Вторжение машин

Деление истории цивилизации на эпохи неизбежно условное. События, происходящие порой даже в соседних странах, идут своим чередом. А в каждой эпохе есть элементы пройденных этапов. Прошлое не пропадает бесследно.

Определяющий фактор развития цивилизации в данный период – техника. Научные открытия преимущественно отвечали нуждам практики: промышленности, быта, бизнеса, технического прогресса (прежде всего в области вооружений).

Уже в XVIII в. растущую потребность в энергетическом сырье в Западной Европе трудно было удовлетворять за счет древесины из-за сокращения лесных массивов. Добычу угля и других полезных ископаемых приходилось вести на все более глубоких горизонтах. Требовались новые средства для откачки подземных вод.

Первые паровые машины были использованы в шахтах.

Папен Дени

Папен Дени (1647–1712 или 1714) – французский физик, изобретатель. Родился в Париже. Получил медицинское образование. В Париже у Х. Гюйгенса конструировал воздушные насосы; работал в Лондоне у Р. Бойля. Был принят в Лондонское королевское общество. С 1688 г. – профессор Марбургского университета.

Он изобрел паровой котел и предохранительный клапан (1680); первым описал замкнутый цикл двигателя, в котором использовались конденсация пара, вакуум, атмосферное давление (1690). Но цилиндр с поршнем, требующий переодического нагревания и охлаждения, не мог делать более одного хода в минуту. Папен усовершенствовал котел, отделил от цилиндра и описал в мемуаре «Новое искусство эффективно поднимать воду при помощи огня» (1707).

В Англии затопленные водой шахты приходилось закрывать. Паровую машину для откачки воды создал Томас Сэвери (1650–1715), получивший патент № 356. Он назвал ее «Друг рудокопа».

Она немногим отличалась от последней модели Папена, имела небольшую производительность, потребляя много угля. Из-за попеременного нагревания и охлаждения котла при недосмотре он мог взорваться. Одну такую машину купил Петр I; ее установили в Летнем саду (1707). Другая, усовершенствованная, действовала в петербургской бане.

Ньюкомен Томас

Ньюкомен Томас (1663–1729) – английский изобретатель. По одним сведениям, кузнец, по другим торговец скобяными изделиями (одно другое не исключает). Он был знаком, по-видимому, с котлом Папена. Вместе с помощником Д. Коули примерно в 1712 г. построил двигатель, где в цилиндр с поршнем для охлаждения пара впрыскивалась вода. Цилиндр присоединялся к котлу машины Сэвери, а клапаны регулировали поступление пара, воды.

Машина Ньюкомена обеспечивала подъем воды с глубины до 80 м, расходуя втрое меньше воды, чем «Друг рудокопа». Однако более ранний патент Сэвери был составлен так хитро, что закреплял за владельцем право на любой паровой котел. Ньюкомену пришлось войти в компанию с Сэвери. В дальнейшем их машина использовалась во многих странах, несмотря на то, что была громоздка и потребляла много топлива.

В Англии бурно развивались разнообразные производства в связи с созданием крупнейшего флота и мануфактур. Увеличить производительность труда можно было с помощью машин и механизмов.

Ремесленники были заинтересованы в сохранении традиций. Тут-то и проявились преимущества капитализма для технического прогресса. Как писал английский историк техники С. Лилли, «в начале столетия (XVIII в.) текстиль производили в Ланкашире сотни ткачей и прядильщиков на дому. Они приобретали сырье у посредников и им же сдавали готовую продукцию. Понятно, что наживались главным образом посредники, торговцы, но рабочие имели хотя бы постоянный небольшой заработок».

В 1719 г. английские промышленники провели закон, запрещающий ввоз индийских хлопчатобумажных тканей. Местное производство получило возможность для развития.

Кей Джон

Кей Джон (1704–1774) – английский изобретатель. Работал суконщиком, затем в Кольчестере изготавливал детали для ткацких станков. Придумал в 1733 г. челнок-самолет. В патенте говорилось: челнок служит «для лучшего и более аккуратного тканья широкого сукна, саржи, парусного полотна и вообще широких материй».

Прежде челнок перебрасывали из руки в руку через основу ткани. Теперь он перелетал через основу, протягиваемую из ящика с одной стороны станка в ящик на другой стороне с помощью приспособления, управляемого шнурами, которые ткач держал в одной руке. Производительность труда возрастала почти вдвое.

