Глава 6. ЧУДЕСНЫЙ МОСТ
Глава 6. ЧУДЕСНЫЙ МОСТ
Между Васильевским островом и Адмиралтейской стороной, как раз против того места, где строился памятник Петру I, наведен наплавной Исаакиевский мост. Он построен на барках, поставленных от одного берега к другому на некотором расстоянии друг от друга. Этот мост являлся единственным мостом, соединявшим две большие части города.
Но он очень неудобен. Каждую осень, перед тем как река замерзала, мост приходилось разбирать. Иначе льдины могли его сломать. Тогда между Васильевским островом и Адмиралтейской стороной прекращалось всякое сообщение. Какие бы срочные дела ни ожидали на другом берегу, – их выполнить было невозможно. И только когда на Неве устанавливался надежный ледяной покров, люди могли переправляться через Неву прямо по льду. Но с приближением весны лед становился ломким, начинал таять – и тогда сообщение опять нарушалось. И лишь после того, как сходил весь лед, снова наводили мост.
Но тогда выявлялось другое неудобство: мост мешал судоходству по Неве.
Этот мост не отвечал требованиям города. Столице нужен такой мост, который не боится ледохода и не мешает плаванию судов по Неве. Столице нужен не наплавной, а постоянный мост через Неву.
Эта мысль с самого приезда неотступно владела Кулибиным.
Для того времени построить такой мост – очень сложная задача. На Неве не было ни одного постоянного моста, да и вообще в России был только один значительный по своей длине мост – Каменный мост в Москве. Остальные мосты небольшие, перекинутые через узкие реки или каналы, подобные Аничкову мосту. Мостостроение в те годы было развито слабо не только в России, но и в других странах. Наука о строительстве мостов была ещё в зачаточном состоянии.
Несмотря на всё это, Кулибин решил взяться за трудную задачу.
«С начала моего в Санкт-Петербург приезда, ещё прошлого, 1769 года усмотрел я в вешнее время по последнему пути на реках, а особливо на Большой Неве, обществу многие бедственные происшествия. Множество народа в прохождении по оной имеют нужду, проходят с великим страхом, а некоторые из них и жизни лишились во время шествия большого льда вешнего и осеннего. Перевоз на шлюпках бывает с великим опасением, и продолжается оное беспокойство через долгое время, да когда уже и мост наведен бывает, случаются многие бедственные и разорительные приключения, как то: от проходу между часто стоящих под мостами судов плывущим сверху судам и прочее; воображая всё оное и другие неудобства начал искать способ о сделании моста», – писал Кулибин.
Прежде всего нужно было выбрать конструкцию моста. Нева – река глубокая, с быстрым течением. В такой реке трудно соорудить опоры. Это соображение натолкнуло Кулибина на мысль построить мост из одного пролета, в виде арки. Концы моста должны были опираться прямо на берега Невы, без всяких промежуточных опор.
В наилучших мостах того времени пролет достигал пятидесяти-восьмидесяти метров. Ширина же Невы была около трехсот метров. Построить однопролетный мост через такую широкую реку было смелым дерзанием, граничащим с фантастикой.
Восемь долгих лет методически, упорно, шаг за шагом преодолевая трудности и улучшая конструкцию, работал Кулибин над мостом. За это время он построил три модели, сделал расчеты, провел массу опытов на приборах, им же самим сконструированных, составил окончательный проект моста и план работ по его сооружению.
Материалом для своего моста Кулибин выбрал дерево. Первую модель он сделал в 1771 году. Хотя она выдержала испытания, всё же он нашел в ней недостатки. «Что-нибудь новое сыскивая, с первого сделания без поправки мало удается», – писал Кулибин. Новое «требует труда и многих опытов», – читаем дальше в его записях.
И он ищет это новое, много трудясь и ставя опыты.
Кулибин дает расчет всех частей моста. Определяет давление в фундаменте. Доказывает, что качество моста можно проверить по результатам испытания модели. Впоследствии этот метод Кулибина получил широкое распространение. Пользуются им и сейчас. Например, при проектировании Володарского моста в Ленинграде сперва была сделана и испытана модель, а затем приступили к строительству моста.
Наконец, Кулибин опытным путем находит закон взаимодействия сил в арке моста, что дает ему возможность правильно рассчитать и построить конструкцию. Это явилось крупным открытием в механике. Лишь много позднее, в 1785 году, мы находим изложение этого вопроса у французского математика Вариньона. И только через пятьдесят лет, в 1823 году, было дано теоретическое обоснование этого закона в виде «теоремы о веревочном многоугольнике».
