Михаил Стародумов
Кто придумал велосипед, или Самые популярные изобретения из прошлых веков, которые актуальны и сегодня
Предисловие
Развитие общества зависит от уровня применяемых в производстве орудий производства.
Человечество живет в удивительное время. Достигнут наивысший прогресс во всех сферах жизни. Вместе с физиологией человека эволюционировал и его интеллект. Мы обязаны этими огромными достижениями небольшому количеству великих умов – учёным, изобретателям и ремесленникам, которые придумали и разработали продукты и механизмы, на которых и строится современный мир.
История изобретений включает в себя всё, что было создано человеком за тысячи лет существования.
XVIII и XIX века ознаменовались Великой индустриальной революцией. Совершился переход от ручного труда к машинному, от мануфактуры к фабрике. С одной стороны, она сама была рождена изобретениями и открытиями в науке и технике, с другой – она же дала толчок к развитию дальнейших знаний и наук. Промышленная революция связана не просто с началом массового применения машин, но и с изменением всей структуры общества. Так, с созданием паровых двигателей и ткацкого станка начался быстрый экономический рост, исторически быстро увеличился жизненный уровень населения. Промышленная революция позволила на протяжении жизни всего лишь 3–5 поколений перейти от аграрного общества (где большинство населения вело натуральное хозяйство) к индустриальному.
В сегодняшней жизни мы пользуемся многими предметами из того великого времени, давшего толчок к развитию не только промышленности, транспорта, но и к новому мышлению. Обладатели нового мышления дали человечеству и такие «мелочи», как зажигалка, бритвенный станок, кукла Барби.
Изобретатели умеют мыслить нестандартно и способны находить новаторские решения различных проблем. Они изменяют мир к лучшему.
Автомат АК-47
Автомат Калашникова (АК) и его модификации являются самым распространённым стрелковым оружием в мире. К этому типу (включая лицензионные и нелицензионные копии, а также сторонние разработки на базе АК) принадлежит до 1/5 всего имеющегося в мире стрелкового огнестрельного автоматического оружия. За 60 лет было выпущено более 70 миллионов автоматов Калашникова различных модификаций. Они состоят на вооружении 50 иностранных армий. Главный конкурент автоматов Калашникова – американская автоматическая винтовка М16 – была произведена в количестве примерно 8 миллионов штук.
На основе 7,62-мм автомата Калашникова создано семейство боевого и гражданского стрелкового оружия различных калибров, включая автоматы АКМ и АК-74 и их модификации, ручной пулемёт Калашникова, карабины и гладкоствольные ружья «Сайга» и другие, в том числе за рубежом.
Михаил Тимофеевич Калашников (1919–2013) – уроженец Алтайского края, родился в большой, многодетной семье. Уже после окончания школы юноша самостоятельно разобрал пистолет браунинг с целью ознакомления и детального изучения оружейного устройства. В 19 лет он был призван на армейскую службу, где им была получена специальность механика-водителя танка.
Одной из первых его разработок был инерционный регистратор, подсчитывающий количество выстрелов, произведенных из пушки танка. Затем несколько месяцев он был увлечен разработкой счетчика моторесурсов танкового двигателя. Результат превзошел все ожидания – изобретение работало четко, точно фиксируя работу двигателя. Во время Великой Отечественной войны являлся командиром танка, однако осенью 1941 года им было получено тяжелое ранение. Именно во время лечения начал делать первые наброски автоматического оружия. А через несколько месяцев он разработал свой первый образец огнестрельного оружия. Хотя образец пистолета-пулемета не был рекомендован для серийного производства по ряду технических причин, однако великим советским ученым в области механики А. А. Благонравовым была отмечена оригинальность идеи, а также сама конструкция образца.
За разработку автомата Калашников взялся в 1945 году. После нескольких лет конструирования, доработок, а также испытания боем автоматические системы Калашникова были достойно оценены и рекомендованы для армейского вооружения.
