Historie železnic: od kolejí k Hyperloop vlakům

Od svého vynálezu hrály železnice obrovskou roli v dalším rozvoji civilizací po celém světě. Od starověkého Řecka po moderní Ameriku se železnice změnily ve způsobu, jakým lidé cestují a pracují.

Nejčasnější forma železniční dopravy vlastně sahá až do 600 B.C. Řekové udělali drážky v dlážděné - vápencové silnice používané ve spojení s kolovými vozidly, usnadňující přepravu lodí přes Isthmus Korint. Když však Římané dobyli Řeky v roce 146 př. Nl, rané železnice upadly a zmizely déle než 1400 let.

První moderní železniční dopravní systém se nevrátil až v 16. století. I tehdy by to bylo dalších tři sta let, než by vynález parní lokomotivy změnil železniční dopravu v celosvětovém měřítku.

Předchůdci moderních vlaků debutovali počátkem padesátých let v Německu zavedením vozů. Tyto primitivní zábradlí se skládalo z dřevěných kolejnic, přes které se koňské povozy nebo vozíky mohly pohybovat snadněji než po polních cestách. V 70. letech 20. století byly dřevěné kolejnice nahrazeny železnými. Tyto vozy se vyvinuly na tramvaje, které se rozšířily po celé Evropě. V 1789, Angličan William Jessup navrhl první vozy s přírubovými koly, které byly drážkované, dovolit kolam lépe uchopit kolejnici. Tato důležitá konstrukční vlastnost byla přenesena do pozdějších lokomotiv.

Až do 1800s, železnice byly postaveny z litiny. Litina byla bohužel náchylná k rzi a byla křehká a často způsobovala selhání ve stresu. V roce 1820 vynalezl John Birkinshaw odolnější materiál zvaný tepané železo. Tato inovace, ačkoli zlepšení oproti litině byla stále chybná, nicméně, to stalo se standardem až do příchodu Bessemer Tento proces umožnil levnější výrobu oceli na konci šedesátých let, což vyvolalo rychlou expanzi železnic nejen po celé Americe, ale po celém světě. Nakonec byl Bessemerův proces nahrazen použitím pecí s otevřeným ohněm, což dále snížilo náklady výroba oceli a umožnila vlakům spojit většinu velkých měst ve Spojených státech do konce 19. století století.

Po položení základů pro vyspělý systém železnic bylo vše, co bylo třeba udělat, najít znamená přepravovat více lidí a více zboží na delší vzdálenosti za kratší období čas. Odpověď přišla ve formě jednoho z nejvíce významné vynálezy z Průmyslová revoluce, Parní motor, což bylo rozhodující pro vývoj moderní železnice a vlaků.

V roce 1803 se muž jménem Samuel Homfray rozhodl financovat vývoj parního pohonu, který nahradí koňské povozy na tramvajových tratích. Richard Trevithick postavil toto vozidlo, první parní stroj tramvajové lokomotivy. 22. února 1804 lokomotiva odvezla náklad 10 tun železa, 70 mužů a pět dalších vozů devět mil mezi železárnami v Pen-y-Darron ve městě Merthyr Tydfil, Wales, na dno Abercynnon údolí. Dokončení cesty trvalo asi dvě hodiny.

V roce 1812 anglický vynálezce George Stephenson se stal technikem těžby pro železniční linii Stockton a Darlington. Roku 1814 pro ně postavil svou první lokomotivu. Nedlouho poté přesvědčil majitele, aby vyzkoušeli parní lokomotivu. První úsilí bylo pojmenováno Pohyb. Zatímco Stephenson je připočítán jako vynálezce prvního parního lokomotivního motoru pro železnice, Trevithickův vynález je citován jako první tramvajová lokomotiva.

V roce 1821 se Angličan Julius Griffiths stal první osobou, která patentovala osobní silniční lokomotivu. V září 1825, s použitím Stephensonových lokomotiv, zahájila Stockton & Darlingtonská železniční společnost první železnici, která přepravovala zboží i cestující v pravidelných jízdních řádech. Tyto nové vlaky mohly vytáhnout šest naložených uhelných vozů a 21 osobních automobilů s kapacitou 450 cestujících na vzdálenost devět mil za hodinu.

