Историята на железопътните пътища: от трасетата до влаковете Hyperloop

От своето изобретение железопътните пътища изиграха огромна роля за по-нататъшното развитие на цивилизациите по целия свят. От древна Гърция до съвременна Америка железопътните пътища са променили начина, по който хората пътуват и работят.

Най-ранната форма на железопътния транспорт всъщност датира от 600 г. пр.н.е. Гърците направиха жлебове в павета варовикови пътища, които да се използват съвместно с колесни превозни средства, улесняващи транспортирането на лодки през преграда на Коринт. Въпреки това, когато римляните завладяват гърците през 146 г. пр.н.е., ранните железници изпадат в разруха и изчезват за повече от 1400 години.

Първата модерна система за железопътен транспорт не се връща чак през 16 век. Дори тогава ще са минали още триста години, преди изобретяването на парния локомотив да трансформира железопътния транспорт в световен мащаб.

Предшествениците на съвременните влакове дебютираха в началото на 1550 г. в Германия с въвеждането на вагони. Тези примитивни релсови пътища се състоеха от дървени релси, по които теглените кончета каруци или каруци можеха да се движат с по-голяма лекота, отколкото по черен път. До 1770-те години дървените парапети са заменени с железни. Тези вагони се превърнаха в трамваи, които се разпространиха в цяла Европа. През 1789 г. англичанинът Уилям Джесуп проектира първите вагони с фланцирани колела, които са вдлъбнати, което позволява на колелата да захващат по-добре релсата. Тази важна конструктивна характеристика беше пренесена на по-късни локомотиви.

До 1800 г. железопътните линии са изградени от чугун. За съжаление чугунът беше склонен към ръжда и беше крехък, което често го караше да се разпадне при стрес. През 1820 г. Джон Биркиншо изобретил по-устойчив материал, наречен ковано желязо. Тази иновация, въпреки че подобрението в сравнение с чугуна, все още беше недостатъчна, обаче стана стандарт до появата на Bessemer процесът даде възможност за по-евтиното производство на стомана в края на 1860-те, което предизвика бързото разрастване на железниците не само в Америка, но и по целия свят. В крайна сметка процесът на Бесемер беше заменен от използването на пещи на открито, което допълнително намали разходите за производство на стомана и позволи на влаковете да свързват повечето големи градове в Съединените щати до края на 19-ти век.

С основите, разработени за усъвършенствана система от железопътни линии, оставаше само да намерим означава да транспортирате повече хора и повече стоки за по-дълги разстояния за по-кратък период от време. Отговорът дойде под формата на един от най-много значими изобретения от Индустриална революция, the парен двигател, което беше от решаващо значение за развитието на съвременната железопътна линия и влакове.

През 1803 г. мъж на име Самюел Хомфрей решава да финансира разработването на автомобил с парна двигател, който да замени конните колички по трамвайните пътища. Ричард Тревитик построи това превозно средство, първия локомотив на трамвайната парна машина. На 22 февруари 1804 г. локомотивът теглел товар от 10 тона желязо, 70 мъже и пет допълнителни вагона деветте мили между железарите в Pen-y-Darron в град Merthyr Tydfil, Уелс, до дъното на Abercynnon долина. Пътуването отне около два часа.

През 1812 г. английски изобретател Джордж Стивънсън стана инженер за въгледобив за железопътната линия Стоктон и Дарлингтън. До 1814 г. той е построил първия си локомотив за тях. Не след дълго той убеди собствениците да изпробват локомотив на парно. Първото усилие е кръстено на придвижване. Докато Стивънсън е кредитиран като изобретател на първия парен локомотивен двигател за железниците, изобретението на Тревитик е цитирано като първи локомотив на трамваите.

