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A. 鐵路的起源與發展

火車與鐵軌

今天我們已經習慣於將鐵路看作是最古老的一種交通方式。不過很少有人知道，火車的出現所依據的兩個發明，在很早的時候就已經被人們所知並加以利用了。早在古希臘和古羅馬時代，當時的人們就已經開始修建道路，並利用軌道和人力或者馬拉的車輛來運輸物品。但是，這一出色的發明卻在中世紀被人們所忘記。直到16世紀末，沿著軌道前進的車輛才再次被用於在煤礦中運輸煤炭。當時，這些車輛的輪子和軌道已經用木頭包著鐵皮來製作了。

到了18世紀，蒸汽機出現了，並被廣泛應用在工業中。但是在交通運輸中，蒸汽機和鐵軌仍然被人們分別單獨利用了很多年。當兩者終於在某一天結合在一起時，鐵路就出現了。

蒸汽機車

蒸汽機車的出現有著長長的歷史，其中充滿了天才的想法和失敗的應用。在18世紀末和19世紀初，許多出色的人物試圖將蒸汽機用在車輛上（始作俑者是1763年的法國炮兵軍官尼古拉。約瑟夫。屈尼奧），還有人曾經試圖讓蒸汽機車在鐵軌上運行（1801和1803年英國人理查德。特萊維特奇克就做了這樣的試驗），但最後是英國人喬治。斯蒂芬森首先發明了真正實用的蒸汽機車。喬治。斯蒂芬森1781年出生在紐卡斯爾。他在1814年製造出被稱為「半統靴」的蒸汽機車，是後來所有蒸汽機車的原型。

鐵路的延伸

在第一台蒸汽機車發明之後，火車的歷史就主要轉變成了鐵路擴張的歷史。在很多年中，用蒸汽機車帶動的車廂缺乏可以運行的軌道。第一條用來運載乘客的鐵路，是斯蒂芬森在英國畢曉普克蘭建成的，全長只有17公里。但是，鐵路並沒有立即進入它的擴張時代。針對斯蒂芬森的發明，反對進步的守舊派們發起了他們典型的攻擊。他們批評說，這個巨大的邪惡機器將給人類和動物帶來死亡，並且會破壞美麗的田園風光。不過，鐵路最終佔了上風。1830年9月15日，從曼徹斯特到利物浦的鐵路建成通車。這被認為是歷史上第一條真正的鐵路。從那以來，鐵路一直在飛速而持久地發展著。諸如橋梁、高架橋和隧道等各種巨大的工程將鐵軌帶到了世界的各個地方。

電氣列車

首先產生這個想法的是德國工程師和工業家維爾納。馮。西門子，他在1881年建造了第一條電氣鐵路。在最初的試驗中，機車用的電流直接通過鐵軌傳輸。隨後才發明了架空電纜來提供電力，這種方式要安全得多，並且可以用較少的變電站來為機車提供足夠的電力。這一系統隨後也被應用到地鐵和城市輕軌列車中。

1870年，第一條城市列車（也就是地鐵）在倫敦正式開始運行，當時使用的是蒸汽機車。20年以後，第一條電力地鐵終於建成了。隨後，幾乎所有的地面和地下鐵路都逐漸實現了電氣化，蒸汽機車也漸漸退出了歷史舞台。

傳奇的「火箭」

1826年，在克服了巨大的阻力之後，建設從曼徹斯特到利物浦的鐵路的提案終於在英國國會獲得通過。為了選擇這條鐵路使用的火車機車，英國政府向社會進行公開招標。結果這次招標成了一場備受熱情的公眾關注的競賽。1829年10月，在萊因希爾附近的鐵軌上，來自四家火車頭製造商的機車進行了公開比賽。最終，喬治。斯蒂芬森製造的「火箭」機車戰勝了其他競爭對手。「火箭列車」順利地完成了各種上情況下的運行，並達到了創紀錄的57公里的時速。從那以後，「火箭」機車成為世界上最為廣泛使用的火車機車。

剎車系統

大約在1767年發明的剎車完全不需要理由。減緩高速行駛車輛的速度，是現代社會最自然的要求。從它被發明出來那天起，剎車系統都是一個對輪子進行摩擦作用來減速的裝置，只不過隨著時間的推移逐漸完善。剎車裝置中最重要的發明來自英國人喬治。威斯汀豪斯，他發明了壓縮空氣剎車裝置。在此之前，剎車都是用手來進行操作。有了這一發明，氣缸和活塞的力量就代替了人力。更有效的剎車使得火車的速度大幅度提高，因為它提供了更加安全的保障。

磁懸浮列車

這種火車的時速可以達到550公里，並且在鐵軌以上幾厘米的地方運行。它的秘密就在於鐵軌和車廂上安裝的超導磁鐵。從上個世紀70年代開始，德國和日本研究這一系統並已經接近實用，這種列車將有望代替目前在歐洲行駛的高速列車。

與常規的動力來自於機車頭的火車不同，磁懸浮列車的動力來自於鐵軌。磁懸浮列車的動力裝置，一部分是在鐵軌上。列車車身上的磁鐵使車身懸浮於鐵軌之上，而鐵軌上的磁鐵則給予車身上的磁鐵一個斥力推動車身前進。通過調節通過磁鐵的電流強度，可以方便地改變列車的速度。預計將來實用型的磁懸浮列車每列有130到220個座位，運行時速在300到500公里。

磁懸浮列車速度的紀錄目前是由日本的MLX01型創造的。1998年，這種列車的運行時速達到了550公里。在此之前，磁懸浮列車的速度紀錄是法國的TGV型列車創造的，時速為515公里。MLX01型列車使用的是由液壓操縱的空氣動力剎車系統。這有三個車廂，每個車廂有30到41個座位。兩頭是兩個為了減少空氣阻力而精心設計的流線型頭部。這種列車起初用輪子行駛，時速達到100公里以上才開始在軌道上「飄浮」，由磁鐵驅動前進。

水下火車

1994年，人們一直以來所擁有的通過海底將英國和法國聯系在一起的夢想終於成為現實。目前，英法海底隧道運行法國TGV這樣的客運列車，也運行Shuttie I型這樣有28個雙層車廂、可以運載140輛汽車的渡船式列車。在隧道中，它們的時速可以達到140公里。

事實上，連接英國福克斯通和法國加來的歐洲隧道並不是一條而是三條。兩條隧道用於雙向通車，第三條小一些的隧道用於維護工作並作為安全出口。一旦發生緊急情況，乘客可以從通車的隧道中每隔375米就有一個的安全出口逃生。隧道消防員也在這第三條隧道中工作，他們使用安裝有與中央計算機相連的煙幕感應器的消防車。

兩條用於通車的隧道每條長50公里，直徑6.7米。隧道中密布著電話線以及將中央計算機與各種設施連接在一起的光纜。由於隧道的大部分都處在海面以下100米的深處，最糟糕的事情就是發生火災。每條隧道中都有一套完善的滅火系統。在英國福克斯通車站，控制大廳中的工作人員通過計算機網路監控著隧道所有的關鍵部位。