Чудеса техники

Железнодорожный транспорт

 
А поезда все нет,
пора б ему прийти!
Вот раздался свисток,
дым по дороге взвился…
И, тяжело дыша,
как бы устав в пути,
Железный паровоз
пред ним остановился.
 

А. Апухтин

Приятно, конечно, не торопясь передвигаться по речной или морской глади – сама вода словно смазка. Да ведь до воды еще добраться надо, а как нелегко толкать или тянуть грузы посуху, даже на колесах! Вот и стали употреблять лет четыреста назад вместо тачек вагонетки, катящиеся по деревянным рельсам. Для прочности дороги рельсы укладывали на поперечные бруски – шпалы. Затем на смену дереву пришел чугун: рельсы служили теперь дольше, да и катить по ним вагонетки стало легче. На рудниках и заводах появились целые составы из груженых вагонеток, движимых лошадьми.

Всех вроде бы такой вид транспорта устраивал, и долго бы еще лошади шли между рельсами по «конно-чугунным» дорогам. Но к началу девятнадцатого века из-за наполеоновских войн в Европе резко подскочили цены на овес – «топливо» для лошадей. С другой стороны, в одной только Англии тогда добывали 10 миллионов тонн каменного угля в год. И главное – уже была изобретена паровая машина, потреблявшая тот самый уголь.

Нетрудно догадаться, к чему привело стечение этих обстоятельств – появился паровоз. Быстро расправившись с лошадью, новое средство передвижения стало завоевывать целые континенты. «Добежало» оно и до нашего времени, правда, неузнаваемо изменившись…

Где «родился» паровоз?

Изобретателям паровоза пришлось столкнуться сразу со многими необычными проблемами. Первая: вместо того чтобы уменьшить сопротивление движению, трение колеса о рельс следовало увеличить, иначе – пробуксовка! Получалось, что паровоз легким быть не мог. Увеличение же его веса вело к давлению на рельсы и, через них, на почву. Еще проблема: уже при малых подъемах пути тяга паровоза заметно уменьшалась.

Немало подобных трудностей пришлось преодолеть, прежде чем в Англии родились «огнедышащие чудовища», способные перевозить по рельсам десятки тонн грузов, обгоняя лошадей. Чтобы убедить скептиков, проводили конкурсы. Их устроители ставили перед конструкторами жесткие требования, оговаривая и стоимость паровозов, и число их колес, и вес, и ширину рельсовой колеи.

Вот на таком конкурсе, когда заказчики хотели определить лучший паровоз для железной дороги между английскими городами Манчестером и Ливерпулем, победителем стала вошедшая в историю «Ракета» Стефенсона. Она могла тянуть вагон с 36 пассажирами и при этом мчаться с невиданной для той поры скоростью – 38 километров в час.

Но все эти рекорды ничего бы не стоили, если бы железные дороги не доказали свою надежность и экономическую выгоду. А то выходило, что из Америки в Ливерпуль парусные суда доставляли хлопок за три недели, а там он надолго, порой на месяцы, застревал, поскольку до Манчестера суда с хлопком тащили по каналам лошади, а зимой такое снабжение вообще замирало. Другой пример: стоимость и время проезда по той же трассе уменьшались в 2–3 раза, стоило пассажиру пересесть с дилижанса (конного экипажа) на поезд.

Довольно быстро стало ясно, что диковинный транспорт очень удобен и прибылен. Буквально в течение нескольких лет в одной только Англии сеть железнодорожного сообщения разрослась до нескольких тысяч километров. Убедившись в преимуществах паровозной тяги, и в других странах стали бурно расширять строительство новых магистралей. Вот примеры: с 1850 по 1900 год протяженность железных дорог увеличилась в Германии в 9 раз, во Франции – в 13, а в России – более чем в 100 раз. В 1869 году была построена первая трансконтинентальная линия, от Нью-Йорка до Сан-Франциско. К концу XIX века железные дороги, словно паутина, опутали поверхность земного шара. Этот вид транспорта стал основным на суше.

