Ричард Роудс
Энергия. История человечества
Приблизившись, мы увидели большой механизм или рычаг, выступающий из стены здания и похожий с виду на огромный кузнечный молот; нам показалось, что им поднимают воду из шахт. Раз в полминуты он медленно вздымался, потом опускался и в нижней точке словно останавливался передохнуть. Он двигался со звуком, похожим на вздох или стон. Предмет этот привлек бы внимание где угодно, ибо нельзя было не усмотреть в машине некоторой разумности. Казалось, она сделала первый шаг от бездушной материи к жизни и целеустремленности и проявляла это развитие в своей великой мощи. В таком духе высказался Уильям, а Кольридж заметил, что она похожа на великана, у которого есть одна-единственная мысль[112].
Кроме того, Ньюкомену пришлось разработать систему рычагов и клапанов, чтобы машина могла работать автоматически – а не в режиме ручного управления, как машина Севери. Да, по нынешним стандартам эта система оказалась бы примитивной, и к тому же она требовала частого регулирования, но работала она при этом довольно хорошо. Уголь брали прямо на шахте, стоил он дешево, и машины Ньюкомена откачивали воду из британских угольных рудников на протяжении более чем двухсот лет.
К несчастью для Ньюкомена, Томас Севери составил свой патент 1698 г. в таких широких терминах, что тот охватывал все машины, поднимающие воду при помощи огня. А в 1699-м парламент продлил срок действия этого патента еще на 21 год в дополнение к исходным четырнадцати, то есть до 1733 г. Не видя другого выхода, Ньюкомен вступил в партнерство с Севери, и эта договоренность продолжала действовать и после смерти Севери, наступившей в 1715 г. Его права перешли к акционерному обществу, созданному для эксплуатации патента Севери, – «Собственникам изобретения для подъема воды огнем»[113]. Компания выпустила 80 акций, 20 из которых получил Ньюкомен.
Свою первую полномасштабную машину, предназначенную для продажи, Ньюкомен построил в 1712 г. вблизи замка Дадли под Бирмингемом. Цилиндр этой машины, изготовленный из литой латуни, имел 53 см в диаметре и почти 2,5 м в длину; машина поднимала воду из угольной шахты с глубины чуть более 46 м. И поскольку ее установили над шахтой, на поверхности земли, шахтных пожаров она не боялась[114]. Вслед за ней по всей Британии появились другие машины Ньюкомена. Одна гигантская машина со 120-сантиметровым цилиндром, построенная в Корнуолле в 1720 г., поднимала воду с глубины 110 м[115].
Если осушение угольной шахты при помощи конной тяги стоило не менее 900 фунтов в год, машина Ньюкомена выполняла ту же работу всего за 150 фунтов в год, то есть в шесть раз дешевле[116]. Однако эта машина, бывшая в прямом смысле слова размером с дом – и с производительностью лишь немногим лучше машины Севери, – оказалась лишь промежуточным технологическим решением, и ее применение почти полностью ограничивалось откачкой воды из шахт. «Для постройки машины Ньюкомена нужен целый железный рудник, – говорили современники, – а для ее работы – целая угольная шахта»[117].
Несмотря на недостатки машин Ньюкомена, они вдохнули новую жизнь в горную промышленность севера Центральной Англии[118]. С 1710 по 1733 г., когда прекратился срок действия патента, в Британии и за ее пределами построили как минимум 104 машины Ньюкомена[119]. Впоследствии их стало еще больше – к 1800 г. по меньшей мере 550 штук, – но возможности промышленного применения угля по-прежнему оставались ограниченными[120]. Еще не разработали плавку качественного железа, для которой требовался бы уголь; в основном он все так же шел на отопление жилищ. Когда этот рынок насыщался, цены на уголь резко падали. «С учетом длинных штолен, залитых водой шахт, монополии “хостменов”[121], – пишет о чуть более ранней эпохе Галлоуэй, – и не говоря уже о том, что уголь в те дни, как под землей, так и на ней, возили, как повелось, по старинке, на самых примитивных средствах, удел арендаторов угольных шахт был весьма незавидным»[122]. Машина Ньюкомена помогала избавляться от длинных штолен и затопленных шахт, но куда применить добытый с ее помощью лишний уголь и как его лучше перевозить – этого еще не придумали.