В 1943 году под поступивший для вооружения винтовочный патрон, калибр которого составил 7,62 мм, необходимо было стрелковое оружие. На конкурсной основе стартовали разработки оружия специально для патрона данного калибра. Основная задача была – превзойти аналоги, создать достойную замену винтовки Мосина. Среди конкурсных работ были другие удачные проекты известных разработчиков, однако автоматическая система Михаила Калашникова (известная также под названием АК-47) по результатам конкурса превзошла конкурентов по конструкции, а также стоимости производства. В 1948 году Михаил Калашников отправился на мотозавод города Ижевска для выпуска пробной партии автоматических систем с целью проверки их при помощи воинских испытаний. Уже через год на машиностроительном заводе города Ижевска стартовало серийное производство АК-47. К следующему году АК поступил на вооружение армии Советского Союза.
Самой первой версией, спроектированной Михаилом Тимофеевичем во время конкурса, был АК-46. Данная версия оружия была изобретена в 1946 году, но после подробного изучения и ряда боевых испытаний данную модель признали непригодной.
Однако, как рассказывает история создания автомата Калашникова, следующий, 1947 год явился годом разработки знаменитого АК-47. Совместно с АК к 1949 году приняли на вооружение Советской армии складную версию АК – АКС, созданную для войск особого назначения. Затем, с 1959 года, история автомата Калашникова переходит на новый этап. На замену АК-47 приходит автомат Калашникова модернизированный (АКМ). С этого же года именно АКМ стал самой распространенной версией Калашникова. Относительно предшествующих моделей у АКМ улучшены показатели дальности стрельбы, была изменена форма приклада, добавлен дульный тормоз-компенсатор, а также уменьшена масса, добавлен штык-нож. Вместе с данной моделью была выпущена модификация АКМН, обладающая ночным, оптическим прицелом. Совместно с АКМ вооружение пополнилось аналогичной моделью, но приклад которой является складным – АКМС. Помимо данной версии также существовал АКМСН, то есть ночной вариант со специальным оптическим прицелом. Последующие несколько лет активно шла разработка автоматической системы для применения с патроном калибра 5,45x39 мм. К 1974 году на вооружение поступила новая модификация – АК-74 и АК-74Н (модель, включающая ночной и оптический прицел). Специальной разработкой для войск особого назначения была новая версия АКС-74, то есть модель, обладающая складным прикладом, еще одна модель имела название АКС-74Н – ночная модификация с оптическим прицелом. К 1979 году специально для вооружения десантных войск появилась укороченная версия АКС-74 – АКС-74У и АКС-74УН, содержащая крепеж для ночного и оптического прицела.
В 1991 году для вооружения армии поступил модернизированный АК-74 под названием АК-74М. Выпущенный в массовое производство уникальный автомат сумел заменить одновременно несколько моделей. Именно версия АК-74М стала базовой версией для разработки всей сотой серии. Сотая серия АК представляет собой различные версии АК-74М, рассчитанные для экспорта. Для поставки другим странам сейчас используются только автоматические системы сотой серии, так как эта серия превосходит предыдущие по качеству материала, современности технологического процесса, улучшенным характеристикам стрельбы. Наиболее современной моделью пятого поколения является модель АК-12. Данный образец появился в 2012 году.
За свою надежность он завоевал заслуженное безоговорочное признание большинства стран мира. Вместе со всеми своими модификациями он занимает более 15 % стрелкового оружия во всем мире, именно поэтому он включен в Книгу рекордов Гиннесса в качестве самого распространенного оружия в мире.
Авторучка
Инструменты для письма известны с глубокой древности, примерно с 3000 года до новой эры. Они вырезались из стеблей тростника. Английское слово «pen» (ручка, птичье перо) произошло от латинского «penna» (перо птицы), поскольку большое распространение приобрели гусиные перья, которые затачивались у корня. С VI века до новой эры перья использовали на протяжении более тысячи лет многие цивилизации. Лучшие образцы изготавливались из перьев лебедей, индюков и гусей, как имеющих в крыльях перья наибольшего размера. Археологические находки в руинах Помпеи включают бронзовые варианты перьев, однако распространение они получили лишь к концу XVIII века.
Создать ручку с чернилами внутри себя. Сделать ее автономной. Этой идеей «зажигались» изобретатели с момента использования пера, как пишущего инструмента. История знает много попыток создания авторучки.
