англичанин Уильям Джессап спроектировал первые вагоны с фланцевыми колесами, которые были рифленые, что позволило колесам лучше захватывать рельс. Эта важная конструктивная особенность была перенесена на более поздние локомотивы.

До 1800-х годов железные дороги строились из чугуна. К сожалению, чугун был подвержен ржавчине, и он был хрупким, что часто приводило к его разрушению под воздействием напряжения. В 1820 году Джон Биркиншоу изобрел более прочный материал под названием кованое железо. Это новшество, хотя улучшение по сравнению с чугуном все еще было ошибочным, однако стало стандартом до появления Бессемер Этот процесс позволил удешевить производство стали в конце 1860-х годов, что привело к быстрому расширению железных дорог не только по всей Америке, но и по всему миру. В конце концов, процесс Бессемера был заменен использованием мартеновских печей, что еще больше снизило стоимость производство стали и позволило поездам соединить большинство крупных городов в Соединенных Штатах к концу 19-го века.

После того, как была заложена основа для усовершенствованной системы железных дорог, осталось только найти означает перевозить больше людей и больше товаров на более длинные расстояния в течение более короткого периода времени. время. Ответ пришел в виде одного из самых значительные изобретения из Индустриальная революция, паровой двигатель, что имело решающее значение для развития современной железной дороги и поездов.

В 1803 году человек по имени Сэмюэль Хомфрай решил финансировать разработку парового транспортного средства, чтобы заменить на трамваях гужевые повозки. Ричард Тревитик Построил этот автомобиль, первый паровоз с трамвайным локомотивом. 22 февраля 1804 года локомотив перевез груз из 10 тонн железа, 70 человек и пять дополнительных вагонов. миль между металлургическим заводом в Пен-и-Даррон в городе Мертир-Тидфил, Уэльс, до основания Аберциннона долина. Поездка заняла около двух часов.

В 1812 году английский изобретатель Джордж Стефенсон стал инженером шахты на железнодорожной линии Стоктон и Дарлингтон. К 1814 году он построил свой первый локомотив для них. Вскоре он убедил владельцев опробовать паровоз. Первая попытка была названа передвижение. В то время как Стивенсон считается автором первого паровозного двигателя для железных дорог, изобретение Тревитика упоминается как первый трамвайный локомотив.

В 1821 году англичанин Джулиус Гриффитс стал первым, кто запатентовал пассажирский локомотив. К сентябрю 1825 года, используя локомотивы Стивенсона, компания Stockton & Darlington Railroad открыла первую железную дорогу, которая перевозит как грузы, так и пассажиров, путешествуя по регулярному расписанию. Эти новые поезда могут тянуть шесть загруженных угольных вагонов и 21 пассажирский вагон вместимостью 450 пассажиров за девять миль за час.

Вскоре после этого Стефенсон открыл свою собственную фирму Robert S Stephenson and Company. Его самый известный прототип, Ракета Стивенсона, был спроектирован и построен для Rainhill Trials, события 1829 года, проведенного Ливерпульской и Манчестерской железной дорогой, чтобы выбрать лучший дизайн для питания их новых локомотивов. ракетаСамый продвинутый локомотив своего времени одержал победу и продолжил устанавливать стандарт, по которому большинство паровых двигателей будет строиться в течение следующих 150 лет.

Полковник Джон Стивенс считается отцом железных дорог в Соединенных Штатах. В 1826 году Стивенс продемонстрировал возможность паровой локомоции на экспериментальной круговой дорожке, построенной в его поместье в Хобокене, штат Нью-Джерси, - за три года до того, как Стивенсон усовершенствовал практический паровоз в Англия.

Стивенс получил первый железнодорожный чартер в Северной Америке в 1815 году, но другие начали получать гранты, и вскоре после этого начались работы на первых действующих железных дорогах. В 1930 году Питер Купер спроектировал и построил первый американский паровоз, Мальчик с пальчик, эксплуатироваться на железной дороге общего пользования.

Еще одно крупное новшество поезда 19-го века не имело ничего общего с движителем или источником питания. Вместо этого все было связано с комфортом пассажиров. Джордж Пуллман изобрел Пуллман Спящий Автомобиль в 1857 году. Хотя спальные вагоны использовались на американских железных дорогах с 1830-х годов, вагон Пуллман был разработан специально для пассажиров на ночь и считается заметным улучшением по сравнению с Предшественники.

В то время как паровые локомотивы оказали неоспоримое влияние на транспортную и экономическую экспансию в течение^го века технология не была лишена своих недостатков. Одним из наиболее проблемных явился дым, возникший в результате сжигания угля и других источников топлива.

В то время как вредные побочные продукты были терпимы в открытой сельской местности, даже на ранних этапах, опасность, создаваемая выхлопом топлива, становилась все более очевидной, поскольку железные дороги вторглись в более густонаселенные районы, что, в свою очередь, требовало растущего числа подземных туннелей для размещения поездов, направляющихся в городские районы. направления. В ситуации с туннелем дым может стать смертельным, особенно если поезд застрянет под землей. Поезда, приводимые в действие электричеством, казались очевидной альтернативой, но ранняя технология электропоезда просто не могла идти в ногу с паром на большие расстояния.

