Денис Борисович Сухоруков
Тридцать три рассказа об инженерах
Хозяин Змеиной горы
Козьма Фролов (1726–1800)
1763 год, город Змеиногорск
На Алтае, рядом с городком Змеиногорском, есть знаменитая Змеиная гора. Название объясняет всё – понятно, кто там водился в изобилии. В прошлом змей приказывали убивать и приносить на площадь раз в неделю – там их сжигали. Самым усердным давали награду, а тех, кто ничего не приносил, били палками.
Но Змеиная гора знаменита не этим. Уже после смерти Петра Первого купцы нашли здесь слитки серебра. Вскоре вырыли шахту, сделали рудник. Благодаря сказочным запасам Змеиной горы она надолго стала основным источником благородного металла для всей Российской империи.
И всё бы хорошо, но работа в руднике была опасной для рудокопов. И не только опасной, но и очень тяжёлой. Весь труд был ручным.
Вручную, вёдрами, вычерпывали и выносили воду, которая набегала каждый день из подземных рек и ручьёв. Вручную молотками и кирками добывали руду. Вручную поднимали на поверхность. Вручную измельчали её. Вручную промывали, чтобы найти в ней крупинку серебра. А когда всё делается вручную, то и результат такого труда получается скромным.
Горный мастер Козьма Фролов был сыном простого рабочего. Он восемнадцать лет проработал на Урале, прежде чем правительство направило его на Алтай. Он хорошо знал тяжесть горняцкого труда: сам разведывал руду, сам отбивал её молотком в сырых и тёмных подземных штольнях, сам стоял у плавильных печей. И он понимал как никто другой, что тяжёлый ручной труд нужно, как сейчас сказали бы, автоматизировать.
Но о какой автоматизации речь, когда на дворе не XXI, а всего лишь XVIII век? Возможно ли это? Оказывается, возможно!
В те стародавние времена находились люди, способные смотреть сквозь столетия вперёд.
Козьма Фролов построил в Змеиногорске грандиозный подземный завод-автомат, который действовал от гигантской гидросиловой установки[5].
Что это такое? Это система, в которой машины и механизмы работали сами по себе под действием постоянно текущей речной воды. Сейчас объясню подробнее.
Фролов перегородил реку плотиной. От неё направил поток по подземному тоннелю к лесопильной мельнице, где вода вращала колёса лесопильной установки. Дальше от мельницы течение шло опять под землёй к рудоподъёмной машине Екатерининской шахты, где тот же водяной поток вращал двойное колесо. От Екатерининского рудоподъёмника волны текли по подземному каналу к водоподъёмной машине, поворачивая её огромное колесо диаметром в семнадцать метров. Затем струя лилась под землёй к рудо- и водоподъёмным установкам Вознесенской шахты и крутила там колесо диаметром шестнадцать метров. Оттуда вода устремлялась по подземной Крестительской штольне, а потом вытекала в речку ниже плотины.
Водоотливная машина на Вознесенском руднике Кузьмы Фролова
Рудоподъёмная машина Фролова на шахте Змеиногорского рудника, 1785 год
Машины вычерпывали и поднимали жидкость с глубины в шестьдесят три (!!!) метра. Общая длина подземных каналов составляла почти два с половиной километра. Козьма Фролов построил здесь самые мощные в мире водяные колеса, по высоте они превышали бы современный пятиэтажный дом.
Вода приводила в действие колёса, рычаги, шестерёнки, поршни насосов – всё скрипело, ползло, стучало, работало – само! Нельзя сказать, что участие человека было больше не нужно. Но человек скорее следил за механизмами, чтобы прийти к ним на помощь, если что-то пойдёт не так. Он уже не тащил всю тяжесть горы на своих плечах.
Змеиногорская гидросиловая установка Фролова круглый год приводила в действие лесопильную мельницу, устройства для подъёма руды на поверхность, вагонетки для перевозки руды, воздушные насосы плавильных печей, из которых выходило чистое серебро.
Хотите знать, как вода помогала работать плавильным печам? Очень просто: водяные колёса с помощью валов и железных рычагов приводили в движение смазанные поршни двух огромных цилиндрических насосов, которые сначала «втягивали» в себя воздух, а потом «выдыхали» его в трубы плавильных печей. От такого «дыхания» угли раскалялись и давали больше жара.
Козьма Фролов строил в Змеиногорске также машины для промывки руды. Он спроектировал, построил и пустил в ход водяные «толчейные» мельницы, измельчавшие руду. Он построил в Барнауле водяные колеса для кузнечного молота.
