“二战”前欧洲高铁技术探索

普尔曼火车宣传画。

火车诞生的19世纪，铁路发展主要是解决有无的问题。

现在人们已经很难想象早期铁路运营的场景。早期的火车车厢非常简陋，其实就是敞口的板车加装上几排座椅，敞篷的。后来客车加装上了顶棚。1853年，在美国哈德逊—利巴铁路上，出现了带走廊的客车车厢，走廊宽度46厘米。最早的餐车也出现在美国，那是在1863年的美国费城—威尔明顿—巴尔的摩铁路上。当时的餐车分餐厨区和两间吸烟包厢，乘客只能站着吃，要想坐着只能去吸烟包厢。

甚至，照明设备也很简陋。早期火车上的照明主要靠蜡烛，1850年，有些火车开始安装了油灯，1875年左右开始改为瓦斯灯，1881年有些火车开始使用电灯照明。一直到1886年，火车上才出现了比较完整的照明装置。57

1864年，美国人乔治·普尔曼发明了火车卧铺车厢，这是铁路客运历史上的一次重大突破。一次不算愉快的火车旅行使普尔曼萌生了制造卧铺车厢的想法。1865年，普尔曼在芝加哥造出“车轮上的卧室”，他将其命名为“先驱号”豪华火车车厢。时值林肯总统遇刺身亡，热爱总统的民众决定用火车将总统的灵柩送回伊利诺伊州首府普林菲尔德，即林肯总统政治生涯开始的地方进行安葬。普尔曼广泛游说，成功让他的“先驱号”挂在了载着总统灵柩的火车专列上。于是，在那漫漫2700多公里的扶灵路线上，全美大约有三分之一的人目睹了普尔曼车厢的豪华与舒适。一举打出了普尔曼车厢的名气。等到林肯总统入土为安，生产豪华火车车厢的普尔曼公司也随即成立。有着漂亮红绒布、樱桃木座椅、厚橡胶垫、丝绸灯罩、大理石宽敞浴室以及餐车的卧铺车厢几乎完全颠覆了原来寒碜简陋的火车出行服务。据说，普尔曼车厢的诞生推动了每年新增1000万美国人选择火车出行。58

有意思的是，乔治·普尔曼不仅因为发明卧铺客车青史留名，而且还因为“恶老板”的名声臭名昭著。2010年11月美国《时代》周刊评出了英美历史上十大“恶老板”，普尔曼榜上有名。普尔曼因卧铺车厢发财后，在芝加哥南部买下16万平方公里的土地，聘请建筑师设计了新厂区和配套居住区，成立了普尔曼镇。普尔曼建立小镇不仅出于贪婪，还出于强烈的控制欲。他对小镇居民实行独裁统治：禁止独立报纸，禁止公共演讲讨论，禁止居民开会，派检查员定期进入职工住宅检查卫生。1898年，伊利诺伊州最高法院强制普尔曼宫殿车厢公司交出对普尔曼镇的管理权，小镇从此划归芝加哥市。59

火车的发展，除了对舒适度的追求，更重要的则是对速度的追求，这就需要改进火车的动力系统。

在火车近200年的发展历史中，总共经历了三次动力革命。第一次是蒸汽机车的诞生；第二次是柴油机车的诞生（尽管柴油机车的诞生要晚于电力机车，但是柴油机车普及比电力机车早，逻辑上它大力替代的也是蒸汽机车，所以我说它是火车的第二次动力革命）；第三次是电力牵引系统的诞生（尽管电力机车的诞生早于柴油机车，但是因为对供电系统要求比较高，电力牵引动力普及得比较晚，又因为电力牵引是铁路发展的未来，所以我把它称作第三次动力革命）。

