Как пробка из бутылки

ВАКУУМНЫЙ ПОЕЗД

Однако для близких перевозок дымное и плюющееся паром чудовище не слишком-то годилось. Если на улицах паровые трамваи ещё можно было терпеть, то под землёй их эксплуатация была связана с огромным количеством трудностей. Тоннели требовали сложнейшей и дорогостоящей системы вентиляции, вагоны приходилось делать наглухо закрытыми — и так далее. Конечно, паровозы за неимением иных вариантов использовали, например, в Лондонском метрополитене с 1864 по 1925 год (причём применение их в XX веке было скорее данью английскому консерватизму), но альтернативу подземному пару искали всегда. И порой находили весьма нетривиальные решения.

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОЕЗД

Самое известное изображение Джозефа Сэмьюды, одного из «отцов» пневмометро. После окончания инженерной карьеры братья Сэмьюда ударились в политику, что породило множество карикатур

В принципе, выход из ситуации был найден ещё даже до того, как Стефенсон построил первый паровоз. Ещё в 1810 году британский инженер и часовщик Джордж Медхёрст опубликовал брошюру, в которой описал принцип работы пневмопочты и её экономическую выгоду. Ещё двумя годами позже он же предложил и увеличенный вариант подобного устройства — для перевозки грузов и пассажиров, то есть, по сути, придумал пневматический поезд. Но дальше теории у Медхёрста дело не пошло.

В 1824 году другой британец, некто Валланс, построил близ города Брайтон 46-метровый отрезок пневматической железной дороги. Она представляла собой трубу из еловых досок почти двухметрового диаметра, внутри которой по проложенным рельсам передвигалась вагонетка с сиденьями для пассажиров. В «голове» состава находился круглый щит, с помощью кожаных уплотнителей плотно прилегающий к стенкам трубы. Насосы, установленные в конечных пунктах, создавали необходимое разрежение воздуха, и каждый желающий мог совершить небольшое путешествие на новом транспорте.

Оценив относительный успех Валланса, Медхёрст вновь вернулся к своим расчётам и в 1827 году опубликовал третью брошюру о «безлошадной» системе передвижения со скоростью до 60 миль/ч. В этой брошюре он предлагал не строить пневмодорогу с нуля, а воспользоваться уже существующими рельсошпальными конструкциями. Инновация заключалась в трубе небольшого диаметра между рельсами, с поршнем внутри которой должен быть жёстко связан головной вагон. Далее всё согласно законам физики: разрежение воздуха тянет поршень, который двигает весь поезд. Но в конце того же года инженер умер, так и не успев реализовать свой проект. Чуть позже этот же проект пытался осуществить американец Генри Пинкас, но неудачно. Его идея была такова: в трубе метрового диаметра ходит жёстко связанный с головным вагоном поршень; продольная прорезь в трубе закрыта канатом, покрытым жиром; при проходе вагона канат отодвигается, после чего воздух, устремляющийся в трубу, толкает состав вперед.

Современный указатель места, где располагалась насосная станция Dalkey Atmospheric Railway

«Прибытие в Кингстон». Иллюстрация к статье о Dalkey Atmospheric Railway из газеты The Illustrated London News от 6 января 1844 года

Схема из патента братьев Сэмьюда. Поршень не изображён, показан только его крепёж. Основная проблема — герметизация отверстия, через которое проходит крепёж поршня к телу вагона

Основные трудности заключались в конструкции клапана, который разделял поршень, идущий внутри трубы, и сам локомотив: он должен быть герметичным, иначе никто никуда не поедет. Эту задачу в 1838 году решили британские инженеры — Сэмьюэль Клегг и братья Сэмьюда, Джейкоб и Джозеф. Получив патент на «некоторые усовершенство вания в конструкции клапана», они в 1840 году открыли в пригороде Лондона пробную линию длиной 0,8 километра. Испытания показали, что все механизмы отлично работают. «Воздушный» состав во время обкатки показал отличные результаты: на восьмиградусном подъёме поезд весом 13,5 тонн развил скорость в 36 км/ч, тогда как паровоз Стефенсона «Ракета» с составом весом 12,6 тонны на участках без уклона разгонялся лишь до 25,5 км/ч. Система Клегга-Сэмьюда получила широкую популярность в технической среде. Многие инженеры приезжали, чтобы перенять опыт британцев, в том числе сам Изамбард Брюнель, знаменитейший деятельпромышленной революции, почитаемый в Британии как величайший инженер всех времён.

После своего успеха изобретатели получили грант на постройку «атмосферной» дороги Dalkey Atmospheric Railway суммарной длиной 2,8 км между ирландскими городами Кингстон и Долки. Участок функционировал с 29 марта 1844 года (официальное открытие) по 12 апреля 1854 года. Скорость поездов на нем достигала 64 км/ч, при этом движение велось на подъём, а назад поезд возвращался «самоходом», катясь под уклон.

