До определенного отрезка времени человечество прекрасно передвигалось на лошадях. Однако с увеличением торговых и прочих контактов между городами и целыми странами необходимо было найти новый вид передвижения по суше, с помощью которого можно было бы надежно и быстро перевозить людей и грузы, преодолевая десятки и сотни километров. И такой транспорт появился в первой половине XIX века
Прообразом современных железнодорожных рельс стали так называемые лежни, известные еще в середине XVI века - деревянные брусья, уложенные в рудниках, угольных шахтах и на каменных разработках. Вполне возможно, лежни применялись и раньше, однако более ранние исторические упоминания о них не сохранились. Получаемый таким образом колейный путь пригоден для перевозки грузов с помощью лошади, причем лежни позволяли перевозить груз, который был четырехкратно больше того, что можно было перевезти по обычной дороге.
Быстрый износ дерева навел на мысль использовать чугунные либо железные полосы для их укрепления, а чтобы предотвратить частые сходы повозок с колейного пути начали делать закраины. Полноценные чугунные рельсы появились в XVIII веке. Одной из первых была построена чугунная дорога на Александровском заводе в Петрозаводске в 1788 году, ее длина составляла примерно 160 метров. Ширина колеи составляла около 0,8 метров, рельс использовался уголковый.
Несовершенство конструкции рельсов навел русского горного инженера П. К. Фролова на мысль о выпуклых рельсах с эллиптической формой поверхности. Катящиеся по ним колеса обладали соответствующим желобом. Данная конструкция рельса во многом была сходной с современным железнодорожным рельсом. Первую конно-чугунную дорогу с применением рельс с эллиптической формой поверхности построили в России в 1806-1809 годах, ее протяженность составила примерно два километра. Эта дорога, построенная Фроловым на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае, примечательна тем, что она являлась первой в мире железной дорогой с насыпями, выемками, виадуком и мостом через реку. Одна лошадь была способна по этой дороге везти груз в 25 раз больший, нежели по грунтовой дороге. Стоит отметить, что похожие дороги появились в Америке спустя 17 лет.
Большую роль в развитии железнодорожного транспорта внесли отец и сын Черепановы, крепостные заводчиков Демидовых - Ефим Алексеевич (1774-1842) и Мирон Ефимович (1803-1849). В конце 1810-х годов при Выйском заводе Ефим Черепанов создал "механическое заведение", где под его началом трудились слесари, кузнецы и плотники. На этой базе Ефим в 1820 году построил первую опытную паровую машину. Впоследствии "заведение" превратилось в "Выйскую машиностроительную фабрику". В обстановке почти тотального недоверия отец и сын Черепановы с трудом получили в 1824 году разрешение и десять тысяч рублей на постройку полностью функциональной паровой машины. В итоге, была создана 30-сильная паровая машина для медного рудника. С 1824 года Черепановы построили свыше 20 машин мощностью от 2 до 60 лошадиных сил.
Паровоз Черепановых.
В 1833 году Мирона откомандировали в Англию, чтобы изучать опыт "выделки полосного железа посредством катальных валов" и "томления и плавки стали на тамошний манер". Эта поездка подстегнула Черепановых к постройке первого отечественного паровоза, который в августе 1834 года пустили на "колесопроводы". Паровоз мог перевозить 3,5 тонны груза со скоростью до 15 км/ч, двигаясь по чугунной рельсовой дороге протяженностью 800 метров. В марте 1835-го Черепановы закончили постройку второго паровоза, чья грузоподъемность равнялась 17 тоннам. Для применения паровозов была построена железная дорога Нижнетагильских заводов длиной 3,5 километра. Именно эта дорога является первой в России, а не Царскосельская. Последняя же была запущена в действие 30 октября 1837 года, когда в 12 часов 30 минут паровоз по имени "Проворный" отправился по железной дороге Санкт-Петербург-Царское Село. Это была дорога общего пользования.
К сожалению, начинания Черепановых не получили достойного развития. Заметим также, что лишь в 1833-м Ефим получил вольную, а Мирон - в 1836-м, при этом у каждого бралось обязательство "на службу господам доверителям" (своим бывшим господам Демидовым). Тем не менее, Черепановы сделали Россию второй после Англии страной в мире, строящей паровозы.
Кстати, о стране Туманного Альбиона. Здесь действительно к идее железнодорожного сообщения относились весьма серьезно. В 1794 году англичане построили первую конно-железную дорогу, которая всем известна под названием конка. Уже в 1803 году заработала конка общественного пользования, т.е. с передвижением пассажирских экипажей - это случилось в графстве Суррей возле Лондона.
Паровоз Тревитика и дорога, по которой он двигался.