Сегодня можно, не выходя из вагона, совершить путешествие по нескольким материкам. Правда, при этом вашему составу не раз сменят оси из-за разной ширины рельсовой колеи. Тем не менее, начав путь в Северной Африке, вы через Европу и Азию доберетесь до Вьетнама, проехав более 16 тысяч километров.

Подводные туннели соединили железные дороги Великобритании и материковой Европы, Японские острова. Огромные мосты перекинулись через великие реки и широкие проливы. В дореволюционной России, активно прокладывающей новые магистрали, предполагалось покрыть ими всю Сибирь и даже… протянуть железную дорогу через Берингов пролив в Америку. Увы, этим планам не суждено было сбыться…

Что пришло паровозу на смену?

Долгое время у паровоза не было конкурентов. Однако требовалось перевозить все больше грузов и пассажиров со все большей скоростью. А паровая машина, приводившая в движение поезда, была отнюдь не самым совершенным двигателем.

Много чего изобрели инженеры и конструкторы для повышения эффективности паровой тяги. Знаете ли вы, к примеру, как работает скороварка? Благодаря герметичной крышке температура кипения воды в ней возрастает и пища готовится быстрее. Вот и в паровом котле можно увеличить температуру, а значит и давление пара, что сделает машину более мощной и эффективной.

Правда, рост давления повышает опасность взрыва. Но вспомните: на крышке скороварки укреплен предохранительный клапан. Как только давление превысит допустимую величину, клапан открывается и «сбрасывает» его, выпуская клубы пара и производя порой оглушительный свист.

Так же и в паровозных котлах установлена система, позволяющая увеличивать давление пара, но регулировать его, не допуская до опасной отметки. Кстати, и паровозный свисток или гудок действовали благодаря струе вырывающегося пара.

Тем не менее, несмотря на большое количество усовершенствований, в начале XX века стало очевидным, что паровозу все труднее соперничать со своими «младшими братьями» – автомобилем и, чуть позже, самолетом. Чтобы сохранить пусть даже не лидерство, а просто устойчивые позиции в деле перевозки грузов и людей, железным дорогам пришлось переходить на новую, более современную тягу. На место паровозов стали приходить газотурбинные локомотивы (они повысили коэффициент полезного действия машины в 2 раза – до 18 %!). Всем вам хорошо знакомы тепловозы, двигателем которых является дизель. Эти мощные машины способны тянуть огромные и тяжелые составы, развивая при этом скорость выше ста километров в час.

Но подлинные перемены на железнодорожном транспорте начали происходить с постройкой машин, получающих энергию по проводам, – электровозов. Уже более ста лет электрическая тяга применяется на транспорте и прежде всего с ней связывали дальнейшее развитие железных дорог. Электровозу, так же как электричке, трамваю, метропоезду, не надо перевозить на себе топливо. Энергия, необходимая для его передвижения, вырабатывается на электростанциях, а затем подводится, причем на значительные расстояния, к бегущему по рельсам электровозу. На нем, в сущности, должны быть лишь электрический двигатель и система управления.

Когда в 1863 году в Лондоне пустили первую в мире подземную железную дорогу, на открытые платформы вступили разодетые по случаю торжественного события пассажиры. Надо было видеть их на конечной станции подземки! Чихающие и кашляющие, они были с ног до головы покрыты сажей и копотью. И только с введением электрической тяги подземка стала походить на современный метрополитен.

Понятно, что новый, значительно более чистый и быстроходный вид транспорта нашел широкое применение. Электрифицированы тысячи километров железнодорожных путей, электрички соединили крупные промышленные центры с пригородами, десятки городов уже невозможно представить без метро или скоростных, порой «спрятанных» под землю, трамваев.

Но такой бурный рост породил и новые проблемы…

Как управлять движением?

