De geschiedenis van de spoorwegen: van spoorwegen tot Hyperloop-treinen

Sinds hun uitvinding hebben spoorwegen een grote rol gespeeld in de verdere ontwikkeling van beschavingen over de hele wereld. Van het oude Griekenland tot het moderne Amerika, spoorwegen hebben de manier waarop mensen reizen en werken veranderd.

De vroegste vorm van spoorvervoer dateert eigenlijk uit 600 voor Christus. De Grieken maakten groeven in geplaveid kalkstenen wegen te gebruiken in combinatie met wielvoertuigen, waardoor het vervoer van boten over de landengte van Corinth. Toen de Romeinen echter in 146 v.Chr. De Grieken veroverden, raakten de vroege spoorwegen in verval en verdwenen ze meer dan 1400 jaar.

Het eerste moderne spoorvervoersysteem keerde pas in de 16e eeuw terug. Zelfs dan zou het nog driehonderd jaar duren voordat de uitvinding van de stoomlocomotief het spoorvervoer op wereldschaal zou transformeren.

De voorlopers van moderne treinen debuteerden begin 1550 in Duitsland met de introductie van wagons. Deze primitieve spoorwegen bestonden uit houten rails waarover door paarden getrokken wagens of karren zich gemakkelijker konden verplaatsen dan over onverharde wegen. Tegen de jaren 1770 waren houten rails vervangen door ijzeren rails. Deze wagons ontwikkelden zich tot trams die zich over heel Europa verspreidden. In 1789 ontwierp de Engelsman William Jessup de eerste wagons met geflensde wielen die waren gegroefd, waardoor de wielen de rail beter konden vasthouden. Dit belangrijke ontwerpkenmerk werd doorgevoerd naar latere locomotieven.

Tot de jaren 1800 waren spoorwegen gebouwd van gietijzer. Helaas was gietijzer vatbaar voor roest en was het bros, waardoor het vaak onder stress faalde. In 1820 vond John Birkinshaw een duurzamer materiaal uit, smeedijzer genaamd. Deze innovatie, hoewel een verbetering ten opzichte van gietijzer nog steeds gebrekkig was, werd het de standaard tot de komst van de Bessemer proces maakte de goedkopere productie van staal mogelijk aan het einde van de jaren 1860, wat leidde tot de snelle uitbreiding van de spoorwegen, niet alleen in heel Amerika, maar over de hele wereld. Uiteindelijk werd het Bessemer-proces vervangen door het gebruik van open haarden, waardoor de kosten van verder werden verlaagd staalproductie en liet treinen tegen het einde van de 19e de meeste grote steden in de Verenigde Staten verbinden eeuw.

Met de basis gelegd voor een geavanceerd spoorwegsysteem, hoefde ik alleen nog maar een betekent meer mensen en meer goederen vervoeren over langere afstanden over een kortere periode van tijd. Het antwoord kwam in de vorm van een van de meesten belangrijke uitvindingen van de Industriële revolutie, de stoommachine, wat cruciaal was voor de ontwikkeling van de moderne spoorlijn en treinen.

In 1803 besloot een man genaamd Samuel Homfray de ontwikkeling van een stoomaangedreven voertuig te financieren om de door paarden getrokken karren op de trams te vervangen. Richard Trevithick bouwde dat voertuig, de eerste tramlocomotief van de stoommachine. Op 22 februari 1804 sleepte de locomotief een lading van 10 ton ijzer, 70 man en vijf extra wagons, de negen mijlen tussen de ijzerfabriek in Pen-y-Darron in de stad Merthyr Tydfil, Wales, tot aan de bodem van Abercynnon vallei. De reis duurde ongeveer twee uur.

In 1812, Engelse uitvinder George Stephenson werd een mijnbouwingenieur voor de spoorlijn Stockton en Darlington. Tegen 1814 had hij voor hen zijn eerste locomotief gebouwd. Niet lang daarna overtuigde hij de eigenaren ervan een stoomlocomotief uit te proberen. De eerste poging heette de Locomotion. Terwijl Stephenson wordt gecrediteerd als de uitvinder van de eerste stoomlocomotief voor spoorwegen, wordt de uitvinding van Trevithick aangehaald als de eerste tramlocomotief.

