スティーブンソンのロケット

ロケット号は、蒸気機関技術が急速に発展していた時代に建造された。その設計は、ジョージ・スチーブンソンとロバート・スチーブンソンによる以前の設計、例えばキリングワースの機関車ブリュッヒャー号（1814年） 、ロコモーション号（1825年）、ランカシャー・ウィッチ号（1828年）などの経験に基づいていた。

ロケット号の設計の功績を誰に帰すべきかについては意見の相違がある。ジョージ・スチーブンソンは以前にもいくつかの機関車を設計していたが、ロケット号ほど先進的なものはなかった。ロケット号がフォース・バンクス工場で設計・製造されていた当時、彼はリバプールに住み、リバプール・アンド・マンチェスター鉄道の建設を監督していた。彼の息子ロバートは南米での勤務を終えて帰国したばかりで、ロバート・スチーブンソン・アンド・カンパニーの常務取締役に復帰した。彼は新しい機関車の設計と製造を日々担当していた。彼はリバプールにいる父親と頻繁に連絡を取り、おそらく助言を受けていたが、設計の功績の大部分をロバートに帰さないのは難しい。かなりの功績に値する3人目の人物は、リバプール・アンド・マンチェスター鉄道の会計係ヘンリー・ブースである。彼はロバート・スチーブンソンに多管ボイラーを使うべきだと提案したと考えられている。^{[ 9 ] [ 10 ]}

スティーブンソンはレインヒル試験と、その競技の具体的なルールのためにロケット号を設計した。貨物輸送よりも旅客輸送を目的とした最初の鉄道であったため、ルールでは速度が重視され、信頼性が求められたが、機関車の重量も厳しく制限されていた。6輪機関車は6トン、4輪機関車は4.5トンに制限されていた。特に、牽引する列車の重量は、機関車の実際の重量の3倍を超えてはならないとされていた。スティーブンソンは、これまで成功した機関車の大きさに関わらず、この新しい競技では、牽引力はそれほど高くないが、速くて軽い機関車が有利になるだろうと認識していた。^{[ 11 ]}

1829 年 4 月 20 日、リバプール・アンド・マンチェスター鉄道プロジェクトの理事会は、蒸気機関車によって鉄道が確実に運行できることを証明するための競技会を開催するという決議を可決した。当時の著名な技術者からは、定置式エンジンが必要になるとの助言があった。^{[ 12 ]} 優勝者には 500 ポンドの賞金が奨励金として提供され、機関車が試験に参加するには厳しい条件を満たす必要があった。^{[ 13 ]}ロバート・スティーブンソンは1829 年 9 月 5 日、ヘンリー・ブースに、ロケット^{[ a ]}がキリングワースで最初の製造者テストを非常にうまくこなしたと 報告することができた。ロケットはニューカッスルで解体され、レインヒルへの長い旅に出発した。カーライルまでは馬車で、ロケット号は、はしけでポート・カーライルまで運ばれ、その後カンバーランド汽船でリバプールまで運ばれ、1829年9月18日に再組み立てされた。^{[ 15 ] [ 16 ]}ロケット号は、70マイル（110km ）で平均時速10マイル（16km/h）を達成するという試験要件を40%以上上回った。^{[ 17 ]}実演では、ロケット号は20人以上を乗せた客車をウィストン・インクラインを時速15マイル（24km/h）以上で安定して容易に牽引し、軽機関車は時速約30マイル（48km/h）で走行した。^{[ 17 ]}試験に参加した他の機関車は、ロケット号の性能に確実に匹敵するものはなく、パートナーのブースとスティーブンソンは500ポンドの賞金を分け合い、定置機関車は不要であることを示し、ラストリックのような懐疑論者も納得した。^{[ 18 ]}       

1830年9月15日のL&MRの開通式は、首相ウェリントン公爵をはじめとする政府や産業界の著名人が集まる一大イベントだった。この日は、リバプールからマンチェスターへ向かう8本の列車の行列で始まった。行列の先頭はジョージ・スチーブンソンが運転するノーサンブリアン号で、息子のロバートが運転するフェニックス号、兄のロバート・シニアが運転するノーススター号、そして助手技師のジョセフ・ロックが運転するロケット号が続いた。この日は、リバプール選出の国会議員ウィリアム・ハスキソンがパークサイドでロケット号に轢かれて死亡するという悲劇に見舞われた。^{[ 9 ]}