Krátce nato Stephenson otevřel vlastní firmu postavenou Robertem Stephensonem a společností. Jeho nejslavnější prototyp, Stephensonova raketa, byl navržen a vyroben pro Rainhill Trials, akci z roku 1829 pořádanou Liverpoolem a Manchesterskou železnicí, aby vybral ten nejlepší design, který pohání jejich nové lokomotivy. Raketa, nejpokročilejší lokomotiva své doby, hravě vyhrála a pokračovala v nastavování standardu, podle kterého bude většina parních motorů stavěna na příštích 150 let.

Plukovník John Stevens je považován za otce železnic ve Spojených státech. V 1826, Stevens demonstroval proveditelnost parní lokomoce na experimentální kruhové dráze postavené na jeho panství v Hobokenu v New Jersey - tři roky předtím, než Stephenson zdokonalil praktickou parní lokomotivu v Anglie.

V roce 1815 byla Stevensovi udělena první železniční charta v Severní Americe, ale ostatní začali dostávat granty a brzy začaly práce na prvních provozních železnicích. V roce 1930 Peter Cooper navrhl a postavil první americkou parní lokomotivu Tom Thumb, být provozován na železnici společného dopravce.

Další zásadní inovace vlaku 19. století neměla nic společného s pohonem nebo zásobováním energií. Místo toho se jednalo pouze o pohodlí cestujících. George Pullman vynalezl Spící auto Pullman v roce 1857. Ačkoli spící vozy byly používány na amerických železnicích od 30. let 20. století, auto Pullman bylo navržen speciálně pro noční cestování cestujících a byl považován za výrazné zlepšení oproti jeho předchůdci.

Zatímco lokomotivy poháněné parou měly v průběhu 19. let nepopiratelný dopad na dopravu a hospodářskou expanzi^tis století, technologie nebyla bez jeho nedostatků. Jedním z nejproblematičtějších byl kouř, který vznikl spalováním uhlí a jiných palivových zdrojů.

Zatímco škodlivé vedlejší produkty byly tolerovatelné na otevřené krajině, a to i na začátku, nebezpečí způsobená výfukovými plyny se stala ještě zřetelnější, protože železnice zasahovaly do více obydlených oblastí, což zase vyžadovalo rostoucí počet podzemních tunelů pro umístění vlaků směřujících do měst destinace. V tunelové situaci by se kouř mohl stát smrtelným, zejména pokud by vlak uvízl pod zemí. Vlaky poháněné elektřinou se zdály být zřejmou alternativou, ale časná technologie elektrických vlaků prostě nemohla udržet krok s párou na velké vzdálenosti.

První prototyp pro elektrickou lokomotivu postavil v roce 1837 skotský chemik Robert Davidson, poháněný galvanickými bateriemi. Davidsonova další lokomotiva, větší verze s názvem Galvani, debutoval na Royal Scottish Society of Arts Exhibition v 1841. Vážil sedm tun, měl dva motory s přímým pohonem, které používaly pevné elektromagnety působící na železné tyče připojené k dřevěným válcům na každé nápravě. Zatímco to bylo testováno u Edinburghu a Glasgow železnice v září 1841, omezená síla jeho baterií vypila projekt. Galvani byl později zničen železničními pracovníky, kteří považovali alternativní technologii za potenciální hrozbu pro jejich živobytí.

Brachchild Werner von Siemens, první elektrický osobní vlak, sestávající z lokomotivy a tří aut, uvedl svou první jízdu v roce 1879 v Berlíně. Vlak měl maximální rychlost jen něco přes osm mil za hodinu (13 km). Během čtyř měsíců přepravilo 90 000 cestujících na kruhové trati o délce 300 metrů (300 metrů). 150 V stejnosměrný proud vlaku byl napájen izolovanou třetí kolejnicí.