Нельзя не удивляться инженерному искусству и математической точности Фролова, сумевшего так рассчитать все части колеса, что оно не разваливалось на куски от собственной тяжести и от сил инерции во время работы. Поражали современников и все остальные части сооружения: насосы и приводы к ним, плотины и пруды.
Об этих сооружениях Фролова писал видевший их современник:
«Кто посещал Змеиногорский рудник, тот, конечно, с удовольствием осматривал производимые на оном работы, превышающие, кажется, силы человечества, и механические устройства, облегчающие труды рудокопателей при извлечении сокровищ из недр земных».
Изобретения его могли бы прославить любого европейского инженера. Но в России XVIII века русскому изобретателю было очень трудно пробиться: всем заправляли иностранцы. Даже на Алтае Змеиногорским рудником командовал немец по фамилии Лейбе. Этот господин не только не поддерживал своего гениального подчинённого, но постоянно высмеивал его, вставлял ему палки в колёса и даже пытался наказывать. Как-то речь зашла об очередном изобретении Фролова, на этот раз он придумал что-то вроде автоматической системы пожаротушения, и она требовала некоторого вложения денег. Вместо помощи немец обвинил Фролова в том, что он не отмечает в журнале начало и конец своей работы, разрешает своим ученикам уходить домой до конца смены. А Фролов просто не обращал внимания на такие мелочи. Но Лейбе был строг: он сделал в присутствии всех горных инженеров рудника «крепкий выговор» Козьме Фролову, денег не дал и запретил ему эксперименты с водяными колёсами.
Только после смерти Лейбе карьера Фролова пошла в гору. Он был назначен управляющим Змеиногорского рудника. В последние годы жизни ему помогали его сыновья Павел и Пётр, получившие инженерное образование в Санкт-Петербурге.
Властелин поршней и пара
Иван Ползунов(1728–1766)
1765 год, город Барнаул
В декабре на Алтае лютуют морозы. Ветра дуют сильные и студёные, только успевай шевелить валенками, чтобы добежать от одного дома к другому. Однажды, это было в предновогодний день декабря 1765 года, мужчина в овчинном тулупе быстро шёл по улицам Барнаула в направлении высокого фабричного здания. Вошёл внутрь – и сразу мучительно закашлялся. Мороз не оставил даже следов румянца на его бледном и худом лице. Было видно, что мужчина тяжело болен. Но глаза его тем не менее горели радостью и нетерпением.
– Братцы! – слабым голосом закричал он и закашлялся вновь.
На зов отозвались трое рабочих в фартуках. Они все разом подошли к нему и помогли стащить тяжёлый тулуп:
– Что прикажете, ваше благородие?
– Сей день – главный день моей жизни! – торжественно произнёс мужчина. – И отныне я вам никакое больше не благородие, а просто Иван Иваныч. Так и зовите меня.
– Слушаемся, вашбродь… Иван Иваныч!
– Начальство наконец-то дало добро на проверку нашей с вами пароатмосферной машины. Сейчас мы её запустим. Ну, с Богом, ребята! Давай, Семён, открывай вентиль и запускай воду в котёл!
Семён заполнил жидкостью из трубы огромный шарообразный котёл, запаянный со всех сторон и вкопанный до середины прямо в земляной пол.
– Видите, автоматический регулятор в виде поплавка не позволяет воде наливаться выше красной линии. Излишки воды сразу сливаются. Ну-ка, Егор, поддай-ка пару!
Егор подбросил углей в печку возле котла и разжёг огонь. Вода через какое-то время закипела-забулькала.
– Теперь глядите! – взволнованно объяснял Иван Иваныч. – Из котла сверху исходят две изогнутые трубки в форме полумесяца. Одна идёт налево, к левому цилиндру, вторая направо – к правому. Внутри каждого цилиндра заключён поршень. Автоматический регулятор не даёт пару идти к правому поршню, а направляет его к левому. Потом наоборот. Получается возвратно-поступательное движение: когда в одном цилиндре поршень идёт вверх, то в другом – вниз. От этого движения непрерывно вращается колесо, вон там, наверху. Сначала крутится в одну сторону, потом сразу в другую. От этого колеса через систему рычагов надуваются и сдуваются мехи внизу – а от них много-много воздуха непрерывно поступает в плавильные печи. Серебро, медь и другой металл можно теперь выплавлять в больших количествах, денно и нощно…
Иван Иваныч опять закашлялся. Такая длинная речь далась ему с трудом.
– Вашбродь… Иван Иваныч, может надо чего? Может, водички принести? – участливо спросил Семён.