Устройство пневматического клапана было реализовано следующим образом: покрытый смесью воска и сала, после прохождения поршня он прижигался медным вагонным роликом, заполненным горящим углем. По замыслу изобретателей ролик должен был растопить смесь, которая герметизировала бы щели между поршнем и трубой, однако высокая скорость движения состава обернулась здесь недостатком: при столь мимолётном контакте смесь просто не успевала расплавиться. В связи с этим пришлось нанять множество людей, которые следили за состоянием дороги на всем её протяжении и частично герметизировали трубу вручную.

Пассажирские вагоны на пневматической железной дороге Клегга и Сэмьюда использовались обычные, второго и третьего класса, модифицированные для пневмосистемы. Любопытно, что в случае аварии на насосной станции застрявший пневмопоезд должен был буксироваться к станции конкурентом-паровозом.

ПАРК СКЕЛЕТОВ

Вскоре после описанных событий у Клегга появился конкурент в лице британского инженера Уильяма Кьюбитта. В 1845 году он решил переоборудовать 12-километровый участок дороги London and Croydon Railway между, собственно, Лондоном и Кройдоном в пневмосистему. Отличительной чертой нового пути стали не инженерные решения, а три насосные станции, построенные в готическом стиле, с множеством декораций и высоченными башнямишпилями, которые вмещали трубы паровых котлов. Помимо того, дорога стала знаменита тем, что в ходе её оборудования была построена первая в мире железнодорожная эстакада — над обычными железнодорожными путями Портлендской железной дороги прошел отрезок пневматической. Правда, дорогу закрыли уже в 1847 году, поскольку Кьюбитт допустил множество ошибок: клапаны отказывали чуть ли не каждый день, компания разорилась, и это фиаско обошлось в 500 тысяч фунтов стерлингов.

Современная реконструкция подвагонной пневмосистемы South Devon Railway, разработанной Изамбардом Брюнелем и братьями Сэмьюда

Участок пневмотрубы South Devon Railway, дошедший до наших дней

Третьей британской попыткой построить пневмодорогу стал проект South Devon Railway. Участок дороги (кстати, спроектированной самим Брюнелем) между Эксетером и Плимутом перевели на пневмотягу. Занимались этим лично братья Сэмьюда, поэтому функционировала система вполне исправно, достигая уже привычной скорости 64 км/ч. 25 февраля 1847 года по линии отправился первый поезд, но так как одним из инвесторов был Брюнель, строгий и технический подкованный, он тщательно оценивал экономическую эффективность системы Семьюда — и по итогам года признал дорогу нерентабельной. 9 сентября 1848 года по ней прошёл последний пнемвопоезд. Надо отметить, что South Devon Railway стала самой крупной подобной дорогой (32 километра!) — её обслуживали одиннадцать насосных станций, три из которых сохранились до сих пор.

Тем временем во Франции повторили британский опыт, построив 8,5-километровую пневмодорогу между Буа-де-Весине и Сен-Жерменом-ан-Ле. Она оказалась долгожительницей среди конкуренток, просуществовав с 1847 по 1860 год.

Вообще же в 1840-е проекты атмосферных железных дорог стали появляться, как грибы после дождя. Только за пять лет — с 1843 по 1847 год — около семидесяти изобретателей подали патентные документы на подобные конструкции. Среди этих проектов встречались и подобные поезду Валланса — с использованием самого состава в качестве поршня.

Сохранившаяся до наших дней насосная станция South Devon Railway в Девоне

1864 год. Открытие подземной пневмотрубы Crystal Palace pneumatic railway

Так, в 1864 году под лондонским парком Кристал Пэлас по проекту Томаса Раммелла была построена 550-метровая подземная пневмодорога Crystal Palace pneumatic railway. Поезда в ней должны были двигаться по овальному тоннелю (3х2,7 метра) от одного входа в парк до другого. Таким образом, за 6 пенсов пассажир мог пересечь Кристал Пэлас всего за 50 секунд. Раммелл лелеял планы по постройке более длинной линии от Ватерлоо до Уайтхолла под Темзой, однако работы так и не завершились, а местонахождение первого тоннеля со временем было забыто. Кстати, согласно легенде, в 1978 году некая женщина случайно наткнулась на этот тоннель и видела там железнодорожный вагон, внутри которого находились скелеты в старинной одежде. Какие-то остатки линии были найдены в 1992-м, но целиком тоннель так и не был раскопан.

МЕТРОПОЛИТЕН КЛАССА ЛЮКС

Еще одна пневматическая подземная железная дорога Beach Pneumatic Transit была построена в Нью-Йорке в 1870 году инженером Альфредом Эли Бичем. Труба «воздушного метрополитена» имела всего 95 метров в длину и пролегала под Бродвеем — от Уоррен-стрит до Мюррей-стрит. Две подземные станции были богато украшены фресками, статуями и аквариумами с золотыми рыбками, а к услугам пассажиров были мягкие кресла.

