Еволюція транспортних засобів прогрес летить рейками
Прототипом рейок стали колійні дороги античності. Найдавніша з них - Діолкос (це грецька назва волока) - знаходилася в Греції, вона з'явилася в VI столітті до н. Понад шістсот років ця дорога служила для перетягування човнів через найвужче місце Корінфського перешийка – з Сардонічної затоки до Коринфської та назад. Ваблені рабами човни на змазаних жиром полозах або колісні вози з вантажем рухалися по вирубаних у вапняку і коліях, що задають напрямок. Приблизно на цьому місці в XIX столітті був проритий Коринфський канал, що виконував ті ж функції. Подібні дороги виявлено і під час розкопок Помпеї. Де-не-де колійні дороги дожили практично до нашого часу. Ні, це не моторошні колії в ґрунтовках, пробиті колесами важких вантажівок в українській глибинці. У районах лісозаготівель для полегшення руху лісовозів ще в тридцяті роки минулого століття влаштовували дерев'яний настил з відбійними брусами, що обмежують з'їзд – автомобіль рухався як би по дерев'яній колії. Пізніше робили спеціальні залізобетонні профілі для використання на будмайданчиках.
Шлях до звичної для нас сталевої рейки був звивистий і довгий. Найперші рейки були зовсім не сталевими, як зараз, і навіть не чавунними, як у ХІХ столітті (звідси, до речі, українська назва перших залізниць – чавунка). Їх робили... дерев'яними! У середині XVI століття вузькоколійні дороги з дерев'яними рейками вже поширилися на шахтах і рудниках Європи. Спочатку це були вчорно оциліндровані колоди, в тридцятих роках XVII століття їх змінили бруси прямокутного перерізу. Щоб зменшити зношуваннята опір коченню, дерев'яні рейки стали накривати металевими смугами. У другій половині XVIII століття з'явилися перші чавунні рейки, які мали U-подібний перетин. Кутові в перерізі чавунні рейки були винайдені в 1776 році, за формою вони вже були досить близькі до добре згину, а тому оптимальної двотаврової формі, яку мають розроблені в 1830 році американцем Стівенсоном (Robert Stephenson) сучасні широкопідошовні рейки. Навантаження, що зросли на початку XIX століття, змусили перейти від крихких чавунних до більш міцних залізних рейок. На перших залізницях Британії укладали винайдені в 1835 році інженером Джоном Локком незвичайні двоголові рейки, їх ще називали стефенсонівськими, на ім'я будівельника цих доріг і перших паровозів Стефенсона (George Stephenson). За задумом, після зносу верхньої головки рейка переверталася і могла служити другий термін. Тільки ось в процесі експлуатації на опорній частині виникали перешкоди повторному застосуванню вм'ятини, та й масивні чавунні опори робили конструкцію дорогою. Загалом двоголові рейки дуже обмежено використовувалися тільки в Англії; після Другої світової війни вони були замінені широкопідошовними.
На зорі залізничного транспорту, коли і рейки були не залізними, а чавунними, питання тертя металу по металу були мало вивчені. Вважалося, що гладкі колеса прослизатимуть гладкою рейкою, і це породило кілька курйозних технічних рішень. Творець першого паровоза Річард Тревітік (Richard Trevithick) у 1804 році намагався прилаштувати до своєї машини тягове колесо з шипами, яке чіплялося б за покладену вздовж рейок дерев'яну балку. У 1812 році Джон Бленкінсон запатентував паровоз з додатковим зубчастим ведучим колесом,зубчасту рейку, що зачепляється за укладену вздовж шляху. Зчеплення виявилося ідеальним, але високої швидкості не вдалося досягти. На горизонтальних ділянках та при невеликих ухилах це рішення виявилося неефективним. Втім, у низці країн Європи та Америки метод зубчастого зачеплення був використаний на коротких ділянках колії зі значним підйомом. Пізніше, в 1813 році, Вільям Брантон (William Brunton) пішов далі. Він не став ускладнювати конструкцію колії, а зробив свій паровоз «Механічний мандрівник» крокуючим. Парова машина рухала розташовані позаду дві механічні «ноги», які відштовхувалися від ґрунту між рейками. Перший екземпляр був заслабкий, але побудований роком пізніше другий не тільки показав швидкість близько 5 км/год (не смійтеся, для початку XIX століття це не так вже й мало), а й увійшов в історію як винуватець першої у світі залізничної катастрофи. Ні, ні – він не зійшов з рейок, все було прозаїчніше. У спробі збільшити потужність (а значить, і швидкість) занадто сильно підняли тиск у казані, і він вибухнув, відправивши в інший світ близько дюжини чоловік. Цього досвіду виявилося мало, і в двадцятих роках XIX століття у Франції зробили ще одну, останню спробу штовхати паровоз важелями. Але на цей момент Джордж Стефенсон вже провів успішні випробування свого вантажного паровоза «Блюхер», довівши можливість ефективно використовувати гладкі колеса на гладких рейках. Тріумфальний розвиток залізничного транспорту пішов саме цим шляхом, а паровози з крокуючим та зубчастим приводами були спрямовані в глухий кут.
