В 1815 г. Стефенсон построил вторую, улучшенную, машину; на этот раз шатуны приводили в движение ведущие колеса не посредством зубчатых колес, а сообщались непосредственно с кривошипом. Соединение обеих пар ведущих колес он произвел посредством цепи, проходящей по двум зубчатым колесам, насаженным на осях ведущих колес. Это устройство оказалось непрактичным, так как цепь быстро изнашивалась и провисала, становилась слишком свободной. Поэтому впоследствии Стефенсон стал спаривать колеса соединительными дышлами, наложенными снаружи. В таком виде паровоз Стефенсона явился шагом вперед по сравнению с машиной, построенной Тревитиком в 1808 г. Машина Стефенсона уже обладала двумя цилиндрами, конусом, внешним соединением колес и непосредственной (без зубчатой передачи) связью между цилиндрами и ведущими колесами – то есть почти всем тем, что полагается иметь «настоящему» паровозу.

Одновременно с опытами по постройке паровоза Стефенсон стремился улучшить и рельсовый путь. В те времена рельсы были очень коротки. Стыки располагались буквально на расстоянии нескольких шагов, и паровая машина и вагонетки, идущие по рельсам, непрерывно тряслись. Стыки рельсов покоились на плоской железной подкладке, которая в свою очередь укреплялась на каменной подушке. Если эти подушки были уложены не вполне горизонтально или подавались под тяжестью паровоза, то конец одного рельса поднимался, а конец другого опускался. Происходившие вследствие этого сильные толчки, дергание и тряска, конечно, плохо отражались на и без того непрочных частях паровозов того времени.

«Паровоз и рельсы должны подходить один к другому, как мать и отец», – решил Стефенсон. Он раздвинул расстояние между каменными подушками, а стыковым подкладкам придал форму дуги, на вершине которой укладывались концы рельсов, обработанные таким образом, что они входили один в другой. Прежняя поперечная щель на стыке заменилась идущей вдоль рельсов щелью в форме буквы S. Уже одно это обстоятельство очень смягчило толчки. Кроме того, Стефенсон впервые устроил в своем паровозе подвесные рессоры. Затем, путем опытов, он убедился в разнице между трением на гладком и шероховатом, горизонтальном и наклонном путях. Это привело его к заключению, что рельсовый путь должен быть проложен по возможности горизонтально и что неизбежные при устройстве такого пути насыпи и выемки, несмотря на дороговизну земляных работ, все же являются наиболее выгодным способом постройки железной дороги.

Все эти эксперименты Стефенсон производил на находящихся в его ведении Келлингвортских рудничных путях. В результате Келлингвортская железная дорога превратилась в своего рода показательный участок. И когда слухи об этом дошли в 1819 г. до владельцев Хеттонских угольных копей, они немедленно пригласили Стефенсона к себе: переоборудовать устаревшую рудничную дорогу в настоящую железную дорогу с паровой тягой.

Дорога, соединявшая Хеттонские угольные копи с пунктом погрузки угля на реке вблизи Сендерленда, протянулась по холмистой местности на 12 км. В распоряжении Стефенсона не было достаточных средств, чтобы построить соответствующую его взглядам совершенно горизонтальную дорогу. Изобретателю пришлось идти на компромисс: на горизонтальных участках линии он применил паровозную тягу, на два крутых подъема вагоны втягивались неподвижными паровыми машинами – точно так же, как на построенной позже линии Стоктон – Дарлингтон. Стефенсон включил также в систему пять наклонных плоскостей, по которым спускавшиеся вниз груженые вагоны своей тяжестью поднимали идущие наверх порожние вагоны.

Новая дорога начала функционировать 18 ноября 1822 г. На ней работало пять паровозов, каждый из которых со скоростью 6 км/час вез 17 вагонов. О перевозке людей пока еще не думали, так что и дорогу эту все еще нельзя рассматривать как железную дорогу в современном смысле этого слова.

