Уже на открытии первой в мире железнодорожной линии Ливерпуль – Манчестер произошел несчастный случай, который заставил изобретателя Джорджа Стефенсона задуматься над необходимостью применения каких-либо сигналов, без которых невозможно говорить о безопасности железнодорожного движения при дальнейшем увеличении пропускной способности. Он придумал ввести сигналы, которые подавали сторожа: днем – флажками, ночью – ручными фонарями.
Машинистам паровозов выдали рожки, которые в 1835 г. были заменены паровым свистком. С 1834 г. на линии Ливерпуль – Манчестер были введены неподвижные сигналы. 1836 году опыты с электромагнитным телеграфом для применения на железных дорогах начал проводить англичанин Кук. Так на базе электрического телеграфа на железнодорожном (кстати, и морском) транспорте, появились первые системы сигнализации. Позже Кук пригласил себе в сотрудники профессора Уитстона и вместе с ним в 1837 году получил патент на конструкцию телеграфа. Шиллинг же, давно имея действующие образцы, находясь на государственной службе, патентованием не озаботился.
С изобретением в 1841 г. англичанином Грегори семафора стал возможен переход от движения поездов с разграничением времени к разграничению их пространством. Крупным шагом вперед в деле обеспечения безопасности движения поездов было введение блокировки, посредством которой путевые семафоры запирались на время, пока на соответствующем участке пути находился поезд. Первой практически удовлетворительной системой блокировки была система Тейера, появившаяся в 1852 г. в Англии и примененная в 1868 г. в России.
Строительство в России телеграфных линий в дальнейшем тоже было тесно увязано со строительством железных дорог. Россия оказалось шестой страной в мире, начавшей сооружение железных дорог, но явно отставала от общей тенденции развития этого вида транспорта, отдавая предпочтение водному транспорту. В этом сказывался уклад страны и, как следствие, – слаборазвитая экономика. В середине 1830-х гг. Мельников написал ряд трудов, посвященных новым видам транспорта, в том числе упоминавшуюся книгу «О железных дорогах», в которой рассмотрел все существовавшие тогда виды тяги: конную, самотаски, стационарные паровые машины и локомотивы; обосновал преимущество железных рельсов перед чугунными; выполнил ряд расчетов, послуживших основой для дальнейших исследований. В этой книге он изложил свои теоретические исследования о подвижных паровых машинах, сопротивлении движению по рельсам и др. Именно Мельников первым придумал и ввел многие технические и железнодорожные термины, которые живут и поныне.
Главное управление путей сообщения и публичных зданий, возглавлявшееся в то время сторонником развития только водных путей сообщения генерал-лейтенантом К.Ф. Толем, вынуждено было отметить в своем приказе, что «труд его принесет величайшую пользу молодым инженерам, ознакомив их с одной из важнейших частей строительного искусства». Но даже некоторые соратники Мельникова считали введение колейного транспорта все еще преждевременным, полагая, что резервы водных путей сообщения не исчерпаны. Мельникову с единомышленниками пришлось долго и настойчиво заниматься пропагандой преимуществ рельсового парового транспорта (выступления в печати, участие в жарких дискуссиях, агитация через учебный процесс и т. д.). Эти труды не пропали даром.
В 1835 году по приглашению горного ведомства в Россию приехал чешский инженер Ф.А. Герстнер и представил Николаю I доклад о выдаче ему привилегии на строительство сети железных дорог. Комиссия, в состав которой входил и профессор Мельников, признала возможным предоставить чешскому инженеру право постройки одной железнодорожной линии. В результате в России в 1837 г. появилась первая железная дорога общего пользования протяжением 27 км между Петербургом и Царским Селом с продолжением до Павловска, построенная за счет казны. Хотя она и не имела существенного экономического значения, однако показала возможность и целесообразность строительства и эксплуатации железных дорог в России.
