Традиция, которая нас спасёт. Вы спросите, какие инженерные задачи решали наши далёкие предки, ведь жизнь тогда была достаточно примитивна...
Кудесники-мостовики
Вы спросите, какие инженерные задачи решали наши далёкие предки, ведь жизнь тогда была достаточно примитивна. Вызовы соответствовали задачам эпохи. Например, строительство мостов на Руси началось ещё в глубине веков, что вполне естественно для нашей речной цивилизации. Не менее естественно и то, что любимым строительным материалом наших предков было дерево.
Они отлично знали особенности разных пород древесины. Мастера-плотники ценились чрезвычайно, среди них встречались и самоучки, способные создавать интересные инженерные конструкции. Первыми мостами служили переброшенные с берега на берег деревья. По мере роста и усиления Новгородского и Киевского государства росли города и совершенствовалось и строительное искусство.
В «Русской Правде» (1020) есть особая статья «о мостницех». В войске Ярослава Мудрого (1019–1054) было особое сословие военных строителей, носивших название «городников» – строителей крепостей, «мостников» – строителей мостов и переправ и «порочных мастеров», устраивавших разного рода машины для осады крепостей. Под их началом находились рабочие: «плотники, древо- дели, деловцы». Таким образом уже в начале XI века Русь имела квалифицированных специалистов в различных областях строительства. Наиболее распространённым типом мостов на больших реках были наплавные, так называемые «живые» мосты, состоявшие из ряда плотов, лодок или барок, поддерживавших настил. Подобный наплавной мост через Днепр в Киеве был построен ещё при Владимире Мономахе в 1115 году. Для того времени он был замечательным инженерным сооружением.
Мастерством «древоделей» издавна славились новородцы, о художественном вкусе и умении которых свидетельствуют сохранившиеся на севере образцы замечательного мастерства. Знаменитый мост через реку Волхов – место решения распрей на новгородском вече – имел опоры в виде срубов, городней с верхней сквозной частью. На неё опирался бревенчатый настил полотна.
Пролёт, примыкающий к городской стене, обычно делали подъёмным, он назывался возводным мостом. Первое летописное указание об устройстве подъёмных мостов относится к 1229 году, но, по-видимому, они существовали и ранее. Механизм их состоял из цепей и коромысла, вращающегося между столбами (жеравцами). Овраги и небольшие реки перекрывались нередко двойным или тройным рядом сквозных бревенчатых стен – заборов, связанных поперечными рядами брёвен.
Немалую роль играли мосты при военных операциях. При Дмитрии Донском, во время осады Твери, был наведён мост через Волгу, а во время войны с татарами – через Дон (1380 год). Не раз наводились такие мосты и в Новгороде. Во время борьбы с Москвой там была построена деревянная плавучая стена на Волхове (1477 год). Известно, что во время похода Ивана III по его приказу тоже наводили плавучий мост у Новгорода. «Живыми» были и первые деревянные мосты Москвы: Москворецкий, Крымский и другие.
Строителей в то время называли «розмыслами», «палатными мастерами», «городовыми смышлённиками». Необычайное мастерство русских плотников и в позднейшие времена обращало на себя внимание иностранных путешественников. Жан Соваж Диепский, побывавший на Руси, отмечал: «Ограда Архангельска составляет замок, сооружённый из брёвен заострённых и перекрёстных; постройка его из брёвен превосходна; нет ни гвоздей, ни крючьев, но всё так хорошо отделано, что нечего похулить, хотя у строителей русских все орудия состоят в одних топорах; но ни один архитектор не сделает лучше, как они делали».
Славный гидротехник
Выдающимся инженером-самоучкой был Кузьма Дмитриевич Фролов (1726–1800). Сын мастерового, внук крестьянина, он окончил горнозаводскую школу в Екатеринбурге. Среди его изобретений – золотопромывочная машина, на тот момент – самая производительная в мире. Талантливый гидротехник, он внедрил на производстве конные водоподъёмники для откачки воды из шахт. Сын – Пётр Кузьмич – с детства интересовался техникой и помогал отцу во всех начинаниях. Его послали постигать науки в далёкий Петербург, в горное
училище. Фролов разработал дерзкий проект рельсовой железной дороги. В то время нигде в мире ничего подобного не было – по размаху, по смелости инженерной мысли. Не решились пойти на такой эксперимент и русские заводчики. Лишь одна его идея сразу нашла поддержку промышленников – разработка чугунной дороги на конной тяге от Змеиногорского рудника до Корбалихинского сереброплавильного завода.