火车的速度竞赛就像是一场游戏，你追我赶，在20世纪的大国中间展开。德意志实现国家统一之后不久，铁血宰相俾斯麦竭尽全力地合纵连横维持着欧洲各国的平衡。但是到了1888年老威廉去世，老威廉的长孙威廉二世即位，没多久就让俾斯麦滚蛋走人了。然后整个欧洲逐渐走向对抗，战争阴云笼罩着欧洲。最后德国与奥匈帝国、意大利越走越近，形成同盟国集团；法国与英国、俄国越走越近，形成了协约国集团。然后就爆发了第一次世界大战。当时这些国家加上北美大陆的美国，基本上就能代表世界科技发展的最高水平。更高速度铁路的探索也在这些大国中间展开。

蒸汽机车的王者是英国。英国对蒸汽机车一直非常偏爱，毕竟是大不列颠将这个工业革命的巨兽带到了人间。史蒂芬森发明了商业运营的蒸汽机车后，各国对蒸汽机车进行了反复改进，应用蒸汽两次膨胀原理，创造了复胀式机车，提高了机车热效率；提高锅炉压力，也能提升蒸汽机的热利用率，到1920年代，蒸汽机车的锅炉压力竟然突破了2兆帕，实验性高压锅炉甚至高达9.807兆帕。

整个19世纪都是蒸汽机车的天下，可不要小瞧它，它们也曾经跑出令人惊奇的速度纪录。

1848年，先是美国人后来居上，“安特洛普号”在波士顿至缅因铁路上创造了时速96.6公里速度纪录。

但时速首次破百的还是火车的故乡英国。1850年“大不列颠号”蒸汽机车跑出了125.6公里的时速。

“飞翔的苏格兰人号”宣传海报。

蒸汽机车的最高速度纪录还是由英国人创造的，1938年7月3日英国人以一台蒸汽机车跑出了令人瞠目结舌的202.6公里时速。

英国有一趟著名的蒸汽机车线路在伦敦—爱丁堡之间运行，牵引列车被称为“飞翔的苏格兰人号”。该线路1862年开通，一直运营到1962年，到后期线路运营速度也达到了惊人的每小时160公里。

当然，蒸汽机车的弊端也非常突出。比如能耗高，它运送的煤炭有相当大数量都被它烧掉了；蒸汽机车每行驶100公里左右就要加水，行驶200到300公里就要加煤，行驶5000到7000公里就要清洗锅炉。更无法解决的是它的浓烟，对环境的污染比较大，特别是过隧道的时候，浓烟会久久不能散去，对铁路工人以及乘客健康都有比较大的影响。

英国邮票上的“飞翔的苏格兰人号”。

说到这里，打个岔多说几句。世界上第一条地铁也是由蒸汽机车牵引的，你能想象冒着浓烟的蒸汽机车在地下奔跑的情景吗？1863年，世界上首条地铁伦敦大都会地铁正式开通。为解决交通拥堵，英国人采取了挖隧道的方式。当时电力尚未普及，牵引动力采用的是蒸汽机车，冒着浓烟在地下隧道里面奔跑，浓烟熏不死你，也呛死你。但是英国工程师还挺有创意，每隔一段距离，就弄一个风槽，释放浓烟。伦敦的城市面貌，也让他们作践得够呛，时不时地下就有个窟窿往外冒浓烟。

正是由于上面这些原因，电力机车与内燃机车才顺利登上历史舞台，并逐渐替换淘汰了蒸汽机车。

德国完成统一后，发展更加迅速。在第一次世界大战爆发前，德国铁路总里程已经达到58570公里，60仅次于美国、俄罗斯两个面积庞大的国家，位居世界第三位。如果，就铁路的可靠性以及设备的完好性而论，德国铁路则完胜美国与俄罗斯，在欧洲也是首屈一指。德国的科技创新能力也一直处于爆发状态。数据统计，1850年至1900年，世界各国的重大科技发明，英国是106项，法国是75项，美国是53项，德国是202项。61