In 1821 werd de Engelsman Julius Griffiths de eerste persoon die een passagierslocomotief patenteerde. In september 1825 lanceerde de Stockton & Darlington Railroad Company, met gebruikmaking van Stephensons locomotieven, de eerste spoorlijn die zowel goederen als passagiers vervoerde die volgens een regelmatige dienstregeling reisden. Deze nieuwe treinen konden in ongeveer een uur tijd zes geladen kolenwagens en 21 personenauto's met een capaciteit van 450 passagiers over een afstand van negen mijl trekken.

Niet lang daarna opende Stephenson zijn eigen firma, Robert Stephenson and Company. Zijn beroemdste prototype, Stephenson's Rocket, werd ontworpen en gebouwd voor de Rainhill Trials, een evenement uit 1829 gehouden door de Liverpool en Manchester Railway om het beste ontwerp te kiezen voor hun nieuwe locomotieven. De Raket, de meest geavanceerde locomotief van zijn tijd, won handig en zette de norm waarmee de meeste stoommachines de komende 150 jaar zouden worden gebouwd.

Kolonel John Stevens wordt beschouwd als de vader van spoorwegen in de Verenigde Staten. In 1826 demonstreerde Stevens de haalbaarheid van stoomlocomotie op een experimenteel cirkelvormig spoor op zijn landgoed in Hoboken, New Jersey - drie jaar voordat Stephenson een praktische stoomlocomotief perfectioneerde in Engeland.

Stevens kreeg in 1815 het eerste spoorwegcharter in Noord-Amerika, maar anderen begonnen subsidies te ontvangen en kort daarna begonnen de werkzaamheden aan de eerste operationele spoorwegen. In 1930 Peter Cooper ontwierp en bouwde de eerste in Amerika gebouwde stoomlocomotief, de Klein Duimpje, worden geëxploiteerd op een common-carrier-spoorweg.

Een andere belangrijke treininnovatie van de 19e eeuw had niets te maken met voortstuwing of stroomvoorziening. In plaats daarvan ging het allemaal om het comfort van de passagiers. George Pullman vond de Pullman-slaapwagen uit in 1857. Hoewel slaaprijtuigen sinds de jaren 1830 op de Amerikaanse spoorwegen in gebruik waren, was de Pullman-wagen dat wel speciaal ontworpen voor nachtelijke passagiersreizen en werd beschouwd als een duidelijke verbetering ten opzichte van de voorgangers.

Terwijl stoomaangedreven locomotieven een onmiskenbare invloed hadden op het transport en de economische expansie in de loop van de 19^th eeuw was de technologie niet zonder nadelen. Een van de meest problematische was de rook die het gevolg was van het verbranden van kolen en andere brandstofbronnen.

Hoewel de schadelijke bijproducten aanvaardbaar waren op het open platteland, werden de gevaren die door de uitlaatgassen werden veroorzaakt, zelfs al in een vroeg stadium, des te duidelijker naarmate spoorwegen die in meer bevolkte gebieden zijn aangetast, waardoor op hun beurt een groeiend aantal ondergrondse tunnels nodig was om treinen naar stedelijke bestemmingen. In een tunnelsituatie kan rook dodelijk worden, vooral als een trein onder de grond blijft steken. Treinen die op elektriciteit rijden leken een voor de hand liggend alternatief, maar de vroege technologie voor elektrische treinen kon de stoom voor lange afstanden gewoon niet bijhouden.

Het eerste prototype van een elektrische locomotief werd in 1837 gebouwd door de Schotse chemicus Robert Davidson, aangedreven door galvanische batterijcellen. Davidsons volgende locomotief, een grotere versie genaamd de Galvani, debuteerde op de Royal Scottish Society of Arts Exhibition in 1841. Het woog zeven ton en had twee direct aangedreven reluctantiemotoren die vaste elektromagneten gebruikten die op ijzeren staven werkten die op houten cilinders op elke as waren bevestigd. Terwijl het in september 1841 werd getest op de Edinburgh en Glasgow Railway, bracht het beperkte vermogen van de batterijen het project tot zinken. De Galvani werd later vernietigd door spoorwegarbeiders die de alternatieve technologie zagen als een potentiële bedreiging voor hun levensonderhoud.

Het geesteskind van Werner von Siemens, de eerste elektrische passagierstrein, bestaande uit een locomotief en drie wagens, maakte in 1879 zijn eerste rit in Berlijn. De trein had een maximumsnelheid van iets meer dan acht mijl per uur (13 km). In vier maanden tijd vervoerde het 90.000 passagiers op een rond circuit van 300 meter. De 150 volt gelijkstroom van de trein werd geleverd via een geïsoleerde derde rail.