Фролов продумал весь производственный цикл. Чугунные рельсы длиной в 1,8 метра отливались в Томске и Змеиногорске. Для перехода на примыкающие ветки использовался специальный поворотный круг, который приводили в движение лошади. Чугунка увеличила эффективность перевозки руды в 25 раз! Всего лишь два километра дороги – но Фролов применил на этой дистанции немало инженерных новшеств. Он спроектировал и мост через реку высотой 11 метров, и постепенно снижающийся виадук, и выемки пятиметровой глубины. И всё это удалось построить всего лишь за два-три года! Змеино- горская чугунка, заработавшая в 1809 году, стала первой в мире надземной железнодорожной магистралью.
Незабываемые Черепановы
В ряду русских инженеров-самородков – удивительных мастеров с техническим талантом – Черепановы занимают особое место. Ефим Алексеевич и Мирон Ефимович Черепановы – отец и сын – были крепостными крестьянами. Но ещё отец старшего Черепанова, Алексей, трудился мастером на железоплавильном заводе Демидовых на Урале. Став признанными мастерами, они оставались в крепостной зависимости от хозяев и видом своим напоминали крестьян – длинными бородами, одеждой старорусского покроя.
Ефим Черепанов проявил талант мастера-кудесника ещё мальчишкой. Когда один из опытных мастеров выбросил негодный замок, он нашёл его, ловко и быстро починил. О нём пошла слава на весь завод: парень, как волшебник, способен разобраться в любом механизме. Немного подучившись и у отца, и у других опытных рабочих, он стал «мастером слесарных дел при плотинном смотрителе», то есть занимался починкой и модернизацией плотины.
Черепановы трудились под Нижним Тагилом, на реке Вые, на чугуноплавильном, железоделательном и медеплавильном заводе, который основал Никита Демидов – жёсткий и самоотверженный хозяин, полностью отдававший себя делу.
В начале 1810-х годов Ефим Алексеевич открыл при Выйском заводе специальный цех для ремонта и изготовления разнообразных механизмов. Этот цех обслуживал все тагильские предприятия. Уже тогда во всех делах ему помогал сын Мирон. Отец научил его арифметике и грамоте, черчению и слесарному делу, приобщил к механике. К 1820 году на счету Черепанова-старшего было немало изобретений: он вместе с сыном создал две первые паровые машины русской конструкции, приводившие в движение мельницу и токарный станок. После успешных испытаний этой неслыханной в наших краях техники, хозяин Черепановых Николай Демидов принял решение отправить своего самого опытного механика в Англию для изучения особенностей производства и применения современных машин.
Ефим Алексеевич побывал в Лондоне и в Лидсе, на угольных копях. Британцы держали в тайне многие технические секреты и нипочём не давали русским бородачам приобщиться к чертежам. А Черепанова особенно интересовали паровые машины, которые могут заменять ручной труд. Он не получал документов, но старательно приглядывался к чудесам техники – и многое понял на глазок. В стране Альбиона он впервые увидел паровую машину, которая перевозила грузы, перемещаясь по рельсам. Черепанов, между прочим, критически оценил эту диковинку:
«Смотрел паровую машину Меррея. Машина сия зело диковинна, но для нас она негожа по той причине, что аглицкие мастера хошь и скоры до дела, но машины их служат недолго, а потому часто стоят в ремонте». Он понимал: мы можем сделать лучше. К тому времени
на родине, с помощью сына, он уже разрабатывал схему своей будущей рельсовой паровой машины, которую прозвали пароходом.
Первый пароход
В 1833 году в Англии побывал и Мирон Ефимович, к тому времени уже главный тагильский механик. Там он наблюдал в действии пассажирские и товарные паровозы – и, вернувшись домой, сразу принялся за создание отечественной пароходной машины, способной бегать по рельсам. По проекту завода. В Англии таких длинных путей они не видали – 400 сажен, 854 метра. К пароходу с высокой трубой прицеплялся «фургон» и «приличная повозка для всякой поклажи или для пассажиров в числе 40 человек». Первым машинистом стал сам Мирон Черепанов. В рабочие дни
«поезд» вкалывал, перевозил тяжёлые грузы. А по праздникам местные жители с удовольствием, с песнями и уханьем, катались в повозке, прицепленной к пароходу.
Для рельсов Черепановы первыми предложили использовать чугун – он был и дешевле, и крепче железа. Они же просчитали и солидную ширину колеи – 1645 мм. Значительно шире того, что они видели в Англии. Были там и другие новинки. Для своего парохода Черепановы разработали оригинальный механизм обратного хода. Их первый пароход возил составы весом до 3,2 тонны со скоростью от 13 до 16 км/ч. Запас горючего – вполне доступного и недорогого древесного угля – и воды находился в «особом фургоне». Черепановы всё предусмотрели, чтобы дорога работала надёжно.