柴油机车的发明者就是德国人。1892年，德国工程师鲁道夫·狄塞尔发明了采用柴油作为燃料的压缩点火式内燃机，也就是世界上第一台柴油机。后来虽然多个国家有不同的人都尝试过将柴油机用于火车牵引，但都不是特别成功。1909年普鲁士国家铁路（1918年后正式并入德国国铁）订购了一台柴油机车，1912年世界上第一台柴油机车正式诞生，设计时速100公里。不过交付后经常出现故障，后来不断地进行技术改进，1914年第一次世界大战爆发，相关试验中止。

此时，铁路机车领域一家具有举足轻重地位的公司登上了历史舞台，它就是美国通用电气公司，简称GE公司。它的创始人的名字也闪着金光，发明大王托马斯·爱迪生。

爱迪生1880年开始玩电力机车，1892年创立GE公司，1895年GE推出了一台电力机车原型车，然而高成本的电气化费用让GE公司对电力机车失去兴趣，转而研究柴油机车。他们构想的是，采用柴油机来发电，然后由发电机向电动机供电，再由电动机来驱动火车。这就是后来的电传动柴油机车。在第一次世界大战爆发的1914年，GE公司的柴油机车技术取得突破，GE公司的工程师赫尔曼·莱帕发明了一种可靠的直流电力控制系统并申报了专利。1917年，GE公司利用莱帕的控制技术，试制了一台实验性电力传动柴油机车。

1923年，柴油机车的应用迎来重大转折。美国纽约市通过了“考夫曼法案”，禁止污染严重的蒸汽机车驶入纽约市范围。他们最初的目的是想推广电力机车，将低运输量地区的铁路进行电气化。但是电气化成本太高，纽约市改向英格索兰公司定制了一台柴油机车“Boxcab”，该车采用的是GE公司的柴油机、牵引电动机及控制系统，机车功率220千瓦，并于1925年7月交付。这是世界上第一台商业运用的柴油机车。

美国另外一家电气设备公司也对柴油机车的发展做出过重要贡献，它就是西屋电气公司。这家公司在2011年与中国高速铁路装备巨头中国南车在中国成立了一家合资公司——湖南南车西屋轨道交通技术有限公司。早在1929年，西屋公司就制造了两台柴油机车并卖给了加拿大国家干线铁路运营，这是柴油机车首次在干线铁路上应用。也是这一年，美国爆发了经济危机进而席卷全球，危机一直持续到1933年，美国通过“罗斯福新政”才率先走出了危机，史称“大萧条”。大萧条时代，全球经济哀鸿遍野，西屋电气停止生产柴油机车，转而只提供柴油机车的电气部分。

与传统的蒸汽机车相比，内燃机车动力强大，没有煤烟污染，而且维护要相对容易。于是从1930年代开始，柴油机车开始大规模替代蒸汽机车。柴油机车的实力也着实了得，我们刚才介绍了，第一台柴油机车设计速度就达到了每小时100公里。1934年5月26日美国的先锋者微风号柴油机车创造了时速181公里的纪录。1936年2月17日，德国柴油机车时速突破200公里，达到了205公里。

“二战”之后，欧洲大陆的德国、法国开始玩电力机车，此时早已没有了日不落帝国荣光的英国，跟上世界前沿的脚步越来越慢，它开始意犹未尽地玩起了柴油机车。1987年11月1日，英国43型柴油机车时速达到了238公里，这是柴油机车历史上速度纪录的顶点，并被计入了吉尼斯世界纪录。

电力机车的诞生其实早于柴油机车，它也是德国人的杰作。这里要登上历史舞台的就是现在德国著名的高速列车制造企业——西门子。1847年10月1日，德国人维尔纳·冯·西门子创办了西门子公司，1879年维尔纳·冯·西门子，设计出了世界上第一台真正意义上的电力机车。但是由于电力机车需要铺设供电网络，在当时的年代，困难还比较大，所以后来登上历史舞台的内燃机车（主要是柴油机车）却率先大规模应用。