Первый паровоз также построил британец. Им оказался Ричард Тревитик (Richard Trevithick), создавший повозку с паровым двигателем, способную двигаться по рельсам со скоростью 7 км/ч и перевозить состав весом 7 тонн (данный локомотив сегодня хранится в Кенсингтонском музее, Великобритания). Для испытания паровоза Тревитика в Лондоне в 1804 году построили скромную рельсовую дорогу. По ней и "бегал" паровоз, которой очевидцы испытаний прозвали "Лови меня, кто сможет". Конструктивно паровоз Тревитика представлял собой двухосную раму с четырьмя колесами, паровым котлом с одной паровой трубой внутри. Поршень рабочего цилиндра выдавался вперед - его движение, c помощью зубчатых колес и кривошипа, передавалось на колеса. Этот паровоз даже был использован на руднике, но своей тяжестью он так давил на чугунные рельсы, что те просто изнашивались, отчего паровоз прекратили эксплуатировать. Следующий паровоз тоже оказался слишком тяжелым, и только третий, появившийся в 1808 году, смог приблизиться к идеалу тех лет, разгоняясь до 30 км/ч.
Стоит отметить, что Тревитик являлся создателем первого в Англии паромобиля (1801 год), и именно отталкиваясь от этой паровой автомашины он и построил свой паровоз. Тревитик был механиком на заводе знаменитого Джеймса Уатта (James Watt); последний, являясь изобретателем паровой машины двойного действия, и слышать не хотел о каких-то экспериментах его служащих. Тревитик новаторски предлагал существенно повысить давление пара, на что Уатт высокомерно заявил: "Только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в 7-8 атмосфер!" История доказала правоту простого механика. К великому сожалению, Ричард Тревитик разорился в 1811 году, а в 1816-м и вовсе уехал жить в Южную Америку. На родину Ричард Тревитик возвратился в 1827-м, где умер в нищете.
Паровоз Стефенсона.
Гораздо больше повезло другому британцу - Джорджу Стефенсону, труды которого наконец-то обратили внимание государства на полезность паровозного сообщения. В 1814 году он спроектировал свой первый паровоз для буксировки вагонеток с углем на рудниковой железной дороге.
6 октября 1829 года впервые в истории человечества были проведены паровозные гонки, целью которых было выявление самого лучшего паровоза. Победителем признали паровоз "Ракета", созданный Стефенсоном, чья средняя скорость составила 19 км/ч, а максимальная скорость - 48 км/ч. "Ракета" передвигал груз массой 13 тонн. Кстати, в те времена паровозам, ввиду их малочисленности, давали имена подобно пароходам.
Уже тогда переходить железнодорожные пути было опасно - во время церемонии открытия дороги Ливерпуль-Манчестер 15 сентября 1830 года паровозом по имени "Нортумбриан", развивавшим скорость свыше 40 км/ч, был насмерть сбит член парламента Уильям Хаскиссон (William Huskisson), которому вздумалось перейти железнодорожный путь перед самым "носом" движущегося паровоза. Хаскиссону, видите ли, нужно было поговорить с лордом Веллингтоном (Wellington), стоявшем по другую сторону железнодорожного полотна. Таким образом, Уильям Хаскиссон вошел в историю как первая жертва поездов, но это трагическое событие, впрочем, не повлияло на дальнейшее распространение паровозов.
Электровоз "Звезда Китая".
С 1880 года начались эксперименты по возможности использования электричества на железной дороге. Не остался в стороне и знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон (Thomas Edison), испытав электрическую тягу на железной дороге в Менло-Парк. Спустя девять лет под Петербургом, в Гатчине, русский инженер И. В. Романов построил первую в России электрическую железную дорогу длиной 0,2 километра. А в 1895 году в США (на линии Балтимор-Огайо) впервые в мире железнодорожный подвижной состав тронулся с помощью электрической тяги.
Электровоз, в отличие от тепловоза, является неавтономным локомотивом, требующим снабжения электрическим током для своего движения. Электроэнергию он может получать из внешней электросети либо от собственных аккумуляторов.
Большое значение для развития электровозов имели работы американского изобретателя Лео Дафта (Leo Daft), который в 1883 году построил электровоз "Ампер". Данный локомотив весил 2 тонны и мог везти 10 тонн с максимальной скоростью 16,7 км/ч.
С начала ХХ века электровозы, ввиду своей экономичности, начинают приобретать популярность. Например, в 1902 году немцы стали выпускать электровозы с конструкционной скоростью 210 км/ч. Правда, паровые локомотивы пока не собирались сдавать позиции, и в той же Германии в 1904 году был испытан паровоз "Борзиг N 05", развивавший рекордную скорость - 201 км/ч. Правда, уже на следующий год американцы испытали паровоз со скоростью 204 км/ч. (в штате Пенсильвания).