Дороги старой Англии были ужасны. Корона требовала, чтобы землевладельцы чинили местные дороги за свой счет. Так исполнялась одна из трех старинных обязанностей, наложенных во имя обороноспособности королевства: содержать в исправности дороги и мосты, строить и оберегать укрепления и служить в ополчении[123]. Обычные дороги и торговые тракты оставались, по сути, без присмотра. «Обычно все и так понимали, что зимой на колесном транспорте по дорогам не проехать», – пишут историки Сидней и Беатриса Уэбб. До середины XVIII в. эти дороги лишь немногим отличались от троп, по которым то шли, то ехали верхом, когда позволяли летняя пыль и зимняя грязь. «Наемных экипажей нет нигде, кроме Лондона, – сообщает один из путешественников начала XVII в., – и, хотя Англия по большей части состоит из равнин или невысоких приятных холмов, дороги вдали от Лондона настолько грязны, что наемные возницы обычно не совершают сколько-нибудь дальних поездок»[124].
Бо́льшую часть дорожного потока, отмечают Уэббы, как зимой, так и летом составляли животные, перегоняемые своим ходом: 100000 голов крупного рогатого скота и 750000 овец, которых ежегодно отводили на откорм в Смитфилд[125], огромные стада скота, гонимые в Лондон на бойни, легионы уток, гусей и индеек, бесчисленные свиньи. «Чтобы еще более увеличить снабжение рынков Лондона, – отмечал в 1748 г. один автор, – в это время посчитали удобным перегонять своим ходом и гусей, и их приводили в Лондон в поразительных количествах, пригоняя целые гурты из самых отдаленных частей Норфолка». Гурты эти оказывались очень большими – от одной до двух тысяч птиц, которых гнали всех вместе, единой шумной и воинственной массой. «Перегонять их обычно начинали в августе, под самый конец сбора урожая, чтобы гуси могли по дороге кормиться жнивьем. Это продолжалось до конца октября, когда грязь на дорогах становилась слишком густой [т. е. липкой, вязкой] и глубокой для их широких лап и коротких ног»[126]. Перегон животных своим ходом мешал улучшению дорог: фермерам нужны были грунтовые дороги, удобные для стад и гуртов, а на дорогах с твердым покрытием животные могли повредить ноги.
Уголь возили недалеко, в телегах или в корзинах, навьючив ими лошадей, но в Лондон его отправляли по рекам и каботажными морскими судами. По мере того как владельцы шахт разрабатывали способы разведки угля, а затем и осушения затопленных шахт, производство угля росло. Шахты у рек истощались, а новые приходилось открывать вдалеке от воды. Появились две новые проблемы: в сельской местности, где проезжих дорог было мало, да и те одно название, приходилось платить землевладельцам за проезд по их владениям; кроме того, требовалось понять, как доставлять уголь от шахт к рекам.
Караван вьючных лошадей на английской дороге XVIII в. Источник неизвестен.
Вопрос с правом проезда решался просто, хотя зачастую недешево. Фрэнсис Норт, лорд – хранитель Большой печати в царствование Карла II, по словам его брата, находил плату за право проезда, которую взимали землевладельцы в Ньюкасле, «поразительной»: «Ибо люди, владея участками земли между угольной шахтой и рекой, продают право перевозить уголь по своей земле, причем так дорого, что владелец одного руда земли может рассчитывать на 20 фунтов в год за такое разрешение»[127]. Руд, старинная английская мера площади, равнялся лишь четверти акра[128], то есть приблизительно одной пятой поля для американского футбола; 20 фунтов середины XVII в. – это около 2500 фунтов, или 3700 долларов, в нынешних деньгах. Длина стороны квадрата площадью в один руд равна 104 футам (31,7 м), и на милю (1609 м) приходится 51 такой отрезок, так что право проезда могло стоить непомерно дорого. Еще в 1738 г. один свидетель сообщал в парламенте, что «вокруг Ньюкасла остаются незанятыми от пятидесяти до шестидесяти угольных шахт; отчасти потому, что они затоплены, [но отчасти и] из-за непомерно высокой стоимости права на проезд»[129].