– Нет, голубчик, не надо мне ничего. Я совершенно счастлив. Машинка работает! Теперь осталось только разобрать её, перевезти на рудник и там собрать заново…
Модель паровой машины Ползунова
Всё именно так и получилось. В мае 1766 года на руднике полностью собранную машину запустили в работу. Она была великолепна, исправно доставляла воздух в три печи плавильного завода, хотя могла бы и в десять. За первые же три месяца работы эти печи выплавили серебра на восемнадцать тысяч рублей, в то время как все расходы составили лишь семь тысяч двести рублей. Посчитайте-ка сами теперь чистую прибыль! Загруженная лишь на одну треть своей мощности, машина Ползунова окупила себя фантастически быстро.
Но, к сожалению, сам инженер этого уже не увидел. Он не дожил до своего триумфа всего неделю: умер от чахотки, измученный тяжелейшим трудом в рудниках. Ему шёл всего лишь тридцать девятый год.
Кто же был такой Иван Ползунов? Почему его знают в России как изобретателя парового двигателя, но совершенно не знают в Европе?
Он родился в 1728 году в Екатеринбурге. Его отец – солдат горной роты, охранявшей заводы, до службы простой сибирский крестьянин. Ему удалось каким-то чудом устроить сына в Екатеринбургскую арифметическую школу, выпускавшую заводских мастеров. Принимались туда обычно только дворянские дети.
Со второго года обучения школьники по вечерам работали в качестве «механических учеников» на заводе. При этом ученики должны были на практике применять свои знания и «уметь рассуждать». Рассуждать-то Иван Ползунов как раз любил. Да и разве бывает инженерное дело без рассуждения?
В четырнадцать лет Иван Ползунов начал службу на заводах. Он выполнял там разные тяжёлые работы: измерял длину шахт в руднике, заведовал пристанью, доставлял караваны с рудой по реке. Он осенью мокнул под дождями, зимой обмораживал руки и ноги, летом тонул в реке, спасая плоты с медью и серебром.
Но в 1758 года судьба улыбнулась ему: его с обозом серебра направили в Санкт-Петербург. Ползунов побывал и в библиотеках, и в знаменитой кунсткамере, и в лабораториях. Он посещал казённые заводы и верфи. Впитав и обдумав всё увиденное, он вернулся домой почти что готовым инженером.
По возвращении из столицы Ползунова произвели в первый офицерский чин для служащих горных заводов. Положение его значительно улучшилось: ему теперь не грозили телесные наказания, открылся доступ в офицерскую библиотеку. В ней он и прочитал книгу Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу».
Из этой книги Иван Ползунов узнал о пароатмосферной машине Ньюкомена – гордости английской науки и техники.
Так долго томившийся по большому делу Ползунов нашел свое призвание. Он не только понял устройство паровой машины Ньюкомена, но и сообразил, как её улучшить.
В 1763 году Иван Ползунов передал свой проект начальству, а то направило его в Санкт-Петербург. В том же году сама императрица Екатерина Великая ознакомилась с его чертежами и пришла от них в восторг. Больше всего ей понравилось, что машина превосходит английскую.
По её указу Иван Ползунов награждался денежной премией в четыреста рублей и похвалой. Начальству же было приказано начать постройку машины по проекту мастера. Только вот незадача: для строительства требовалось очень большое здание, множество станков и оборудования, какого не было в то время в России. Иван Ползунов просил дать ему 76 человек рабочих, ему же дали только… троих.
В марте 1764 года инженер начал строить свою машину. Ему пришлось работать даже не за семерых, а за семьдесят человек сразу. И он блестяще справился.
К сожалению, уже через три месяца после смерти Ивана Ползунова в его машине прогорел котёл – попросту, в нём образовалась трещина и он стал пропускать воду. Сейчас эту проблему решили бы быстро, заменив один котёл на другой. Но тогда другого не нашлось, и гениальную машину просто забросили. А потом и вовсе разобрали на запчасти.
В Европе так ничего и не узнали об изобретении Ползунова. В современном Барнауле тоже не осталось следов ни от здания, где происходили испытания, ни от самой машины.
Правда, сохранились чертежи. А ещё в Алтайском государственном краеведческом музее в Барнауле вы можете увидеть большую действующую модель машины Ползунова. Должен вам сказать, она великолепна! А именем самого Ивана Ползунова сейчас назван Алтайский государственный технический университет.
Лестница на небо
Иван Кулибин (1735–1818)
1791 год, Санкт-Петербург
В Зимнем дворце в тот декабрьский вечер собралась вся петербургская знать – князья, графы, бароны, в придачу иностранные послы с жёнами, генералы и адмиралы, да кого там только не было. Они танцевали, ели, пили и веселились, как только могли.