Elektrische tramlijnen begonnen aan populariteit te winnen, eerst in Europa en later in de Verenigde Staten, nadat ze voor het eerst in 1881 in Lichterfelde net buiten Berlijn, Duitsland, verschenen. In 1883 reed er een elektrische tram in Brighton, Engeland en de tram die in de buurt van Wenen, Oostenrijk werd gelanceerd, datzelfde jaar was de eerste in reguliere dienst die werd aangedreven door een bovenleiding. Vijf jaar later, elektrische wagens ontworpen door Frank J. Sprague (een uitvinder die ooit voor Thomas Edison had gewerkt) ging de baan op voor de Richmond Union Passenger Railway.

De eerste ondergrondse elektrische spoorlijn werd in 1890 door de City and South London Railway gelanceerd. Vijf jaar later kwam Sprague met een baanbrekend tractiecontrolesysteem (MU) voor treinen. Elke auto was uitgerust met een tractiemotor en motoraangedreven relais. Alle wagens haalden stroom uit de voorkant van de trein en de tractiemotoren werkten samen. De MU's kregen in 1897 hun eerste praktische installatie voor de South Side Elevated Railroad (nu onderdeel van de Chicago L). Met het succes van de uitvinding van Sprague nam elektriciteit al snel de overhand als de favoriete voedingsbron voor metro's.

In 1895 werd een vier mijl lange strook van de Baltimore Belt Line van de Baltimore and Ohio Railroad (B&O) die verbonden was met de New York de eerste Amerikaanse hoofdspoorlijn die geëlektrificeerd werd. Stoomlocomotieven trokken tot aan de zuidkant van de geëlektrificeerde lijn en werden vervolgens gekoppeld aan elektrisch aangedreven treinen en getrokken door de tunnels die Baltimore omringden.

New York City was een van de eersten die stoommachines uit hun treintunnels verbood. In de nasleep van een tunnelbotsing in Park Avenue in 1902 werd het gebruik van rookgenererende locomotieven ten zuiden van de rivier de Harlem verboden. De New York Central Railroad begon in 1904 met het gebruik van elektrische locomotieven. Vanaf 1915 stroomden de Chicago, Milwaukee, St. Paul en Pacific Railroad elektrisch over de Rocky Mountains en naar de westkust. Tegen de jaren dertig had de Pennsylvania Railroad haar hele grondgebied ten oosten van Harrisburg, Pennsylvania, geëlektrificeerd.

Met de komst van dieselaangedreven treinen in de jaren dertig en de daaropvolgende decennia vertraagde de uitbreiding van de infrastructuur voor elektrisch aangedreven treinen. Uiteindelijk zouden diesel en elektriciteit echter worden gecombineerd om meerdere generaties elektro-diesels te creëren en hybriden die het beste van beide technologieën gebruikten en de standaard zouden worden voor veel spoorwegen lijnen.

In de jaren zestig en begin jaren zeventig was er veel belangstelling voor de mogelijkheid passagierstreinen te bouwen die veel sneller konden reizen dan conventionele treinen. Vanaf de jaren 70 interesse in een alternatieve hogesnelheidstechnologie gericht op magnetische levitatie, of maglev, waarin auto's rijden op een luchtkussen dat wordt veroorzaakt door de elektromagnetische reactie tussen een boordapparaat en een ander ingebed in de geleiding.

De eerste hogesnelheidstrein liep tussen Tokyo en Osaka in Japan en werd in 1964 geopend. Sindsdien zijn er wereldwijd veel meer van dergelijke systemen gebouwd, waaronder in Spanje, Frankrijk, Duitsland, Italië, Scandinavië, België, Zuid-Korea, China, het Verenigd Koninkrijk en Taiwan. De Verenigde Staten hebben ook gesproken over het installeren van een hogesnelheidstrein tussen San Francisco en Los Angeles en aan de oostkust tussen Boston en Washington, D.C.

Dankzij elektromotoren en de vooruitgang op het gebied van technologieën voor treinvervoer konden mensen reizen met snelheden tot 320 mijl per uur. Nog meer verbeteringen in deze machines bevinden zich in de ontwikkelingsfase, inclusief de Hyperloop-buistrein, naar verwachting snelheden bereiken van bijna 700 mijl per uur, waarmee de eerste succesvolle prototype-testrun werd voltooid 2017.