Если же удавалось договориться о праве на проезд, возникала проблема транспорта. Средняя стоимость перевозки грузов по таким дорогостоящим путям уменьшалась с увеличением объема. Сперва возили на вьючных лошадях и телегах, запряженных лошадьми или волами. По имеющимся оценкам, в 1696 г. только в районах рек Тайн и Уир для перевозки угля из шахт использовались 20000 телег и лошадей-тяжеловозов[130]. Но производство угля росло, и им на смену пришли фургоны. Во второй половине XVII в. одни только угольные месторождения Дарема и Нортумберленда производили в год по 1,2 млн тонн угля, а суммарное производство по всей Британии достигало почти 3 млн тонн; вьючные лошади и телеги не могли перевозить столько угля[131]. Сегодня для такого потребовалось бы 260 товарных поездов по сто вагонов каждый. Несмотря на состояние дорог в Британии, в начале XVII в. страна начала переходить на колесный транспорт. Сорока тысячам лодочников, работавшим на Темзе и обслуживавшим Лондон, такая конкуренция пришлась явно не по вкусу. В 1623 г. поэт-лодочник Джон Тейлор проклинал новый «скрипящий, гремящий, грохочущий век», в который вступает «мир, на колесах катящийся»[132].
На более крупных шахтах с прямым выходом на поверхность давно уже прокладывали деревянные рельсы: по ним было легче возить вагонетки с углем и рудой – причем раз так в шесть легче, чем тащить волокушу или повозку по проселочной дороге[133]. Доставка угля к воде по таким рельсам – «вагонеточным путям» (wagonways) – сберегала деньги, время и оборудование, которое меньше изнашивалось.
Самые ранние из известных в Англии вагонеточных путей относятся к 1604 г. Их изобрел – или, можно сказать, приспособил, взяв за основу рельсы для шахтных вагонеток, – Хантингдон Бомонт, сын рыцаря и предприниматель-новатор, занимавшийся добычей угля. Бомонт добывал уголь карьерным способом в сотрудничестве с сэром Персивалем Уиллоуби, владельцем поместья Уоллатон в Ноттингемшире, на востоке Центральной Англии. «До меня дошли известия о деятельности мастера Бомонта по перемещению угля из Стрелли в Уоллатонские карьеры, – писал сэр Персиваль в 1603 г. – Его новое изобретение позволяет перевозить уголь в вагонетках с маленькими колесиками, сделанными каждое из цельного среза дубового ствола, по деревянным рельсам. Я возвращаюсь домой, вдохновленный этой идеей и возможным средством для перевозки тяжелых грузов; дороги наши все еще остаются немощеными»[134].
Шахтные вагонетки на деревянных рельсах. Вагонетка. Zenit, Wikimedia Creative Commons.
В следующем столетии деревянные вагонеточные пути распространились по всей Англии. В 1671 г. сэр Томас Лидделл проложил такую ветку от своей угольной шахты у деревни Рейвенсворт к реке Уир; впоследствии эта колея стала первым участком крупномасштабной системы. После 1704 г. сэр Хамфри Макворт, юрист и один из первых промышленников, заказал строительство вагонеточных путей для перевозки угля и медной руды из своего поместья у валлийского города Нита к реке Нит. Кое-кто возражал против нововведений сэра Хамфри; впрочем, юридический документ 1706 г. защищает их на том основании, что подобные сооружения уже широко применяются: «Такие вагонеточные пути весьма распространены и часто используются возле Ньюкасла, а равно возле Брозли, Бенталла и в других местах в Шропшире; они настолько безвредны, что всегда считались чрезвычайно полезными для сохранения дорог, которые в противном случае были бы весьма сильно повреждены и разбиты вследствие перевозки угля в обычных фургонах и телегах»[135]. Сэр Хамфри стал первопроходцем и в области безлошадного транспорта, оснастив свои вагонетки парусами. «Я полагаю его первым джентльменом в этой части света, – писал о нем один соотечественник, – устроившим наземные парусные повозки, приводимые в движение ветром, не в качестве какой-либо диковины, но ради реальной выгоды»[136].