内燃机车虽然速度了得，但电力机车才是真正的速度玩家。西门子1879年5月研制出第一台电力机车后，他们进行了公开展示。两年后，他们就在柏林郊区建成了世界上第一条有轨电车线路，全长24公里。同时西门子还发明了接触网供电，取代了此前的第三轨供电，使得机车功率大幅提高。

刚一诞生，电力机车就展示了它的高速特质。1901年，德国的电力机车在柏林郊区的铁路上创造了时速162公里的世界纪录；两年后，1903年，人类历史上火车速度第一次突破200公里时速。当年10月28日，西门子研制的三相交流电力机车，还是在柏林郊区线路破纪录地达到了每小时210公里。

这个速度是如此惊人！要知道，中国铁路试验速度突破200公里已经到1997年，当年1月5日，在北京环形试验线，韶山8型电力机车创造了212.6公里的中国铁路试验第一速。62

电力机车在高速方面的优势，受到欧洲大国的重视，尤其是德国和意大利，他们开始探索铁路的高速化。他们探索的成果，后来都被日本学习，然后成为世界上第一条高速铁路的技术基础。

就在此时，高速铁路的另外一个分支——磁悬浮列车也取得了巨大突破。发明者依旧是德国人。1922年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔创造性地提出了磁悬浮原理，并准备将其用在铁路上，制造悬浮在轨道之上的高铁列车。他的思想是如此超前，所以应用推广的过程困难重重，时至今日，磁悬浮列车在全球的推广都是坎坷异常。1934年，肯佩尔正式申请了磁悬浮列车专利63。

在铁路高速化探索方面，有一个传奇的车型需要重点介绍一下。严谨的德国人在这款车型上所展示的想象力非常惊人，它创造的速度纪录保持了24年，直到1955年才被法国人打破。这款车型被称为“齐柏林号”，由德国飞机工程师弗兰茨·克鲁肯巴赫制造。1964年东海道新干线开通时运行的0号新干线，在外形上抄袭的正是德国人在33年前设计的这款火车。

齐柏林飞艇。

火车“齐柏林号”，由飞机设计师设计，推进的动力是螺旋桨，采用的也是飞机的技术。而“齐柏林”这个名字在航空史上更是举足轻重。在那个年代“齐柏林”几乎成为德国高端制造的代名词，不仅这列具有探索性质的火车被命名为“齐柏林号”，就连纳粹德国的第一艘航空母舰也被命名为“齐柏林伯爵号”，齐柏林这个名字响彻海陆空。

斐迪南·冯·齐柏林是人类航空史上的传奇人物，他研制的硬式飞艇，体积庞大，是当时科学和工程技术上的奇迹之作。第一次世界大战期间，齐柏林飞艇出尽了风头。德军的飞艇部队不断执行轰炸协约国的任务，力图摧毁他们的重工业基础。德国军队把这种飞艇看成他们的终极武器。当时尚显稚嫩的飞机还不能对这种庞然大物构成威胁，那时候如果飞机发现了一艘军用飞艇，唯一能做的事情也不过是在它粗厚的外皮上戳两个小洞洞，这根本不会对飞艇产生致命影响。唯一能够阻止这些空中猛犸象一般怪物的只有一个，那就是天气。每一艘齐柏林飞艇都具有优美的线条，巨大的尺寸，大马力航空发动机特有的“嗡嗡”声音，推动着一艘艘德国飞艇划破天空的线条，让人为之倾倒。这些飞艇通常在傍晚从德国本土的库克斯港、科隆和杜塞尔多夫等处基地起飞，华灯初上的时候到达英国上空。英国城市的灯光是它们最好的导航器，它们扔下危险的货物后，再掉头东飞，第二天黎明返回德国。

