在進入20世紀之前，歐美城市的有軌馬車就車粼粼馬蕭蕭奔走了一百年，整個西方世界，也可以很形象的稱之為在馬力和蒸汽的雙重牽引下前進了一百年。其中蒸汽機車雄霸了整個長途運輸市場，有軌馬車承載了城市內部及其近郊的短途運輸。

雖然第一次工業革命在18世紀末就形成燎原之勢，在19世紀上半葉蒸汽機車又橫空出世，然而，偉大的工業革命和運輸革命都沒有給有軌馬車這類城軌交通帶來明顯衝擊。至於原因，在前面幾節已經有詳細分析和總結。不得不承認，存在的就是合理的，有軌馬車雖然成本昂貴，牲畜作為牽引動力不好伺候，但確實是當時快捷環保的交通工具。即使有城軌纜車虎口搶食，但有軌馬車的霸主地位從未被撼動過。

為了降低成本，用更加先進的技術手段解決城軌交通問題，改良後的輕型蒸汽機車、燃油機車、燃氣機車、壓縮空氣作動力的機車均先後登場，但是都沒有形成氣候。直到一種革命性的牽引動力異軍突起，這才徹底終結了有軌馬車，並且在幾十年後，又再次終結了蒸汽機車，這就是如今世界各國普遍採用的電氣化牽引技術。

而這項技術的普及應用是在1880年代，在歐洲和北美，分別有兩個旗艦人物同時推動電氣化技術的進步，一個在德國艱難破冰，另一個在美國雄鷹展翅。德國那位電氣化技術的開拓者名叫維爾納·馮·西門子，而美國的那位天才人物叫弗蘭克·朱利安·史伯格。西門子創建了一個百年商業帝國，而史伯格被譽為「美國電力牽引之父」。

【直流發電機之父——耶德利克·阿紐什】

在鐵路電氣化應用的早期，無一例外都是以城軌交通領域作為試驗田，在此基礎上繼續擴展到了普通鐵路上面。這個也不難理解，因為發電機和電動機發明之初，功率都不大，並且還經過了一段不算短的用蓄電池作為牽引動力的年代。最初的電氣化技術用在城市軌道交通領域非常合適，一來牽引功率不需要太大，二來城軌交通的車輛行車速度也不高，能夠滿足市民的通勤和出行要求。

但是要將電氣化技術推向城市遠郊鐵路、或者跨地區的長途鐵路運輸，沒有功率強大的發電機和電動機是萬萬不行的。但即使有了這些發電機和電動機等設備，還要想辦法將其與機車完美結合，使之能夠作為牽引動力驅動機車車輪，而這種機車牽引傳動技術的進步，也讓科研人員付出了年復一年的艱辛勞動，時間長達半個世紀。除此之外，要想將電力低損耗地傳送到幾百上千公里的遠方，也需要更加先進的技術手段才行，長途輸送電力也是一大技術難題，這個問題不解決，電力牽引用於鐵路長途運輸只是空談。大家別看早在1881年德國就開通了世界上最早的商業運營的電氣化城軌鐵路，但是電氣化技術真正用在鐵路長途運輸領域，又經過50多年的技術發展過程，其中的酸甜苦辣，成功與挫折自不必多言。那麼，還是讓我們將目光轉向19世紀的上半葉，繼續深入探討一下城軌電氣化技術的起源與發展吧。

人類進入電氣化時代都要感謝一個人，那就是英國科學家邁克爾·法拉第，他在1821年發現了電磁感應現象，由此開啟了全新的電力時代。法拉第的偉大發現如何美譽都不為過，如果說第一次工業革命以瓦特蒸汽機的大規模應用為標誌，那麼第二次工業革命的引擎非電力技術莫屬。

耶德利克·阿紐什

從法拉第發現電磁感應現象之後，僅僅過了8年時間，匈牙利發明家、工程師、物理學家耶德利克·阿紐什就研製完成世界上第一台直流電動機，還製造了一台與之配套的迷你車輛，電動機驅動車輛運行。這台電動機通過旋轉的電磁鐵產生電能，還屬於玩具性質，然而卻是世界上首次對電力的使用，意義重大。

耶德利克·阿紐什在布達佩斯大學工作了40年，在此期間，他做出了很多重要成就。歷史並沒有遺忘這位發明家，雖然他還兼任羅馬天主教的牧師，卻因為在電氣化領域的突出貢獻而被選為匈牙利科學院院士，被公認為是「直流發電機之父」。

【世界首台電池驅動機車的發明人——托馬斯·達文波特】

耶德利克·阿紐什開啟了電力應用的先河，後繼的發明家紛紛投身到電力技術領域，使得19世紀末到20世紀上半葉，電力技術突飛猛進，徹底改變了人類文明的進程。到了1831年，美國科學家約瑟夫·亨利在研究電磁感應現象的時候，製造了一台直流電動機，將其在實用化之路上更推進了一步，而約瑟夫·亨利也是電鈴的最早發明人。

