Zgodovina železnic: Od tirov do vlakov Hyperloop

Železnice so od svojega izuma igrale ogromno vlogo pri nadaljnjem razvoju civilizacij po vsem svetu. Od starodavne Grčije do današnje Amerike so železnice spremenile način potovanja in dela ljudi.

Najstarejša oblika železniškega prevoza dejansko sega v leto 600 pred našim štetjem. Grki so naredili utore v tlakovanih delih apnenčaste ceste, ki se uporabljajo skupaj s kolesnimi vozili, kar olajša prevoz čolnov po Istmi Korint. Vendar, ko so Rimljani osvojili Grke leta 146 pred našim štetjem, so zgodnje železnice padle v propad in izginile več kot 1400 let.

Prvi sodobni sistem železniškega prometa se ni vrnil šele v 16. stoletju. Tudi takrat bi minilo še tristo let, preden bi izum parne lokomotive spremenil železniški promet v svetovnem merilu.

Predhodniki sodobnih vlakov so bili v Nemčiji predstavljeni v začetku 1550-ih z uvedbo vagonov. Te primitivne tirnice so bile sestavljene iz lesenih tirnic, po katerih so se konjski vlečni vagoni ali vozički lahko premikali z večjo lahkoto kot po umazanih cestah. Do 1770-ih so lesene tirnice zamenjali z železnimi. Ti vagoni so se razvili v tramvajske poti, ki so se razširile po Evropi. Leta 1789 je Anglež William Jessup zasnoval prve vagone z prirobničenimi kolesi, ki so bili vrezani, kar je kolesom omogočalo boljši oprijem tirnice. Ta pomembna oblikovna značilnost je bila prenesena na poznejše lokomotive.

Do leta 1800 so železnice gradili iz litega železa. Na žalost je lito železo nagnjeno k rjavosti in je bilo krhko, zaradi česar je pod stresom pogosto propadlo. John Birkinshaw je leta 1820 izumil bolj trpežen material, imenovan kovano železo. Ta inovacija je kljub izboljšanju v primerjavi z litoželezom še vedno pomanjkljiva, vendar je postala standard do pojava Bessemer postopek je omogočil cenejšo proizvodnjo jekla v poznih 1860-ih, kar je sprožilo hitro širitev železnic ne le po Ameriki, ampak po vsem svetu. Na koncu je bil postopek Bessemerja nadomeščen z uporabo peči na prostem, kar je še zmanjšalo stroške proizvodnja jekla in vlakom omogočila, da so do konca 19. leta povezali večino večjih mest v ZDA stoletja.

Z osnovami za napredni sistem železnic je ostalo le še iskanje pomeni prevoz več ljudi in več blaga na daljše razdalje v krajšem obdobju čas. Odgovor je prišel v obliki enega najbolj pomembni izumi od Industrijska revolucija, the parni motor, kar je bilo ključno za razvoj sodobne železnice in vlakov.

Leta 1803 se je moški po imenu Samuel Homfray odločil, da bo financiral razvoj vozila s parnim pogonom, da bi zamenjal konjske vprege na tramvajih. Richard Trevithick zgradili to vozilo, prvo parno lokomotivo. 22. februarja 1804 je lokomotiva vlekla tovor 10 ton železa, 70 mož in pet dodatnih vagonov devet milj med železarnami Pen-y-Darron v mestu Merthyr Tydfil, Wales, do dna Abercynnona dolina. Potovanje je trajalo približno dve uri.

Leta 1812 angleški izumitelj George Stephenson je postal inženir kolarjev za železniško progo Stockton in Darlington. Do leta 1814 je zanje zgradil svojo prvo lokomotivo. Kmalu zatem je lastnike prepričal, da preizkusijo lokomotivo s paro. Prvi napor je bil imenovan Lokomotiva. Medtem ko je Stephenson zaslužen za izumitelja prvega parnega lokomotiva za železnice, je Trevithickov izum naveden kot prva lokomotiva tramvajev.

Leta 1821 je Anglež Julius Griffiths postal prva oseba, ki je patentirala potniško cestno lokomotivo. Septembra 1825 je železniška družba Stockton & Darlington z uporabo Stephensonovih lokomotiv zagnala prvo železnico, ki je prevažala blago in potnike, ki potujejo po rednem prometu. Ti novi vlaki bi lahko v približno uri potegnili šest naloženih avtomobilov na premog in 21 osebnih avtomobilov s kapaciteto 450 potnikov v devetih miljah.

