Đầu thế kỷ 19, hành trình 50 km bằng xe ngựa là cả một ngày đường mệt nhọc. Chỉ trong vòng vài thập kỷ sau đó, con người đã có thể đi quãng đường ấy trong một giờ, ngồi trên đoàn tàu do một cỗ máy sắt kéo đi và nhả khói. "Con ngựa sắt" ấy – đầu máy xe lửa hơi nước – không chỉ thay đổi cách người ta đi lại; nó thay đổi cả cảm nhận của nhân loại về khoảng cách và thời gian.
Chuyến tàu đầu tiên bắt đầu từ một vụ cá cược
Đường ray không phải thứ xa lạ vào năm 1800: trong các mỏ than ở Anh, toa chở than đã chạy trên đường ray gỗ rồi ray sắt suốt nhiều thế hệ, nhưng sức kéo vẫn là ngựa. Người đầu tiên gắn động cơ hơi nước lên đường ray thành công là Richard Trevithick, kỹ sư mỏ vùng Cornwall, người đặt niềm tin vào hơi nước áp suất cao – nhỏ gọn và mạnh hơn nhiều so với các máy hơi nước áp suất thấp cồng kềnh thời đó.
Ngày 21 tháng 2 năm 1804, tại lò luyện sắt Penydarren ở xứ Wales, chiếc đầu máy không tên của Trevithick kéo theo năm toa chở 10 tấn sắt và 70 người chạy hết quãng đường ray dài gần 16 km. Chuyến chạy này thắng một vụ cá cược 500 guinea giữa hai chủ lò sắt về việc liệu máy hơi nước có kéo nổi hàng trên đường ray hay không. Đó là chuyến tàu hơi nước đầu tiên trong lịch sử – nhưng nó cũng bộc lộ ngay tử huyệt: ray gang thời đó quá giòn, liên tục nứt vỡ dưới sức nặng của đầu máy. Phải đến năm 1812, đầu máy Salamanca chạy bằng bánh răng trên tuyến Middleton mới trở thành đầu máy thương mại thành công đầu tiên, mở đường cho giai đoạn hoàn thiện kéo dài hơn một thập kỷ.
Nguyên lý: hơi nước, piston và ma sát nhỏ đến khó tin
Trái tim của đầu máy là nồi hơi áp suất cao: nước được đun sôi trong lò đốt than, hơi nước áp lực lớn được dẫn vào xi lanh đẩy piston qua lại, và thanh truyền cùng tay quay biến chuyển động ấy thành vòng quay của bánh chủ động. Một chi tiết tinh quái là ống thổi: hơi đã qua sử dụng được phun lên ống khói, tạo luồng hút kéo lửa trong lò cháy mạnh hơn, khiến nồi hơi sinh hơi nhanh hơn mỗi khi đầu máy tăng ga – đầu máy càng chạy nhanh, lửa càng bốc.
Điều làm đường sắt hiệu quả đến vậy nằm ở cặp bánh và đường ray bằng thép: bánh sắt có vành dẫn hướng lăn trên ray sắt với ma sát cực nhỏ, nên một đầu máy có thể kéo đoàn toa nặng hàng trăm tấn – khối lượng mà hàng chục con ngựa cũng không địch nổi. Đầu máy Rocket năm 1829 gói gọn các cải tiến then chốt của thời kỳ này: nồi hơi nhiều ống lửa với 25 ống chạy xuyên qua thân nồi để tăng diện tích đun nóng, ống thổi, và kết cấu nhẹ, giúp nó đạt tốc độ tới khoảng 48 km/giờ – con số gây choáng váng cho người đương thời.
Stephenson, Rainhill và kỷ nguyên đường sắt bùng nổ
George Stephenson, một công nhân mỏ tự học đọc viết khi đã trưởng thành, là người đưa đầu máy từ mỏ than ra xã hội. Năm 1814 ông chế tạo đầu máy Blücher cho mỏ Killingworth; năm 1825, đầu máy Locomotion No. 1 của ông chạy trên tuyến Stockton – Darlington, tuyến đường sắt công cộng đầu tiên dùng đầu máy hơi nước và chở cả hành khách có vé.
Thử thách quyết định đến vào tháng 10 năm 1829 với cuộc thi Rainhill: công ty đường sắt Liverpool – Manchester tổ chức thi chọn đầu máy cho tuyến liên thành phố đầu tiên của mình. Mười đầu máy đăng ký, năm chiếc thực sự tranh tài, và chỉ có Rocket – do Robert Stephenson, con trai của George, thiết kế – hoàn thành trọn vẹn mọi vòng chạy, giành giải thưởng 500 bảng. Ngày 15 tháng 9 năm 1830, tuyến Liverpool – Manchester khai trương với tám đầu máy, mở ra kỷ nguyên đường sắt: các tuyến đường lan khắp nước Anh rồi châu Âu và Bắc Mỹ trong vài thập kỷ. Đường sắt buộc các địa phương phải thống nhất "giờ đường sắt" thay cho giờ mặt trời riêng lẻ của từng thị trấn – tiền thân của múi giờ chuẩn ngày nay. Hàng hóa, than đá, thư tín và con người lưu thông nhanh gấp nhiều lần, còn khổ ray mà Stephenson sử dụng trở thành khuôn mẫu được nhiều nước noi theo. Từ nền tảng ấy, đầu máy diesel rồi đầu máy điện và tàu cao tốc lần lượt kế thừa: thay đổi nguồn động lực, nhưng vẫn trung thành với ý tưởng năm 1804 – đặt một cỗ máy lên đường ray và để ma sát nhỏ làm phần việc còn lại.
Sự thật thú vị ít người biết
- Chuyến tàu hơi nước đầu tiên trong lịch sử không phải dự án quốc gia mà là kết quả của một vụ cá cược 500 guinea giữa hai ông chủ lò sắt xứ Wales.
- Năm 1808, Trevithick cho đầu máy trình diễn "Catch Me Who Can" chạy trên đường ray vòng tròn ở London và bán vé cho khán giả vào xem như một trò giải trí.
- George Stephenson, "cha đẻ của đường sắt", đến năm 18 tuổi vẫn chưa biết chữ; ông tự bỏ tiền đi học lớp buổi tối trong thời gian làm công nhân mỏ.
Hiểu lầm thường gặp
Hiểu lầm: "George Stephenson phát minh ra đầu máy xe lửa." Trevithick đã chạy tàu hơi nước thành công năm 1804, hơn hai thập kỷ trước thời kỳ của Stephenson. Công lao của Stephenson là hoàn thiện đầu máy thành phương tiện tin cậy và xây dựng những tuyến đường sắt công cộng đầu tiên – vai trò kỹ sư hệ thống hơn là người phát minh đầu tiên.
Hiểu lầm: "Rocket là đầu máy đầu tiên chở hành khách." Danh hiệu ấy thuộc về Locomotion No. 1 trên tuyến Stockton – Darlington năm 1825. Rocket nổi tiếng vì thắng cuộc thi Rainhill và vì nó hợp nhất trong một cỗ máy những cải tiến định hình thiết kế đầu máy suốt 150 năm sau.
Hiểu lầm: "Đường sắt ra đời cùng lúc với đầu máy hơi nước." Đường ray đã phục vụ trong các mỏ than từ rất lâu trước đó với sức kéo của ngựa. Đầu máy hơi nước là kẻ đến sau – nó thay thế con ngựa trên một hạ tầng đã có sẵn, chứ không tạo ra hạ tầng đó từ con số không.
0 bình luận