1. Паровой и пороховой цилиндры

Папен

Однажды на пышном вечере у французского короля Людовика XIV знаменитому физику и астроному Христиану Гюйгенсу представили молодого врача, уроженца города Блуа. Гюйгенс не имел никакого отношения к медицине, но из уважения к покровителям юноши вступил в любезный разговор с новым знакомым.

Тогда было в моде интересоваться вопросами естествознания. Среди музыки и танцев люди в париках, откинув фалды шелковых камзолов, нередко усаживались в кресла, чтобы поговорить об устройстве Вселенной. Играя пальцами, унизанными сверкающими перстнями, придворные, министры и сам король рассуждали о кольцах Сатурна, о часах с маятником, о весомости воздуха, о расширении тел от теплоты и о многих других открытиях новой физики. Разговоры о науке считались признаком хорошего тона, как золоченые пряжки на сафьяновых туфлях.

В погоне за модой короли и правительства, чтобы похвастаться друг перед другом, но скупились тратить деньги на украшение своих столиц научными учреждениями. Истинные ученые, нуждавшиеся в материальных средствах для производства опытов, были благодарны такому увлечению «естествознанием».

Следуя примеру Лондонского Королевского общества, Франция открыла з Париже Академию наук. В Германии организовалась академия естествоиспытателей, строились университеты. Почти каждая страна хлопотала о своей собственной академии. В истории науки в деле развития подлинно научных знаний о природе все эти академии сыграли свою роль.

Ученых было мало, а спрос на них был так велик, что часто их приходилось выписывать из-за границы. Богатые и сильные правительства сманивали в свои академии знаменитых людей из соседних стран.

Таким именно образом попал во Францию голландец Христиан Гюйгенс. Он прибыл в Парижскую академию по приглашению французского правительства. На родине, занимаясь оптикой, Гюйгенс построил отличную астрономическую трубу и в нее наблюдал загадочный Сатурн. Ему-то и удалось открыть спутники Сатурна и обнаружить, что кольца Сатурна отделены от планеты. Гюйгенс также построил первые часы с маятником, поразившие воображение современников.

Любезная улыбка вельможи, с какой Гюйгенс задал первый вопрос представленному ему молодому человеку, быстро сошла с его губ. Он искренне заинтересовался юношей. Провинциальный врач оказался человеком с острым умом и большими познаниями. И, когда он намекнул на то, что больше всего на свете желал бы учиться и работать в лаборатории у Гюйгенса, ученый предложил ему место своего помощника.

Этот врач был Дени Папен.

О детстве и юности Папена сохранилось мало сведений. Он родился в Блуа, старинном французском городе, 22 августа 1647 года, в семье известного врача и получил хорошее медицинское образование в Анжерском университете. Однако он решил заниматься не врачебной практикой, как требовал его отец, а физикой и математикой, как хотел он сам. У такого наставника, как Гюйгенс, своевольный, но настойчивый, решительный и очень прилежный юноша быстро переквалифицировался и стал работать в области прикладной механики.

Наиболее интересным и важным научным достижением тогдашней науки Папену показалось открытие атмосферного давления, сделанное итальянским ученым Эванджелиста Торричелли. Произошло это так.

Торричелли пригласили во Флоренцию обследовать поставленный там новый водяной насос. Насос этот был построен очень тщательно, но отказывался поднимать воду выше нескольких метров, и никто не мог понять, почему это происходило.

Самое старинное описание водяного насоса найдено у греческого ученого Филона Византийского, жившего более двух тысяч лет назад. Но и у него описан не первый, а значительно усовершенствованный насос двойного действия: он не только засасывает воду, но и нагнетает ее в особую дополнительную трубу, через которую вода из речки или колодца подается довольно высоко наверх.

В таком насосе при движении поршня вверх вода засасывается через клапан на дне цилиндра. Этот клапан прикрывает донное отверстие и откидывается вверх сам собой под действием поступающей в цилиндр воды. Клапан, соединяющий цилиндр с водоподъемной трубой, при этом закрыт, так как вода из трубы во время подъема поршня сама стремится войти в цилиндр и своей тяжестью закрывает боковой клапан. Наоборот, при обратном движении поршня нижний клапан в цилиндре закрывается давлением воды, а давление поршня на воду открывает боковой клапан, отчего вода из цилиндра врывается в водоподъемную трубу и идет по ней вверх до конца.