Судьба изобретателя была печальна. Предприниматели не считались с его правами, а рабочие возненавидели его, ибо усовершенствование производства вызывало безработицу (раньше широкие ткани вырабатывали два ткача). Во время бунта против машин ткачи разгромили дом и мастерскую Джона Кея, которому удалось скрыться. Вскоре он покинул Англию и умер в бедности.

Ползунов Иван Иванович

Ползунов Иван Иванович (1728–1766) – русский теплотехник, изобретатель. Родился на Урале в семье солдата. Учился в горнозаводской школе Екатеринбурга, основанной В. Н. Татищевым. Работал в г. Барнауле (Алтай), бывал в Петербурге, изучал теплотехнику, был знаком с машинами Сэвери, Ньюкомена.

Весной 1763 г. представил начальнику Колывано-Вознесенских заводов первый в мире проект универсального парового двигателя. Непрерывность его работы обеспечивали два цилиндра, поршни которых поочередно передавали движение на общий вал. Ползунов писал, что представил свое изобретение, «дабы сей славы (если силы допустят) Отечеству достигнуть и чтоб то во всенародную пользу, по причине большого познания о употреблении вещей, поныне не весьма знакомых… в обычай ввести».

Модель паровой установки И. И. Ползунова

Положительный отзыв на этот проект дал президент Берг-коллегии академик Иван Андреевич Шлаттер (1708–1768), автор «Обстоятельного наставления по рудному делу», где был описан одноцилиндровый двигатель Ньюкомена. Но Шлаттер не оценил преимуществ конструкции Ползунова, предложив ее изменить по западному образцу.

Ползунов спроектировал новую установку, наиболее мощную на то время (32 л. с.) для снабжения воздухом плавильных печей. Приехавший в Барнаул Эрик Лаксман (1737–1796), будущий академик Петербургской АН, писал, что Ползунов – «муж, делающий честь своему Отечеству. Он строит теперь огненную машину, совсем отличную от Венгерской и Английской».

Имея мало средств и необученных помощников, приступил Ползунов к созданию своей машины в 1764 г., закончив работу через год. Здоровье изобретателя было подорвано; он не дожил до пуска машины в августе 1766 г. Машина доказала свою эффективность, принеся за 43 дня работы 12 418 рублей прибыли. Когда котел дал течь, началась волокита с новым заказом. Вскоре машину сломали.

Усовершенствовать сравнительно простую технику могли сметливые рабочие. Для создания сложных станков, машин, механизмов требовалось знание математики, физики, свойств материалов. Возникло инженерное дело как особая специальность, требующая солидных научных знаний. Сохранялись рационализаторы, но и появились инженеры-изобретатели.

Уатт Джеймс

Уатт Джеймс (1736–1819) – английский инженер. Родился в Шотландии, в г. Гринок, недалеко от Глазго. Дед его преподавал математику, отец работал на верфи. Окончив школу, Джеймс работал в мастерских, а с 1757 г. – механиком университета в Глазго.

Ему поручили исправить действующую модель машины Нью-комена. «Все мои помыслы, – писал он другу, – направлены на паровую машину: я не могу ни о чем другом думать».

Сделав научные расчеты, он понял: надо поддерживать цилиндр теплым, а конденсировать пар в отдельном сосуде. В 1769 г. получил патент на свое изобретение, не имея средств для завершения работы. Он подумывал о переезде в Россию, где ему предлагали хорошие условия для творчества. Но в Англии нашелся инженер-предприниматель, оценивший его проект. На его заводе построили первую машину Уатта двойного действия (1774). Она предназначалась для откачки воды и была значительно эффективнее других.

В Англии использовались на заводах, мануфактурах новые механизмы, приспособления. Требовался универсальный двигатель, способный непрерывно вращать колесо. Заказы на него поступали на завод, где работал Уатт. В 1784 г. он запатентовал универсальную паровую машину с цилиндром двойного действия, установил регулятор для постоянства скорости вращения вала и т. д. Ввел в обиход меру мощности – лошадиную силу. В честь него новая единица мощности названа «ватт» или «уатт».

К XIX в. завод Уатта выпустил более 250 паровых машин, а через четверть века в Англии их было уже полторы тысячи общей мощностью 80 тысяч л. с. Большинство работало на текстильных фабриках.

