Джордж Стефенсон (; 9 июня 1781, Уилэм, графство Нортамберленд — 12 августа 1848, Честерфилд, графство Дербишир) — английский изобретатель, инженер-механик.
Всемирную известность приобрёл благодаря изобретённому им паровозу. Считается одним из «отцов» железных дорог. Стефенсон предложил использовать железные рельсы (вместо чугунных), а подушки, которые в дальнейшем превратились в шпалы, делать деревянными.
Выбранная им ширина колеи 4 фута 8 дюймов (1435 мм), так называемая «Стефенсоновская» или «нормальная колея», стала самой распространённой в Западной Европе и на железных дорогах многих стран мира.
Биография Джордж Стефенсон родился в Уилэме (, графство Нортамберленд), в 15 километрах от города Ньюкасл-апон-Тайн в семье шахтёра и впоследствии кочегара Роберта Стефенсона и его жены Мэйбл. В раннем детстве мальчик носил отцу на смену обед.
Всё детство Стефенсона прошло у построенной в 1748 году от Уилэма до реки Тайн деревянной колейной дороги длиной несколько миль, которая использовалась для вывоза угля с шахты на вагонетках с конной тягой и фактически была прародительницей современных железных дорог.
Когда Джорджу исполнилось 8 лет, Уайлемская шахта закрылась, и семья переехала в Дьюли Бёрн, где зарплата отца была меньше. С 8 до 10 лет Стефенсон работал пастухом в соседнем поместье, затем по примеру старшего брата на сортировке угля и погонщиком на конном вороте.
14-ти лет Джордж Стефенсон стал помощником кочегара у отца. Его внимание больше всего занимали насосы, которыми из шахт выкачивали воду, и он изучал устройство машины в свободное время. В 17 лет Стефенсон стал машинистом на Ньюбернских копях, начальником своего отца-кочегара. Только с этого времени он получил возможность учиться и ускоренным темпом овладел грамотой и счётом.
В 1801 году Стефенсон устроился на работу машинистом пароатмосферного насоса в Блэк Келлертоне, затем — на более современной паровой лебёдке у Уиллингтона на Тайне, с помощью которой угольные баржи разгружались от песчаного балласта. В 1802 году Стефенсон купил домик и женился на Фанни Хендерсон, дочери фермера, старше на 12 лет. Стефенсон продолжает учиться и знакомится с 14-летним Уильямом Фейрберном.
Стефенсон и Фейрберн строили модель вечного двигателя, которая совершенно не работала. После пожара в доме Стефенсон был вынужден самостоятельно починить испорченные водой часы, после чего у него появился и приработок часовщика.
В 1803 году Фанни родила сына, которого назвали Робертом. В 1805 году Стефенсоны переехали в Киллингуорт в 10 милях (16 км) от Ньюкасла, где Джордж работал младшим механиком на большом паровом подъёмнике. В 1806 году Фанни умерла от последствий родов, дочь Стефенсона также умерла в трёхнедельном возрасте. Стефенсон решил переменить место и год проработал в Шотландии механиком на паровой машине шерстепрядильной фабрики в бухте Монтроз, где скопил 28 фунтов. За это время его отец ослеп в результате ожога глаз паром, семья сильно обеднела. Сестра Стефенсона Энн с мужем уехали в Америку, но Стефенсон не мог за ними последовать и остался заботиться о родителях.
В 1810 году Стефенсон удачно переделал старый насос Ньюкомена для новой угольной шахты в Киллингуорте, и после гибели главного механика шахты Стефенсон был назначен на это место в 1812 году.
В своей практической работе он все время стремится к усовершенствованию шахтного оборудования и вскоре вносит различные улучшения в применявшуюся тогда паровую машину Ньюкомена. Проблемой были постоянные взрывы газа в угольных шахтах. В 1815 году Стефенсон разработал три варианта безопасной рудничной лампы практически одновременно с лампой Дэви.
Проектирование первых паровозов
Чтобы облегчить вывоз угля на поверхность, Стефенсон сначала построил паровую машину, которая с помощью каната тянула вагонетки на самотаске. Самотаска представляет собой два рельсовых пути, по которым движутся вагонетки, связанные в бесконечную цепь — вверх нагруженные, а вниз порожние.