И до Филона Византийского и после него в течение полутора тысяч лет люди качали такими насосами воду из рек и колодцев, но все-таки не знали, какая именно сила заставляет воду подниматься вслед за поршнем. Древние философы объясняли это загадочное явление тем, что «природа не терпит пустоты» и потому загоняет воду в пустую трубу, если не в состоянии загнать туда воздух.

Даже учитель Торричелли, великий Галилей, знавший, что воздух имеет вес, не видел связи между весомостью воздуха и поднятием воды в трубе насоса.

Насос во Флоренции заставил всех обратить внимание на странное явление: на некоторой высоте вода в его трубе останавливалась и не шла дальше за поршнем, так что, вопреки утверждениям философов, природа мирилась с пустотой между уровнем воды и поршнем.

Торричелли был умный, образованный человек, и, главное, он не верил, что природа имеет разум и волю. Он стал искать истинную причину загадочного явления и довольно скоро понял, что воду в трубу насоса гонит давление воздуха, который своим весом давит на поверхность воды в реке или колодце. Раз в трубе насоса при поднятии поршня образуется безвоздушное пространство, то естественно, что под давлением атмосферы на остальную поверхность воды часть воды устремляется в трубу и поднимается в ней.

Старинный водяной насос.

Так Торричелли, опираясь на учение Галилея о весомости воздуха, открыл существование атмосферного давления.

Когда Торричелли понял, почему вода из колодца бежит в трубу насоса вслед за поршнем, он легко рассчитал, до какого предела сможет дойти вода в трубе. Ясно было, что даже в самом лучшем насосе она сможет подниматься только до тех пор, пока засосанная в трубу вода не уравновесит давление атмосферы.

Так как давление атмосферы повсюду почти неизменно, а вес воздуха и вес воды были известны, то Торричелли без труда решил задачу: ни один насос, состоящий из цилиндра с поршнем, не может поднимать воду выше десяти метров. Десятиметровый столб воды в трубе всасывающего насоса уравновешивает давление атмосферы на площадь, равную сечению трубы насоса, вследствие чего вода и останавливается на этой высоте. Значит, чтобы поднять воду на высоту в несколько десятков метров, следовало ставить один насос над другим так, чтобы воду, сливаемую нижним насосом в резервуар, выкачивал в свою очередь следующий, верхний насос, и так дальше, цепью, до конца.

Опыт давно уже научил людей поступать именно таким образом, когда приходилось откачивать воду с большой глубины. С незапамятных времен существовали и нагнетательные насосы с самодействующими клапанами.

Водяной насос многому научил людей за две тысячи лет своего существования и, как мы увидим дальше, претерпел на своем веку немало удивительных, чудесных превращений.

Вес воздуха ничтожен по сравнению с весом воды или железа, но все же каждый литр его весит более одного грамма. А так как высота воздушного слоя очень значительна, то оказывается, что давление, производимое атмосферой у поверхности земли на маленькую площадь в один квадратный сантиметр, превышает уже килограмм.

В обычных условиях мы, конечно, не замечаем, какая огромная тяжесть давит на нас, раз давление это равномерно распределено повсюду. Однако стоит только нарушить это равновесие, например путем удаления воздуха из трубы, как тотчас же атмосферное давление скажется самым резким образом. Даже сравнительно незначительное снижение атмосферного давления мы уже чувствуем на себе, поднявшись на высокую гору, когда организм наш должен приспособляться к уменьшенному давлению воздуха. Летчики, поднимающиеся очень высоко, это знают особенно хорошо.

Хотя действительный вес столба воздуха сечением в один квадратный сантиметр и несколько больше килограмма, в технике для упрощения расчетов давлением одной атмосферы принято считать давление, равное одному килограмму на квадратный сантиметр поверхности.

Почти одновременно с Торричелли вопросом, что такое пустота и почему ее не терпит природа, интересовался еще один замечательный ученый — Отто фон Герике, бургомистр города Магдебурга. Он занимался больше научными опытами, чем коммунальными делами, и опыты в науке ставил на первое место.