През 1821 г. англичанинът Джулиус Грифитс става първият човек, патентовал пътнически локомотив. Към септември 1825 г., използвайки локомотивите на Stephenson, железопътната компания Stockton & Darlington стартира първата железопътна линия, която превозва както стоки, така и пътници, пътуващи по редовни разписания. Тези нови влакове могат да изтеглят шест заредени автомобили с въглища и 21 пътнически коли с капацитет 450 пътници за девет мили за около час.

Не след дълго Stephenson отвори собствена фирма, построена, Robert Stephenson and Company. Най-известният му прототип, Ракета на Стивънсън, е проектиран и създаден за Rainhill Trials, събитие от 1829 г., проведено от Ливърпул и Манчестър Железопътния транспорт, за да изберат най-добрия дизайн за захранване на новите си локомотиви. Най- ракета, най-напредналият локомотив за своето време, спечели с ръка и продължи да постави стандарта, по който ще бъдат изградени повечето парни машини за следващите 150 години.

Полковник Джон Стивънс се счита за баща на железниците в Съединените щати. През 1826 г. Стивънс демонстрира осъществимостта на движение на пара върху експериментален кръгов път, изграден в имението му в Хобокен, Ню Джърси - три години преди Стивънсън да усъвършенства практичен парен локомотив в Англия.

Стивънс получи първата железопътна харта в Северна Америка през 1815 г., но други започнаха да получават безвъзмездни средства и скоро след това започнаха работа по първите експлоатационни железопътни линии. През 1930г. Питър Купър проектира и изгради първия американски парен локомотив, Том Палец, да се експлоатира на железопътна линия с общо предназначение.

Друга основна иновация на влаковете от 19 век нямаше нищо общо с задвижването или захранването. Вместо това всичко беше за комфорта на пътниците. Джордж Пулман изобретил Спящата кола Pullman през 1857г. Въпреки че спалните вагони се използваха на американските железопътни линии от 1830-те години, автомобилът Pullman беше създаден специално за пътуване през нощта на пътници и се счита за значително подобрение спрямо него предшественици.

Докато локомотивите на парни двигатели оказваха безспорно въздействие върху транспорта и икономическата експанзия през 19-те^тата век, технологията не остана без своите недостатъци. Един от най-проблемните беше димът, който се получаваше при изгаряне на въглища и други източници на гориво.

Докато вредните странични продукти бяха поносими в откритата природа, дори и в началото, опасностите, породени от изгорелите газове, стават все по-очевидни, тъй като железопътни линии са посегнали на по-населени райони, което от своя страна наложи все по-голям брой подземни тунели за настаняване на влакове, насочени към градски дестинации. В ситуация с тунел димът може да се превърне смъртоносен, особено ако влак се е забил под земята. Влаковете, захранвани с електричество, изглеждаха очевидна алтернатива, но ранната технология на електрическите влакове просто не можеше да бъде в крак с парата на дълги разстояния.

Първият прототип за електрически локомотив е построен през 1837 г. от шотландския химик Робърт Дейвидсън, задвижван от галванични акумулаторни клетки. Следващият локомотив на Davidson, по-голяма версия, наречена the Галвани, дебютира на изложението на Кралското шотландско дружество на изкуствата през 1841г. Той тежеше седем тона, имаше два двигателя с нежелание за директно задвижване, които използваха неподвижни електромагнити, действащи върху железни пръти, прикрепени към дървени цилиндри на всяка ос. Докато през септември 1841 г. е тестван на железопътната линия в Единбург и Глазгоу, ограничената мощност на батериите му разтърсва проекта. Най- Галвани по-късно е унищожен от железничари, които разглеждат алтернативната технология като потенциална заплаха за поминъка им.

Детето на Вернер фон Сименс, първият електрически пътнически влак, състоящ се от локомотив и три вагона, направи девойката си през 1879 г. в Берлин. Влакът имаше максимална скорост от малко над осем мили в час (13 км). В продължение на четири месеца той превози 90 000 пътници по 98-футов (300-метров) кръгов път. 150-волтов постоянен ток на влака се подава чрез изолирана трета релса.