亨利發明的電動機雖然還未能投入實用，卻給了另外一個美國發明家以靈感，讓他在電動機的實用中更前進了一步，發明了全世界第一台電池驅動的小型鐵路機車，這個人是美國佛蒙特州的一名鐵匠，名叫托馬斯·達文波特。他在1834年製造了一台通過蓄電池驅動的電力模型機車，還修建了一條迷你的環形試驗鐵路。不過他的發明並不太成功，因為電動機的功率太小，牽引自身重量都勉為其難。達文波特的成就很快便被遺忘了，一直到美國內戰之後，他在電氣化領域的地位才被重新認知，獲得了應有的尊重，不過那時候他已經英年早逝很多年了。達文波特在電力機車研製中的首創雖然失敗了，但是也給了後繼者一個重要啟示：通過蓄電池作為動力源是沒有前途的，發展外部供電技術才是硬道理。

【交流發電機技術的革新者——齊納布·格拉姆】

既然要發展外部供電，對大功率發電機的研發提上了日程。追根溯源，世界上第一台發電機的發明人是一個法國能工巧匠，名叫希波呂忒·皮克西，他是一個工業設備製造商，在1832年根據法拉第的電磁感應現象製造了一台交流發電機，通過手柄旋轉線圈，進而產生交流電。不過在當時，人們還沒有深入了解交流電的好處，感覺直流電比交流電更有用，所以後來者根據皮克西的發明做了改進，研製成功直流發電機，隨著技術的不斷提高，直流電機也變得越來越複雜，越來越實用。1844年，英國工程師約翰·斯蒂芬·伍爾奇設計出第一台能夠商業應用的發電機，用於工廠電鍍作業。

到了1860年，義大利比薩大學的物理學家安東尼奧·帕奇諾蒂對直流發電機進行了改良，使得機器產生的直流電更加連續平穩。此後，基於安東尼奧的發明，有三個人幾乎同時對發電機完成了技術升級，發明了自供電的電磁鐵，並引發了專利權之爭，他們分別是英國的科學家和發明家查爾斯·惠特斯通、英國的電氣工程師塞繆爾·阿爾弗雷德·瓦利和德國發明家維爾納·馮·西門子。不過，上述發電機都存在一個很大的缺點，那就是發出的電流太弱，不足以投入工業應用。那些發電機發出的電流或者只能驅動玩具運轉，或者用於電鍍，或者只是實驗室里的擺設，如果不能在發電機技術上取得突破，發出更強勁穩定的電流，電力時代只能是水中月鏡中花。幸運的是，這個問題在1873年的舉辦的維也納世界博覽會上被偶然解決了，解決這個問題的人叫齊納布·格拉姆，這是一位沒受過多少高等教育的比利時電氣工程師。他在維也納的世界博覽會上安放展品的時候，將自己發明的直流發電機的接線弄錯了，將別的發電機的電流錯誤的接入了自己的發電機，結果發現發電機竟然高速旋轉起來，眨眼之間變成了電動機。這個發現意義極為重大，為何？因為之前的電動機大都是手搖發電，這才是電力不足的根本原因，如今發電機竟然能變成電動機，那麼大規模的發電豈不是手到擒來？而齊納布·格拉姆的偶然突破，讓全世界真正進入了電力時代，後世所有的發電工業都是基於他這個發現而建立的。

除了這個發現之外，格拉姆還改進了發電機的電磁鐵，減小氣隙，產生的磁通量更大。從此之後，性能良好、功率強大的發電機成星火燎原之勢，為電力機車的研發鋪平了道路。

【電池驅動機車技術的先驅——查爾斯·葛拉芙頓·佩奇】

在講述有軌電車在俄羅斯、歐美等地區展開爭霸賽之前，還要介紹另外兩位電力機車研發領域的先驅，一位是英國的發明家羅伯特·戴維森，還有一位是美國的發明家查爾斯·葛拉芙頓·佩奇。之所以將戴維森和佩奇放在這裡講述，是因為他們兩個都是讓電池驅動的電力機車成功載貨運行的發明家。1837年，羅伯特·戴維森繼美國發明家托馬斯·達文波特之後，研製成功全世界首台通過電池驅動且能夠投入實用的電力機車。隨後在1842年，他對電池驅動的電力機車進行改良，起名「伽爾伐尼」號，這台機車有4個輪子，以鋅酸電池作為動力源。1842年9月，「伽爾伐尼」號電力機車在愛丁堡至格拉斯哥鐵路上開展行車試驗，載重6噸，以時速6.4公里/小時的速度運行了2.4公里。有了這項成就，在19世紀末期有軌電車真正興起之後，羅伯特·戴維森在很多公共場合都宣稱自己是「電力機車之父」。實活實說，他的炫耀雖然讓很多人搖頭，但也談不上有多誇張。