Система была в первую очередь демонстрационной, призванной показать возможности подобного вида транспорта, и поэтому включала в себя только один 22-местный вагон (причём Бич вложил в строительство 350 тысяч кровных долларов). Пневмопуть пользовался бешеным спросом: в первые две недели эксплуатации на нем прокатилось 11 000 пассажиров, а за первый год в вагоне побывало 400 000 человек. Но, несмотря на успех, документы на использование полноценной пневматической железной дороги изобретатель получил только в 1873 году, а к тому времени общественный и инвесторский интерес к проекту ослаб настолько, что даже демонстрационный участок пути пришлось закрыть из-за финансовых трудностей. Окончательно пневматическое метро похоронил обвал фондового рынка, после которого инвесторы покинули проект.

Общий вид Девонской железной дороги с пневмотягой

Внешний вид трубы системы Beach Pneumatic Transit

Однако «воздушный метрополитен» всё же оставил достаточно заметный след в искусстве. Так, один из героев триллера Мортона Фридгуда «Опасные пассажиры поезда 123» упоминает о существовании пневматического тоннеля, а в фильме «Охотники за привидениями 2», выпущенном в 1989 году, под Нью-Йорком обнаруживается полноценная пневматическая железная дорога.

НАШ ДУХОХОД, ВПЕРЕД ЛЕТИ!

В принципе, пневматику на железной дороге можно использовать и по-другому. Ещё в 1828 году в Великобритании был получен первый патент на локомотив с пневматическим двигателем, а десятью годами позже пневмовоз был построен во Франции инженерами Андро и Тесси. 9 июля 1840 года их машина успешно прошла испытательный участок, — но инвесторов для дальнейшего финансирования проекта французы не нашли. С тех пор пневмовозы появлялись с завидной регулярностью. Каждые пять-шесть лет в Британии, США или Франции кто-нибудь да строил локомотив на сжатом воздухе, проводил его испытания, но этим всё и заканчивалось. Самая старая фотография подобного локомотива датируется 1875 годом — это снимок пневмохода, который некоторое время ездил по туннелю на перевале Сен-Готард (Швейцария). Внешне он напоминает два сцепленных между собой вагона-цистерны. В 1879 года в Нью-Йорке пытались пустить линию трамваев на пневмотяге. Их разработал инженер Роберт Харди для Pneumatic Tramway Engine Conpany. Строили подобные машины и крупные заводы, например Baldwin, — по спецзаказам, для определённых целей. Единственная отрасль, в которой пневмолокомотивы использовались достаточно широко и для которой даже производились серийно, — это шахтёрское дело. Пневмовагонетки встречаются в шахтах и по сей день: это дёшево, безопасно и надёжно, а расстояния в шахтах небольшие, так что «заряда» пневмосистемы хватает с запасом. Дошедший до наших дней шахтовый пневмолокомотив компании Porter. Он служил с 1928 по 1961 год на золотом руднике Хоумстейк в Южной Дакоте Пневмоход-рекордсмен конструкции Уильяма Бойлетта, достигший в 1934 году скорости 201 км/ч

АТМОСФЕРНЫЙ ЗАКАТ

Несмотря на то, что паровозы имели большую мощность, «атмосферическая» дорога всё же имела ряд немаловажных преимуществ перед традиционной: скорость передвижения, бездымный, бесшумный и плавный ход, а также безопасность (паровой котёл не мог взорваться, поскольку его не было). Кроме того, использование такого способа передвижения позволяло составам легче преодолевать подъёмы.

Однако Стефенсон, изобретатель паровоза, скептически отнёсся к новшеству. «Из этого ничего не выйдет, — говорил он. — Ведь это только видоизменение пресловутой неподвижной машины с канатной передачей. Я уверен при этом, что воздухонепроницаемые каналы окажутся гораздо менее надёжными, чем обыкновенные канаты. Они будут прочны не больше, чем канаты из песка».

Схема системы Альфреда Бича из газеты Scientific American от 5 марта 1870 года

Изамбард Брюнель, одна из ключевых фигур мировой технической революции

Стефенсон оказался прав — пневмодороги протянули недолго. Камнем преткновения стал клапан, обеспечивающий герметичность трубы в районе поршня. Зимой в щель набивался снег, влага внутри трубы замерзала, что приводило к образованию наледи и выводило пневмодорогу из строя. В другие времена года влага, попавшая внутрь, способствовала коррозии трубы, и ржавчина быстро истирала клапан. Заодно люди не на жизнь, а на смерть сражались с крысами, которые с удовольствием пожирали пропитанную салом кожу. Наконец, чтобы достичь разрежения воздуха в трубе, использовались паровые двигатели на насосных станциях, которые можно было бы с тем же успехом применять на обычных паровозах.

Сегодня, в век загрязнения окружающей среды и грядущего дефицита топлива, пневматическая железная дорога может показаться хорошим транспортным средством, тем более что проблему герметичности клапана решить легко. Энергию на насосной станции можно получать любым экологически чистым способом — с помощью ветра, солнца, бактерий или водорода. Однако проблема низкого КПД и сложного технического обслуживания всё равно остаётся, что ставит эффективность пневмодороги под вопрос. Гораздо проще в этом плане использовать обычные электродвигатели — надёжные, безопасные для окружающей среды и давно проверенные временем.