Електрическите трамвайни линии започват да набират популярност, първо в Европа, а по-късно и в САЩ, след като първата се появява през 1881 г. в Лихтерфелде, непосредствено извън Берлин, Германия. Към 1883 г. електрически трамвай се движи в Брайтън, Англия, а трамвайът, който пуска в експлоатация близо до Виена, Австрия, същата година е първият в редовна експлоатация, задвижван от въздушна линия. Пет години по-късно, електрически колички, проектирани от Франк Дж. Sprague (изобретател, който някога е работил за Томас Едисън) пое към коловозите за пътническата железопътна линия Ричмънд Юнион.

Първата подземна електрическа железопътна линия е пусната от железопътната линия Сити и Южен Лондон през 1890г. Пет години по-късно Sprague излезе с променяща играта система за управление на много сцепление (MU) за влакове. Всеки автомобил беше оборудван със своя теглещ двигател и моторни релета. Всички вагони черпеха мощност от предната част на влака, а тяговите мотори работиха в унисон. MU-тата получиха първата си практическа инсталация за Южната странична повдигната железница (сега част от Чикаго L) през 1897 година. С успеха на изобретението на Sprague, електричеството скоро се превръща в захранване за избор на метрото.

През 1895 г. четиримилиметровата отсечка от Балтиморската колана на железопътната линия Балтимор и Охайо (B&O), която се свързва с Ню Йорк, стана първата американска главна железопътна линия, електрифицирана. Парните локомотиви се изтеглиха до южния край на електрифицираната линия, след което бяха прикачени към влакове с електрическо захранване и издърпани през тунелите, които обграждаха Балтимор.

Ню Йорк беше един от най-ранните, които забраняваха парни двигатели от техните влакови тунели. Вследствие на сблъсък с тунел на Park Avenue 1902 г. използването на локомотиви, генериращи дим, беше забранено на юг от река Харлем. Централната железопътна линия в Ню Йорк започва да използва електрически локомотиви от 1904 г. В началото на 1915 г. Чикаго, Милуоки, Сейнт Пол и Тихоокеанската железница електрифицираха услугата през Скалистите планини и до Западния бряг. До 30-те години на миналия век железопътната линия на Пенсилвания е електрифицирала цялата си територия източно от Харисбург, Пенсилвания.

С появата на дизелови влакове през 30-те години и следващите десетилетия разширяването на инфраструктурата за влакове с електрическо захранване се забави. В крайна сметка обаче дизелът и електрическата енергия ще бъдат комбинирани за създаване на няколко поколения електродизели и хибриди, които използват най-доброто от двете технологии и биха се превърнали в стандарт за много железопътни линии линии.

През 60-те и началото на 70-те години имаше значителен интерес към възможността за изграждане на пътнически влакове, които да могат да пътуват много по-бързо от конвенционалните влакове. От 70-те години на миналия век интересът към алтернативна високоскоростна технология, съсредоточена върху магнитната левитация, или Maglev, в която автомобилите се движат по въздушна възглавница, създадена от електромагнитната реакция между бордовото устройство и друго вградено в неговото направление.

Първата високоскоростна железопътна линия се движи между Токио и Осака в Япония и отвори през 1964 година. Оттогава по целия свят са изградени много повече такива системи, включително в Испания, Франция, Германия, Италия, Скандинавия, Белгия, Южна Корея, Китай, Обединеното кралство и Тайван. Съединените щати също са обсъдили инсталирането на високоскоростна железопътна линия между Сан Франциско и Лос Анджелис и на Източното крайбрежие между Бостън и Вашингтон, D.C.

Електрическите двигатели и напредъкът в технологиите на влаковия транспорт позволиха на хората да пътуват със скорост до 320 мили в час. Още по-големият напредък в тези машини е в етапи на развитие, включително влакчето Hyperloop, се очаква да достигне скорост, близка до 700 мили в час, което завърши първия успешен тест за прототип 2017.