Povijest željeznica: Od pruga do vlakova Hyperloop

Željeznice su od svog izuma igrale ogromnu ulogu u daljnjem razvoju civilizacija širom svijeta. Od drevne Grčke do moderne Amerike, željeznice su promijenile način na koji ljudi putuju i rade.

Najraniji oblik željezničkog prijevoza zapravo potiče iz 600 B.C. Grci su napravili utore u asfaltiranim vapnenačke ceste koje se koriste u suradnji s vozilima na kotačima, olakšavajući prevoz čamaca preko Istre Korint. Međutim, kada su Rimljani osvojili Grke u 146. Prije Krista, rane željeznice su propale i nestale više od 1400 godina.

Prvi moderni sustav željezničkog prometa donio je povratak tek u 16. stoljeću. Čak bi i tada prošlo još tristo godina prije nego što će izum parne lokomotive transformirati željeznički prijevoz na globalnoj razini.

Prethodnici modernih vlakova debitirali su početkom 1550-ih u Njemačkoj uvođenjem vagona. Ove primitivne tračnice sa šinama sastojale su se od drvenih tračnica preko kojih su se vagoni ili kolica pomoću konja mogli kretati s većom lakoćom nego preko zemljanih cesta. Do 1770-ih drvene su tračnice zamijenjene željeznim. Ti su se vagoni razvili u tramvajske puteve koji su se širili po cijeloj Europi. 1789. Englez William Jessup dizajnirao je prve vagone s prirubljenim kotačima koji su bili urezani, omogućujući kotačima da bolje prianjaju za šinu. Ovo važno dizajnersko obilježje preneseno je na kasnije lokomotive.

Do 1800-ih željeznice su građene od lijevanog željeza. Nažalost, lijevano željezo bilo je sklono hrđi i bilo je krhko, što ga često uzrokuje da propadne pod stresom. Godine 1820. John Birkinshaw izumio je trajniji materijal nazvan kovano željezo. Ova je inovacija, iako je poboljšanje u odnosu na lijevano željezo i dalje manjkava, postala standard sve do pojave modela Bessemer Proces je omogućio jeftiniju proizvodnju čelika u kasnim 1860-ima, što je izazvalo brzo širenje željeznica ne samo na cijelu Ameriku, već i širom svijeta. Na kraju je Bessemerov postupak zamijenjen uporabom otvorenih peći, što je dodatno smanjilo troškove proizvodnja čelika i omogućili su vlakovima da povezuju većinu glavnih gradova u Sjedinjenim Državama do kraja 19 st.

Uz temelje za napredni sustav željeznica, preostalo je samo pronaći znači prevoziti više ljudi i više robe na duže vremenske udaljenosti u kraćem vremenskom razdoblju vrijeme. Odgovor je stigao u obliku jednog od najviše značajni izumi od Industrijska revolucija, the Parni stroj, što je bilo presudno za razvoj moderne željeznice i vlakova.

1803. čovjek po imenu Samuel Homfray odlučio je financirati razvoj vozila na paru kako bi zamijenio kolica na konjskim tramvajima. Richard Trevithick sagradio to vozilo, prvu lokomotivu tramvajskih strojeva. 22. veljače 1804. lokomotiva je prevezla tovar od 10 tona željeza, 70 ljudi i pet dodatnih vagona devet milja između željezare u Pen-y-Darronu u gradu Merthyr Tydfil, Wales, do dna Abercynnona dolina. Put je trajao oko dva sata.

1812. engleski izumitelj George Stephenson postao inženjer kolnika za željezničku prugu Stockton i Darlington. Do 1814. sagradio je prvu lokomotivu za njih. Nedugo zatim uvjerio je vlasnike da isprobaju lokomotivu na paru. Prvo nastojanje dobilo je ime kretanje. Dok je Stephenson zaslužan za izumitelja prvog parnog lokomotiva za željeznice, Trevititikov izum navodi se kao prva lokomotiva tramvaja.

Godine 1821. Englez Julius Griffiths postao je prva osoba koja je patentirala putničku putničku lokomotivu. Do rujna 1825., koristeći Stephensonove lokomotive, željeznička kompanija Stockton & Darlington pokrenula je prvu željeznicu koja je prevozila robu i putnike koji su redovito vozili. Ovi novi vlakovi mogli bi u sat vremena povući šest natovarenih automobila s ugljenom i 21 putnički automobil kapaciteta 450 putnika u dužini od devet milja.

