صاروخ ستيفنسون

تم بناء روكيت في وقت شهد تطوراً سريعاً لتكنولوجيا المحركات البخارية. وقد استندت إلى الخبرة المكتسبة من التصاميم السابقة لجورج وروبرت ستيفنسون ، بما في ذلك قاطرة كيلينغورث بلوشر (1814) ولوكوموشن (1825) ولانكشاير ويتش (1828).

تباينت الآراء حول من يستحق الفضل في تصميم قاطرة "روكيت" . كان جورج ستيفنسون قد صمم عدة قاطرات من قبل، لكن لم تكن أي منها متطورة مثل "روكيت" . في الوقت الذي كانت فيه "روكيت" قيد التصميم والبناء في ورش فورث بانكس، كان يقيم في ليفربول مشرفًا على بناء خط سكة حديد ليفربول ومانشستر . كان ابنه روبرت قد عاد مؤخرًا من فترة عمل في أمريكا الجنوبية، واستأنف عمله كمدير عام لشركة روبرت ستيفنسون . كان روبرت مسؤولًا بشكل يومي عن تصميم وبناء القاطرة الجديدة. على الرغم من أنه كان على اتصال دائم بوالده في ليفربول، وربما تلقى منه بعض النصائح، إلا أنه من الصعب عدم منح روبرت الفضل الأكبر في التصميم. أما الشخص الثالث الذي قد يستحق قدرًا كبيرًا من الفضل فهو هنري بوث ، أمين صندوق خط سكة حديد ليفربول ومانشستر. يُعتقد أنه اقترح على روبرت ستيفنسون استخدام غلاية متعددة الأنابيب. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

صمّم ستيفنسون قاطرة "روكيت" لتجارب "رينهيل" ، ووضع القواعد الخاصة بتلك المسابقة. وباعتبارها أول خط سكة حديد مخصص لنقل الركاب أكثر من البضائع، فقد ركّزت القواعد على السرعة وضرورة الموثوقية، مع تقييد وزن القاطرة بشكل صارم. فقد حُدّد وزن القاطرات ذات الست عجلات بستة أطنان، والقاطرات ذات الأربع عجلات بأربعة أطنان ونصف. وعلى وجه الخصوص، كان وزن القطار المتوقع جرّه لا يتجاوز ثلاثة أضعاف الوزن الفعلي للقاطرة. أدرك ستيفنسون أنه مهما كان حجم القاطرات الناجحة سابقًا، فإن هذه المسابقة الجديدة ستُفضّل قاطرة سريعة وخفيفة ذات قدرة جرّ متوسطة. ^{[ 11 ]}

في 20 أبريل 1829، أصدر مجلس إدارة مشروع سكة ​​حديد ليفربول ومانشستر قرارًا بإجراء مسابقة لإثبات إمكانية تشغيل خط السكة الحديد الخاص بهم بشكل موثوق بواسطة قاطرات بخارية، وذلك بناءً على نصيحة من مهندسين بارزين في ذلك العصر بضرورة استخدام محركات ثابتة. ^{[ 12 ]} عُرضت جائزة قدرها 500 جنيه إسترليني كحافز للفائز، مع شروط صارمة يجب أن تستوفيها القاطرة للمشاركة في التجربة. ^{[ 13 ]} تمكن روبرت ستيفنسون من إبلاغ هنري بوث في 5 سبتمبر 1829 أن قاطرة ^{" روكيت "} قد أجرت اختبارات المصنع الأولية بنجاح باهر في كيلينغورث . تم تفكيك "روكيت" في نيوكاسل وبدأت رحلتها الطويلة إلى رينهيل: بواسطة عربة تجرها الخيول إلى كارلايل؛ نُقلت القاطرة "روكيت" إلى ميناء كارلايل، ثم عبر باخرة كمبرلاند إلى ليفربول لإعادة تجميعها في 18 سبتمبر 1829. ^{[ 15 ] [ 16 ]} اجتازت "روكيت" متطلبات التجربة بنجاح، حيث حققت سرعة متوسطة قدرها 16 كم/ ساعة (10 أميال في الساعة) على مسافة 110 كم (70 ميلاً) بنسبة تزيد عن 40%. ^{[ 17 ]} كما أظهرت العروض التوضيحية قدرة "روكيت" على جر عربة تجرها أكثر من 20 شخصًا بسهولة وثبات على منحدر ويستون بسرعة تزيد عن 24 كم/ ساعة (15 ميلاً في الساعة) ، بالإضافة إلى تشغيلها بدون حمولة بسرعة تقارب 48 كم/ ساعة (30 ميلاً في الساعة) . ^{[ 17 ]} لم تتمكن أي قاطرة أخرى في التجارب من منافسة أداء " روكيت " بشكل موثوق، حيث تقاسم الشريكان بوث وستيفنسون الجائزة البالغة 500 جنيه إسترليني، مما أثبت عدم ضرورة استخدام المحركات الثابتة، وأقنع المشككين مثل راستريك . ^{[ 18 ]}       