«Словоизвержение и красивые фразы, так же как и умение вести споры, ровно ничего не стоят в естествознании!» — говорил он.

Герике не стал спорить с философами, а взялся за опыты. Ничего не зная об открытии Торричелли, он пришел к тем же выводам, что и итальянский ученый, но начал с другого конца. Он поставил себе целью прежде всего получить совершенную пустоту, а потом уже посмотреть, что из этого выйдет.

Чтобы получить пустоту (вакуум) в каком-нибудь сосуде (например, в бочке), Герике решил выкачивать из него воду, не впуская в сосуд воздух. Сделать это было очень трудно, и опыт не удался, но он привел Герике к мысли, что при помощи особенного насоса, состоящего из той же технической формы — цилиндра и поршня, можно выкачивать не только воду, но и воздух. Такой воздушный насос Герике и сделал. При помощи его он откачал воздух из медного шара, а затем этот «пустой», по его мнению, шар опустил в воду и открыл кран. Вода ворвалась в шар, но, к удивлению Герике, все-таки заполнила его не весь. Некоторая часть в шаре — правда, незначительная, величиной с грецкий орех — осталась незаполненной. Очевидно, это пространство занимал остаток воздуха.

Герике сделал правильное заключение из своего опыта: совершенной пустоты, действительно безвоздушного пространства, добиться практически невозможно. Поэтому, хотя в технике и говорят часто о безвоздушном пространстве, о вакууме, в действительности речь идет только о сильно разреженном воздухе, а не о полном его удалении, не об абсолютной пустоте.

Как видите, все это, по справедливости, могло заинтересовать не только молодого Папена, но и его учителя. Они вооружились воздушным насосом и стали в свою очередь производить различные опыты с безвоздушным пространством. Совместно с Гюйгенсом Папен внес очень важное усовершенствование в воздушный насос — тарелку с колпаком. Воздух они стали выкачивать не из шара с узким горлышком, а из-под стеклянного колпака на тарелке, куда можно было помещать с удобством все, что хотели подвергнуть опыту в безвоздушном пространстве.

Однажды, работая с воздушным насосом, Папен заметил то, что раньше его видел и Герике, а именно: когда под поршнем образовывалось разреженное пространство, наружное давление атмосферы гнало поршень обратно с большой силой. Это наблюдение показало Папену, что атмосферное давление может совершать работу, если придумать соответствующую конструкцию машины.

Папен и его учитель Гюйгенс.

Папен под руководством своего учителя произвел с воздушным насосом массу опытов. Он опубликовал результаты их в своей первой книге: «Новый опыт над безвоздушным пространством». Труд свой Папен посвятил Гюйгенсу и в посвящении написал:

«Опыты эти принадлежат вам, так как почти все они были произведены мной по вашей мысли и по вашим указаниям. Но так как мне известно, что они служили для вас простым развлечением и что вы едва ли захотели бы вверить их бумаге, а тем более публиковать, то я не боюсь навлечь на себя ваше неудовольствие, приняв на себя их описание».

Книга Папена содержала много интересных научных новостей и поэтому имела успех. На автора книги обратили внимание академия, ученые, придворная знать. Папен не скрыл от своих читателей и сделанного им важного наблюдения, хотя о своей идее построить атмосферную машину умолчал.

Но Гюйгенс знал о ней и даже помогал Папеиу в поисках средства получать под поршнем вакуум. Ведь, в сущности говоря, в этом и заключалась главная задача: если под поршнем в цилиндре будет быстро образовываться вакуум, то, естественно, атмосферное давление заставит поршень опускаться и при этом совершать какую-нибудь работу, например поднимать тяжесть на веревке, перекинутой через блок.

Гюйгенс посоветовал своему ученику попытать счастья с газами, образующимися от сгорания пороха. Горячие газы занимают большое пространство, а охлаждаясь, значительно уменьшаются в объеме. Гюйгенс считал, что таким образом можно получить вакуум, хотя бы и не очень глубокий.

Папен принял совет учителя и построил для своих опытов пороховую машину, состоявшую из железного цилиндра и поршня. Папен рассчитал, что если он зажжет под опущенным к дну поршнем щепотку пороха, то поршень отскочит вверх, а пространство под ним займут горячие газы. Когда они остынут и уменьшатся в объеме, в цилиндре получится разреженное пространство, некоторый вакуум, и атмосферное давление заставит поршень с силой опуститься.