В 1636 году немецкий изобретатель Даниель Швентер создал ручку с резервуаром для чернил. Это было обычное гусиное перо, во внутрь которого помещался контейнер для чернил – еще одно перо. С обеих сторон резервуар локализировался пробкой. Но в нижней части проделывалось небольшое отверстие. Через него при нажатии на перо просачивалось чернило и подавалось на пишущую часть. Из-за своего несовершенства эта авторучка не получила широкого признания. Но концепция контейнера для чернил в последующем создании ручки стала основополагающей.
В 1809 году английский изобретатель Бартоломей Фолче создал перьевую ручку с контейнером для чернил. И даже запатентовал ее. Но она не получила широкого распространения. И виной всему была ее низкая надежность. Ручка то выпускала слишком много чернил, то, наоборот, вовсе отказывалась писать.
25 мая 1827 года французским правительством был выдан патент на перьевую авторучку. Получил его румынский студент Петраче Поенару (1799–1875), который тогда учился в Париже. Когда он впоследствии вернулся на родину, то стал одновременно математиком, физиком, инженером, изобретателем, преподавателем и организатором системы образования, а также политиком, агрономом и зоотехником.
Изобретенный Поенару прибор был более совершенным. Утечки чернил были исключены. Ею стало легче писать. Авторучка не царапала бумагу. Она состояла из заменяемых частей, что позволяло проводить ее быстрый поточный ремонт, а не делать покупку новой авторучки. Назвал свое изобретение Петраче Поенару «Нескончаемое портативное перо, с автоматической подачей чернил». Но по непонятным причинам и эта авторучка не стала широко популярной.
В 1883 году один малоизвестный страховой брокер Льюис Эдсон Уотерман из Америки вместе со своим братом решили сделать универсальную авторучку. В 1884 году запатентовал изобретение первой перьевой авторучки, хотя реально это было усовершенствование модели Поенару. Правда, Уотерман добился, чего хотел. Авторучка стала надежной. Перестала без причины выливать чернила и царапать сухим пером. В ней Уотерман применил революционную систему подачи чернил. Она подавала ровно столько воздуха, сколько было истрачено чернил. И это решило все проблемы.
Авторучки Уотерман отличались:
– высокой надежностью и качеством,
– легкостью письма. Ей можно писать много часов в подряд, и рука не устанет,
– автономностью подачи чернил и длительностью их использования,
– оригинальным внешним видом,
– разнообразием моделей.
Поэтому, компания Уотерман стала ведущим производителем перьевых авторучек в Америке. А впоследствии и во всем мире.
Азбука Морзе
Для того чтобы телеграф стал надежным устройством связи, необходимо было создать аппарат, который бы мог записывать передаваемую информацию.
Сэмуэль Морзе (1791–1872) был по профессии художник. В 1832 году во время долгого плавания из Европы в Америку он ознакомился с устройством электромагнита. Тогда же у него появилась идея использовать его для передачи сигналов. К концу путешествия он уже успел придумать аппарат со всеми необходимыми принадлежностями: электромагнитом, движущейся полоской бумаги, а также своей знаменитой азбукой, состоящей из системы точек и тире. Но потребовалось еще много лет упорного труда, прежде чем Морзе удалось создать работоспособную модель телеграфного аппарата.
Дело осложнялось тем, что в то время в Америке очень трудно было достать какие-либо электрические приборы. Буквально все Морзе приходилось делать самому или при помощи своих друзей из нью-йоркского университета (куда он был приглашен в 1835 году профессором литературы и изящных искусств).
Морзе достал в кузнице кусок мягкого железа и изогнул его в виде подковы. Изолированная медная проволока тогда еще не была известна. Морзе купил несколько метров проволоки и изолировал ее бумагой. Первое большое разочарование постигло его, когда обнаружилось недостаточное намагничивание электромагнита. Это объяснялось малым числом оборотов проволоки вокруг сердечника. Только ознакомившись с книгой профессора Генри, Морзе смог исправить допущенные ошибки и собрал первую действующую модель своего аппарата.
На деревянной раме, прикрепленной к столу, он установил электромагнит и часовой механизм, приводивший в движение бумажную ленту. К маятнику часов он прикрепил якорь (пружину) магнита и карандаш. Производимое при помощи особого приспособления – телеграфного ключа – замыкание и размыкание тока заставляло маятник качаться взад и вперед, причем карандаш чертил на движущейся ленте бумаги черточки, которые соответствовали поданным посредством тока условным знакам.
