Единственным локомотивом на железных дорогах в начале XX века был паровоз. Его коэффициент полезного действия составлял всего около 5 процентов: из каждых ста килограммов топлива, сожженного в топке, девяносто пять в прямом смысле слова вылетали в трубу.

Проблема качественно нового локомотива, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания, давно занимала умы русских техников. В 1906 году появляется разработанный профессором МВТУ В. И. Гриневецким смелый проект реверсивного двухтактного, двойного расширения теплового двигателя внутреннего сгорания. По мнению ученого, такая машина должна была непосредственно приводить в действие гребной вал на судне или движущие оси железнодорожного локомотива. В 1908 году на Путиловском заводе в Петербурге были уже готовы рабочие чертежи опытного двигателя Гриневецкого. По этим чертежам двигатель построили и испытали. Но работы до конца довести не удалось...

В 1912 году за разработку нового локомотива взялся Алексей Несторович Шелест, в то время еще студент МВТУ. Ученик железнодорожного училища в Конотопе, слесарь, монтер, затем чертежник, техник-конструктор, заведующий испытательной станцией Люберецкого завода, студент известнейшего высшего учебного заведения страны — таков нелегкий путь в науку сына отставного николаевского солдата.

Дипломной работой Шелеста был проект тепловоза. Разработку его он начал с углубленного анализа тепловоза, который начала строить в Швейцарии фирма «Братья Зульцер» при участии Рудольфа Дизеля. У этого тепловоза дизель был непосредственно связан с ведущими колесами. Шелест обнаружил, что этот тепловоз по тяговым качествам не соответствует требованиям железнодорожного транспорта.Для своего тепловоза он предложил применить новую двигательную установку. *В ней двигатель внутреннего сгорания с высоким наддувом служил генератором газов, которые поступали затем в рабочую машину поршневого или турбинного типа. На свое изобретение А. Н. Шелест получил патенты (в Англии и России). По совету профессора В. И. Гриневецкого исследование тепловоза фирмы «Братья Зульцер» Шелест послал в 1914 году в журнал «Вестник инженеров». Спустя полвека журнал «Железнодорожный транспорт» (№ 1, 1965) писал: «Это была первая научная разработка магистрального тепловоза не только в России, но и во всем мире».

Шелест добивается в министерстве путей сообщения средств на практическую реализацию своего изобретения. Но империалистическая война и грянувшая вскоре революция, а затем и гражданская война, казалось, надолго отодвинули работы по созданию тепловозов.

С весны 1918 года началось строительство советского народного хозяйства. И в те труднейшие для молодой Советской республики годы В. И. Ленин, как вспоминает бывший тогда секретарем Совета Народных Комиссаров Н. П. Горбунов, прозорливо говорил: «Без новейшей техники, без новых научных открытий мы коммунизм не построим — одна хорошо работающая лаборатория важнее десятка наших советских учреждений».

В 1918 году создается ряд крупнейших научно-исследовательских институтов, и в числе их Экспериментальный институт путей сообщения. Среди его организаторов — В. И. Гриневецкий и А. Н. Шелест.

I Всероссийский съезд железнодорожников и I Всероссийский теплотехнический съезд в 1918 году поддержали работы изобретателей Гриневецкого и Шелеста и вынесли решение о необходимости постройки тепловозов в России. Однако возможностей приступить к этим работам не было. Государства Антанты бросили крупные военные силы против молодого Советского государства. Весной 1919 года армия Колчака дошла из Сибири до Волги.

В те дни особенно тяжелым было положение с транспортом.

«Транспорт в опасности!», «Все силы на борьбу с топливным кризисом!» — такими заголовками пестрели газеты молодой республики.

«Раз нет каменного угля, надо топить паровозы торфом»,— решает А. Н. Шелест. Он ставит на Савеловской железной дороге опыты с паровозом, переоборудованным для работы на торфе. Эксперименты дают положительный результат, и Шелест разрабатывает .инструкцию по отоплению паровозов торфом, которую срочно издают и рассылают по железным дорогам. Она становится и первым научным трудом нового Экспериментального института путей сообщения...

После разгрома Колчака и Деникина страна получила передышку. В январе 1920 года Англия, Франция и Италия вынуждены были прекратить блокаду Советской России.

Железнодорожный транспорт страны оставался в катастрофическом состоянии. Если в начале 1919 года лозунг «Транспорт в опасности!» означал нехватку топлива, то весной 1920 года главным стал вопрос о вышедших из строя паровозах.

В. И. Ленин призывал партию, рабочих и крестьян направить всю энергию на восстановление хозяйства страны, в первую очередь — восстановление транспорта.

По настоянию Владимира Ильича Совнарком принимает решение заказать для советских железных дорог паровозы за границей.