Эта теорема является одной из основных теорем в механике. Опытным путем её первый доказал и применил Кулибин.
Весь расчет моста, который сделал Кулибин, был выполнен настолько грамотно, что если произвести его сейчас, по всем правилам современной науки, получатся те же результаты. (Такой расчет приведен в трудах Академии наук: «Архив истории науки и техники» за 1936 год.)
Конструкция моста Кулибина была совершенно новой. Впервые в мире Кулибин применил решетчатую ферму. Всё строение моста состояло из перекрестно скрепленных деревянных стержней. Это и являлось системой решетчатых ферм.
Из таких решетчатых ферм были построены все три модели Кулибинского моста.
Позднее решетчатые фермы стали применяться во многих мостах как у нас, так и за границей.
Но, хотя Кулибин первый построил решетчатую ферму, она неверно называлась «американской фермой Тауна», несмотря на то, что американский инженер Таун предложил решетчатую ферму на пятьдесят лет позднее Кулибина.
В конце 1772 года Кулибин построил вторую модель. Последние свои гроши он тратил на опыты и модели, а сам жил очень бедно. Свои расчеты и модели Кулибин представил в Академию наук. Но некоторые академики не доверяли расчетам Кулибина. «Какие расчеты может сделать «плотник», не знающий математики и механики!» – рассуждали они. Над Кулибиным открыто смеялись. И хотя модели его выдержали все испытания, академики нашли их «сумнительными».
Может быть, другой человек сдался бы и бросил всю затею. Но Кулибин был не из таких. Он убежден в правильности своих расчетов. Они подтверждены многими опытами. Можно говорить об улучшении конструкции, но в основном задача решена правильно.
Однако Кулибин видел, что перед ним выросла стена равнодушия. Эту стену труднее пробить, чем решить самую сложную техническую задачу.
Он пишет письма разным высокопоставленным лицам. Старается их уверить, что проект моста им сделан правильно. Приводит пример о том, что строителю московского Каменного моста вначале тоже «мало доверяли». Наконец он просит денег, чтобы можно было построить третью, ещё лучшую модель моста. Но всё напрасно. Ему просто не отвечают или отшучиваются.
В это время Кулибин прочел в «Санкт-Петербургских ведомостях» о том, что Лондонская академия наук объявила конкурс на модель моста через Темзу. Мост, согласно условиям конкурса, должен был состоять из одной дуги, без свай, и концами своими опираться на берега реки. За лучшую модель назначалась большая премия.
Модель Кулибина полностью отвечала требованиям лондонского конкурса. Он мог бы послать свой проект в Англию и приобрести известность и деньги. Но Кулибин этого не сделал. Он думал о Неве, а не о Темзе, и хотел строить мост в России, а не в Англии. И он продолжал доказывать и просить.
Лишь через три года ему удалось пробить брешь в стене равнодушия и то только потому, что его моделью заинтересовался всесильный в то время граф Потемкин.
По императорскому указу Кулибину выдали на построение модели тысячу рублей.
Кулибин приступил к изготовлению своей третьей модели. Он работал над ней семнадцать месяцев.
К концу 1776 года модель была готова. Она по величине была в десять раз меньше моста. Длина модели равнялась почти тридцати метрам, а высота – почти трем метрам. По сравнению с предыдущими, в эту модель был внесен ряд конструктивных улучшений. Прежде всего, в середине модель была сделана легче, а к концам – тяжелее. Это достигалось тем, что сечение всех элементов конструкции было к середине модели меньшего размера, а к концам – большего. Такое расположение материала увеличивало устойчивость моста. Оно оказалось настолько правильным, что употребляется до сих пор при строительстве арочных мостов.
В третьей модели было увеличено также число решетчатых ферм, которые скреплялись теперь мощными поясами из брусьев. Для соединения деревянных частей применялись железные болты с шайбами. Всё это придавало крепость и устойчивость мосту, сопротивляемость его боковым толчкам и ветру.