Kmalu za tem je Stephenson odprl lastno firmo, Robert Stephenson in Company. Njegov najbolj znan prototip, Stephensonova raketa, je bil zasnovan in zgrajen za Rainhill Trials, dogodek iz leta 1829, ki sta ga organizirala Liverpool in Manchester Railway, da bi izbrali najboljši dizajn za pogon svojih novih lokomotiv. The Raketa, najsodobnejša lokomotiva svojega dne, je dobro zmagala in nadaljevala s postavljanjem standarda, po katerem bi v naslednjih 150 letih zgradili večino parnih strojev.

Polkovnik John Stevens velja za očeta železnic v ZDA. Leta 1826 je Stevens pokazal izvedljivost parne lokomocije na eksperimentalnem krožnem tiru na njegovem posestvu v Hoboknu v New Jerseyju - tri leta preden je Stephenson izpopolnil praktično parno lokomotivo v Anglija.

Stevensu je bila leta 1815 odobrena prva železniška listina v Severni Ameriki, drugi pa so začeli prejemati nepovratna sredstva in kmalu zatem so se začela delati na prvih operativnih železnicah. Leta 1930 je dr. Peter Cooper zasnoval in zgradil prvo parno lokomotivo, zgrajeno v Ameriki Tom Thumb, upravljati na železniški progi s skupnimi nosilci.

Druga pomembna inovacija vlakov v 19. stoletju ni imela ničesar s pogonom ali napajanjem. Namesto tega je šlo za udobje potnikov. George Pullman leta 1857 izumil Spalni avto Pullman. Čeprav so bili spalni avtomobili na ameriških železnicah v uporabi že od 1830-ih, je bil avtomobil Pullman zasnovan posebej za potovanje potnikov čez noč in je veljal za izrazito izboljšanje v primerjavi z njim predhodniki.

Medtem ko so lokomotive na parni pogon nesporno vplivale na prevoz in gospodarsko širitev tekom 19^th stoletja tehnologija ni bila brez svojih pomanjkljivosti. Eden od najbolj problematičnih je bil dim, ki je nastal zaradi zgorevanja premoga in drugih virov goriva.

Medtem ko so bili škodljivi stranski produkti na odprtem podeželju sprejemljivi, so bile nevarnosti, ki jih povzroča izpuh goriva, vedno bolj očitne. železnice so posegale v bolj poseljena območja, kar je posledično zahtevalo naraščajoče število podzemnih predorov za namestitev vlakov, usmerjenih proti mestnim destinacije. V razmerah v tunelu se lahko dim spremeni v smrtonosno, še posebej, če se je vlak zataknil pod zemljo. Vlaki, ki jih poganja elektrika, so se zdeli očitna alternativa, toda zgodnja tehnologija električnih vlakov preprosto ni mogla dohajati pare za velike razdalje.

Prvi prototip električne lokomotive je leta 1837 izdelal škotski kemik Robert Davidson, ki ga poganjajo galvanske baterije. Davidsonova naslednja lokomotiva, večja različica z imenom Galvani, ki je bila predstavljena na razstavi Royal Scottish Society of Arts leta 1841. Tehtal je sedem ton, imel je dva motorja z neposrednim pogonom, ki sta uporabljala fiksne elektromagnete, ki delujejo na železne palice, pritrjene na lesene jeklenke na vsaki osi. Medtem ko so ga septembra 1841 preizkusili na železnici v Edinburghu in Glasgowu, je projekt omejila omejena moč baterij. The Galvani pozneje so ga uničili železničarji, ki so alternativno tehnologijo videli kot potencialno grožnjo za preživetje.

Možgat Wernerja von Siemens-a, prvega električnega potniškega vlaka, sestavljenega iz lokomotive in treh avtomobilov, je leta 1879 v Berlinu opravil dekliško vožnjo. Vlak je imel največjo hitrost nekaj več kot osem milj na uro (13 km). V štirih mesecih je na krožni progi dolg 984 metrov (300 metrov) prevozil 90.000 potnikov. 150-voltni enosmerni tok vlaka se je napajal prek izolirane tretje tirnice.