Это было крупным успехом, но тут явились новые затруднения. При передаче сигнала на большое расстояние из-за сопротивления проволоки сила сигнала ослабевала настолько, что он уже не мог управлять магнитом. Чтобы преодолеть это затруднение, Морзе изобрел особый электромагнитный замыкатель, так называемое реле. Реле представляло собой чрезвычайно чувствительный электромагнит, который отзывался даже на самые слабые токи, поступавшие из линии. При каждом притяжении якоря реле замыкало ток местной батареи, пропуская его через электромагнит пишущего прибора.
Таким образом, Морзе изобрел все основные части своего телеграфа. Он закончил работу в 1837 году. Еще шесть лет ушло у него на тщетные попытки заинтересовать правительство США своим изобретением. Только в 1843 году конгресс США принял решение ассигновать 30 тысяч долларов на строительство первой телеграфной линии длиной 64 км между Вашингтоном и Балтимором.
Сначала ее прокладывали под землей, но потом обнаружилось, что изоляция не выдерживает сырости. Пришлось срочно исправлять положение и тянуть проволоку над землей. 24 мая 1844 года была торжественно отправлена первая телеграмма. Через четыре года телеграфные линии имелись уже в большинстве штатов.
Телеграфный аппарат Морзе оказался чрезвычайно практичным и удобным в обращении. Вскоре он получил широчайшее распространение во всем мире и принес своему создателю заслуженную славу и богатство. Конструкция его очень проста. Главными частями аппарата были передающее устройство – ключ, и принимающее – пишущий прибор.
Неудобство аппарата Морзе заключалось в том, что передаваемые им сообщения были понятны лишь профессионалам, знакомым с азбукой Морзе. В дальнейшем многие изобретатели работали над созданием буквопечатающих аппаратов, записывающих не условные комбинации, а сами слова телеграммы.
Широкое распространение получил изобретенный в 1855 году буквопечатающий аппарат Юза. Главными его частями были: клавиатура с вращающимся замыкателем и доской с отверстием (это принадлежность передатчика); буквенное колесо с приспособлением для печатания (это приемник). На клавиатуре размещалось 28 клавиш, с помощью которых можно было передать 52 знака. Каждая клавиша системой рычагов соединялась с медным стержнем.
В обычном положении все эти стержни находились в гнездах, а все гнезда располагались на доске по окружности. Над этими гнездами вращался со скоростью 2 оборота в секунду замыкатель, так называемая тележка. Она приводилась во вращение опускающейся гирей весом 60 кг и системой зубчатых колес.
На станции приема с точно такой же скоростью вращалось буквенное колесо. На его ободе находились зубцы со знаками. Вращение тележки и колеса происходило синхронно, то есть в тот момент, когда тележка проходила над гнездом, соответствующим определенной букве или знаку, этот же самый знак оказывался в самой нижней части колеса над бумажной лентой. При нажатии клавиши один из медных стерженьков приподнимался и выступал из своего гнезда.
Когда тележка касалась его, цепь замыкалась. Электрический ток мгновенно достигал станции приема и, проходя через обмотки электромагнита, заставлял бумажную ленту (которая двигалась с постоянной скоростью) приподняться и коснуться нижнего зубца печатного колеса. Таким образом на ленте отпечатывалась нужная буква. Несмотря на кажущуюся сложность, телеграф Юза работал довольно быстро и опытный телеграфист передавал на нем до 40 слов в минуту.
Верховный Суд в 1854 году признал авторские права Морзе на телеграф.
Газеты, железные дороги и банки быстро нашли применение его телеграфу. Телеграфные линии моментально оплели весь мир, состояние и слава Морзе умножились. В 1858 году от десяти европейских государств Морзе получил за своё изобретение 400 000 франков. В старости Морзе опекал школы, университеты, церкви, библейские общества, миссионеров и бедных художников.
Акваланг
Слово акваланг состоит из двух частей: латинской составляющей – aqua, вода и английской – lung, лёгкое. Aqualung – «Водяное лёгкое».
Капитан Жак-Ив Кусто и эксперт по газовому оборудованию двигателей внутреннего сгорания Эмиль Ганьян, работая в сложных условиях оккупированной немцами Франции, в январе 1943 года, изобрели первый безопасный и эффективный аппарат для дыхания под водой, названный аквалангом, который по сей день успешно используется дайверами – любителями для погружения на воздухе до глубины 40 метров.