但齐柏林飞艇决定不了战争的胜负，1918年11月德国战败投降，狂热的军国主义者德皇威廉二世宣布退位。齐柏林飞艇公司也陷入困境。后来该公司的一位工程师带领齐柏林飞艇公司走出泥潭，他研制了一艘以“齐柏林伯爵”命名的飞艇，开启了飞艇商业运营史上的一段传奇。“齐柏林伯爵”飞艇长236.6米，高35米，动力上装配了德国著名引擎公司迈巴赫出品的530马力12缸内燃发动机，分别安装在飞艇左右和下方的5个发动机吊舱里，总功率2650马力，最高速度每小时120公里。飞艇的内部犹如豪华宾馆，可以乘坐50名旅客。1928年10月11日，齐柏林飞艇的处女航就是从德国法兰克福飞到了美国纽约，用时111小时44分钟，航程9900公里，这是人类首次跨越大西洋的商业飞行。尽管时间很长，但是旅客可以观赏沿途美丽风光，或欣赏乐队表演，阵容强大的厨师团则24小时制作着美味佳肴，供大家享用。尽管处于“大萧条”时代，执行越洋飞行航班的“齐柏林伯爵”号仍然生意兴隆，运送了大量旅客和航空邮件。乘客们花费数百美元（在当时是巨大的费用开支）作一次越洋旅行，一边享受美食，一边在二三百米的空中欣赏大西洋的美景，这在那个年代是非常时髦的事情。1937年5月6日，发生了人类航空史上著名的“兴登堡号飞艇惨案”，这艘飞艇在降落时发生事故，起火燃烧，造成98人死亡，35人受伤。此后，所有的飞艇都停止了商业飞行。飞艇也慢慢被越来越强大的飞机所替代。1940年3月，在当时德国空军元帅赫尔曼·戈林的一纸命令下，“齐柏林伯爵号”飞艇被拆毁，构成其船身骨架的铝材被转用在军备生产上。

由于齐柏林飞艇的巨大成功，它成为德意志的骄傲。为了向齐柏林致敬，德国研制的很多先进装备都有以“齐柏林”命名，包括纳粹德国研制的第一艘航空母舰——“齐柏林伯爵号”航空母舰，也包括“火车齐柏林号”。

1929年，德国飞机工程师弗兰茨·克鲁肯巴赫另辟蹊径，试图将飞机与火车融合为一体，设计出一种采用螺旋桨推进的新型火车，由汉诺威的德意志帝国铁路公司制成首列样车，也就是“火车齐柏林号”。“火车齐柏林号”尾部安装了一台宝马（就是现在的宝马汽车公司，该公司以航空发动机起家）12缸航空发动机，输出功率达到600马力，驱动尾部的螺旋桨。

铁路齐柏林号

1931年5月10日，“铁路齐柏林号”进行了首次线路试验，时速就突破了200公里。在6月21日的一次试验中，“铁路齐柏林号”创造了令人咂舌的230.2公里世界铁路试验最高速。64这个速度纪录直到1955年3月29日，才由法国的Jeumont-Schneider BB 9004号电力机车打破。65

“铁路齐柏林号”因为它的创新性，一经推出就引起了轰动。它的流线型设计成为未来高铁列车设计的标准之一。但是“铁路齐柏林号”也有很多缺点，其中一个无法克服的缺点，同时也是它最大优点，就是使用了开放式的螺旋桨。这种设计在牵引列车车厢时遇到了很大麻烦；此外，这种设计在火车爬坡时也会遇到很大困难。此外还有安全问题，巨大的螺旋桨对乘客纷纷攘攘的车站以及并行运输的既有其他型号车辆，都会带来安全隐患。

后来，弗兰茨对“铁路齐柏林号”进行了多次改进设计，换装了德国另外一家著名引擎公司迈巴赫引擎公司（上世纪早期定位高于奔驰的德国超豪华轿车品牌，最早是齐柏林飞艇的发动机供应商，1919年开始造汽车，它巧夺天工的设计作品是当时德国汽车工业最高水平的代表）的GO5引擎，并在螺旋桨上面安装了一个整流罩，改装后的列车速度可以达到每小时180公里。66