Самодвижущиеся вагонетки позволяли бы перевозить уголь еще дешевле, чем даже те, в которые запрягали лошадей. Даниэль Дефо, бывший не только романистом, но и плодовитым журналистом, описывал это изобретение в 1726 г. в справочнике под названием «Опытный английский ремесленник» (The Compleat English Tradesman). «Затем [уголь] снова загружают в огромную повозку, – писал Дефо, – называемую вагонеткой, и она перемещается по искусственным путям, называемым вагонеточными путями, при помощи всего одной лошади, перевозя за раз по два челдрона или более [угля]»[137]. В 1678 г. вышел закон, постановивший, что масса челдрона угля (36 бушелей) равна 5880 фунтам[138].
В графстве Дарем, к югу от реки Тайн, рельеф местности снижается к морю, с запада на восток, и в сторону долины Тайна, с юга на север. Под действием силы тяжести вагонетку с углем могли спустить к воде и разгрузить, а обратно, вверх по склону, ее поднимала лошадь, которую вели рядом в поводу. Колеса оснащались ребордами, державшими вагонетку на рельсах, так что она, по сути дела, сама поворачивала в нужном направлении.
На более протяженных склонах, сообщает Галлоуэй, лошадь могла ехать вниз на колесной платформе, прицепленной к вагонетке с углем, «то есть повозка везла лошадь» – тот самый случай, когда телегу запрягали впереди коня. Лошади быстро привыкали к такой системе, отмечает он, и, по-видимому, катались с удовольствием[139].
Но ландшафт местности, которую предстояло пересечь, не всегда сводился к удобным спускам к ближайшей реке. К 1725 г. семейство Лидделл потратило на усовершенствование своих вагонеточных путей тысячи фунтов. Уильям Стьюкли, антикварий и член Королевского общества, написавший впоследствии одну из первых работ о Стоунхендже, посетил в том году предприятие Лидделлов и осмотрел эти усовершенствования:
Мы осмотрели угольное предприятие полковника Лидделла в Танфилде, где он проводит дорогу через долины, [в которых] построил земляные насыпи высотой 100 футов и шириной основания 300 футов; через другие, столь же широкие долины, перекинуты каменные мосты, а в других местах в холмах прорезаны проходы длиной до полумили; таким образом построена дорога и уложены деревянные рамы на пятимильном пути к берегу реки, до которого уголь доставляют по 5 шиллингов за челдрон[140].
Через год или два таких тяжелых нагрузок деревянные рельсы ломались и требовали замены. По счастью, в те же десятилетия разработали еще одну технологию, позволившую устранить затруднения, связанные с рельсами: методы плавки железа при помощи угля.
Угольная вагонетка спускается к реке; обратите внимание на большой тормозной рычаг. Лошадь возвращает вагонетку вверх по склону, под новую загрузку
Железо долгие годы добывали из руды и очищали с использованием угля древесного, а не каменного, потому что сера, содержащаяся в каменном угле, делала железо хрупким. Но древесины всегда не хватало, и рост британской промышленности замедлялся. В то же время рынок был переполнен каменным углем, и в промышленности его применяли разве что для кипячения – например при выпаривании соли или окрашивании тканей. Британская промышленность росла, и оказалось, что во всей Британии попросту не хватит леса, чтобы удовлетворить спрос на железо[141]. И британские изобретатели и предприниматели целый век бились над непростой задачей: как плавить железо при помощи каменного угля?