Все это Папен рассчитал правильно и хорошо, но на первом же опыте при взрыве пороха поршень вовсе вылетел из цилиндра, несмотря на задвижку, которая должна была удержать его.

Такого человека, как Папен, подобная неудача не могла остановить, но он отложил опыты, и на очень долгое время. Ему и Гюйгенсу пришлось неожиданно покинуть Францию.

Религиозные верования Папена и Гюйгенса отличались от религиозных убеждений короля и большей части дворянства, а французское правительство готовило в это время очень суровый закон, преследовавший противников государственной религии. Из Франции пришлось бежать многим протестантам, в том числе и Гюйгенсу со своим учеником.

Гюйгенс возвратился на родину, а Папен отправился в Англию, где у самого короля имелась химическая лаборатория. Папен надеялся, что не останется там без дела.

В Англии французский изгнанник прежде всего обратился к одному из основателей Королевского общества, Роберту Бойлю.

Жизнь Бойля проходила в научных занятиях. В его имении, в Солбридже, где он жил, находились и лаборатории, открытые для всех научных деятелей. Бойль не отличался хорошим здоровьем и почти никуда не выезжал из своего поместья, да, пожалуй, и не выходил из своих лабораторий. Но Папена он знал, так как сам много занимался опытами с безвоздушным пространством, о которых, как и Папен, написал книгу. Узнав о горестном положении французского изгнанника, Бойль предложил ему место своего помощника.

В продолжение трех лет Бойль и Папен работали вместе. Они занимались главным образом изучением свойств водяного пара. В результате этих занятий Папен устроил своеобразный паровой котел, названный им разваривателем. Теперь его называют «папенов котел». Это толстостенный железный сосуд с плотно привинчивающейся крышкой. Образующийся при кипячении воды пар не может выходить из такого котла наружу, благодаря чему в котле получается очень сильное давление пара, а температура значительно превышает обычную темпера-туру кипящей воды.

Температуру в котле Папен измерял временем, в течение которого испарялась капля воды, помещенная в специальном углублении на крышке котла. Соответственно со скоростью ее испарения он определял силу давления пара в котле. В своих сочинениях Папен указывает, что если, например, капля высыхает за восемь секунд, то это значит, что давление в котле достигает десяти атмосфер.

Такое высокое давление могло разорвать котел, но Папен придумал предохранительное приспособление. Он сделал в крышке котла отверстие, закрывающееся металлической пробкой. Чтобы пар не выбивал пробку, ее прижимал рычаг с грузом на конце. Если давление пара в котле увеличивалось, угрожая взрывом, пробка поднималась под напором изнутри, и пар выходил наружу. Чем выше требовалось давление, тем ближе к свободному концу рычага сдвигался груз.

Этот предохранительный клапан Папена — самое остроумное устройство в его котле. И до настоящего времени такой клапан имеется на каждом паровом котле, хотя и изобретен более двухсот пятидесяти лет назад.

В папеновом котле, где вода нагревается до очень высокой температуры, мясо отстает от костей, а кости развариваются в студень. Сейчас такие котлы и применяются для варки костей.

Папен, показывая свой развариватель членам Королевского общества, угостил их ужином, для которого все блюда приготовил в разваривателе, на глазах у ученых.

Что это было за угощение, можно судить по описанию одного из таких кушаний в книге Папена: «Новый котел для разваривания костей», изданной в 1681 году. Это второй ученый труд Папена.

«Я брал бычьи сырые кости, — пишет он, — и высушивал их долгое время, выбирая из самой твердой части ноги. Положив их в небольшой стеклянный сосуд с водой, я помещал все это в свою машину и доводил огонь до десяти давлений, после чего в сосуде оказывался превосходный студень, без вкуса и цвета. Сдобрив его сахаром и лимонным соком, я ел его с превеликим удовольствием и находил полезным для здоровья».