كان حفل افتتاح خط سكة حديد ليفربول ومانشستر في 15 سبتمبر 1830 حدثًا بارزًا، استقطب شخصيات مرموقة من الحكومة والصناعة، بمن فيهم رئيس الوزراء، دوق ويلينغتون . بدأ اليوم بموكب من ثمانية قطارات انطلقت من ليفربول إلى مانشستر. وتقدم الموكب قطار نورثمبريان بقيادة جورج ستيفنسون، وضم قطار فينيكس بقيادة ابنه روبرت، وقطار نورث ستار بقيادة شقيقه روبرت الأب، وقطار روكيت بقيادة المهندس المساعد جوزيف لوك . وشاب هذا اليوم حادث مأساوي، حيث صدم قطار روكيت ويليام هاسكيسون ، عضو البرلمان عن ليفربول ، في باركسايد، ما أدى إلى وفاته. ^{[ 9 ]}

صُمم هذا المحرك كنموذج أولي للفوز في سباق سرعة، وسرعان ما استُبدل بتصاميم مُحسّنة، مثل تصميمي ستيفنسون " نورثمبريان" و "بلانيت" ، وكلاهما يعود لعام 1830. وفي غضون سنوات قليلة، خضع محرك "روكيت " نفسه لتعديلات كبيرة ليصبح مشابهًا لفئة "نورثمبريان" . فقد تم تغيير وضع الأسطوانات إلى وضع شبه أفقي، مقارنةً بالوضع المائل في التصميم الجديد؛ كما تم توسيع سعة صندوق الاحتراق وتبسيط شكله؛ وزُوّد المحرك بصندوق دخان أسطواني . ^{[ 19 ]} وبهذا الشكل حُفظ المحرك، الذي اعتُبر مختلفًا تمامًا عن المحرك الأصلي، لدرجة أن مجلة "ذا إنجينير" ، حوالي عام 1884، خلصت إلى أنه "يبدو لنا من المؤكد أن محركي "روكيت " لعامي 1829 و1830 كانا محركين مختلفين تمامًا". ^{[ 20 ]}

تاريخها بين عامي 1830 و1840 موثق بشكل غامض فقط. من عام 1830 إلى عام 1834، خدمت قاطرة روكيت على خط سكة حديد ليفربول ومانشستر. بعد خدمتها على هذا الخط، استُخدمت روكيت بين عامي 1836 و1840 على خط سكة حديد اللورد كارلايل بالقرب من برامبتون، في كمبرلاند ( كومبريا حاليًا )، إنجلترا. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

في عام ١٨٣٤، تم اختيار المحرك لإجراء تعديلات إضافية (غير ناجحة) لاختبار محرك بخاري دوار مُطوَّر حديثًا صممه الأدميرال توماس كوكرين، إيرل دوندونالد العاشر . ^{[ ٢٣ ]} بتكلفة تقارب ٨٠ جنيهًا إسترلينيًا، أُزيلت أسطوانات وقضبان دفع محرك " روكيت "، ووُضِع محركان مباشرةً على محور الدفع مع مضخة مياه تغذية بينهما. في ٢٢ أكتوبر من ذلك العام، أُجريت تجربة تشغيلية بنتائج مخيبة للآمال؛ حيث لاحظ أحد الشهود أن "المحرك لم يكن قادرًا على جر قطار من العربات الفارغة". نظرًا للعيوب المتأصلة والصعوبات الهندسية المرتبطة بتصميمها، كانت محركات اللورد دوندونالد ببساطة أقل قوة من اللازم لهذه المهمة. ^{[ ٢٤ ]}

في أبريل 1837، بيعت قاطرة "روكيت" مقابل 300 جنيه إسترليني، وبدأت الخدمة على خط سكة حديد برامبتون ، وهو خط سكة حديد لنقل المعادن في كمبرلاند ، والذي تم تحويله مؤخرًا إلى مقياس ستيفنسون . ^{[ 25 ]} في أغسطس من ذلك العام، استُخدمت لإعادة نتائج الانتخابات من ميدجهولم إلى كيركهاوس. ^{[ 26 ]} استُخدمت "روكيت" في قطارات نقل المعادن، لكنها كانت خفيفة جدًا، فتم إيقافها عن الخدمة عام 1840. ^{[ 27 ]} أثناء تخزينها، أُزيلت عدة أجزاء منها، بما في ذلك الصفيحة النحاسية المحيطة بصندوق الاحتراق والعجلات الخلفية. ^{[ 26 ]}