Долгожданный переворот в этой области совершил усердный предприниматель-квакер Абрахам Дарби, сын фермера, родившийся в деревне близ города Дадли. Сперва Дарби служил в подмастерьях у фабриканта, делавшего дробилки для солода, а в 1700 г. открыл в Бристоле собственное дело. Солод, ключевой ингредиент в пивоварении, получают, вымачивая хмель в воде, пока он не прорастет: при этом активизируются ферменты, благодаря которым крахмалы, присутствующие в зерне, преобразуются в сахара. Чтобы прервать этот процесс, проросшее зерно высушивают в печах, а получившийся солод дробят в порошок и смешивают с непророщенным зерном для ферментации. В 1702 г. Дарби основал в Бристоле еще и медеплавильный завод, где впервые начал выплавлять латунь на каменном угле, и примерно в то же время открыл там литейный цех для отливки в песке железных котлов; в 1707-м он получил патент на эту технологию[142].
В 1709 г. Дарби перенес свое литейное производство в Колбрукдэйл, деревню на реке Северн возле Дадли, приблизительно в 130 км к северу от Бристоля. Там он начал разрабатывать метод подготовки каменного угля для выплавки железа путем коксования: уголь пережигали в печи, почти не допуская кислорода, – так он очищался от серы и других примесей, которые могли бы придать железу хрупкость. Впоследствии об этом изобретении писала вдова сына Дарби, Авия, сравнивая его с сушкой солода[143].
Осваивая технологию, Дарби и его потомки постепенно замещали древесный уголь каменным. Плавка железа на каменном угле позволила британской промышленности выбраться из тупика, созданного нехваткой древесины, как отмечала в 1673 г. Авия Дарби: «Если бы не свершились эти открытия, железное дело… сошло бы на нет, ибо древесина для изготовления угля стала чрезвычайно скудной, и помещики [владевшие лесами] подняли цены на кордовый лес непомерно высоко – настолько, что купить его стало поистине невозможно. Однако когда взамен его стали применять каменный уголь, спрос на уголь древесный весьма снизился, и через несколько лет, как я полагаю, использовать его и вовсе перестанут»[144]. К началу XIX в. железо по большей части заменило дерево в промышленном производстве и строительстве[145].
Первые железные колеса для вагонеточных путей отлили в Колбрукдэйле в 1729 г.[146]. Они вредили деревянным рельсам еще сильнее, чем колеса из дерева. Вскоре появились чугунные пластины шириной около 5 см и толщиной 1,25 см: их прибивали гвоздями к деревянным рельсам, как защиту[147]. Вслед за ними пришли и литые чугунные рельсы, ставшие со временем важной статьей производства в Колбрукдэйле[148]. «Теперь с большим старанием и большими расходами строились длинные линии [вагонеточных путей] к угольным шахтам, расположенным на большем удалении от рек», – пишет Галлоуэй[149].
Тем временем компания Колбрукдэйла начала отливать железные цилиндры для машин Ньюкомена – взамен более дорогих латунных цилиндров, которые использовались в прежних моделях. В начале 1740-х гг. в Колбрукдэйле заменили собственные насосы с конным приводом на машину Ньюкомена. Так паровая машина впервые нашла применение в производстве железа, чем весьма снизила расходы[150]. С этого момента горное дело стало быстро развиваться: паровых машин становилось все больше, и они возвращали в эксплуатацию ранее затопленные старые шахты и поддерживали в сухости новые[151].
Машины Ньюкомена подходили для добычи угля, но вне угольных шахт их недостатки перевешивали пользу. Они пожирали горы угля, не давали особого эффекта, и их никто не мог даже передвинуть – столь громоздкими они оказывались. Кроме того, они могли только, как пишет Галлоуэй, «работать как простой насос – качать туда-сюда, и только»[152]. Уголь мог помочь ускоряющейся индустриализации Британии только при одном условии: кто-то должен был изобрести более совершенный двигатель.