На конечную остановку пришел трамвай. Как ему отправиться в обратный путь? Да в чем загвоздка, скажете вы, развернется по рельсовому кольцу, и вперед! Но даже такие небольшие развороты занимают немало городской площади и создают неудобства. А что же говорить о вокзале или железнодорожной станции, куда прибывают поезда с десятками вагонов? Не устраивать же из них хоровод, описывая километровые кольца! Пришлось делать локомотивы и электрички «двухголовыми».

Это всего лишь одна из проблем, связанных с управлением движением на рельсовых путях.

За почти двухсотлетнюю историю этого вида транспорта было изобретено множество способов, каким образом формировать составы, сортировать их, то есть перецеплять вагоны от одного поезда к другому. Или же регулировать длину, скорость и частоту движения поездов.

Легче всего представить себе сложность этих задач, спустившись в метро. В час «пик» на перронах скапливаются толпы людей. Поезда должны следовать друг за другом очень часто, успевая перевозить сотни тысяч пассажиров. Им нельзя задерживаться на перегонах, нужно двигаться со строго определенной скоростью, чтобы обеспечить не только быстроту, но и безопасность движения. В общем, весь огромный подземный город – метрополитен обязан работать как единый организм, четко и слаженно. Подобные задачи необходимо решать на любой стальной магистрали.

На помощь пришла автоматика. Вдоль всех многокилометровых рельсовых дорог протянуты линии сигнализации, предназначенные не только для переключения светофора или шлагбаума, но и способные самостоятельно управлять движением поездов. Часто пассажиры даже и не подозревают, что состав, в котором они едут, ведет автоматический машинист.

Сегодня всю информацию о местоположении и скорости поездов на многих дорогах обрабатывают вычислительные машины, так как характер и особенности перемещения по рельсовым путям очень хорошо поддаются переводу на машинный язык. ЭВМ разрабатывают режим движения, а во многих случаях, образно говоря, берут штурвал управления в свои руки. Этим достигается не только безопасность движения, но и заметная экономия энергии.

В будущем, когда быстрота перевозок возрастет еще больше, без подобных систем управления движением на железных дорогах просто не обойтись.

Автомобильный транспорт

 
Призыв протяжный
и двухнотный
Автомобильного гудка…
И снова манит безотчетно
К далеким странствиям –
тоска.
 

В. Брюсов

Наш следующий транспортный герой – автомобиль. Он появился позже паровоза примерно на столетие. Почему так произошло? Вроде бы необходимость в нем была не меньше, чем в паровозе. Ведь рельсы не подведешь к каждому дому, а машинисту не скажешь, как сейчас водителю такси: «Подвезите на угол Садовой и Тверской».

От станций и вокзалов грузы и пассажиров все равно приходилось доставлять по точным адресам. Но с этой задачей вполне успешно справлялись конные повозки и экипажи. Железная дорога взяла на себя львиную долю перевозок на большие расстояния.

Автомобиль же, чтобы соревноваться с конной тягой на небольших расстояниях, должен был пройти еще долгую эволюцию. Предстояло отслеживать все новые изобретения, постепенно подбирая из них такую комбинацию, которая обеспечила бы ему реальные преимущества.

Когда даже закоренелым скептикам стало ясно, что новый городской, а затем и загородный, а еще позже – и междугородный вид транспорта «обскакал» по всем статьям живую лошадь, отношение к нему стало меняться. На фотографиях крупных городов начала прошлого века, сделанных с интервалом лет в пять, можно заметить отчетливые перемены. На улицах становится все меньше телег, конок, экипажей, дилижансов. Сперва редкие и неуклюжие, теряющиеся среди лошадиных повозок автомобили неотвратимо вытесняют их, и наконец обнаружить на снимках изображение лошади становится просто невозможно.

Вероятно, теперь кто-то со вздохом мечтает о возвращении времен, когда на улицах легче дышалось и раздавался цокот копыт, а не рычали моторы и в воздухе не висела гарь автомобильных выхлопов. Но большинству из нас автомашина стала настолько близкой и необходимой, что мы скорее готовы бесконечно переделывать ее и совершенствовать, чем даже подумать о расставании с ней…