Električne tramvajske linije so začele pridobivati ​​na popularnosti, najprej v Evropi in kasneje v ZDA, potem ko se je prvič pojavil leta 1881 v Lichterfeldu tik pred Berlinom v Nemčiji. Do leta 1883 je v Brightonu v Angliji vozil električni tramvaj in tramvaj, ki je začel obratovati v bližini Dunaja v Avstriji, istega leta je bil prvi v rednem prometu z električno energijo. Pet let pozneje so električni vozički oblikovali Frank J. Sprague (izumitelj, ki je nekoč delal za Thomasa Edisona) se je lotil tirov za potniško železnico Richmond Union.

Prvo podzemno električno železniško progo so leta 1890 postavili City and South London Railway. Pet let pozneje je Sprague pripravil sistem za nadzor vleke z več enotami za upravljanje vleke (MU) za vlake. Vsak avtomobil je bil opremljen s svojimi vlečnimi motorji in releji z motorjem. Vsi avtomobili so črpali moč s sprednjega dela vlaka in vlečni motorji so delovali v sozvočju. MU so dobili prvo praktično instalacijo za dvignjeno železniško progo South Side (danes del Chicago L) leta 1897. Z uspehom Spraguejevega izuma je elektrika kmalu prevzela električno energijo kot izbira za podzemne železnice.

Leta 1895 je bil štiri kilometrski odsek železniške proge Baltimore z železniške proge Baltimore in Ohio (B&O), ki se je povezal z New Yorkom, postal prva ameriška glavna železniška proga, ki je bila elektrificirana. Parne lokomotive so se dvignile do južnega konca elektrificirane proge, nato pa so jih priklopile na vlake na električni pogon in potegnile skozi predore, ki so obkrožali Baltimore.

New York City je bil eden prvih, ki je parne stroje prepovedal iz svojih železniških predorov. Po trčenju predora Park Avenue 1902 je bila uporaba lokomotiv, ki ustvarjajo dim, prepovedana južno od reke Harlem. New York Central Railroad je začel uporabljati električne lokomotive do 1904. Z začetkom leta 1915 so železnice Chicago, Milwaukee, St. Paul in Pacific elektrificirali preko Skalnih gora in na zahodno obalo. Do tridesetih let prejšnjega stoletja je železnica v Pensilvaniji elektrificirala celotno ozemlje vzhodno od Harrisburga v Pensilvaniji.

S pojavom dizelskih vlakov v tridesetih letih prejšnjega stoletja in naslednjih desetletjih se je širitev infrastrukture za vlake na električni pogon upočasnila. Sčasoma pa bi dizel in električna energija združili, da bi ustvarili več generacij elektro-dizlov in hibridi, ki so uporabili najboljše od obeh tehnologij in bi postali standard za številne železnice črte.

V šestdesetih in zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je bilo veliko zanimanja za možnost gradnje potniških vlakov, ki bi lahko potovali veliko hitreje kot običajni vlaki. Od sedemdesetih let prejšnjega stoletja je zanimanje za alternativno tehnologijo za visoke hitrosti osredotočeno na magnetno levitacijo oz maglev, v katerih se avtomobili vozijo na zračni blazini, ustvarjeni z elektromagnetno reakcijo med napravo na krovu in drugo vgrajeno v njeno vodilo.

Prva železnica za visoke hitrosti je potekala med Tokijem in Osako na Japonskem in odprla leta 1964. Od takrat je bilo po svetu zgrajenih še veliko takšnih sistemov, med drugim v Španiji, Franciji, Nemčiji, Italiji, Skandinaviji, Belgiji, Južni Koreji, na Kitajskem, v Veliki Britaniji in na Tajvanu. ZDA so razpravljale tudi o postavitvi železnice za visoke hitrosti med San Franciscom in Los Angelesom ter na vzhodni obali med Bostonom in Washingtonom, D.C.

Električni motorji in napredek tehnologij za prevoz vlakov so od takrat ljudem omogočili potovanje s hitrostjo do 320 milj na uro. Še več napredka pri teh strojih je v razvojnih fazah, vključno s cevnim vlakom Hyperloop, po predvidevanjih bo dosegel hitrost blizu 700 milj na uro, s čimer je končal svoj prvi uspešen testni prototip 2017.