羅伯特·戴維森

而查爾斯·佩奇和戴維森一樣，具有深厚的名校教育背景。戴維森1804年出生於蘇格蘭亞伯丁郡，1821年畢業於該郡的馬歇爾工學院，而佩奇1812年出生於美國的馬薩諸塞州的賽倫，1832年畢業於哈佛大學，他雖然在大學裡選擇的專業是化學，卻從小就對電氣知識情有獨鍾，最終取得的成就也不在羅伯特·戴維森之下，甚至有的文獻聲稱，佩奇發明的電池驅動的電力機車比戴維森更早，當然並沒有更多的史料佐證這個結論。然而，和戴維森不同的是，查爾斯·佩奇發明之路卻很坎坷，他一生中遭遇的那次最大失敗，給電池驅動的電力機車敲響了喪鐘。

佩奇在1840年代發明了一種新型的電動機，並成功應用在電鋸和水泵上面，有了這些成績，他就向美國參議院申請了一筆研發資金，準備利用該項技術製造實用的電力機車。佩奇的運氣不錯，參議院批准了他的資金申請，既然連參議院都看好佩奇的發明，大量私人資金也紛紛加入，資金問題圓滿解決，佩奇終於可以放手一搏了。經過多年研發，佩奇取得了系列科研成果，還研製成功多種不同類型的電動機，都是通過蓄電池提供電力，並製造了相應的電力機車的樣車。1850年，佩奇在美國科學促進會上介紹了他的研究進展，引起了不小的轟動，這對電力領域的其他頂尖的科學家是個很大的啟發。

到了1851年4月29日，佩奇一鼓作氣將電動機的功率從8馬力提升到了20馬力，用兩台20馬力的電動機驅動一台重達10噸的機車運行，速度達到了30公里/小時。佩奇親自駕駛著這台機車從華盛頓開往布蘭登堡，耗時19分鐘，行程非常順利。有了這個成功先例，佩奇更加信心百倍，就計劃將這台10噸重的機車從華盛頓開往巴爾迪摩，返回的時候，順便帶上一批乘客。如果試驗成功，佩奇的成就將一枝獨秀，會將世界鐵路運輸進入電力時代的時間提前三十年，這個成績可是劃時代的。

從美國華盛頓特區到巴爾迪摩的距離是63公里，按照佩奇電力機車的運行速度為25公里/小時計算，跑完全程也需要2個半小時以上，這是一個巨大挑戰，蘊含著很大的風險。這個挑戰已經遠遠超過了城市軌道交通的範疇，是在向電氣化鐵路長途運輸領域進軍。而其中的風險更是顯而易見，比如機車的性能如何？蓄電池的續航能力到底有多大？應急措施準備是否充分？每一環節的失誤，都會讓試驗功虧一簣。不幸的是，歷史沒有給查爾斯·佩奇揚名立萬的機會，他在這次史無前例的電氣化鐵路運載試驗中遭遇了重大挫折，嚴重一點說是遭遇了一場事故，雖然沒有人受傷，但是也為他的彪悍人生抹上了一層悲劇色彩。

佩奇和他的一位技工阿里·戴維斯一起駕駛這台電力機車朝著目的地前進，但是開行了沒有多久，高壓電火花就擊穿了蓄電池的絕緣線圈，造成了短路，很快，蓄電池裡面用易碎粘土做成的分配器在啟動時發生破裂，蓄電池土崩瓦解，緊接著其他的電池也接連損壞。這場技術故障可忙壞了佩奇和戴維斯，他們開始竭盡全力維修機車，以保證其繼續平穩運行。機車大約行駛了8公里左右，已經路過了布蘭登堡和馬里蘭，行駛速度維持在了19公里/小時，但是要想成功開行到63公里之外的巴爾迪摩是不可能了。佩奇只好掉頭返回，費了九牛二虎之力，才勉強將機車開回了華盛頓。

佩奇的這次失敗為其他的發明家敲響了警鐘，讓他們放棄蓄電池電力牽引技術，去尋找更好的解決辦法。其實早在查爾斯·佩奇信心滿滿地試驗他的電力機車之前，英國物理學家詹姆斯·普萊斯考特·焦耳就在一次科學會議上為電池牽引技術做出了如下評價：「用電池作為動力的機器是沒有實用前途的。」佩奇沒理會焦耳的結論，自信心爆棚，卻遭遇了失敗。其實這也不能怪佩奇技不如人，在那個群星璀璨的年代，各類新思想和新發明令人目不暇接，光憑理論研究怎麼能直接給一項創新判死刑？實踐是檢驗真理的唯一標準，即使失敗，也無怨無悔。

羅伯特·戴維森和查爾斯·佩奇的發明，證明了蓄電池的小容量、不穩定、安全性能不高與不斷需要充電的缺點，使之根本無法滿足電力機車牽引的需要，哪怕戴維森和佩奇的電力機車比達文波特的更加先進，動力更足，也無濟於事，被淘汰是歷史的必然。當然了，在21世紀的今天，通過蓄電池牽引的電力機車也在研發之中，即將投入實際運營。現在的蓄電池技術與1850年代的技術相比，早已經天上地下，大容量長續航電池的出現，讓這種最早出現的電力機車有了鹹魚翻身的機會。

-THE END-

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