Глава 4
Производить для всего мира
Джеймс Уатт, шотландец, родившийся близ Глазго в 1736 г., в двадцать лет научился изготавливать математические и мореходные приборы у лондонского мастера[153]. Дед Уатта преподавал математику и навигацию, его отец строил корабли и снабжал их всем необходимым, а кузен его матери состоял профессором латыни в Университете Глазго[154]. Год обучения тому, как делать «линейки, весы, квадранты и проч.» – все перечислялось в его письме, – обошелся его отцу в 20 гиней[155] (2900 фунтов, или 4200 долларов, в нынешних деньгах)[156]. Год в лондонской мастерской едва ли сошел бы за полноценный курс обучения, но Уатт с детства работал вместе с отцом и умел обращаться с инструментами. К концу своего ученичества он считал, что сумеет «заработать себе на хлеб в любом месте», ибо теперь может «работать не хуже, чем большинство мастеров, хоть и не так быстро, как многие из них»[157].
Первая возможность заработать себе на хлеб представилась Уатту в Глазго в октябре 1756 г., когда в университет[158] пришел с Ямайки груз астрономических приборов. Их завещал университету богатый выпускник, ямайский торговец, умерший годом раньше. Хотя приборы заржавели за время морского путешествия и требовали ремонта, королевский астроном заявил, что они достойны «обсерватории государя»[159]. В Глазго собирались построить новую обсерваторию. Уатт работал над этими приборами до начала зимы. В декабре он завершил работу и получил за свои труды 5 фунтов (700 фунтов, или 1000 долларов, в нынешних деньгах)[160]. Следующие полгода он провел дома в Гриноке, городке, стоявшем ниже по течению реки от Глазго, и скупал инструменты и товары, желая открыть свое дело по изготовлению, ремонту и продаже приборов. К июню 1757 г. он вернулся в Глазго и устроил свою мастерскую на территории университета. Лабораторные приборы и демонстрационные модели в XVIII в. не поставлялись со складов в готовом виде: их требовалось делать самим, а если ломались, приходилось чинить. Уатту разрешили обосноваться в университете и продавать свои товары в рамках более широкого сотрудничества: он получил должность «мастера математических приборов» и содержал в исправности университетские коллекции, за что ему и платили[161].
Джон Робисон, недавний выпускник, посетил мастерскую Уатта в университете и был поражен научными познаниями ее молодого владельца. «Сперва я наслаждался видом прекрасных точных механизмов, – рассказывал Робисон, – и смотрел во все глаза, а потом разговорился с мистером Уаттом. Я увидел ремесленника и не ожидал ничего большего – но, к удивлению своему, нашел в нем философа, такого же молодого, как я сам, и всегда готового просветить меня. Я самодовольно полагал себя весьма сведущим в своей научной области и был немало пристыжен, обнаружив, насколько сильно превосходит меня мистер Уатт». Тем не менее они стали друзьями. «Я проводил с ним много времени и, не сомневаюсь, часто поддразнивал его. Так началось наше знакомство»[162].
Из жителей Глазго с Уаттом сдружился не только Робисон. «Все юнцы наших окрестностей, обнаруживавшие сколько-нибудь заметную склонность к наукам, – говорит Робисон, – были знакомцами мистера Уатта, и все такого рода люди встречались в его мастерской. Каждый раз, когда кто-либо из нас сталкивался с какою-нибудь загадкой, мы шли к мистеру Уатту»[163]. То же, по-видимому, относилось и к университетским преподавателям. Робисон вспоминает, как пришел к Уатту и встретил в мастерской Джозефа Блэка, профессора Университета Глазго. «Доктор Блэк часто заходил к нему и, стоя спиною к нам, забавлялся с квадрантом Берда, тихо насвистывая себе под нос, что приводило меня в совершеннейший восторг»[164]. Квадрантом Берда назывался латунный астрономический прибор в форме четверти круга радиусом 2,5 м, установленный на стене; Джон Берд, лондонский производитель математических приборов, создал его исходный экземпляр для Королевской обсерватории в Гринвиче в 1753 г.