Первый опытный образец для электровоза был построен в 1837 году шотландским химиком Робертом Дэвидсоном, работающим на гальванических батарейных элементах. Следующий локомотив Дэвидсона, увеличенная версия под названием Гальвани, дебютировавший на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Он весил семь тонн, имел два реактивных двигателя с прямым приводом, которые использовали фиксированные электромагниты, действующие на железные прутья, прикрепленные к деревянным цилиндрам на каждой оси. Хотя он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго в сентябре 1841 года, ограниченная мощность его батарей затопила проект. Гальвани был позже разрушен железнодорожниками, которые рассматривали альтернативные технологии как потенциальную угрозу их средствам существования.

Детище Werner von Siemens, первого электрического пассажирского поезда, состоящего из локомотива и трех вагонов, совершило свою первую поездку в 1879 году в Берлине. Максимальная скорость поезда составляла чуть более восьми миль в час (13 км). В течение четырех месяцев он перевозил 90 000 пассажиров по 300-метровой круговой дорожке. 150-вольтовый постоянный ток поезда подавался через изолированный третий рельс.

Электрические трамвайные линии стали набирать популярность, сначала в Европе, а затем в Соединенных Штатах, после того, как первые появились в 1881 году в Лихтерфельде, недалеко от Берлина, Германия. К 1883 году в Брайтоне, Англия, был запущен электрический трамвай, а в том же году был запущен трамвай, который начал обслуживать близкую Вену, и был первым на регулярной основе, работающий от воздушной линии. Пять лет спустя электрические тележки, разработанные Фрэнком Дж. Спраг (изобретатель, который когда-то работал на Томаса Эдисона) отправился в путь к пассажирской железной дороге Ричмонд Юнион.

Первая подземная линия электропередач была запущена городской и южно-лондонской железными дорогами в 1890 году. Спустя пять лет Sprague разработал систему управления тяговым усилием (MU), меняющую правила игры. Каждый автомобиль был оснащен тяговым двигателем и реле с управлением от двигателя. Все вагоны питались от передней части поезда, и тяговые двигатели работали в унисон. MU получили свою первую практическую установку для южной боковой железной дороги (ныне часть Чикаго Л) в 1897 году. С успехом изобретения Sprague, электричество вскоре заняло место в качестве предпочтительного источника питания для метро.

В 1895 году линия Балтиморского пояса железной дороги Балтимор и Огайо (B & O), соединенная с Нью-Йорком, протянулась на четыре мили и стала первой американской магистралью, которая была электрифицирована. Паровозы подъехали к южному концу электрифицированной линии, а затем были соединены с поездами с электроприводом и прошли через туннели, окружавшие Балтимор.

Нью-Йорк был одним из первых, кто запретил паровые двигатели в своих железнодорожных туннелях. После столкновения с туннелем на Парк-авеню в 1902 году использование дымогенераторов было запрещено к югу от реки Гарлем. Центральная железная дорога Нью-Йорка начала использовать электровозы к 1904 году. Начиная с 1915 года, Чикаго, Милуоки, Сент-Пол и Тихоокеанская железная дорога электрифицировали службу через Скалистые горы и на западное побережье. К 1930-м годам железная дорога Пенсильвании электрифицировала всю территорию к востоку от Гаррисберга, штат Пенсильвания.

С появлением поездов с дизельным двигателем в 1930-х годах и в последующие десятилетия расширение инфраструктуры для электропоездов замедлилось. В конечном счете, однако, дизель и электроэнергия будут объединены, чтобы создать несколько поколений электро-дизелей. и гибриды, которые использовали лучшие из обеих технологий и стали бы стандартом для многих железнодорожных линий.

В 1960-х и начале 1970-х годов существовал значительный интерес к возможности создания пассажирских поездов, которые могли бы путешествовать намного быстрее, чем обычные поезда. С 1970-х годов интерес к альтернативной высокоскоростной технологии был сосредоточен на магнитной левитации или Маглев, в котором автомобили едут на воздушной подушке, созданной электромагнитной реакцией между бортовым устройством и другим, встроенным в его направляющую.

Первая скоростная железная дорога проходила между Токио и Осака в Японии и открылась в 1964 году. С тех пор в мире было построено еще много таких систем, в том числе в Испании, Франции, Германии, Италии, Скандинавии, Бельгии, Южной Корее, Китае, Великобритании и на Тайване. Соединенные Штаты также обсудили вопрос об установке высокоскоростной железной дороги между Сан-Франциско и Лос-Анджелесом и на восточном побережье между Бостоном и Вашингтоном, округ Колумбия.

С тех пор электрические двигатели и достижения в технологиях железнодорожного транспорта позволили людям путешествовать со скоростью до 320 миль в час. Еще больше достижений в этих машинах находятся на стадии разработки, включая поезд Hyperloop, планируется достичь скорости около 700 миль в час, что завершило первый успешный опытный запуск прототипа в 2017.