كان روبرت ستيفنسون يرغب في اصطحاب المركبة "روكيت" إلى المعرض الكبير عام 1851، إلا أن جيمس طومسون توفي قبل أن يتحقق ذلك. نُقلت "روكيت" إلى ساحة عائلة ستيفنسون في نيوكاسل حتى عام 1862، ثم تبرعت بها لاحقًا إلى متحف مكتب براءات الاختراع في لندن. ^{[ 28 ]}

في عام 1862، تم التبرع بـ Rocket إلى متحف مكتب براءات الاختراع في لندن ( متحف العلوم حاليًا ) ^{[ 1 ]} من قبل عائلة تومسون من ميلتون هول، بالقرب من برامبتون . ^{[ 29 ]}

لا تزال القاطرة موجودة، وإن لم تُشغّل منذ أن أصبحت معروضة في متحف. عُرضت في متحف العلوم لمدة 150 عامًا، وإن كانت قد خضعت لتعديلات كبيرة مقارنةً بحالتها في تجارب رينهيل. في عام 2018، عُرضت في نيوكاسل ^{[ 30 ]} ، ثم في مانشستر في متحف العلوم والصناعة [ ^{31 ]} . منذ عام 2019، تُعرض في المتحف الوطني للسكك الحديدية في يورك ^{[ 30 ] [ 32 ]، باستثناء} الفترة من عام 2023 إلى سبتمبر 2025، حيث عُرضت في متحف لوكوموشن في شيلدون ، مقاطعة دورهام ^{[ 33 ] .}

كان الخيار الأبرز لستيفنسون هو استخدام زوج واحد من عجلات القيادة، مع محور حمل صغير خلفها. كانت هذه أول قاطرة من نوع 0-2-2 وأول قاطرة ذات عجلة قيادة واحدة. ^{[ ب ] [ 34 ]} وقد وفر استخدام عجلات القيادة المفردة عدة مزايا. فقد تم تجنب وزن قضبان التوصيل ، وأصبح من الممكن أن يكون المحور الثاني أصغر حجمًا وأخف وزنًا، لأنه لم يحمل سوى جزء صغير من الوزن. وضعت قاطرة روكيت ما يزيد قليلاً عن 2.5 طن من وزنها الإجمالي البالغ 4.5 طن على عجلات القيادة، ^{[ 35 ]} وهو حمل محوري أعلى من قاطرة سانس باريل ، على الرغم من أن قاطرة 0-4-0 كانت أثقل وزنًا بشكل عام حيث بلغت 5 أطنان، وتم استبعادها رسميًا لتجاوزها الحد المسموح به وهو 4.5 طن . ^{[ 34 ]} كان مصممو القاطرات الأوائل قلقين من أن يكون تماسك عجلات القيادة في القاطرة غير كافٍ، لكن تجربة ستيفنسون السابقة أقنعته بأن هذا لن يكون مشكلة، خاصة مع القطارات الخفيفة في مسابقة التجارب.    

تستخدم قاطرة روكيت تصميمًا متعدد الأنابيب للغلاية. كانت غلايات القاطرات السابقة تتكون من أنبوب واحد محاط بالماء (مع أن قاطرة لانكشاير ويتش كانت مزودة بمدخنتين). احتوت روكيت على 25 أنبوبًا نحاسيًا ^{[ 36 ]} لنقل غاز العادم الساخن من غرفة الاحتراق، عبر الغلاية الرطبة إلى أنبوب النفث والمدخنة. أدى هذا التصميم إلى زيادة كبيرة في مساحة التلامس بين الأنبوب الساخن وماء الغلاية مقارنةً بمدخنة واحدة كبيرة . بالإضافة إلى ذلك، ساهم التسخين الإشعاعي من غرفة الاحتراق المنفصلة والموسعة في زيادة إنتاج البخار، وبالتالي رفع كفاءة الغلاية.

لا يزال من غير الواضح من هو المبتكر الأصلي لتقنية أنابيب الاحتراق المتعددة، بين ستيفنسون ومارك سيغوين . من المعروف أن سيغوين زار ستيفنسون لمشاهدة قاطرة "لوكوموشن" ، وأنه بنى أيضًا قاطرتين متعددتي الأنابيب من تصميمه الخاص لخط سكة حديد سانت إتيان-ليون قبل قاطرة " روكيت" . كان غلاية " روكيت " أكثر تطورًا، حيث احتوت على صندوق احتراق منفصل وأنبوب تهوية، بدلًا من مراوح سيغوين الضخمة، لكن "روكيت" لم تكن أول غلاية متعددة الأنابيب، مع أن هوية مخترعها لا تزال غير واضحة.

وقد جُرِّبت فوائد زيادة مساحة أنبوب النار أيضًا في تصميم إريكسون وبرايثويت "نوفيلتي " في رينهيل . إلا أن تصميمهما استخدم أنبوب نار واحدًا مطويًا إلى ثلاثة أجزاء. وقد وفر هذا التصميم مساحة سطح أكبر، ولكن على حساب زيادة مماثلة في الطول، مما أدى إلى ضعف تدفق الهواء إلى النار. كما جعل هذا الترتيب تنظيف الأنبوب غير عملي.