В 1756 г. Робисон получил в Глазго степень магистра гуманитарных наук, а затем попытал счастья в изобретательстве. Уатт с благодарностью отмечал, что именно Робисон обратил его внимание на паровую машину Ньюкомена, «с которой я тогда был совершенно не знаком, и предположил, что с ее помощью можно приводить в движение колесные экипажи, а удобнее всего для этого устанавливать цилиндр открытым концом книзу, дабы избавиться от необходимости применять балансир». Видимо, вместе с Робисоном Уатт и попытался устранить из верхней части машины Ньюкомена балансир, бывший размером с древесный ствол. По его воспоминаниям, они построили из жестяных пластин модель машины Ньюкомена с двумя перевернутыми цилиндрами, которые должны были поворачивать вал, вращающий колеса кареты. Модель строили наспех, работала она плохо, а у ее создателей не было ни времени ее усовершенствовать, ни, как говорит Уатт, «малейшего представления о принципах этой машины». В 1759 г., когда Робисон поступил на службу в Королевский флот на время Семилетней войны, в которой Пруссия и Британия противостояли Австрии, Франции и России, этот проект отложили.
Уатт остался жить в Университете Глазго, работая в своей мастерской и продолжая учиться и экспериментировать. В 1758 г. он не имел обширных знаний о паровых машинах, но вскоре ему пришлось их приобрести: в 1760 г. Джон Андерсон, недавно назначенный профессор натуральной философии, бывший на восемь лет старше Уатта, поручил ему обслуживание лабораторных приборов и моделей, которые собирался использовать для преподавания физики и химии[165]. Андерсон преподавал с большим энтузиазмом; студенты прозвали его «Веселый Джек Фосфор»[166]. В июне того же года он заплатил Уатту пять фунтов и пять шиллингов, вероятно в качестве аванса. За день до этого платежа был произведен другой, на сумму 2 фунта, в оплату доставки от лондонского приборостроителя Джонатана Сиссона модели машины Ньюкомена[167]. Уатт не только обслуживал приборы и модели Андерсона, но и работал его лаборантом – и, вероятно, запускал модель машины Ньюкомена для демонстрации на его лекциях.
Много лет спустя Уатт вспоминал, что «продолжал ставить некоторые отдельные опыты с паром до 1763 г.»[168]. В 1769 г. он говорил об этом иначе: он писал, что с 1761 по 1763 г. «провел ряд экспериментов по изучению силы пара в пароварке Папена»[169]. Хотя Уатт подробно описал лишь один из своих опытов, вполне ясно, что за время работы с Андерсоном он провел несколько экспериментов с паром.
В том опыте, который Уатт описал, речь шла о создании, по его словам, «своего рода паровой машины» при помощи пароварки Папена. Хотя сам Дени Папен в 1712 г. впал в безвестность, пароварка, изобретенная им в 1679 г., стала стандартным лабораторным прибором для экспериментов с паром под высоким давлением. В отличие от паяных и клепаных паровых котлов того времени, у пароварки были стенки, достаточно толстые, чтобы выдерживать давление, значительно превышающее атмосферное. В эксперименте Уатта пароварка играла роль парового котла для создания и удержания пара под высоким давлением. Цилиндром служил присоединенный к ней металлический шприц размером с карандаш; внутри его находился поршень, а между шприцем и пароваркой установили краны, позволявшие подавать пар и прекращать его подачу. Впрыскивая в этот цилиндр пар высокого давления, Уатт сумел поднять стопку металлических грузов массой чуть менее семи килограммов[170]. После открывался один из кранов, пар выходил в воздух, а цилиндр возвращался в исходное состояние, снова опуская грузы. «Легко было увидеть, как [управление кранами] может осуществлять сама машина, – пишет Уатт, – чтобы… обеспечить ее работу с идеальным постоянством». По его словам, он отказался строить полномасштабную машину на основе этой модели, понимая, что она встретит те же возражения, какие встретила машина Севери: «Возникала опасность, что взорвется котел, были трудности с герметизацией соединений, а также терялась большая часть силы пара», потому что поршень, возвращаясь в исходное положение, должен был преодолевать противодействие атмосферного давления[171].