Джеймс Уатт и паровой двигатель. Художник Дж. Ландер

Началась механизация производства. Этот процесс захватил и транспорт. В 1869 г. французский военный инженер Никола Жозеф Кюньо (1725–1804) попытался использовать паровую машину для перевозки орудий. Сооружение получилось громоздкое, и проект был отставлен. Транспортная машина должна была иметь небольшой вес на единицу мощности, удобное управление, возможность давать обратный ход…

Потребность в ней возрастала по мере увеличения добычи сырья, производства готовой продукции, возрастания пассажирских перевозок. Желающих изобрести «самодвижущую машину» было немало. Первым стал Р. Тревитик, которому его изобретение доставило больше забот и неприятностей, чем славы и богатства.

Тревитик Ричард

Тревитик Ричард (1771–1833) – английский изобретатель. С 1796 г. работал над моделями паровой повозки и машины повышенного давления. В начале нового века сконструировал большую безрельсовую паровую повозку с одним горизонтальным цилиндром и огромными колесами. Работая инженером горнометаллургической компании в Южном Уэльсе, создал первый паровоз с котлом повышенного давления. В 1804 г. паровоз применили на конной чугунной дороге. Но под его весом – 5 т – рельсы ломались, и от него пришлось отказаться.

Ричард Тревитик. Неизвестный художник

В 1808 г. Тревитик построил экспериментальный паровоз с одним цилиндром и тяжелым маховиком. Паровоз, названный «Поймай меня, кто может!», развивал скорость до 30 км/час. Не получив материальной поддержки, изобретатель разорился и в 1818 г. уехал сражаться за освобождение латиноиспанских республик от испанской монархии. Вернувшись в Англию, умер в безвестности.

Для механического транспорта подходили двухцилиндровые двигатели. После усовершенствования рельсовых путей (их делали из разных материалов: от дерева до гранита) и локомотивов в Англии открыли первую в мире железную дорогу (1825). Мощность сравнительно небольшого парового котла повысили, введя систему трубок, по которым двигались горячие топочные газы.

Памятник Е. А. и М. Е. Черепановым в Нижнем Тагиле. Скульптор А. С. Кондратьев

В России крепостные горнозаводчика Демидова отец и сын Черепановы Ефим Алексеевич (1774–1842) и Мирон Ефимович (1803–1849), на уральском НижнеТагильском заводе построили в 1824 г. паровоз. В котле его было около 80 трубок. Он перевозил до 17 т руды со скоростью 15 км/ч.

Стефенсон Джордж

Стефенсон Джордж (1781–1848) – английский изобретатель. Родился в бедной семье, работал в детстве помощником конюха при подъемной машине на угольной шахте, подручным на паровой водоотливной машине. Интересуясь техникой, в 17 лет пошел в вечернюю школу и стал изучать литературу по паровым машинам.

Владелец шахты поручил ему построить локомотив. Стефенсон справился с этой задачей в 1814 г. Его паровоз «Блюхер» тащил 8 вагонов с грузом 30 т от шахты до порта – 13 км. Следующие конструкции были еще более удачными. Стефенсон улучшал и дорожный путь, впервые употребив железные рельсы.

Он основал паровозостроительный завод (Ньюкасл, 1823), стал главным инженером компании по строительству государственной дороги Стоктон – Дарлингтон протяженностью 57 км. Она открылась в 1825 г. Паровозом управлял Стефенсон, состав состоял из 34 небольших вагонов с грузом 90 т. Впереди скакал верховой, обеспечивая безопасность движения. Вскоре ввели ежедневное пассажирское сообщение; внутри вагона было 6 мест, снаружи – 15.

Через 2 года Стефенсона назначили главным инженером строительства железной дороги Ливерпуль – Манчестер. Пришлось проводить планировку местности, приближая трассу к прямой линии в профиле и в плане, избегая крутых спусков и подъемов, сооружая мосты, виадуки. На конкурсе локомотивов победила «Ракета» Стефенсона мощностью 13 л. с. со средней скоростью 30, а максимальной до 47 км/час. Стефенсон был консультантом при строительстве ряда железнодорожных линий в Европе. А наибольший успех железнодорожное сообщение имело на просторах Северной Америки.

Джордж Стефенсон. Неизвестный художник

Для государства и его граждан важна оперативная передача информации. Для этой цели К. Шапп придумал оптический телеграф.

На холмах строили башни, на них устанавливали конструкции в виде буквы «Т», где по краям подвижной перекладины имелись тоже подвижные планки. Эта сигнальная система могла принимать 49 положений, каждое из которых соответствовало букве или цифре. Информацию передавали от одной башни к другой.