Мост согласно модели должен был быть длиной около трехсот метров, высотой около тридцати метров. При такой высоте под мостом могли свободно проходить корабли с мачтами. Но, несмотря на кажущуюся крутизну моста, на самом деле въезд на него был очень пологим, проезд по мосту почти горизонтальным. Достигалось это тем, что подъем на мост должен был начинаться примерно за двести метров от моста, а проезд по самому мосту шел не по изгибу арки моста, а почти по прямой линии – у концов моста на уровне верха арки, в середине – на уровне низа арки. Такое расположение проезжей части и приводило почти к полной её горизонтальности, так что подъем в пределах моста был даже меньше, чем у многих современных мостов. Проезжая часть состояла из дощатого настила, укрепленного на поперечных связях. Тут же по бокам были сделаны дорожки для пешеходов. Но, кроме того, дорожки для пешеходов шли ещё и по верху арки. Были сделаны также различные архитектурные украшения моста. Концы моста должны были упираться в каменные фундаменты.
Кулибин предполагал строить свой мост приблизительно на том месте, где находился наплавной Исаакиевский. Он подробно продумал весь процесс постройки моста и какие при этом нужно будет выполнить дополнительные работы. Старался учесть все возможности и предугадать всякие случайности и неожиданности.
Пока мост будет строиться, Кулибин предполагал его удерживать с берега специальными тросами. Эти тросы должны быть перекинуты через особые башни, построенные для этой цели на берегу. Но тросы должны быть очень прочными, чтобы удержать такую громаду. Поэтому Кулибин наметил серию опытов по определению прочности тросов.
Однако ведь, безусловно, при строительстве моста придется работать не только на берегу, но и в пролете, над самой рекой. Чтобы сделать это возможным, Кулибин предполагал строить свой мост зимой. В лёд должны быть вморожены сваи и на них построен помост. Чтобы знать, насколько годен для этого невский лед, Кулибин подготовил исследование по определению прочности льда.
Для изготовления арочных ферм Кулибин хотел построить большую площадку, на которой сделать точный чертеж арок моста, их разметку и заготовку. Этот прием оказался настолько удобным, что употребляется и сейчас при строительстве мостов. Так, например, он был применен при постройке моста через канал имени Москвы у станции Химки.
Кулибин дает развернутый план работ, в какой последовательности должны идти строительство и сборка моста, методы выемки грунта под опоры. Ещё многие моменты предусматривал Кулибин и описывал их со всеми подробностями.
Свои расчеты, чертежи, описания вместе с моделью Кулибин представил в Академию наук. На этот раз его расчеты проверил Эйлер. Эйлер был поражен. Все расчеты оказались правильными. Позднее Эйлер в «Месяцеслове с наставлениями на 1776 год», изданном Академией наук, подтвердил точность вычислений Кулибина.
Был назначен день испытания модели.
Собралась специальная комиссия из академиков. Среди них Леонард Эйлер, Крафт, Румовский, Котельников и другие. Кое-кто из академиков насмешливо посматривал на Кулибина. Хотя Эйлер сказал, что всё вычислено правильно, всё равно они не верили. Недавно были проведены испытания двух моделей мостов, представленных иностранцами. Тоже как будто бы всё казалось на первый взгляд правильным, а когда положили на модели проверочный груз, они обе рухнули.
– Что ж, два моста изъездили, давайте доезжать третий, – шутили академики.
– Этот Кулибин скоро построит нам лестницу на самое небо.
Кулибин молчал. По расчету модель должна была выдержать три тысячи триста пудов груза.
Рабочие стали носить железо. Академики продолжали шутить. Количество железа на модели росло.
Когда груз превысил три тысячи пудов, наступила тишина. Никто больше не улыбался и не шутил. Вот уже три тысячи сто пудов груза, три тысячи двести… Академики прислушиваются: не раздастся ли где-нибудь скрип или треск ломающейся части. Осматривают модель со всех сторон. Но модель стоит неколебимо. Наконец три тысячи триста пудов!
– Кладите остальное железо, – спокойно говорит Кулибин рабочим.
Перенесли оставшееся железо.
– Там в углу двора есть ещё кирпичи.
Положили и кирпичи.
Теперь на модели было три тысячи восемьсот семьдесят пудов.
Больше класть было нечего.
Тогда Кулибин взошел сам на мост и пригласил всю комиссию.
Один за другим академики поднимались на мост. Они поздравляли Кулибина.
– От всего сердца поздравляю вас с желаемым успехом, – сказал Эйлер. – Теперь остается вам оправдать пророчество и сделать нам лестницу на небо.
