Historien om jernbaner: Fra baner til hyperloop-tog

Siden oppfinnelsen har jernbaner spilt en enorm rolle i å videreutvikle sivilisasjoner rundt om i verden. Fra det gamle Hellas til det moderne Amerika har jernbaner endret måten mennesker reiser og jobber på.

Den tidligste formen for jernbanetransport strekker seg faktisk tilbake til 600 f.Kr. Grekerne laget spor i asfaltert kalksteinsveier å bruke i forbindelse med hjulkjøretøyer, noe som letter transporten av båter over Isthmus of Korint. Da romerne erobret grekerne i 146 f.Kr., falt imidlertid jernbaner i ruin og forsvant i mer enn 1400 år.

Det første moderne jernbanetransportsystemet kom ikke tilbake før på 1500-tallet. Selv da skulle det gå ytterligere tre hundre år før oppfinnelsen av damplokomotivet skulle transformere jernbanetransport i global skala.

Forløperne til moderne tog debuterte tidlig på 1550-tallet i Tyskland med innføringen av vogner. Disse primitive skinnete veiene besto av treskinner som hestevogner eller vogner kunne bevege seg lettere enn over grusveier. På 1770-tallet hadde treskinner blitt byttet ut med jernspor. Disse vognene utviklet seg til trikker som spredte seg over hele Europa. I 1789 tegnet engelskmannen William Jessup de første vognene med flensede hjul som var rillet, slik at hjulene bedre kunne gripe skinnen. Denne viktige designfunksjonen ble videreført til senere lokomotiver.

Fram til 1800-tallet ble jernbaner konstruert av støpejern. Dessverre var støpejern utsatt for rust og det var sprøtt, noe som ofte førte til at det sviktet under stress. I 1820 oppfant John Birkinshaw et mer holdbart materiale kalt smijern. Selv om en forbedring i forhold til støpejern fremdeles var mangelfull, ble den imidlertid standarden frem til begynnelsen av Bessemer prosess muliggjorde billigere produksjon av stål på slutten av 1860-tallet, noe som ga den raske utvidelsen av jernbaner ikke bare over hele Amerika, men over hele verden. Etter hvert ble Bessemer-prosessen erstattet av bruk av åpen peisovner, noe som reduserte kostnadene ytterligere stålproduksjon og tillot tog å koble de fleste større byer i USA innen slutten av det 19. århundre århundre.

Med grunnlaget for et avansert jernbanesystem, var alt det som var igjen å gjøre, å finne en betyr å transportere flere mennesker og flere varer på lengre avstander over en kortere periode tid. Svaret kom i form av et av de mest betydelige oppfinnelser av Industrielle revolusjon, den dampmotor, som var avgjørende for utviklingen av den moderne jernbanen og togene.

I 1803 bestemte en mann ved navn Samuel Homfray seg for å finansiere utviklingen av et dampdrevet kjøretøy for å erstatte hestevognene på trikkene. Richard Trevithick bygget det kjøretøyet, den første lokomotivet med tramwaymotor. 22. februar 1804 trakk lokomotivet en last på 10 tonn jern, 70 mann og fem ekstra vogner de ni mil mellom jernverket ved Pen-y-Darron i byen Merthyr Tydfil, Wales, til bunnen av Abercynnon dal. Turen tok omtrent to timer å fullføre.

I 1812, engelsk oppfinner George Stephenson ble en colliery engineer for Stockton og Darlington Railway Line. I 1814 hadde han bygget sitt første lokomotiv for dem. Ikke lenge etter overbeviste han eierne om å prøve ut et dampdrevet lokomotiv. Den første innsatsen ble kalt locomotion. Mens Stephenson blir kreditert som oppfinneren av den første damplokomotivmotoren for jernbaner, blir Trevithicks oppfinnelse sitert som det første trikkelokomotivet.