К этому времени в телеграфии уже появился наиболее простой код Морзе, состоявший всего из двух элементов сигнала: точки и тире, отличавшихся длительностью. Американский автор этой двоичной системы был по профессии художником. Сочетанием точек и тире можно было передавать слова по буквам, и для этого требовалось всего два провода (затем стали обходиться вообще одним). В России электромагнитный телеграф Морзе был опробован в 1846–1847 гг. на все той же дороге между Петербургом и Царским Селом.
На конференции Института корпуса инженеров путей сообщения было решено командировать П.П. Мельникова в западноевропейские страны для изучения всех проблем, связанных с применением механического транспорта и его дальнейшего развития. Мельников начал собирать для этого необходимые денежные средства, однако это не понадобилось. В 1837 г. П.П. Мельников и С. Кербедз были направлены в страны Западной Европы за счет казны.
Император Николай I
За 15 месяцев они побывали во Франции, Англии, Бельгии, Германии и Австрии, где осмотрели железные дороги, заводы по производству паровых машин и паровозов, строительных механизмов, крупные инженерные сооружения, встречались с деятелями науки и техники, в том числе и с Д. Стефенсоном. Через два года ведомство путей сообщения с теми же целями направило П.П. Мельникова и Н.О. Крафта сроком на 15 месяцев теперь уже в США. Результатом этих командировок стали многотомные отчеты, материалы которых сыграли в дальнейшем огромную роль при строительстве отечественных железных дорог. К 1839 г. в Институте инженеров корпуса путей сообщения начали читать специальный «Курс о железных дорогах». Помимо изучения зарубежного опыта Мельников в этот период провел обширные экспериментальные исследования на единственной в России (пусть не магистральной, но паровой) железной дороге.
Николай I не был активным сторонником строительства железных дорог в России, считая, что оно будет способствовать развитию в государстве «демократических идей и наклонностей», но военно-стратегические соображения все же побудили царя согласиться на проведение подготовительных мероприятий по постройке первой большой железной дороги между столицами. В марте 1841 г. был создан Особый комитет «для предварительного составления и рассмотрения проекта железной дороги от С.-Петербурга до Москвы в отношении техническом и расчетов коммерческих, в которые должны входить все расчеты торговли с одной столицы в другую и обратно, начиная с предметов продовольственных». В его состав входили министры, главноуправляющий путями сообщения и публичными зданиями К.Ф. Толь, генерал-адъютанты А.Х. Бенкендорф, П.А. Клейнмихель и другие высшие чиновники царского правительства. При комитете была учреждена Строительная комиссия, в состав которой вошли П.П. Мельников, назначенный начальником Северной дирекции (Петербург – Бологое), и Н.О. Крафт, возглавивший Южную дирекцию (Бологое – Москва). Они были командированы от института на строительство дороги, и к 15 сентября 1841 года в виде особого «донесения» представили проект на рассмотрение правительства. В проекте были определены: «1) расходы первоначальные, для полного устройства дороги потребные; 2) расходы ежегодные, для движения и содержания оной нужные и 3) доход, от нее ожидаемый».
Хотя расчеты были выполнены практически впервые, но настолько грамотно, что их можно было использовать при строительстве других железных дорог. Возможные грузовые и пассажирские потоки были определены на основе данных о перевозках по шоссейной дороге и водным системам между Петербургом и портами Волги. Расчеты показывали, что сумма дохода будет достаточной для покрытия ежегодных эксплуатационных расходов и уплаты необходимого процента с основного капитала, определенного на сооружение железной дороги. Ее решили проложить без захода в Новгород и Торжок по кратчайшему направлению (но зато в отличие от американских дорог сразу двухпутной), с пологими уклонами, с деревянными мостами решетчатой системы. Получилось 660 км, что было короче шоссейной дороги на 60 км. Сметная стоимость строительства дороги составляла 43 млн руб. серебром, ежегодные железнодорожные расходы, определенные по методике П.П. Мельникова, выражались цифрой 3150 тыс. руб., а ежегодный доход ожидался в 5730 тыс. руб. Таким образом, чистая прибыль получалась довольно солидной, что обеспечивало казне известный процент от сметной стоимости.