В марте 1920 года Ленин направляет за границу правительственную комиссию во главе с народным комиссаром внешней торговли Л. Б. Красиным. Заключив договор со шведской фирмой «Нидквист и Гольм», Красин телеграфировал в Москву о необходимости прислать специалистов для приемки паровозов.

В состав русской железнодорожной миссии вошел и А. Н. Шелест. Перед отъездом из Москвы ему были отпущены специальные средства для оформления патентов на тепловоз за границей и на научно-техническую пропаганду нового локомотива.

В Стокгольме Шелест устроил конкурс шведских фирм на лучшее выполнение заказов для Советской России. В результате конкурса отдельные фирмы снизили цены от 25 до 50 процентов, что позволило сэкономить нашей стране до 1,5 миллиона шведских крон.

...Пока Шелест работал за границей, в Москве произошли события, повлиявшие на его дальнейшую деятельность.

В январе 1922 года материалы об изобретениях А. Н. Шелеста были направлены В. И. Ленину. Этому немало способствовало то, что на Всероссийском конкурсе изобретателей в 1919—1920 годах работы Шелеста были удостоены пяти премий, из них четыре первой и одна второй степени. Ознакомившись с материалами, Владимир Ильич направил их на заключение академику Петру Петровичу Лазареву, который работал в Комитете по делам изобретений ВСНХ, а в своем блокноте записал: Положительный отзыв П. П. Лазарева вскоре был сообщен В. И. Ленину.

30 января Алексей Несторович, находясь в Вене, получил телеграмму:

«Председатель Совнаркома приказал принять все меры к скорейшей постройке Вашего тепловоза. Телеграфируйте Берлин и Москва Наркомпуть Ваши предложения по этому поводу».

В начале февраля 1922 года Алексей Несторович был вызван в Москву и принят Ф. Э. Дзержинским, которого интересовали особенности тепловоза системы Шелеста и перспективы, которые сулит его применение.

18 февраля 1922 года Ф. Э. Дзержинский писал Г. М. Кржижановскому, что уверен в возможности постройки тепловоза системы А. Н. Шелеста в России.

Нарком внешней торговли Л. Б. Красин считал, что постройку тепловоза следует поручить английской фирме «Армстронг — Витворт», которая выполняла для Советской России ряд заказов. В конце апреля 1923 года Совет Народных Комиссаров принял постановление о строительстве тепловоза системы А. Н. Шелеста за границей. Алексей Несторович выехал в Англию.

Занимаясь там строительством своей машины, Шелест продолжал научные изыскания по сравнению различных типов двигателей для локомотивов, установлению оптимальных условий работы различных машин. В тот период он получил патенты на газотурбовоз (в Швейцарии в 1922 году и в СССР с приоритетом от 11 июня 1920 года). Свои теоретические исследования он опубликовал в трех отдельных книжках на немецком языке. Эти труды становятся важным шагом в развитии теории тяговых машин.

К 1926 году генератор сжатых газов — сердце тепловоза системы Шелеста — был построен в Англии па заводе фирмы «Армстронг — Витворт» в городе Ньюкаслеон-Тайн. Успешно прошли первые пусковые испытания. Но в мае 1927 года Англия порвала дипломатические отношения с СССР, и Шелест вернулся на родину. В том же году в МВТУ по постановлению Совета Труда и Обороны для продолжения работ была организована лаборатория тепловозных машин системы А. Н. Шелеста. Вскоре Алексей Несторович организовал здесь и кафедру, которая стала одним из научных центров тепловозостроения в нашей стране.

Тепловозы с механическим генератором газов системы А. Н. Шелеста были построены в Швеции в 1933 году, а в 1955 году на шведских государственных железных дорогах проводились приемные испытания нового тепловоза с двухтактным генератором газов. Дальнейшее развитие генераторы сжатых газов со свободно движущимися поршнями получили благодаря работам французского инженера Р. П. Пескара. С таким генератором во Франции было построено несколько тепловозов. Подобные силовые установки получили распространение и на морских судах.

Теоретические основы наддува, заложенные работами А. Н. Шелеста, используются сейчас на всех современных тепловозах.

Алексей Несторович в начале своей деятельности разработал критерии идеального тепловоза:

двигатель внутреннего сгорания не может непосредственно приводить в движение колеса локомотива, так как при этом тяговая характеристика не соответствует требованиям железнодорожного транспорта, нужна специальная передача между двигателем и колесами локомотива;
двигатель должен все время работать с полной мощностью, вне зависимости от скорости движения локомотива, при этом произведение силы тяги на скорость есть величина постоянная, определяющая тяговую характеристику идеального тепловоза;
регулирование мощности силовой установки тепловоза должно производиться изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Эти положения вошли в арсенал современного тепловозостроения.