Это изобретение дало возможность Папену стать членом Королевского общества и приобрести уважение англичан. Но французский изгнанник был вспыльчив, высокомерен и не умел ладить с английскими джентльменами. Из всех сделанных им в это время знакомств осталась прочной только дружба с Лейбницем, немецким философом и ученым, навестившим Бойля во время поездки по Англии. Лейбниц оценил молодого помощника Бойля, а Папен, несмотря на то что Лейбниц был всего на год старше его, отнесся к нему, как к учителю, и в таких отношениях они остались на всю жизнь. Переписка их не прекращалась, и из этой переписки можно видеть, как в затруднительных случаях Папен нередко обращался к своему немецкому другу за помощью и советом и как много идей подсказал ему Лейбниц.

Как только Папен приобрел некоторую известность благодаря своим научным трудам, опытам и изобретениям, он стал получать приглашения от иностранных академий. В Лондоне материальное положение Папена было не так уж хорошо, и он принял приглашение Венецианской академии наук.

Живой, непоседливый, жаждавший новизны и деятельности. молодой академик недолго прожил в Венеции. Одним почетом питаться было невозможно. Маленькое государство бедствовало, лаборатории академии были обставлены плохо, оценить труды Папена никто здесь не мог. Через три года оп вернулся в Англию.

Надо сказать, что, как всякая мода, общее увлечение естествознанием уже проходило. Ученым, не владевшим родовыми поместьями, жилось все хуже и хуже. Лорды и графы, имевшие огромные состояния, конечно, могли беззаботно продолжать научные опыты в собственных замках, но Папену, о котором в Англии уже успели позабыть, пришлось прежде всего позаботиться о том, где, как и на что жить.

Подобно своим великим современникам Декарту, Ньютону, Лейбницу, Гюйгенсу, Папен оставался холостяком. Считалось, что научные занятия нельзя совместить с семейной жизнью, с заботами о жене, о детях, о куске хлеба. Однако на ничтожное жалованье, назначенное Папену Королевским обществом за демонстрацию опытов на заседаниях, оказалось трудно жить в Лондоне и одинокому человеку. Нужда не менее, чем деятельная натура, подгоняла Папена, и он с излишней поспешностью представил Королевскому обществу какую-то вновь изобретенную машину.

Демонстрация машины окончилась полнейшей неудачей. Папена высмеяли. Насколько он заслужил это, теперь трудно сказать, так как Папен машину уничтожил, а сведений о ней не сохранилось.

Пораженный своими неудачами в Лондоне, он отправился в Германию и тут, по рекомендации Лейбница, занял кафедру математики в Марбургском университете.

В Марбурге на первых порах, пока еще он из-за своей вспыльчивости, резкости и высокомерия в спорах с людьми, осмелившимися ему возражать, не нажил себе врагов, Папен мог работать довольно спокойно. А так как все мысли его в это время сосредоточивались главным образом на оставленных парижских опытах с пороховой машиной, то он и принялся снова за осуществление своей старой идеи.

Надо заметить, что опыты Папена не преследовали никаких практических целей. Ученый лишь хотел доказать всему миру, как он прав, утверждая, что при помощи атмосферного давления можно заставить поршень совершать полезную работу в цилиндре. То было время экспериментальной физики, когда ученые изучали природу и ее законы, производя всевозможные опыты. Прежние наивные религиозные верования сменялись научным знанием законов физики, а знания давались опытом и размышлениями.

Да и откуда, каким образом могла прийти Папену мысль о практическом назначении задуманной им машины?

Жизнь шла неторопливо, потребности у людей того времени ограничивались самым необходимым. Земледельцы зимой становились ремесленниками, а ремесленники не бросали земли. Городское население было малочисленно. Фабрик и заводов не существовало. Прядильщики, ткачи, кузнецы, кожевники, гончары, сапожники, мастера всякого рода работали дома, обходясь силой своих рук. Тяжелый мельничный жернов вращали ветряные крылья н водяные колеса. Для других тяжелых работ, например у доменных печей для приведения в действие мехов, подающих воздух в домну, также использовали силу падающей воды.

О каких бы то ни было новых источниках движущей силы никто пока и не думал.

Возвратившись к идее пороховой машины, Папен построил цилиндр с клапаном, через который мог бы выходить избыток газов. Клапан помог делу, и вот, к удовольствию упрямого конструктора, пороховая машина начала работать.