Следующим этапом в развитии железных дорог стала линия Стоктон – Дарлингтон. Ее также построил Стефенсон. Однако дорога эта в известном смысле представляет собой шаг назад, потому что владелец ее, вопреки совету Стефенсона, лишь в редких случаях пользовался паровозной тягой: как правило, перевозки совершались при помощи двух стационарных паровых машин и большого количества лошадей. Но зато на этой дороге впервые, помимо грузов, регулярно – два раза в день – перевозились и пассажиры. Это было нечто совершенно новое, так что история «настоящих» железных дорог начинается с линии Стоктон – Дарлингтон.

23 мая 1822 г. состоялась торжественная закладка дороги, а в 1823 г., после того, как от парламента последовало разрешение на пользование паровозной тягой и для пассажирского движения, Стефенсон переехал в Дарлингтон в качестве главного инженера. Одновременно он вместе с Эдуардом Пизом, владельцем Дарлингтонской дороги основал первый в мире паровозостроительный завод. Создание такого завода вытекало из назревшей необходимости: Стефенсон очень скоро пришел к заключению, что простые кузнецы из рудничных мастерских никогда не смогут построить машину высокого качества. Постройка такого сложного механизма, как паровоз, требовала толковых и опытных мастеров, умеющих выполнять точные и сложные работы. Поэтому одной из главных задач владельцев нового предприятия стал поиск высококвалифицированной рабочей силы.

27 сентября 1825 г. состоялось торжественное открытие линии Стоктон – Дарлингтон. На это торжество собралось все окрестное население. В толпе собравшихся было много скрытых и явных недоброжелателей: они явились в надежде поглазеть, как «грохочущий дьявол» – паровоз – разлетится на куски, не выдержав давления пара. Новый вид транспорта, увы, не нравился очень многим: грохочет, чадит, гудит, пугает скотину…

У подножия холма вагоны ожидал специально построенный для этой линии паровоз «Локомошен» («Самоход»), которым управлял сам Стефенсон. Паровоз развивал скорость от 18 до 25 км/час. Он был снабжен лишь одной дымогарной трубой, но благодаря конусу развивал такую высокую температуру, что во время движения труба накалялась докрасна. Однако тепло это тратилось впустую, так как в машине все еще отсутствовал многотрубный котел, значительно увеличивающий поверхность нагрева.

К «Локомошену» был прицеплен поезд, состоявший из 38 вагонов. Часть из них была нагружена углем и пшеницей, другая, снабженная временными сиденьями, предназначалась для участников торжества – приглашенных насчитывалось до 600 душ. Поезд с непривычно длинным рядом вагонов произвел глубокое впечатление на собравшихся зрителей. Спустя несколько дней по линии начал регулярно курсировать запряженный лошадью пассажирский вагон, названный Стефенсоном «Эксперимент». Этот вагон стал отправной точкой для развития всего железнодорожного пассажирского сообщения.

Открытие линии Стоктон – Дарлингтон ясно обрисовало перспективы, вырисовывающиеся перед железными дорогами. Все более широкие общественные круги в Англии стали понимать значение нового вида сообщений. И следующим важным этапом на пути развития железных дорог стала постройка линии между двумя крупными промышленными городами – Ливерпулем и Манчестером.

Вопрос о предпочтительности паровозной или лошадиной тяги пока оставался открытым. Стефенсон, разумеется, употребил всю свою энергию, доказывая, что скорость движения при паровозной тяге легко можно довести до 30 км/час. Но большинство его современников полагали, что это совершенно недостижимо. «Нет ничего более смешного и глупого, чем обещание построить паровоз, который двигался бы в два раза скорее почтовой кареты», – писал весьма популярный в то время журнал «Куортерли Ревью». «Так же мало вероятно, что жители Вулвича доверят свою жизнь такой машине, как и то, что они дадут взорвать себя на ракете». Но все это не смущало Стефенсона. После ожесточенной борьбы он все же добился своего: построил дорогу, решив при этом целый ряд крайне трудных технических задач.