Шапп Клод

Шапп Клод (1763–1805) – французский изобретатель. После неудачных попыток построить вместе с четырьмя своими братьями электростатический телеграф, представил в 1792 г. проект оптического. Не без помощи старшего брата Иньяса, депутата Законодательного собрания Франции, получил субсидию на устройство первой линии оптического телеграфа Париж – Лилль (225 км), открытой осенью 1794.

К. Шаппа назначили директором французских телеграфных линий. К середине века их общая протяженность во Франции составила почти 5 тысяч км. Но нашлись желающие оспорить его приоритет как изобретателя. В приступе меланхолии он совершил самоубийство.

Оптические телеграфы-семафо ры стали применяться во многих странах Европы. Самая длинная такая линия была открыта в 1839 г. между Петербургом и Варшавой. И. П. Кулибин упростил систему передачи и приема сообщений. Но это средство связи было слишком несовершенным.

В Шотландии анонимный автор в 1753 г. придумал электростатический телеграф, в котором для каждой буквы был свой провод. Идею реализовал в 1785 г. испанец Ф. Сальва, построив телеграфную линию Мадрид – Аранхуэс (50 км). Он же в 1802 г. построил электрохимический телеграф: приемником служили сосуды с водой (по числу букв алфавита), имевшие по два электрода. Включение той или иной пары электродов вызывало выделение пузырьков в данном сосуде. Подобные системы не смогли конкурировать с оптическим телеграфом.

Первый электромагнитный те леграф был создан в России П. Л. Шил лингом в 1832 г.

Шиллинг Павел Львович

Шиллинг Павел Львович (1786–1837) – русский инженер, изобретатель. Родился в г. Ревеле (Таллин) в семье офицера. Окончив в 1802 г. кадетский корпус, служил в Генеральном штабе русской армии; был переводчиком русского посольства в Мюнхене. В 1813 г. за боевые заслуги был награжден орденами, именной саблей. После войны служил в Министерстве иностранных дел. Организовал первую в России литографию. Исследовал историю и языки народов Азии.

Шиллинг изобрел мину с электрическим взрывателем и в 1813 г. провел ее первые испытания. Через 20 лет она поступила в специальное саперное подразделение. Одновременно Шиллинг работал над электромагнитным телеграфом и осенью 1832 г. у себя на квартире показал его действие. Передатчик имел удобную клавиатуру. Через 2 года на съезде Немецкого общества естествоиспытателей Шиллинг с успехом демонстрировал свое изобретение. В 1836 г. была построена такая линия связи для здания Главного Адмиралтейства (Петербург).

Изобретение П. Л. Шиллинга было использовано в Англии с 1837 г. и быстро нашло применение на железнодорожных линиях. Следующим шагом стало создание «самопишущих» телеграфов.

Морзе Самуэль

Морзе Самуэль (1791–1872) – американский изобретатель. По специальности художник. В 1835 г. изобрел электромагнитный аппарат, передающий короткие и длинные импульсы (точки и тире), отбиваемые на бумажной ленте. Разработал «азбуку Морзе» для данных сигналов. В 1844 г. аппарат Морзе был успешно использован на линии Вашингтон – Балтимор.

Якоби Мориц Герман (Борис Семенович)

Якоби Мориц Герман (Борис Семенович) (1801–1874) – русский физик и электротехник, немец. Родился в Потсдаме, учился в Гёттингенском университете. Работал архитектором-строителем в Потсдаме. Переехал в Кёнигсберг, где преподавал его брат, математик Карл Густав Якоби (1804–1851), один из создателей теории эллиптических функций.

В 1834 г. Мориц сконструировал электродвигатель. В «Мемуаре о применении элетромагнетизма к движению машин» (1835) обосновал преимущества вращательного движения для электродвигателя, открыл явление обратной электродвижущей силы, позже установив ее количественное выражение.

Правительство России в 1837 г. пригласило Якоби в Петербург для проведения опытов над электродвижением судов. Он принял русское подданство и считал Россию «вторым отчеством, будучи связан с нею не только долгом подданства и тесными узами семьи, но и личными чувствами гражданина».