Nedugo nakon toga Stephenson je otvorio izgrađenu vlastitu tvrtku, Robert Stephenson i Company. Njegov najpoznatiji prototip, Stephensonova raketa, dizajniran je i izgrađen za Rainhill Trials, događaj iz 1829. koji su održali Liverpool i Manchester Railway kako bi odabrali najbolji dizajn za pogon svojih novih lokomotiva. Raketa, najnaprednija lokomotiva svog vremena, pobijedila je na ruku i nastavila postavljati standard prema kojem će se graditi većina parnih motora za narednih 150 godina.

Pukovnik John Stevens smatra se ocem željeznica u Sjedinjenim Državama. Godine 1826. Stevens je pokazao izvedivost lokomotiva parom na eksperimentalnom kružnom kolosijeku na njegovom imanju u Hobokenu u New Jerseyju - tri godine prije nego što je Stephenson dovršio praktičnu parnu lokomotivu u Engleska.

Stevens je dobio prvu povelju željeznica u Sjevernoj Americi 1815. godine, ali drugi su počeli dobivati ​​nepovratna sredstva i posao na prvim operativnim željeznicama počeo je ubrzo nakon toga. 1930. god. Peter Cooper dizajnirao i izgradio prvu parnu lokomotivu izgrađenu u Americi Tom Thumb, da se vozi na željeznici sa zajedničkim nosačem.

Još jedna velika inovacija vlakova u 19. stoljeću nije imala nikakve veze s pogonom ili napajanjem. Umjesto toga, radilo se o udobnosti putnika. George Pullman izumio je Pullmanov spavaći automobil 1857. godine. Iako su spavaći automobili na američkim željeznicama bili u uporabi od 1830-ih, Pullmanov automobil bio je dizajniran posebno za noćenje putovanja putnika i smatra se značajnim poboljšanjem u odnosu na njegovo prethodnici.

Dok su lokomotive s pogonom na paru imale nesporni utjecaj na prijevoz i gospodarsku ekspanziju tijekom 19^th stoljeća tehnologija nije ostala bez svojih nedostataka. Jedan od najproblematičnijih bio je dim koji je nastao izgaranjem ugljena i drugih izvora goriva.

Iako su štetni nusprodukti bili podnošljivi na otvorenom, čak i rano, opasnosti nastale ispuhom goriva postale su sve očitije željeznice su posezale za naseljenijim područjima, što je zauzvrat zahtijevalo sve veći broj podzemnih tunela za smještaj vlakova koji su krenuli prema urbanim odredišta. U situaciji u tunelu dim bi mogao postati smrtonosan, pogotovo ako se vlak zaglavio ispod zemlje. Vlakovi pokrenuti električnom energijom činili su se očitom alternativom, ali rana tehnologija električnih vlakova jednostavno nije mogla pratiti pare za velike udaljenosti.

Prvi prototip električne lokomotive sagradio je 1837. godine škotski kemičar Robert Davidson, pogonjen galvanskim baterijskim ćelijama. Davidsonova je sljedeća lokomotiva, veća verzija nazvana Galvani, debitirala je na izložbi Kraljevskog škotskog društva umjetnosti 1841. godine. Težila je sedam tona, imala su dva motora s izravnim pogonom koji su koristili fiksne elektromagnete koji djeluju na željezne šipke pričvršćene na drvene cilindre na svakoj osovini. Iako je testiran na željeznici u Edinburghu i Glasgowu u rujnu 1841., ograničena snaga njegovih baterija gazila je projekt. Galvani kasnije su ga uništili željeznički radnici koji su alternativnu tehnologiju promatrali kao potencijalnu prijetnju njihovim sredstvima za život.

Rođeno dijete Wernera von Siemensa, prvog električnog putničkog vlaka, koji se sastojao od lokomotive i tri automobila, krenuo je 1879. godine u Berlin. Vlak je imao maksimalnu brzinu nešto više od osam milja na sat (13 km). Tijekom četiri mjeseca prevezio je 90 000 putnika kružnom stazom dužine 984 metra. Vlak 150-voltne istosmjerne struje napajao se preko izolirane treće šine.