Непосредственными предшественниками Стефенсоновских паровозов были машины Тревитика, в которых использовалось высокое давление пара и выхлоп в атмосферу вместо конденсатора, и первый практически значимый паровоз Бленкинсопа — Мюррея с зубчатым ведущим колесом и зубчатой рейкой вдоль рельсовой колеи, использовавшийся с 1812 года на дороге Миддлтон — Лидс. Без зубчатой рейки паровоз не мог брать крутых подъёмов, но в те годы бытовало также убеждение, что на гладких рельсах паровоз в принципе не может везти большой вес из-за недостаточного сцепления с дорогой. Это вызывало как практичные конструкции с ведущим тросом братьев Чепмен, так и курьёзные конструкции вроде паровоза Брантона, снабжённого ногами, которыми он отталкивался от земли.
Хедли, Форстер и Хэкворт на Уайлемской дороге доказали, что на горизонтальном участке пути сцепления гладких колёс с гладкими рельсами достаточно и построили в 1813 году паровоз «Пыхтящий Билли», вернувшись, по сути, к конструкции Тревитика 1802 года, которая, к сожалению, опередила своё время и не могла быть практичной из-за недостатка подходящих для рельсов материалов. «Билли», после распределения веса по четырём ведущим осям, наконец перестал ломать чугунные рельсы и заработал систематически.
25 июля 1814 года Стефенсон испытал на Киллингуортской дороге свой первый локомотив, предназначенный для буксировки вагонеток с углём для рудничной рельсовой дороги. Он не отличался от машины Бленкинсопа — Мюррея ничем, кроме отсутствия зубчатого зацепления с путём. Он мог вести состав общим весом до 30 тонн на подъём в 22 ‰ со скоростью 6 км/ч. Машина получила название «Блюхер» в честь воевавшего с Наполеоном прусского генерала. Но за год эксплуатации «Блюхер» большого экономического эффекта не дал из-за малой производительности котла с одной сквозной жаровой трубой (в отличие от котла с U-образной трубой, использованной вслед за Тревитиком конструкторами «Пыхтящего Билли»). Чтобы усилить тягу в топке (то есть, интенсивность горения и тепловыделения) и избавиться от оглушительного шума, Стефенсон сделал выхлоп пара в конусное устройство в дымовой трубе.
В 1815 году Стефенсон построил второй паровоз, в котором ведущие оси были соединены не зубчатой, как в «Блюхере», а цепной передачей. За ним в 1816 году последовал третий паровоз «Киллингуорт», отличавшийся только наличием третьей оси, приводимой в движение от двух других той же цепной передачей. «Киллингуорт» стал родоначальником серии из нескольких машин, проработавших около 50 лет. Они вели составы в 50 тонн со скоростью 10 км/ч.
Теория железной дороги Большим ограничением для паровой тяги были два обстоятельства, которые Стефенсон установил анализом, заложив основы теории железнодорожного транспорта. Во-первых, тяжёлый продольный профиль пути и малый радиус кривых, унаследованные от конных дорог, сильно ограничивали силу тяги паровоза (на уклоне уменьшается сцепной вес, в кривых малого радиуса колёса одной стороны пробуксовывают), во-вторых, слабое верхнее строение пути и хрупкие чугунные рельсы ограничивали допустимую нагрузку на ось локомотива, заставляя строить паровозы либо слишком лёгкие, либо сложные многоосные. Позднее при проектировании линий и Ливерпуль — Манчестер Стефенсоном были решены сложные задачи железнодорожной техники: заложены несколько сложных выемок, насыпей, мостов и виадуков, призванных сгладить продольный профиль пути, применены железные рельсы на каменных опорах, способствующие увеличению скорости движения паровоза.
Опыты Стефенсона получили признание, и в 1819 году его привлекли к проектированию и строительству восьмимильной (13 км) железнодорожной линии от угольной шахты Хэттон () до Сандерленда.
В 1820 году Стефенсон во второй раз женился, теперь на своей первой любви Элизабет Хиндмарш, которая ждала его почти двадцать лет: отец не позволил ей выйти замуж за бедного кочегара.