В самом дальнем углу одиноко сидел седовласый мужичок с бородой в простом длинном кафтане. Возле него шныряли придворные в роскошных камзолах и дамы в бархатных платьях по последней парижской моде. Они брезгливо обходили или вовсе не замечали его. Да и мужичок на них не глядел. Он был погружён в свои мужицкие думы, а в руках между тем крутил позолоченные карманные часы. Он ловко и проворно орудовал в них крошечной отвёрточкой.
Но вот мужик с бородой привлёк внимание генерала, маленького роста и пожилого, но с походкой решительной. Генерал (а звали его, кстати, Александром Васильевичем Суворовым) быстро подошёл к нему, остановился в нескольких шагах, отвесил низкий поклон и сказал:
– Вашей милости!
Часы Кулибина
Потом, подступив к мужичку ещё на шаг, поклонился ещё ниже и сказал:
– Вашей чести!
Наконец, подойдя совсем, поклонился уже в пояс и прибавил:
– Вашей премудрости моё почтение!
Затем он взял мужичка за руку, спросил его о здоровье и, обратясь ко всем присутствующим, громко, на весь зал произнёс:
– Помилуй Бог, какой ум! Он ещё изобретёт нам ковёр-самолёт![6]
Скучающие гости приблизились, чтобы поглазеть на диво-дивное. Они окружили плотным кольцом графа Александра Васильевича Суворова, а заодно и странного мужичка. Его звали, между прочим, Иваном Петровичем Кулибиным.
– Ваше сиятельство, а на что мне ковёр-самолёт? – сострил один из гостей. – Я и по земле неплохо хожу! А крылья бог птицам дал, вот пущай они и летают.
– А вам, милостивый государь, бог вообще ничего не дал: ни крыльев, ни ума, один лишь желудок, – резко ответил ему граф Суворов и повернулся к Ивану Петровичу. – Пойдёмте со мной, голубчик, побеседуем. Чем порадуете старика?
– Вот изобрёл и удачно опробовал на днях водоходную машину с двумя деревянными колёсами, – отвечал ему Иван Петрович Кулибин. – Может идти против течения.
– Помилуй бог! – всплеснул руками Суворов. – И как же она работает?!
– Очень просто, ваше сиятельство. Колёса наматывают на ось канат с якорем, который завозится перед тем на лодке вверх по реке. Вода вращает колёса, колёса наматывают канат, а водоход идёт вверх по реке, к своему якорю. Казна перевозкою одной только соли на сих судах по Волге может выиграть за лето более миллиона рублей.
– Чудо чудесное! – воскликнул Суворов. – А ещё что?
– До этого придумал деревянные ноги для солдат-инвалидов. Они могут привязываться к телу, двигаются и гнутся, совсем как настоящие, всеми своими суставами.
– Вот это очень полезно, я передам своим полковым лекарям. А ещё?
– До этого – бездымный фейерверк с белым и зелёным огнём, для увеселения её императорского Величества.
– Ну, это пустая забава. А ещё?
– Ещё раньше было подъёмное кресло для поднятия с первого на любой этаж любого человека, без всяких физических усилий оного.
– А что же ещё?
– Ещё была свеча-прожектор.
– Что сие значит?
– Сие значит, что с помощью целой системы маленьких зеркал свет одной свечи усиливается в пятьсот раз. Одной свечкой можно ярко осветить, к примеру, весь этот зал.
– Помилуй бог! Мне бы такую для армии. А ещё?!
– Самокатную коляску, семафорный телеграф, да мало ли чего ещё было. Всего и не упомнишь, ваше сиятельство!
– Ну, а главное изобретение, самое дорогое?
– Самое для меня дорогое – это, пожалуй, мост через Неву.
Тут Иван Петрович Кулибин поведал Александру Васильевичу историю своего знаменитого моста.
Было это за пятнадцать лет до встречи с Суворовым. Кулибин только что благодаря императрице Екатерине Второй получил должность главного механика Петербургской академии наук. Императрица любила талантливых русских людей и награждала их щедро. Правда, придворные их не любили, но это уже совсем другая история.
В Санкт-Петербурге Иван Петрович обратил внимание на отсутствие постоянных мостов через Неву. Ранней весной и поздней осенью временные летние мосты снимались, зимой приходилось переходить по льду, а во время ледохода и вовсе нельзя было никак перебраться на другой берег. Однако большая глубина Невы и сильное течение казались в те времена непреодолимым препятствием к постройке постоянного моста.