Električne tramvajske linije počele su dobivati ​​na popularnosti, najprije u Europi, a kasnije i u Sjedinjenim Državama, nakon što su se prve pojavile 1881. godine u Lichterfeldeu, tik uz Berlin, u Njemačkoj. Do 1883. električni tramvaj vozio je u Brightonu, Engleska, a tramvaj koji je pokrenuo uslugu u blizini Beča, Austrija, iste je godine prvi u redovnom prometu pokrenuo nadzemni vod. Pet godina kasnije, električna kolica koja je dizajnirao Frank J. Sprague (izumitelj koji je nekad radio za Thomasa Edisona) krenuo je kolosijekom za putničku željeznicu Richmond Union.

Prvu podzemnu električnu željezničku prugu pokrenula je Gradska i Južna Londonska željeznica 1890. Pet godina kasnije Sprague je osmislio sustav za kontrolu vučne snage (MU) koji se mijenja u igri (MU). Svaki je automobil bio opremljen svojim vučnim motorom i relejima upravljanim motorom. Svi automobili su crpili snagu iz prednjeg dijela vlaka, a vučni motori su radili u skladu. MU-ovi su dobili prvu praktičnu instalaciju za uzdignutu željezničku prugu južnu stranu (koja je sada dio Chicago L-a) 1897. godine. S uspjehom Spragueovog izuma, struja je ubrzo preuzela električnu energiju kao izbor za podzemne željeznice.

1895. godine, četiri kilometra pruga Baltimore pruge Baltimore i Ohio Railroad (B&O) koja se spajala na New York postala je prva američka glavna željeznička pruga koja je elektrificirana. Parne lokomotive povukle su se do južnog kraja elektrificirane pruge, a zatim su spojene s vlakovima na električni pogon i provučene kroz tunele koji su okruživali Baltimore.

New York City bio je jedan od prvih koji je zabranio parne strojeve iz svojih tunela vlakovima. Nakon sudara tunela Park Avenue 1902. Upotreba lokomotiva za stvaranje dima bila je zabranjena južno od rijeke Harlem. Središnja željeznica New Yorka počela je koristiti električne lokomotive od 1904. Počevši od 1915. godine željeznicom Chicago, Milwaukee, St. Paul i Pacifik pružili su električnu energiju preko Stjenovitih planina i do zapadne obale. Do 1930-ih, Pensilvanska željeznica elektrificirala je cijeli teritorij istočno od Harrisburga u Pensilvaniji.

Pojavom vlakova na dizelski pogon u 1930-ima i sljedećim desetljećima, usporavanje širenja infrastrukture za vlakove na električni pogon. No na kraju bi se kombinirali dizel i električna snaga kako bi se stvorilo nekoliko generacija elektro-dizela i hibridi koji su koristili najbolje od obje tehnologije i koji bi postali standard za mnoge željeznice linije.

U šezdesetim i početkom 1970-ih postojao je znatan interes za mogućnost izgradnje putničkih vlakova koji bi mogli putovati mnogo brže od konvencionalnih vlakova. Od 1970-ih zanima se alternativna tehnologija velike brzine usredotočena na magnetsku levitaciju, ili Maglev, u kojem se automobili voze na zračnom jastuku stvorenom elektromagnetskom reakcijom između uređaja na vozilu i drugog ugrađenog u njegov vozni put.

Prva željeznica velike brzine prometovala je između Tokija i Osake u Japanu, a otvorena je 1964. godine. Od tada je izgrađeno mnogo više takvih sustava širom svijeta, uključujući Španjolsku, Francusku, Njemačku, Italiju, Skandinaviju, Belgiju, Južnu Koreju, Kinu, Veliku Britaniju i Tajvan. Sjedinjene Države raspravljale su i o postavljanju brze željeznice između San Francisca i Los Angelesa i na istočnoj obali između Bostona i Washingtona, D.C.

Električni motori i napredak u tehnologiji prijevoza vlaka omogućili su ljudima da putuju brzinom do 320 milja na sat. Čak je i veći napredak ovih strojeva u razvojnoj fazi, uključujući vlak Hyperloop cijevi, predviđa se da će dostizati brzinu od blizu 700 milja na sat, čime je završen prvi uspješni test prototipa 2017.