В 1821 году Парламент одобрил строительство железной дороги Стоктон — Дарлингтон (S&DR). Строитель дороги Эдвард Пиз пригласил Стефенсона для прокладки трассы, которую он осуществил вместе с сыном по своим принципам наименьшего уклона и наиболее плавных кривых. Первоначальным проектом предусматривалось использование конной тяги для передвижения телег с углём по металлическим рельсам. После консультации со Стефенсоном Пис и дирекция согласились допустить паровую тягу вместе с конной. В верхем строении пути Стефенсон применил колею 4 фута 8 дюймов (1435 мм) и предложил не литые чугуные рельсы по своему патенту, а прокатные рельсы Бёркиншоу. Они были почти вдвое дороже, и дирекция согласилась уложить мягкие рельсы лишь на половине пути для сравнения. Также ему не удалось продвинуть глубокую выемку на Брусслтонском холме, где пришлось установить стационарную паровую лебёдку. Линия получилась общей протяжённостью 56,3 км, в том числе 43,5 км основной линии и 12,8 км боковых. Стоимость строительства, доверенного Стефенсону за 300 £ в год, составила 0,25 млн £ (4,5 тыс. £ за 1 км) — не намного дороже дорог для конной тяги.
23 июня 1823 года в Ньюкасле открылся первый в мире паровозостроительный завод, в который Стефенсон вложил тысячу фунтов премии за безопасную лампу, и по 500 фунтов вложили Пиз и Ричардсон. Комапния Стоктон — Дарлингтонской дороги заказала серию из трёх паровозов, первый из которых был построен в сентябре 1825 года, а впоследствии переименован в «Передвижение № 1» (). Завод продолжал выпускать локомотивы этого типа («Надежда», «Чёрный алмаз», «Прилежание» и т. д.).
Открытие линии состоялось 27 сентября 1825 года. Поезд был втянут лебёдкой на Брусслтонский холм, спущен и прицеплен к паровозу «Локомоушн», которым управлял Стефенсон. Он провёл состав из 34 вагонов (6 грузовых с углём и мукой, 1 крытый пассажирский вагон «Эксперимент» (), в котором ехали члены приёмочной комиссии и вагоны-скамейки для публики) общим весом около 80 тонн. Поезд показал среднюю скорость от 6,5 до 10 км/ч, но на некоторых участках он разгонялся до 24 км/ч.
Дорога Манчестер — Ливерпуль
Товарооборот между промышленным Манчестером и портовым Ливерпулем к 20-м годам XIX века достиг 1220 тонн в день и осуществлялся, главным образом, посредством каналов. Из Ливерпуля поступало заморское сырьё (хлопок, красители), обратно вывозились продукты производства. Тарифы на перевозку по водным путям постоянно росли, в зимнее время судоходство прекращалось, а обычно путь около 50 км занимал трое суток. Отец и сын Стефенсоны (Роберт к тому времени закончил курс в Эдинбургском университете) были привлечены к повторной трассировке и проектированию двухпутной железнодорожной линии Манчестер — Ливерпуль в 1824 году. Наибольшие возражения вызвал участок дороги через болото Чет-Мосс, который был сочтён неосуществимым. Проект не прошёл через Парламент, и Стефенсон как вызывавшая сильное сопротивление фигура с поста главного инженера был снят. В 1826 году Билль с помощью более авторитетных инженеров удалось провести через обе палаты, но строить дорогу они отказались, и дело вернулось к Стефенсону. Из-за того, что приходилось обходить участки несогласных землевладельцев, продольный профиль дороги был бы слишком тяжёлым для паровозов без масштабных и дорогостоящих инженерных сооружений. Инженеры Растрик и Уокер предлагали устроить 21 стационарную лебёдку, предполагая, что при сравнимых капитальных затратах текущие будут меньше. Стефенсон не без труда отклонил этот проект и взялся за планировку трассы и устройство 63 искусственных сооружений: тоннелей, выемок, виадуков и насыпей. На болоте Чет-Мосс устроили «плавучую» насыпь длиной 6,5 км из торфа и фашин, на болоте Парр-Мосс — насыпь в 24 км из обычных материалов.