I 1821 ble engelskmannen Julius Griffiths den første personen som patenterte et passasjerveislokomotiv. I september 1825, ved å bruke Stephensons lokomotiver, lanserte Stockton & Darlington Railroad Company den første jernbanen som skulle frakte både gods og passasjerer som var på rutetabell. Disse nye togene kunne trekke seks lastede kullbiler og 21 personbiler med en kapasitet på 450 passasjerer over ni mil på omtrent en time.

Ikke lenge etter åpnet Stephenson sitt eget firma, Robert Stephenson and Company. Hans mest kjente prototype, Stephensons Rocket, ble designet og bygget for Rainhill Trials, et arrangement i 1829 holdt av Liverpool og Manchester Railway for å velge det beste designet for å drive deres nye lokomotiv. De Rakett, dagens mest avanserte lokomotiv, vant handily og fortsatte med å sette standarden som de fleste dampmotorer skulle bygges de neste 150 årene.

Oberst John Stevens anses å være faren til jernbaner i USA. I 1826 demonstrerte Stevens muligheten for dampbevegelse på et eksperimentelt sirkulært spor på hans eiendom i Hoboken, New Jersey - tre år før Stephenson perfeksjonerte et praktisk damplokomotiv i England.

Stevens fikk tildelt den første jernbaneskikkelsen i Nord-Amerika i 1815, men andre begynte å motta tilskudd og arbeidet begynte med de første operative jernbanene like etter. I 1930, Peter Cooper designet og bygde den første amerikanskbygde damplokomotivet, the Tom Thumb, som skal betjenes på en jernbanetransport.

En annen større toginnovasjon på 1800-tallet hadde ikke noe med fremdrift eller strømforsyning å gjøre. I stedet handlet det om passasjerkomfort. George Pullman oppfant Pullman Sleeping Car i 1857. Selv om sovende biler hadde vært i bruk på amerikanske jernbaner siden 1830-årene, var Pullman-bilen det designet spesielt for daglige passasjerreiser og ble ansett som en markant forbedring i forhold til dens forgjengere.

Mens dampdrevne lokomotiver hadde en ubestridelig innvirkning på transport og økonomisk ekspansjon i løpet av 19^th århundre, var teknologien ikke uten sine ulemper. En av de mest problematiske var røyken som skyldtes å brenne kull og andre drivstoffkilder.

Selv om de skadelige biproduktene var tålelige på åpent landskap, selv tidlig, ble farene skapt av drivstoffavtrekk desto tydeligere som jernbaner innkjørt i mer befolkede områder, som igjen nødvendiggjorde et økende antall underjordiske tunneler for å imøtekomme tog på vei mot urbane velsen. I en tunnelsituasjon kan røyk bli dødelig, spesielt hvis et tog ble sittende fast under bakken. Tog drevet av elektrisitet virket som et åpenbart alternativ, men tidlig elektrisk togteknologi klarte ganske enkelt ikke å holde tritt med damp i lange avstander.

Den første prototypen for et elektrisk lokomotiv ble bygget i 1837 av den skotske kjemikeren Robert Davidson, drevet av galvaniske battericeller. Davidsons neste lokomotiv, en større versjon som heter the Galvani, debuterte på Royal Scottish Society of Arts Exhibition i 1841. Den veide syv tonn, hadde to motordrevne motstandsmotorer som brukte faste elektromagneter som virker på jernstenger festet til tresylindere på hver aksel. Mens den ble testet på Edinburgh og Glasgow Railway i september 1841, sladdet den begrensede kraften til batteriene med prosjektet. De Galvani ble senere ødelagt av jernbanearbeidere som så på den alternative teknologien som en potensiell trussel mot levebrødet.

Hjernebarnet til Werner von Siemens, det første elektriske passasjertoget, bestående av et lokomotiv og tre biler, fikk sin jomfrutur i 1879 i Berlin. Toget hadde en maksfart på drøye åtte mil i timen (13 km). I løpet av fire måneder fraktet den 90 000 passasjerer på en 300 meter lang sirkulær bane. Togets 150-volt likestrøm ble tilført via en isolert tredje skinne.