速度トライアルで勝利するための試作機として製造されたこの機関車は、すぐに1830年のスティーブンソンのノーサンブリアンやプラネットといっ​​た改良型設計に取って代わられた。数年のうちに、ロケット自体もノーサンブリアン級に似せるために大幅に改造された。シリンダーは新造時の斜め配置からほぼ水平な位置に変更され、火室の容量が拡大され、形状が簡素化され、機関車にはドラム型煙室が与えられた。^{[ 19 ]}この形態で機関車は保存されたが、オリジナルとは非常に異なっていたため、 1884年頃の『エンジニア』誌は「1829年と1830年のロケットは全く異なる機関車であったことは疑いの余地がないと思われる」と結論付けた。^{[ 20 ]}

1830年から1840年までのその歴史は漠然としか記録されていない。1830年から1834年まで、ロケットはリバプール・アンド・マンチェスター鉄道で使用された。L&MRでの運用後、ロケットは1836年から1840年まで、イングランドのカンバーランド（現在のカンブリア）のブランプトン近郊にあるロード・カーライル鉄道で使用された。^{[ 21 ] [ 22 ]}

1834年、この機関車は、第10代ダンドナルド伯爵トーマス・コクラン提督 が設計した新開発の回転式蒸気機関をテストするために、さらなる（不成功に終わった）改造の対象として選ばれた。^{[ 23 ]}約80ポンドの費用をかけて、ロケット号のシリンダーと駆動ロッドが取り外され、給水ポンプを挟んで2つの機関車が駆動軸に直接取り付けられた。同年10月22日、試運転が行われたが、結果は期待外れだった。ある目撃者は、「この機関車は空の客車を牽引することさえできなかった」と述べている。ダンドナルド卿の機関車は、設計上の固有の欠陥と技術的な困難さのために、単純にその任務には出力不足だった。^{[ 24 ]}

1837 年 4 月、ロケットは300 ポンドで売却され、最近スティーブンソン ゲージに改軌したカンバーランドの鉱石鉄道であるブランプトン鉄道で運行を開始した。^{[ 25 ]}同年 8 月には、ミッジホルムからカークハウスまで選挙の結果を運ぶために使用された。^{[ 26 ]}ロケットは鉱石列車に使用されたが、軽すぎたため 1840 年に保管された。^{[ 27 ]}保管中に、火室の周りの銅板や後輪など、いくつかの部品が取り外された。^{[ 26 ]}

ロバート・スティーブンソンはロケット号を1851年のロンドン万国博覧会に出展したいと考えていたが、ジェームズ・トンプソンが亡くなる前に実現しなかった。ロケット号は1862年までニューカッスルのスティーブンソン家の敷地に保管され、その後ロンドンの特許庁博物館に寄贈された。^{[ 28 ]}

1862年、ロケットはブランプトン近郊のミルトン・ホールのトンプソン家によってロンドンの特許庁博物館（現在の科学博物館）^{[ 1 ]}に寄贈された。^{[ 29 ]}

この機関車は、博物館の展示物になってからは運行さ​​れていませんが、現在も存在しています。レインヒル・トライアルの時とは大きく異なる形ではありますが、150年間科学博物館に展示されていました。2018年にはニューカッスル^{[ 30 ]}、その後マンチェスターの科学産業博物館^{[ 31 ]}に展示されました。 2019年以降は、ヨークの国立鉄道博物館^{[ 30 ] [ 32 ]}に展示されていますが、2023年から2025年9月までは、ダラム州シルトンの機関車博物館^{[ 33 ]}に展示されていました。

スティーブンソンの最も目立つ選択は、小さな車軸の後ろに一対の動輪を使用することでした。これが最初の0-2-2であり、最初の単動輪機関車でした。^{[ b ] [ 34 ]}単動輪の使用にはいくつかの利点がありました。連結棒の重量が回避され、2 番目の車軸は重量のごく一部しか支えないため、より小さく軽量にすることができました。ロケットは総重量4 + 1/2トンのうち2 + 1/2トン強を動輪にかけ、^{[ 35 ]}サンス パレイユよりも高い車軸荷重でしたが、0-4-0は全体で 5 トンとより重く、 4 + 1/2トンの制限を超えていたため公式に失格となりました。^{[ 34 ]}初期の機関車設計者は、機関車の駆動輪の粘着力が不十分であることを懸念していたが、スティーブンソンの過去の経験から、特に試運転競技の軽量列車ではこれは問題にならないと確信していた。    