Через несколько лет Ефим и Мирон Черепановы разработали новую, значительно улучшенную версию своего сухопутного парохода. Этот пароход с фургонами-прицепами отличался ещё большей надёжностью и мощностью. 43 лошадиные силы позволяли перевозить до 17 тонн грузов. Для нового чуда русской техники под руководством Черепановых провели железную дорогу, связавшую Выйский завод с Меднорудянским рудником, а это уже три версты. Приличное расстояние! Пароход трудился каждый день и крайне редко ломался, заменяя труд сотен рабочих.
В честь черепановской чугунки одна из улиц Выйского посёлка с тех пор получила название Пароходной. За создание этой дороги Мирону Черепанову в 1836 году дали вольную. Да, до этого он, получая приличное жалованье и путешествуя по Европе, оставался крепостным, практически бесправным человеком. Хотя и незаменимым для предприятия, которое давало своему хозяину и государству и доход, и необходимый продукт. Россия стала первым «континентальным» европейским государством, разработавшим собственную оригинальную модель паровоза, а не импортировавшим технологию из Англии. Черепановские пароходы были сконструированы полностью из отечественных материалов. Не было там и ни одного иностранного механизма. Напомним, что пассажирских железных дорог в тогдашней России ещё не существовало.
А потом Черепановы узнали, что в Петербурге строят рельсовую дорогу – из столицы в Царское Село. И очень огорчились, что проект разрабатывают в основном иностранные инженеры, а паровозы – все до одного – государство решило закупать в Европе. В основном – в Англии. Честь русских изобретателей была задета…
Увы, через несколько лет после смерти Черепановых про них забыли на десятилетия. Память о самородках-механиках возродилась только в ХХ веке, когда историков и журналистов неожиданно заинтересовала история русских изобретений. Пройдёт больше века – и о выдающихся инженерах-самоучках заговорят великие учёные, такие как физик Пётр Капица, ценивший конструкторский подвиг легендарных самоучек. Их имена и до нашего времени окружает заслуженная слава.
Русские приоритеты
В мире никогда не прекращалась борьба за умы – и неудивительно, что многие старались оттеснить на второй план достижения русских инженеров. А наши соотечественники были первыми во многих важнейших направлениях развития техники. Попытки построить подводную лодку предпринимались у нас ещё при Петре Великом: крестьянин-самоучка Ефим Никонов в Петербурге на галерном дворе, в присутствии Петра I, испытал действующую модель подводной лодки. Но, увы, со смертью царя проект «потаённого огненного судна большого корпуса» не был доведён до конца.
Во второй половине XIX века русский инженер-электро- техник Александр Лодыгин придумал раскалять внутри стеклянного шара различные металлы, пропуская через них электрический ток. У него получился прототип современной лампочки. Кстати, когда американец Томас Эдисон и англичанин Джозеф Сван судились друг с другом, доказывая, кто из них первым изобрёл лампочку, их спор был прекращён решением суда: «Первым был Лодыгин».
Не менее важным было изобретение Павла Яблочкова, создавшего дуговую лампу без регулятора, более дешёвую и эффективную, чем варианты Лодыгина и Эдисона.
Первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга нефти была создана и запатентована инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым и его помощником Сергеем Гавриловым (патент Российской империи № 12926 от 27 ноября 1891 года). Они создали экспериментальную установку. (Ещё в 1890 году Уильям Бартон занимался в Англии перегонкой под давлением русских тяжёлых масел – мазута – для получения из них керосина, а в 1913 году взял американский патент на первый в истории способ получения бензина из тяжёлых нефтяных фракций.) Первые отечественные промышленные установки крекинга построены Шуховым в 1934 году на заводе «Советский крекинг» в Баку.
Русские изобретатели были и пионерами по части создания летательных аппаратов. Одним из самых ярких экспериментаторов был отставной морской офицер Александр Можайский. Для начала он провёл серию испытаний с воздушными змеями, которые тянула упряжка лошадей. На основании результатов этих опытов Можайский наметил размеры будущего самолёта, которые должны были обеспечить ему достаточную подъёмную силу. В 1876 году он совершил несколько полётов на планере-змее собственной конструкции, буксируемом тройкой лошадей. В Петербурге, в манеже Берейторской кавалерийской школы, Можайский проводит публичные опыты с летающими моделями самолёта, оснащёнными пружинным двигателем или двигателем на основе резинового шнура. Газета «Кронштадтский вестник» от 12 января 1877 года восторженно писала: «Изобретатель весьма верно решил давно стоявший на очереди вопрос воздухоплавания. Аппарат при помощи своих двигательных снарядов не только летает, бегает по земле, но может и плавать. Быстрота полёта аппарата изумительная; он не боится ни тяжести, ни ветра и способен летать в любом направлении».