Но этим комиссия не удовлетворилась. Решено было провести длительные испытания.
Около месяца стояла модель под нагрузкой. Всё это время ученые наблюдали за ней. Смотрели, не появились ли где трещины, не погнулась ли она.
Модель моста выдержала все испытания.
Слух о чудесном сооружении пошел по всему городу. Толпы народа приходили на академический двор смотреть замечательную модель.
В газете «Санкт-Петербургские ведомости» появилась восторженная статья. Она заканчивалась словами:
«Удивительная сия модель делает зрелище всего города по великому множеству любопытных, попеременно оную осматривающих. Искусный её изобретатель, отменный своим остроумием, не менее в том достохвален, что все его умозрения обращены к пользе общества».
Академия наук признала модель годной и доложила Екатерине о том, что по ней можно строить мост через Неву. Кулибин был счастлив. Модель принята! Все мучения остались позади.
Теперь столица получит первый постоянный мост через широкую быструю Неву. Как это будет удобно для пешеходов и судов! Ведь сколько бывало раньше несчастных случаев, когда люди пытались перейти реку по шаткому, уже подтаявшему льду и проваливались под лед!
Так думал Кулибин. И не только он один. Многие ожидали, что скоро начнутся работы по строительству моста.
Но правительство молчало. Видно, мост строить не собирались. Кулибину даже полностью не заплатили за модель. Всегда аккуратный в отчетах по расходам на свои изобретения, Кулибин подсчитал, что изготовление модели стоило ему три тысячи пятьсот двадцать четыре рубля девяносто шесть копеек. А получил он от правительства всего тысячу рублей. Лишь после многих просьб, спустя пять месяцев после испытания модели, ему дали ещё две тысячи. Все же более пятисот рублей ему пришлось истратить своих денег, кроме расходов на первые модели.
Через два года, в 1778 году, Кулибина «за успехи в механике» наградили золотой медалью, специально для него изготовленной. На лицевой стороне медали был портрет Екатерины, на оборотной – изображение двух богинь – науки и искусства. Они держали над именем Кулибина лавровый венок. С одной стороны медали было написано «Достойному», с другой стороны – «Академия наук механику Ивану Кулибину». Медаль носилась на голубой андреевской ленте и давала право Кулибину присутствовать во всех «благородных» собраниях.
Правительство считало, что этим Кулибин был вознагражден сторицей за свой мост.
А модель моста семнадцать лет стояла в академическом дворе. Но в 1793 году, после смерти Потемкина, императрица вспомнила, что Потемкин принимал какое-то участие в этой модели, и велела в память его перевезти модель в Таврический сад.
Шесть дней везли модель с помощью катков и салазок. Сначала по наплавному Исаакиевскому мосту, потом по земле. Работой руководил сам Кулибин. Толпы народа сопровождали модель.
Горькое, обидное чувство мучило изобретателя. Не такого конца ждал он для своего моста. Кулибину казалось, что это похороны, – и хоронят его самого.
Модель перевезли в Таврический сад и перекинули через один из каналов.
Это был конец. Все эти годы он ещё на что-то надеялся. Но сейчас это был конец. Конец надеждам, конец мечтам. Безусловно, он мог бы в свое время переслать свой проект за границу. Но он не хотел этого тогда и не жалел об этом теперь. Не слава, не деньги нужны были Кулибину. Процветание своего отечества было ему дорого.
Даже перевозку модели Кулибин произвел за свой счет. Только через четыре года ему вернули деньги. При этом труд самого изобретателя не был оплачен, несмотря на то, что он лично руководил перевозкой модели и установкой её на место.
Известно, что модель кулибинского моста просуществовала в Таврическом саду до 1804 года. Что стало с ней в дальнейшем, – неизвестно. По-видимому, она просто разрушилась от времени. Осталось только описание моста вместе с чертежами, изданное Кулибиным в 1799 году.
С тех пор прошло много лет. Но и до сего времени кулибинский мост является непревзойденной конструкцией. Нигде не построено такого грандиозного и вместе с тем совершенного деревянного моста. Деревянный мост с наибольшим пролетом был построен в 1778 году в Швейцарии, но и в нём длина пролета равнялась лишь ста девятнадцати метрам.
Недаром знаменитый гидротехник того времени Даниил Бернулли, узнав результат испытания модели моста, назвал Кулибина «великим артистом».