На звичних сьогодні монорейкових дорогах вагони або спираються на рейку зверху або підвішені до неї знизу. Але були в історії транспорту і екзотичніші варіанти. У 1892 році на острові Лонг-Айленд була побудована і навіть кілька роківексплуатувалася залізниця Бойнтона, яка отримала прізвисько «велосипедна» (Boynton Bicycle Railway). Ведений спеціально сконструйованим паровозом поїзд котився єдиною рейкою на землі, колеса розташовувалися один за одним. Стійкість конструкції надавали допоміжні колеса зверху, що чіплялися за стабілізуючу рейку, підняту на щоглах над основним полотном. Вийшов якийсь гібрид монорейки з вузькоколійною (до краю) дорогою. Приблизно за цією ж схемою (тільки несучою стала верхня рейка) у тридцяті роки минулого століття в Шотландії була побудована досить коротка експериментальна аеромонорейкова дорога Railplane. Унікальною її зробив обраний конструктором Джорджем Бенні (George Bennie) рушій – повітряний гвинт. У передній і задній частинах вагона розташовувалися електродвигуни, що живляться від міської трамвайної мережі з чотирилопатевими пропелерами. Напрямні функції виконувала нижня рейка: така стабілізація була необхідна, адже розрахункова швидкість «рейкового літака» досягала 160 км/год. На жаль, економічні проблеми поставили на проекті, що обігнав свого часу, хрест. З початком Другої світової війни шляхи були розібрані на металобрухт (в ньому гостро потребувала військова промисловість), а в шістдесятих роках ця ж доля спіткала і сам аеровагон.
Прилаштувати повітряний гвинт до залізничного транспорту намагалися й німці. У 1929 році в Німеччині був розроблений і побудований в єдиному екземплярі вагон, що штовхається пропелером з приводом від потужного авіаційного двигуна. Через схожість сигарообразного обтічного корпусу з дирижаблем його назвали Schienenzeppelin - рейковий цепелін. Від дирижаблів конструктор Франц Крукенберг (Franz Kruckenberg) запозичив і низку технічних рішень, наприклад, вкриті тонкими алюмінієвимилистами алюмінієві шпангоути. Це дозволило зменшити вагу вагона завдовжки двадцять п'ять метрів до двадцяти тонн. У 1931 році конструкція встановила світовий рекорд швидкості - 230 км/год, який протримався понад двадцять років. З початком Другої світової війни проект був згорнутий: алюміній та бензин були потрібні для бойової авіації. Ще раніше, в 1921 році, в СРСР побудували автомотрису. Це була дрезина, що рухається авіаційним мотором з повітряним гвинтом і розвивала швидкість до 140 км/год. Влітку цього ж року вона злетіла під укіс на швидкості 80 км/год, поховавши під своїми уламками винахідника та кількох діячів Третього інтернаціоналу. Ідея використання як рушій повітряного гвинта виявилася тупиковою. Але ось думка застосувати в рейковому транспорті реактивну силу виявилася живучою. У 1970 році був побудований швидкісний вагон-лабораторія (НВЛ) з двома авіаційними турбореактивними двигунами. Щоправда, він був задуманий не як засіб для встановлення рекордів швидкості, а як платформа для випробування взаємодії колеса та рейки на високих швидкостях. Саме для цього потрібен був швидкий транспорт з колесами, що вільно обертаються. Після закінчення досліджень вагон був покинутий. У США також ставили на локомотив турбореактивні авіадвигуни. У 1966 році звичайною залізницею пронісся зі швидкістю 300 км/год експериментальний вагон Budd RDC з розташованими на даху двома двигунами. Для забезпечення безпеки попереду летів невеликий гвинтовий літак, але він раз у раз відставав… Одна проблема – тягти склад такий локомотив не міг, не вистачало потужності.
Загалом реактивні двигуни в чистому вигляді на залізницях не прижилися. Але колеса, що обертають, газові турбіни – це щось інше. Швейцарська Swiss Locomotive Company у п'ятдесятих рокахминулого століття збудувала перший локомотив із газотурбінним двигуном. Він тягав склади в Британії, але недовго: у 1959 році технічні проблеми та величезна витрата дорогого палива відправили його на запасну колію, а ще років через десять – до музею. Боротьба за екологію, здається, знову закликала на рейки газову турбіну. На початку нового тисячоліття канадська машинобудівна корпорація Bombardier заявила про створення локомотива із газотурбінним двигуном Pratt & Whitney PW150 потужністю 5000 к.с. Розробники запевняють, що викиди вуглекислого газу, порівняно зі звичним дизелем, зменшаться на 30%. Крім того, знизиться рівень шуму, а розганятися локомотив зможе вдвічі швидше.
У розпал холодної війни з'явився проект локомотива з ядерною енергетичною установкою. Призначався він для буксирування бойових залізничних ракетних комплексів (БЖРК) і мав майже необмежену автономність. Передбачалося використовувати реактор на швидких нейтронах, здатний крутити електричний генератор потужністю 10 МВт. Розробки припинилися 1985 року. 2005 року БЖРК було знято з бойового чергування, а до 2007 року їх знищили відповідно до «Договіру про скорочення стратегічних наступальних озброєнь СНО-2». Здавалося б, ідею встановлення атомного реактора на локомотив поховано остаточно, адже складно придумати інше призначення для такої техніки. Проте на початку 2011 року ВАТ РЗ оголосило про можливе оснащення локомотивів реакторами на швидких нейтронах. Втім, від такої ініціативи пахне тривіальною «пілорамою» – але це вже зовсім інша історія.