Можайский начал работать над летательным аппаратом с двигателями внутреннего сгорания. В 1880 году он подал заявку на патент («привилегию») на свой «воздухолетательный снаряд», и в ноябре 1881 года Департамент торговли и мануфактур выдал Можайскому первый в России патент на самолёт. По одной версии, аппарат был полностью собран в 1882 году, по другой – в 1883-м. Есть версия, что 20 июля 1882 года самолёт Можайского под управлением Ивана Голубева после разбега со специального наклонённого помоста поднялся в воздух и со скоростью около 45 км/ч пролетел по прямой над полем около ста саженей. К сожалению, точных сведений об этом полёте нет. В любом случае, Можайский со своими экспериментами надолго опередил американцев братьев Райт (1903 год).
7 мая 1895 года русский инженер Александр Степанович Попов[1] продемонстрировал созданный им прибор для связи на расстоянии. Это изобретение стало одним из величайших в истории науки и техники. В Санкт-Петербурге на заседании физического отделения Русского физико-химического общества 35-летний физик Попов продемонстрировал работу своего чудо-прибора – грозоотметчика. Он показал его во время лекции «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям». Своё сообщение Попов завершил такими словами: «В заключение могу выразить надежду, что мой прибор при дальнейшем усовершенствовании может быть применён к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающих достаточной энергией». С 1925 года этот славный день считается днём рождения радио.
Первой сферой применения этих изобретений стал Российский военный флот. Сначала с помощью приборов Попова и его соратника, радиотехника Петра Рыбкина, улавливали приближение грозы и бури – и достаточно успешно. А в 1902 году на Чёрном море Попову удалось наладить радиосвязь между береговыми службами, маяками и кораблями в прибрежной зоне от Одессы до Севастополя.
Попов не делал секрета из своего изобретения и даже опубликовал его описание. А примерно через год итальянский изобретатель маркиз Гульельмо Маркони подал патентную заявку на весьма похожий аппарат. Плагиат или одновременное озарение? В истории науки часто бывает и то и другое. Маркони был талантливым радиотехником и, что немаловажно, умел привлекать к своим опытам меценатов. Именно он в ноябре 1897 года построил и оснастил первую в мире стационарную радиостанцию – возле британских берегов, на острове Уайт в проливе Ла-Манш. Безусловно, это тоже крупное и эффектное историческое событие, и заслуги Маркони нельзя преуменьшать. Но, по сути, это связано с модернизацией изобретения Попова.
В 1931 году произошло одно из нередких в изобретательском мире совпадений, когда почти одновременно два инженера, живущих в разных частях света, подали патентные заявки на передающую телевизионную трубку «иконоскоп» (с накоплением электрических зарядов на мозаичном фотокатоде). Оба они были русскими. Только Семён Катаев жил в СССР, а Владимир Зворыкин – в США. Катаев опередил Зворыкина: подал свою заявку 24 сентября, а русский американец – 13 ноября. Обоих нужно считать отцами современного телевидения. Причём в Москве уже с октября того же 1931 года начались регулярные телепередачи.
Впечатляет список мировых приоритетов отцов космонавтики – Сергея Королёва и Валентина Глушко. Ракеты королёвской конструкции, оснащённые двигателями Глушко, совершили первый суборбитальный космический полёт, после которого собачки, сидевшие в ракете, вернулись живыми и невредимыми. Потом был запуск первого искусственного спутника Земли. И, наконец, первые орбитальные полёты – непилотируемый и пилотируемый. Можно вспомнить и первую стыковку в космосе, и первый выход в открытый космос. И более раннее, ещё довоенное достижение Королёва – ракетоплан, на котором в феврале 1940 года был совершён первый в мире ракетный полёт. Ракетоплан разогнался до 140 км/час, стал набирать высоту, поднялся на 300 метров. Уникальный полёт продолжался 110 секунд. Летчик Владимир Фёдоров благополучно приземлился на аэродроме.
…Почему эти исторические сюжеты так важны именно сегодня, в 2022 году? Очевидно, что главной задачей нашей страны на ближайшие годы станет импортозамещение. Прежде всего – в области технологий. А главную роль в этом процессе должны сыграть именно инженеры. Для каждого института, для каждого конструкторского бюро жизненно важны традиции, которые помогают поверить в себя. Сегодня как никогда нужно совершать открытия, внедрять новое, не забывая о старом. Государство должно помогать людям острого технического ума. И поэтому разговор о русских инженерных традициях мы ещё продолжим.
Арсений ЗАМОСТЬЯНОВ, кандидат филологических наук, Геннадий ЖИГАРЕВ, кандидат технических наук
[1] Подробнее об А.С. Попове и его изобретении читайте в статье Н. Макуни «На одной волне с эпохой» в «НиР» № 9, 2021.