سرعان ما تم إدراك مزايا الغلاية متعددة الأنابيب، حتى بالنسبة لقاطرات الشحن الثقيلة والبطيئة. وبحلول عام 1830، أعاد تيموثي هاكوورث، الموظف السابق لدى ستيفنسون، تصميم قاطرة رويال جورج ذات المدخنة العائدة لتصبح من فئة ويلبرفورس ذات الأنابيب العائدة . ^{[ 37 ]}

استخدمت شركة روكيت أيضًا أنبوبًا نفاثًا ، حيث كان يُغذي بخار العادم من الأسطوانات إلى قاعدة المدخنة لإحداث فراغ جزئي وسحب الهواء عبر النار. ويُثار جدل حول من اخترع الأنبوب النفاث، مع أن ستيفنسون استخدمه في وقت مبكر من عام 1814. ^{[ 38 ]} وقد أثبت الأنبوب النفاث فعاليته في غلاية روكيت متعددة الأنابيب، لكن في التصاميم السابقة ذات المدخنة الواحدة، كان يُحدث شفطًا قويًا لدرجة أنه كان يميل إلى اقتلاع الجزء العلوي من النار وقذف الجمر المشتعل من المدخنة، مما يزيد استهلاك الوقود بشكل كبير. ^{[ 9 ]}

على غرار قطار "ساحرة لانكشاير" ، احتوى قطار "روكيت" على أسطوانتين مثبتتين بزاوية عن الوضع الأفقي، حيث كانت المكابس تُحرّك زوجًا من العجلات بقطر 1.435 متر ( 4 أقدام و8.5 بوصة ) . ^{[ 39 ]} في معظم التصاميم السابقة، كانت الأسطوانات مثبتة عموديًا، مما كان يُسبب تذبذبًا غير منتظم للقطارات أثناء سيرها على السكة. لاحقًا، تم تعديل قطار "روكيت" بحيث أصبحت الأسطوانات شبه أفقية، وهو تصميم أثّر على جميع التصاميم اللاحقة تقريبًا.   

وكما هو الحال في قاطرة "ساحرة لانكشاير" ، كانت المكابس متصلة مباشرة بعجلات القيادة، وهو ترتيب موجود في قاطرات البخار اللاحقة. ^{[ 1 ]}

كانت غرفة الاحتراق منفصلة عن المرجل، ومزدوجة الجدران، مع وجود غلاف مائي بينهما. أدرك ستيفنسون أن الجزء الأكثر سخونة في المرجل، وبالتالي الأكثر فعالية في تبخير الماء، هو الجزء المحيط بالنار نفسها. وكانت غرفة الاحتراق هذه تُسخّن بالحرارة الإشعاعية من فحم الكوك المتوهج ، وليس فقط بالحمل الحراري من غازات العادم الساخنة.

كانت قاطرات عصر شركة روكيت تُشغَّل بفحم الكوك بدلاً من الفحم الحجري. وكان ملاك الأراضي المحليون على دراية بسحب الدخان الكثيفة المنبعثة من محركات القطارات الثابتة التي تعمل بالفحم، وقد فرضوا لوائح على معظم خطوط السكك الحديدية الجديدة تنص على أن "تستهلك القاطرات دخانها الخاص". ^{[ 11 ]} وكان الدخان الناتج عن احتراق فحم الكوك أنظف بكثير من دخان الفحم الحجري. ولم تتمكن القاطرات من حرق الفحم مباشرةً إلا بعد ثلاثين عامًا، ومع تطوير صندوق الاحتراق الطويل والقوس المبني من الطوب .

كانت غرفة احتراق مدفأة روكيت الأولى مصنوعة من صفائح نحاسية، وشكلها الجانبي مستطيل نوعًا ما. ^{[ 40 ]} أما صفيحة الحلق فكانت من الطوب الحراري، وربما كان الغطاء الخلفي كذلك. ^{[ 41 ]} عند إعادة بنائها حوالي عام 1831، ^{[ 41 ]} استُبدلت هذه الأجزاء بغطاء خلفي وصفيحة حلق من الحديد المطاوع ، مع غلاف أسطواني (مفقود الآن)، يُفترض أنه من النحاس، بينهما. وقد أدى ذلك إلى زيادة الحجم الداخلي، مما حسّن الاحتراق داخل غرفة الاحتراق، بدلًا من احتراقه داخل الأنابيب. شكلت غرف الاحتراق المبكرة هذه حيزًا مائيًا منفصلًا عن أسطوانة الغلاية، وكانت متصلة بأنابيب نحاسية خارجية بارزة.