Б. С. Якоби

Его работы по электрическим машинам перестали интересовать военное ведомство, но он продолжил заниматься гальванотехникой для минного дела и 15 лет руководил учебной гальванической командой. Сконструировал несколько вариантов телеграфных аппаратов. Построил в столице ряд кабельных телеграфных линий, создал конструкции подземных и подводных кабелей, разработав технологию их производства. Изобрел гальванопластику (получение точных копий методом электролитического осаждения металла на оригинале) и внедрил ее в монетное и типографское дело.

Распространение грамотности, интерес читающей публики к литературе, философии, а также к текущим новостям в газетах и журналах – все это определило потребность в наиболее производительных печатных машинах. И они вскоре появились.

Кёниг Фридрих

Кёниг Фридрих (1774–1833) – немецкий изобретатель. Родился в г. Эйслебене. Работал в типографии Лейпцига. Самостоятельно изучал механику, физику, математику. Переехал в Англию, поступив техником в лондонскую типографию. В 1811 г. получил патент на изобретение машины с печатным цилиндром, прижимающим бумагу к форме. Через 3 года сконструировал вместе с А. Бауэром в типографии газеты «Таймс» паровой пресс с двумя цилиндрами, печатавшими при каждом возвратно-поступательном движении два экземпляра. Она давала 800 оттисков в час, тогда как на ручном станке получалось 150.

Дени Папен еще в начале XVIII в. попытался создать пароход. Однако двигатель требовал доработки. Сделать этого не удалось уже потому, что механическую конструкцию разбили лодочники, усмотрев в ней конкурента.

Машина Ньюкомена оказалась непригодной для судна, в отличие от парового двигателя Уатта, с помощью которого «Пироскаф», построенный в 1781 г. французом Клодом де Жоффруа целый час плыл по реке против течения.

Джон Фич

Джон Фич (1743–1798) – американский изо бретатель. Работал в юности помощником часовщика, затем оружейником и корабельщиком. В 1785 г. его модель парохода одобрил ректор университета в Пенсильвании. Но «Паровая лодка» Фича (на веслах) двигалась медленно. Зато его «паровой паром» летом 1790 г. совершал рейсы между Филадельфией и Барлингтоном.

Не найдя поддержки у себя на родине, Фич отправился во Францию. Разорившись, он кончил жизнь самоубийством. Его чертежи остались у американского посла. Он показал их Роберту Фултону, работавшему над той же проблемой.

Фултон Роберт

Фултон Роберт (1765–1815) – американский изобретатель. Родился в г. Литл-Бритен (ныне Фултон, штат Пенсильвания) в бедной крестьянской семье. Систематического образования не получил. Работал подмастерьем, живописцем. В 1786 г. переехал в Англию, изучал инженерное дело, участвовал в строительстве каналов, шлюзов, водопроводов. Конструировал машины для распиловки мрамора, для текстильного производства.

В 1797 г. в Париже построил и успешно испытал подводную лодку «Наутилус». Она вмещала 4 человека, могла находиться под водой 3 часа, двигаясь с помощью винта с ручным приводом, а на поверхности – под парусом. В 1803 г. его паровое судно 1,5 часа плавало по реке Сене со скоростью до 5 км/ час.

Роберт Фултон. Скульптор Ж.-А. Гудон

Не получив средств на продолжение работ, Фултон переехал в Америку. Нашел спонсора. В августе 1807 г. колесный пароход Фултона «Клермонт» (тоннаж 15 т, паровая машина двойного действия Уатта, мощность 20 л. с.) совершил рейс по р. Гудзон от Нью-Йорка до Олбани (270 км) за 32 часа против течения и ветра. Вскоре по Гудзону было налажено регулярное пароходное движение.

Рессел Иозеф

Рессел Иозеф (1793–1857) – чешский изобретатель. Окончив Лесную академию (близ Вены), работал лесничим австрийского адмиралтейства. В 1825 г. изобрел гребной винт, приводимый в движение двумя матросами, испытав его через год. С помощью богатого спонсора построил пароход «Циветта» с гребным винтом. Кроме того, предложил проект пневматической почты.

В 1819 г. американский пароход «Саванна» пересек Атлантический океан за 26 дней (парусникам требовалось в полтора-два раза больше времени; Колумбу – 70 дней). Гребной винт стал вытеснять лопасти. В 1842 г. на пароходе было совершено первое кругосветное плавание.

…На реках, морях и океанах все больше появлялось пароходов; на суше – паровозов; на рудниках, фабриках и заводах – паровых машин. Цивилизация вступила в «эпоху пара», условных, а не живых лошадиных сил, ускоренного технического прогресса.