但此时，德意志帝国铁路已经移情别恋，开始钟情于动力分散型的柴油动力机车。1932年，德国铁路推出了“飞翔的汉堡人”（SVT 877型动力分散式柴电动车组）并于1933年开始在柏林至汉堡之间运行。

“飞翔的汉堡人”是当时火车技术最高水平的代表。在设计上利用风洞技术开发出了能够大幅度降低风阻的流线型车体，还应用新材料制造了轻量化车身。“飞翔的汉堡人”采用了动力分散技术，每两节车厢为一个编组，每一组车厢拥有一个来自迈巴赫引擎公司研制的12缸柴油发动机，并与一部直流发电机直接串联发电。

“飞翔的汉堡人”1935年5月15日开始在柏林至汉堡之间执行长途班次，全程286公里仅仅用时138分钟，平均运营速度达到了每小时124.3公里。67

这是什么概念？1964年10月1日，东海道新干线开通时共有两种高速动车组“光”号与“回声”号。515.4公里的全程，“回声”号用时5小时，平均运营速度103公里，远不如31年前的德国“飞翔的汉堡人”动力分散型柴油动车组。“光”号全程用时4小时，平均运营时速128.9公里，刚刚超过“飞翔的汉堡人”。

我们无法不对当时德国领先世界的科技水平竖起大拇指。而在德国国内，要打破这项纪录要到62年后的1997年5月。当时ICE列车投入使用才打破了这项覆盖着历史尘埃的速度纪录。

第二次世界大战，德国再次战败。1945年，这列原型车被法国军队没收，并且在法国使用到1949年，然后又还给德意志联邦铁路公司。德意志联邦铁路公司接着用，一直用到1957年。目前仅存的一节车厢保存在德国纽伦堡交通博物馆中，只保留了驾驶室，其他部分被报废拆除。另外一列“飞翔的汉堡人”柴油动车组，归属了当时的民主德国，被有幸保存下来，目前已经恢复成原来的涂装，在莱比锡中央车站进行展示。

有如此强大的竞争对手，“铁路齐柏林号”当然难逃悲惨命运。1934年它被卖给了德意志帝国铁路公司。五年后的1939年，它被正式拆解，其材料被德军再利用。

“二战”前在高速铁路技术探索方面，除了前面提到的美国、英国、德国外，还有一个国家也不可忽略，那就是意大利。1934年意大利法西斯头子墨索里尼提出了一个雄心勃勃的计划，准备建设贯通全国的电气化铁路，将米兰、博洛尼亚、佛罗伦萨、罗马、那不勒斯等主要城市连接起来，全程700多公里。墨索里尼希望把这条铁路打造成为意大利尖端工业的象征。

很快，意大利军工巨头埃内斯托·布雷达公司接受了墨索里尼的任务，并与都灵理工大学展开合作。1936年他们的成果ETR200型电力机车正式诞生，设计时速200公里，实际运营速度160公里。不过在试验过程中，ETR200出现了一些问题。经过改进后，ETR200型电力机车于1937年，正式在博洛尼亚—那不勒斯铁路线上运营。该车采用了流线型设计，在都灵理工大学工程学院进行了风洞测试。该车还配备了头等舱，装备了自动调温器、前景天窗和躺椅。

ETR200的改进型号ETR212型电力机车在1939年7月20日创造了203公里的速度纪录。当时意大利为了宣扬墨索里尼的伟大功绩，宣传说当时进行203公里速度冲刺时，是墨索里尼在亲自驾驶。但后来证明，这只是一个炮制出来的虚假新闻。ETR212型电力机车的优异性能让墨索里尼高兴异常，为了炫耀法西斯意大利的伟大成就，1939年4月30日墨索里尼还将其送到美国纽约参加了第20届世界博览会。美国总统罗斯福出席了本届世界博览会，并向60万人发表了演讲。

1939年的世界，已经笼罩在战争的阴云之下，9月1日希特勒进攻波兰，英法对德宣战，第二次世界大战正式爆发，欧洲人的高铁梦也就此戛然而止。