ロケット号は多管式ボイラー設計を採用している。従来の機関車のボイラーは、水に囲まれた単一のパイプで構成されていた（ただし、ランカシャー・ウィッチ号は二重煙道を備えていた）。ロケット号は、火室から高温の​​排気ガスを湿式ボイラーを通して送風管と煙突に運ぶ25本の銅製^{[ 36 ]}火管を備えていた。この配置により、単一の大きな煙道と比較して、高温のパイプとボイラー水との接触面積が大幅に増加した。さらに、拡大された独立した火室からの放射加熱により、蒸気の発生がさらに増加し​​、ボイラー効率が向上した。

複数の火管を最初に考案したのがスティーブンソンかマルク・セガンかは定かではない。セガンがロコモーションを見学するためにスティーブンソンを訪れたことは知られており、ロケット号以前にサンテティエンヌ・リヨン鉄道向けに彼自身の設計による多管式機関車を2両建造したことも知られている。ロケット号のボイラーは、セガンの扱いにくいファンではなく、独立した火室と通風用のブラストパイプを備えた、より高度な形態であったが、ロケット号は最初の多管式ボイラーではなかった。もっとも、それが誰の発明であったかは依然として不明である。

火管面積を増やすことの利点は、エリクソンとブレイスウェイトがレインヒルで設計した「ノベルティ」でも試みられていた。しかし、彼らの設計では、1本の火管を3つ折りにしたものを使用していた。これにより表面積は増加したが、それに比例して長さが長くなり、火の通風が悪くなった。また、その構造上、火管の清掃も困難だった。

多管ボイラーの利点は、重くて低速な貨物機関車であってもすぐに認識された。1830年までに、スティーブンソンの元従業員であるティモシー・ハックワースは、リターン管式のロイヤル・ジョージをリターン管式のウィルバーフォース級に再設計した。^{[ 37 ]}

ロケット号では、シリンダーからの排気蒸気を煙突の底部に送り込むブラストパイプも使用し、部分的な真空状態を作り出して火を通して空気を引き込んだ。ブラストパイプの発明者については議論があるが、スティーブンソンは早くも1814年には使用していた。 ^{[ 38 ]}ブラストパイプはロケット号の多管ボイラーではうまく機能したが、ボイラーに単一の煙道がある初期の設計では、吸引力が強すぎて火の上部が剥がれ落ち、燃えている燃えかすが煙突から飛び出し、燃料消費量が大幅に増加した。^{[ 9 ]}

ランカシャー・ウィッチと同様に、ロケット号は水平から角度をつけて配置された2つのシリンダーを備え、ピストンが直径4フィート8.5インチ（1.435メートル）の車輪を駆動していた。^{[ 39 ]}それまでの設計のほとんどはシリンダーが垂直に配置されていたため、機関車が線路に沿って進む際に不均一な揺れが生じていた。その後、ロケット号はシリンダーがほぼ水平になるように変更され、このレイアウトはその後のほぼすべての設計に影響を与えた。   

ランカシャー・ウィッチ号と同様に、ピストンは駆動輪に直接接続されており、この配置は後の蒸気機関車にも見られる。^{[ 1 ]}

火室はボイラーとは別になっており、二重壁構造で、その間に水ジャケットが設けられていた。スティーブンソンは、ボイラーの中で最も高温になる部分、つまり水を蒸発させるのに最も効果的な部分は、火そのものの周囲であると認識していた。この火室は、高温の排気ガスによる対流熱だけでなく、燃え盛るコークスからの輻射熱によっても加熱されていた。

ロケット号の時代の機関車は石炭ではなくコークスを燃料としていた。地元の地主たちは石炭を燃料とする定置式機関車から出る黒煙にすでに慣れており、ほとんどの新しい鉄道に対して機関車が「自らの煙を消費する」という規制を課していた。 ^{[ 11 ]}コークスを燃やす煙は石炭の煙よりもはるかにきれいだった。機関車が石炭を直接燃焼できるようになるのは、それから30年後、長い火室とレンガ造りのアーチが開発されてからのことだった。

ロケットの最初の火室は銅板製で、側面から見るとやや長方形の形をしていた。^{[ 40 ]}喉板は耐火レンガ製で、おそらく後頭部もそうだった。^{[ 41 ]} 1831年頃に再建された際、^{[ 41 ]}これは錬鉄製の後頭部と喉板に置き換えられ、その間に銅製と思われるドラムラッパー（現在は失われている）が挟まれていた。これにより内部容積が大きくなり、管内ではなく火室内での燃焼が促進された。これらの初期の火室はボイラードラムとは別の水空間を形成し、目立つ外部の銅管で接続されていた。