Elektrické tramvajové tratě začaly získávat popularitu, nejprve v Evropě a později ve Spojených státech, poté, co se poprvé objevily v roce 1881 v Lichterfelde nedaleko Berlína v Německu. V roce 1883 jezdila v Brightonu v Anglii elektrická tramvaj a tramvaj, která zahájila provoz u Vídně v Rakousku, byl stejný rok jako první v pravidelné dopravě poháněn nadzemním vedením. O pět let později, elektrické vozíky navržené Frankem J. Sprague (vynálezce, který kdysi pracoval pro Thomase Edisona) se vydal na koleje pro osobní železniční trať Richmond Union.

První podzemní elektrická železniční trať byla zahájena City and South London Railway v roce 1890. O pět let později přišla Sprague s vlakem měnícím systémem řízení tahu s více jednotkami (MU) pro vlaky. Každý vůz byl vybaven trakčním motorem a motorem ovládanými relé. Všechna auta čerpala energii z přední části vlaku a trakční motory pracovaly unisono. MU získala jejich první praktickou instalaci pro jižní stranu zvýšená železnice (nyní část Chicago L) v 1897. S úspěchem Spragueova vynálezu, elektřina brzy převzala jako zdroj energie volby pro metro.

V 1895, čtyři-míle úsek Baltimore pásu lemuje Baltimore a Ohio železnice (B&O) to se připojilo k New Yorku se stal první americkou hlavní železniční linkou být elektrifikován. Parní lokomotivy se stáhly k jižnímu konci elektrifikované tratě, poté byly připojeny k elektrickým pohonům a protáhly tunely, které obklopovaly Baltimore.

New York byl jedním z prvních, který zakázal parní motory z jejich železničních tunelů. V důsledku kolize tunelu Park Avenue z roku 1902 bylo používání kouřotvorných lokomotiv zakázáno jižně od řeky Harlem. New York centrální železnice začala používat elektrické lokomotivy 1904. Počínaje rokem 1915 elektrifikovala Chicago, Milwaukee, St. Paul a Pacific Railroad službu přes Skalnaté hory a na západní pobřeží. Třicátými léty, Pennsylvania železnice elektrifikovala jeho celé území východně od Harrisburgu, Pennsylvania.

S příchodem vlaků poháněných naftou ve 30. letech a v následujících desetiletích se rozšiřování infrastruktury pro vlaky s elektrickým pohonem zpomalilo. Nakonec by se však dieselová a elektrická energie kombinovaly a vytvořily několik generací elektro-dieselů a hybridů, které využívaly to nejlepší z obou technologií a které by se stalo standardem pro mnoho železnic linky.

V 60. a začátcích 70. let byl značný zájem o možnost vybudování osobních vlaků, které by mohly cestovat mnohem rychleji než konvenční vlaky. Od sedmdesátých let se zájem o alternativní vysokorychlostní technologii soustředil na magnetickou levitaci, nebo maglev, ve kterém auta jedou na vzduchovém polštáři vytvořeném elektromagnetickou reakcí mezi palubním zařízením a dalším zabudovaným do jeho vodicí dráhy.

První vysokorychlostní železnice vedla mezi Tokiem a Osakou v Japonsku a byla otevřena v roce 1964. Od té doby bylo ve světě vybudováno mnohem více takových systémů, včetně Španělska, Francie, Německa, Itálie, Skandinávie, Belgie, Jižní Koreje, Číny, Velké Británie a Tchaj-wanu. Spojené státy také diskutovaly o instalaci vysokorychlostní železnice mezi San Francisco a Los Angeles a na východním pobřeží mezi Bostonem a Washingtonem, D.C.

Elektrické motory a pokroky v technologiích železniční dopravy od té doby umožnily lidem cestovat rychlostí až 320 mil za hodinu. Ještě více vylepšení v těchto strojích je ve vývojových fázích, včetně tratě Hyperloop, Předpokládalo se, že dosáhne rychlosti téměř 700 mil za hodinu, čímž dokončil svůj první úspěšný testovací prototyp v roce 2007 2017.