На самом деле был изобретён не акваланг, а его основная часть – регулятор – устройство, позволяющее естественным образом дышать на глубине из баллона со сжатым воздухом. Акваланг, как автономный аппарат, был изобретён ранее и применялся водолазами военно-морских сил Франции с 1865 года. Правда, максимальное давление воздуха в баллоне составляло порядка 30–40 атмосфер, и нахождение под водой было существенно ограничено как по глубине, так и по времени нахождения. Регулятор Ж. И. Кусто позволял использовать воздух в баллонах под давлением 150 атмосфер ещё тогда, а сегодня до 200–300 и выше, что сделало возможным создать его большой запас, столь необходимый для довольно длительного нахождения под водой.
Итак, Жак-Ив Кусто, взяв за основу изобретение Эмиля Ганьяна, клапанное устройство автоматической подачи горючего газа в автомобильный мотор, разработал регулятор подачи воздуха из баллона в лёгкие подводника под тем давлением, под которым он находится в соответствии с глубиной. Причем подача воздуха в лёгкие подводника начинается тогда, когда им делается попытка вдоха, и прекращается тогда, когда вдох заканчивается. Таким образом, процесс дыхания подводного пловца продолжает оставаться естественным, а расход воздуха небольшим.
Алмаз искусственный
Множество заявлений о синтезе алмазов было задокументировано между 1879 и 1928 годами; большинство этих заявлений было тщательно проанализировано, но ни одно из них так и не подтвердилось. В 1939 году советский учёный Овсей Лейпунский вычислил необходимые для успешного исхода опытов величины давления: минимум 60 000 атмосфер. В 1972 году ему был выдан диплом на открытие закономерности образования алмазов с приоритетом, датированным августом 1939 года.
В 1940 годах в США, Швеции и СССР начались систематические исследования по выращиванию алмазов с помощью методов CVD и HPHT. Эти два метода и по сей день доминируют в производстве синтетических алмазов.
Впервые воспроизводимый синтез был выполнен в 1953 году: шведский учёный Балтазар Платен сконструировал установку, в которой кубический образец сжимался шестью поршнями с разных сторон. 15 сентября 1953 года на ней были получены первые в мире искусственные алмазы.
Новый метод, известный как синтез с подрывом, стал использоваться в конце 1990 годов. В основе данного метода лежит образование нанометровых песчинок алмаза при подрыве взрывчатки, содержащей углерод. Ещё один метод базируется на обработке графита высокомощным ультразвуком – он был продемонстрирован в лабораторных условиях, но пока не снискал коммерческого успеха.
Трейси Холл (1919–2008) – американский химик, впервые в мире совершивший документально засвидетельствованный синтез алмаза, используя оборудование собственной разработки. Этот успех привел к созданию крупной индустрии по производству суперматериалов.
Успех Холла, по его словам, стал возможен благодаря решимости идти собственным путём, начиная с радикального изменения конструкции используемого пресса. В аппарате использовался карболой (carboloy – сверхтвердый сплав на основе карбида вольфрама, диспергированного в кобальте, так же известный как widia), кольцевой бандаж из высокопрочной стали, поддерживающий центральную часть, где происходил синтез алмазов и два входящих в него конических поршня, приводимых в движение большим гидравлическим прессом.
Состав исходного материала, катализатор, требуемая температура и давление выбирались интуитивно. Холл использовал графит и троилит (FeS). Алмазы прилипали к танталовому диску, который использовался для подведения электрического тока при нагреве образца.
Этот эксперимент был выполнен при давлении в 70000 атмосфер и температуре 1600°C и длился около 38 минут. При вскрытии образца на танталовых дисках были обнаружены скопления кристаллов алмаза. 31 декабря 1954 года синтез алмаза был подтвержден, и 15 февраля 1955 года об этом было сообщено прессе.
Компания General Electric, где работал ученый, буквально обогатилась благодаря изобретению Холла. Сам Трейси Холл, в дополнение к его обычной зарплате, был награждён десятидолларовой облигацией Казначейства США.
«Экие деньжищи!» – иронизировал впоследствии ученый.