Иван Петрович Кулибин начал обдумывать конструкцию, которая не требовала бы установки свай и опор в глубокой и бурной реке.
В 1773 году он представил свой знаменитый проект деревянного моста через Неву. Гениальный инженер предложил один пролёт, длиною в 300 метров, с каменными опорами на берегах.
Проделав все предварительные расчеты и произведя немало опытов, Кулибин построил модель своего моста длиной в тридцать метров. Она подверглась испытаниям в присутствии петербургских академиков. В их числе находился и самый строгий судья – лучший математик Европы швейцарец Леонард Эйлер.
Проект моста через Неву Кулибина
Модель выдержала нагрузку, равную весу тридцати современных микроавтобусов «Газель». Кулибин распорядился увеличить нагрузку ещё больше, а когда не хватило во дворе грузов, предложил взойти на мост всем присутствующим и попрыгать на нём. Модель выдержала и эту добавочную нагрузку.
Один из академиков пошутил: «Эдак скоро Кулибин сделает нам лестницу на небо».
Понимая, что деревянный мост может со временем обветшать или сгнить, Кулибин выдвинул идею железного, подготовил его проект и построил модель. Это был арочный мост в три пролёта, общей длиной почти в триста метров. Он включал разводные части, чтобы пропускать корабли. В проекте было предусмотрено всё, вплоть до освещения в ночное время и защиты опор от ледохода. Превосходную модель, хранившуюся в музее Института путей сообщения, могли видеть и использовать в работе все последующие русские мостостроители.
В чем заслуга Ивана Петровича Кулибина? Он один выполнил работу целого большого проектировочного института, как сказали бы сейчас. Он придумал небывалую, новую конструкцию моста. Его очень заботила долговечность и прочность сооружения. Как конструктор, он ввел в практику много новых экспериментов, применил для этого изобретенные им же самим приборы. Он не ограничился одними опытами, но изложил подробно и теорию. Наконец, он первым придумал использовать железо как материал для мостов, в то время, когда ещё весь мир довольствовался камнем и деревом. Пройдёт время, и все мосты в цивилизованном мире будут строить из металла, как и предлагал Кулибин. Но это произойдёт намного позже.
А мы с вами вернёмся в Зимний дворец. Александр Васильевич Суворов, восхищённый рассказом Кулибина, дружески пожал ему руку, пожелал успехов и ушёл. Он сам был военным гением и хорошо понимал, что Кулибин такой же гений, но только в технике.
Модель Кулибинского моста стала событием в истории техники, и если бы наш великий изобретатель ничего больше не сделал в своей жизни, то и тогда мы восхищались бы его умом и золотыми руками.
К счастью, он успел сделать намного больше. В архивах Академии наук хранятся и ждут своего исследователя две тысячи (!!!) чертежей и множество записок, начертанных рукой мастера.
Судьба изобретений Ивана Кулибина, к сожалению, печальна. Современники не понимали и не принимали их. За исключением фейерверков и часов, которые он виртуозно умел мастерить.
Но возьмём, к примеру, Кулибинский семафорный телеграф – передачу информации с одного маяка на другой через хитроумную систему световых сигналов. Этот проект Ивана Кулибина был забыт после его смерти, а когда его заново «изобрёл» француз Шато спустя сорок лет, то русскому правительству пришлось заплатить сто двадцать тысяч рублей за привезённый из Франции «секрет».
Мост через Неву по проекту Кулибина тоже не был возведён – у правительства не нашлось ни денег, ни желания его строить.
Судно «Водоход», плывущее против течения, тоже никого не заинтересовало и было продано на дрова. С точки зрения купца, зачем такое судно, если есть бурлаки? Вот пусть они и тащат баржу с грузами.
Последние тридцать лет жизни Кулибина всё больше занимал… вечный двигатель. Он очень хотел его построить. Если бы смог, то мы с вами обходились бы сегодня без нефти и газа, не загрязняли бы природу, получали бы электроэнергию легко и просто, можно сказать – даром.
К сожалению, ему это так и не удалось. Учёные утверждают, что вечный двигатель противоречит законам природы. Но, может быть, они просто ещё не знают до конца эти законы?
Иван Петрович Кулибин не закончил ни университета, ни школы, а знал законы физики лучше многих учёных. Это потому, что он был любопытен и не боялся эти законы проверять. Его жизнь – это бесконечная цепочка экспериментов, отчаянно смелое испытание природы на прочность. Проживи он ещё немного, и кто знает – вдруг шутка насчёт «лестницы на небо» стала бы реальностью? От Кулибина ведь можно всего ожидать…