Робисон пытался изобрести дорожную повозку на паровой тяге, и это вдохновило Уатта на исследование возможностей пара. Он почти сразу же начал создавать модели паровой машины, работающей при высоком давлении, и не стал обращаться к конструкциям, в которых пар служил лишь косвенно, иными словами, сгущался и тем самым создавал вакуум, как это происходило в машине Ньюкомена. В расчете на единицу объема пар высокого давления переносит больше энергии, чем пар при атмосферном давлении, а значит, машину высокого давления можно сделать компактнее – причем настолько, что ее получится установить на колеса. Хотя Уатт так и не построил полномасштабную машину, несколько десятилетий спустя он описал свой «род паровой машины» в двух патентных заявках, одна из которых касалась «способа ее применения к приведению в движение колесных экипажей»[172]. Повседневные деловые заботы заставили его отложить эти ранние попытки изобретательства, но к 1763 г. Джеймс Уатт изучил паровые машины своего времени в достаточной мере, чтобы кое-что понимать в их работе[173].
Зимой того же года Андерсон поручил Уатту отремонтировать модель паровой машины Ньюкомена, которую университет приобрел у Сиссона в 1760 г. Она никогда толком не работала и уже после нескольких рабочих циклов начинала хрипеть и останавливалась. Сперва Уатт, по его словам, решил исправить «чрезвычайно дурную конструкцию некоторых ее частей». Покончив с этим, он отрегулировал машину так, чтобы уменьшить количество холодной воды, подаваемой в ее цилиндр, и, добившись устойчивой работы машины, стал изучать ее действие. Уатта поразило, сколь «безмерно много» топлива та потребляла, несмотря на свои скромные размеры: ее латунный цилиндр имел в диаметре всего около 5 см, но был снабжен толстыми стенками[174]. Уатт заключил, что цилиндр излучал вовне слишком много тепла, что вело к переохлаждению системы и потерям энергии.
К тому времени Джон Робисон вернулся в Глазго со службы на флоте, и друзья возобновили работу с того, на чем остановились[175]. Как вспоминает Уатт, они, обсуждая недостатки модели Ньюкомена, пришли к такому выводу: будь цилиндр не из металла, а из дерева, устройство теряло бы гораздо меньше тепла. К этому моменту Уатт, по его словам, решил «усовершенствовать машину» – и не только модель Андерсона, но, по итогам трех лет исследований и экспериментов, и саму машину Ньюкомена. Чрезвычайно малопроизводительная, она открывала широкие возможности для усовершенствования. «Я всегда считал, что такую машину можно применить к другим задачам, не менее полезным, чем подъем воды», – отмечал Уатт в своих записных книжках[176]. Робисон предложил одну из таких задач – транспорт. Многочисленные сталелитейные заводы и суконные фабрики Британии, зависевшие от ненадежных водных источников, тоже могли многое получить от паровой тяги.
В 1763 г. Уатт переехал с территории университета в сам город Глазго и открыл большой магазин и мастерскую на улице Тронгейт, рядом с соляным рынком, в нескольких кварталах к северу от реки Клайд и к западу от парка Глазго-Грин[177]. Он уже обзавелся деловыми партнерами: в их числе были и Джеймс Уатт – старший, его отец, и Джозеф Блэк, друг и коллега. Их предприятие уже не вмещалось в комнаты, которые выделил Уатту университет. К 1764 г. у них работали шестнадцать, а то и больше мастеров и клерков, а область их деятельности расширилась: теперь они занимались и розничной торговлей, продавая самые разные товары, от телескопов до музыкальных инструментов и игрушек. Валовой объем продаж за тот год составил около 600 фунтов (70000 фунтов, или 100000 долларов, в нынешних деньгах)[178]. Другой причиной переезда была потребность в жилье, подходящем для семейной жизни. Незадолго до этого Уатт обручился с Маргарет (Пегги) Миллер, своей кузиной по материнской линии, которую знал с детства. Пожениться им предстояло в июле[179].