Elektriske trikkelinjer begynte å bli mer populære, først i Europa og senere i USA, etter at de første kom til syne i 1881 i Lichterfelde rett utenfor Berlin, Tyskland. I 1883 kjørte en elektrisk trikk i Brighton, England og trikken som lanserte tjenesten nær Wien, Østerrike, samme år var den første i ordinær drift som ble drevet av en luftledning. Fem år senere, elektriske traller designet av Frank J. Sprague (en oppfinner som en gang hadde jobbet for Thomas Edison) tok spor etter Richmond Union Passenger Railway.

Den første underjordiske elektriske jernbanelinjen ble lansert av City and South London Railway i 1890. Fem år senere kom Sprague med et spillendringssystem for flere enheter trekkontrollsystem (MU) for tog. Hver bil var utstyrt med en trekkmotor og motorstyrte reléer. Alle bilene trakk strøm fra fronten på toget og trekkmotorene arbeidet unisont. MU-ene fikk sin første praktiske installasjon for South Side Elevated Railroad (nå en del av Chicago L) i 1897. Med suksessen med Spragues oppfinnelse, tok elektrisitet snart over som den valgte strømforsyningen for T-bane.

I 1895 ble en fire kilometer lang strekning av Baltimore Belt Line fra Baltimore og Ohio Railroad (B&O) som koblet til New York den første amerikanske hovedbanelinjen som ble elektrifisert. Damplokomotiver trakk seg opp til sørenden av den elektrifiserte linjen, og ble deretter koblet til elektrisk drevne tog og trukket gjennom tunnelene som omringet Baltimore.

New York City var en av de tidligste som forbød dampmaskiner fra togtunnelene deres. I kjølvannet av en tunnelkollisjon i Park Avenue fra 1902, ble bruken av røykgenererende lokomotiver forbudt sør for Harlem River. New York Central Railroad begynte å bruke elektriske lokomotiver innen 1904. Fra 1915 elektrifiserte tjenesten Chicago, Milwaukee, St. Paul og Pacific Railroad over Rocky Mountains og til vestkysten. Ved 1930-tallet hadde Pennsylvania Railroad elektrifisert hele sitt territorium øst for Harrisburg, Pennsylvania.

Med ankomsten av dieseldrevne tog i 1930-årene og de påfølgende tiårene bremset utvidelsen av infrastrukturen for elektrisk drevne tog. Etter hvert vil imidlertid diesel og elektrisk kraft kombineres for å skape flere generasjoner av elektro-diesel og hybrider som utnyttet det beste fra begge teknologiene og ville fortsette å bli standarden for mange jernbaner linjer.

På 1960- og begynnelsen av 1970-tallet var det betydelig interesse for muligheten for å bygge persontog som kunne reise mye raskere enn konvensjonelle tog. Fra 1970-tallet var interessen for en alternativ høyhastighetsteknologi sentrert om magnetisk levitasjon, eller maglev, der biler sykler på en luftpute skapt av den elektromagnetiske reaksjonen mellom en enhet ombord og en annen innebygd i føringsveien.

Den første høyhastighetsbanen kjørte mellom Tokyo og Osaka i Japan og åpnet i 1964. Siden den gang har mange flere slike systemer blitt bygget rundt om i verden, inkludert i Spania, Frankrike, Tyskland, Italia, Skandinavia, Belgia, Sør-Korea, Kina, Storbritannia og Taiwan. USA har også diskutert installasjon av en høyhastighetsbane mellom San Francisco og Los Angeles og på østkysten mellom Boston og Washington, D.C.

Elektriske motorer og fremskritt innen teknologi for togtransport har siden tillatt mennesker å reise i hastigheter på opptil 320 mil i timen. Enda flere fremskritt i disse maskinene er i utviklingsstadiene, inkludert Hyperloop tubetog, anslått å nå hastigheter nær 700 miles i timen, som fullførte sin første vellykkede prototypekjøring 2017.