Примерно в это же время инженеры задумались о создании тепловозов. Первый локомотив c двигателем внутреннего сгорания построил Готтлиб Даймлер (Gottlieb Daimler). Двигатель был двухцилиндровым. Первая демонстрация тепловоза состоялась 27 сентября 1887 года в Штутгарте на фольклорном фестивале.
Тепловоз.
У тепловоза первичным двигателем служит двигатель внутреннего сгорания, как правило, дизель. Тепловозы появились в начале XX века, как эффективная замена паровозам. Несмотря на создание в то же время электровозов, тепловозы не утратили своего значения до сих пор, поскольку выгодно отличаются своей автономностью.
Первый тепловоз для работы на магистральных линиях начали создавать под руководством Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel) в 1909 году. В июле 1913 года компания General Electric (США) представила тепловоз, работавший на бензине, но спустя несколько лет отказалась от подобных локомотивов, разработав собственный дизель. Первые опытные тепловозы General Electric были выпущены в 1917-1918 годах. Однако уже с 20-х годов прошлого века тепловозы начинают использоваться на железных дорогах (сначала маневровые, а затем - пассажирские).
Однако, несмотря на очевидные преимущества тепловозов и электровозов, паровозы очень долго служили человечеству повсеместно. Производство пассажирских паровозов в СССР, например, было прекращено в 1956 году. А из эксплуатации советские паровозы были выведены лишь в 1974 году (на Забайкальской железной дороге). В некоторых странах третьего мира паровозы эксплуатируются до сих пор, а в развитых - используются для развлечения.
Магнитоплан, он же маглев.
Как видим, спустя почти 200 лет с момента появления первых паровозов человечество по-прежнему использует и силу пара, и дизельное топливо, и электричество, чтобы передвигаться самому и перевозить по суше многотонные грузы. Безусловно, все это время инженерная мысль не стояла на месте, чему свидетельство - поезда на электромагнитной подушке. Их зовут маглевы (от англ. Magnetic Levitation), и о возможности создания подобных локомотивов инженеры стали задумываться еще в первой половине ХХ века. Данный тип поезда движется на магнитном подвесе, не касаясь поверхности рельса. Единственная тормозящая сила для маглева - сила аэродинамического сопротивления. Есть три основных технологии магнитного подвеса поездов: на сверхпроводящих магнитах (электродинамическая подвеска, EDS), на электромагнитах (электромагнитная подвеска, EMS) и на постоянных магнитах.
Однако лишь в 1969 году в ФРГ началось строительство магнитной трассы, а через два года маглев "Трансрапид-02" впервые в мире прокатил пассажиров, левитируя над поверхностью. (Между прочим, свои маглевы немцы строили, базируясь на работах ученого Германа Кемпера (Hermann Kemper), получившего в 1934 году патент на магнитоплан. Свои первые опыты с использованием магнитной подушки Кемпер поставил еще в 1922 году). Что касаемо "Трансрапид-02", то представлял он собой пятитонную кабину на четыре места, которая на трассе длиной 660 метров возле Мюнхена развивала скорость до 90 км/ч.
В 1979 году на 908-метровой пассажирской линии в Гамбурге стал разъезжать "Трансрапид-05", перевозивший 68 человек на максимальной скорости 75 км/ч.
Следующей страной, начавшей разработку магнитопланов, стала Япония. Здесь сделали ставку на высокую скорость, и в 1979 году представили маглев "МЛ-500", способный развивать скорость до 517 км/ч.
В Великобритании с 1984 года функционировала бирмингемская магнитная дорога, над которой почти 11 лет перемещался малоскоростной локомотив. Бирмингемский маглев считается первым коммерческим поездом в своем роде.
В 2002 году коммерческую магнитную дорогу длиной 30 километров открыли в Китае (регулярные рейсы начались в марте 2004-го). По ней на скорости 450 км/ч проносится маглев производства компании Transrapid International, являющейся дочерним предприятием Siemens AG и ThyssenKrupp.
Несмотря на высокую скорость и малошумность, маглевы имеют ряд существенных недостатков. К ним относятся высокая стоимость создания и эксплуатации магнитного пути, большое потребление электроэнергии, вред от электромагнитного поля, очень сложная путевая инфраструктура. От постройки магнитных трасс отказывались, в свое время, и в Германии, и в Великобритании, и в бывшем Советском Союзе. Здесь, например, можно вспомнить случай с берлинской маглев-трассой, запущенной для перевозки пассажиров 28 августа 1989 года. Дорога соединяла три станции и имела протяженность 1,6 километра, однако 17 сентября 1991 года магнитную дорогу демонтировали, т.к. она пересекала очень важную линию метро, а Берлин, после объединения Западной и Восточной частей, оказался не готов к возросшему пассажиропотоку.
Таким образом, удел немногочисленных маглевов на сегодняшний день - езда по единичным трассам, ибо конкурировать с железной дорогой и метрополитеном им практически невозможно.