Но что это была за машина! Она состояла из железного цилиндра с отвинчивающимся дном и дырочкой в стенке для фитиля. В цилиндре свободно двигался поршень со штоком. Чтобы привести машину в действие, Папен насыпал на дно цилиндра горсточку пороха, опускал на него поршень, а затем фитилем, выведенным наружу, поджигал порох.

От сгорания пороха образовывались горячие газы, как в пушке, и они подбрасывали поршень вверх; тут поршень удерживала задвижка. Через некоторое время газы, наполнявшие цилиндр, вследствие охлаждения значительно уменьшались в объеме, давление их падало намного ниже атмосферного, и тогда Папен убирал задвижку. Под действием атмосферного давления и собственного веса поршень опускался вниз и при этом поднимал некоторый груз, висевший на веревке, перекинутой через блоки и привязанной другим концом к штоку поршня.

Хотя Папен и убедился в своей правоте, но без особенной радости. Зарядка цилиндра была чрезвычайно сложной; разрежение газа под поршнем получалось незначительное, и машина поднимала совсем не такой большой груз, как рассчитывал изобретатель.

Он не решился демонстрировать ученым собратьям свою «машину для нового применения пороха», как он ее назвал. От старой пушки она отличалась только тем, что круглое ядро заменялось плоским поршнем и поршень не вылетал вовсе из цилиндра, как ядро, а возвращался обратно под влиянием атмосферного давления и собственной тяжести.

Однако сообщение о машине Папен все-таки сделал. В «Лейпцигских ученых трудах» за 1688 год он напечатал отчет, где честно указал, что, «несмотря на все принятые меры предосторожности, в цилиндре оставалось еще не менее пятой части воздуха, и, вместо того чтобы поднимать груз в триста фунтов, можно было поднять только сто пятьдесят».

В те времена еще не знали о существовании различных газов, и поэтому Папен называл воздухом продукты сгорания.

«Но, может быть, возможно найти какой-нибудь другой, более совершенный способ производить под поршнем пустоту?» — думал Папен.

В поисках этого способа, как видно из переписки Папена с Лейбницем, марбургский профессор произвел немало опытов и провел, размышляя, не одну бессонную ночь. В конце концов, перебирая в уме все известные виды «воздуха», Папен вспомнил о водяном паре, который тогда также называли воздухом.

Это была гениальная находка!

Водяной пар, как установили ученые незадолго до того, превращаясь в воду, или, как говорят, конденсируясь, уменьшается в объеме почти в две тысячи раз. Если через сосуд с отверстием пропускать некоторое время водяной пар, то пар вытеснит оттуда воздух и сам займет его место. Закрыв отверстие такого наполненного паром сосуда и облив его стенки холодной водой, легко добиться внутри его быстрой конденсации пара, а значит, получить ту «пустоту», тот вакуум, который так долго не давался Папену.

Теперь, когда новый способ производить «совершенную пустоту» был найден, оставалось только построить машину, чтобы заставить атмосферное давление производить работу. Папену не пришлось долго думать о технической форме для машины: цилиндр и поршень вполне годились для нее.

Вместо пороха Папен налил на дно цилиндра немного воды и опустил поршень до ее поверхности. Затем при помощи жаровни с углями он нагрел дно цилиндра. Вода обратилась в пар, и давление этого пара оказалось достаточным, чтобы поднять поршень до крайнего верхнего положения. В этом положении его удерживала задвижка. Убрав жаровню, Папен охладил цилиндр, облив его водой. Как только пар осел на стенках цилиндра капельками воды и под поршнем образовался вакуум, изобретатель отодвинул задвижку: поршень под влиянием атмосферного давления опустился вниз, поднимая груз, подвешенный к веревке, как и в опыте с пороховым цилиндром.

Папен достиг своей цели. Цилиндр и поршень при помощи воды, огня и атмосферного давления стали производить работу. Пусть эта грубая, хлопотливая, громоздкая машина еще ни на что не годилась, кроме как поднимать гирю на веревке через блоки, но она указывала путь к созданию будущих машин, могущих заменить силу человека.

Папен это понимал.

Описывая свой паровой цилиндр в тех же «Ученых трудах» за 1690 год, Папен указывал: «Отсюда видно, какие большие движущие силы могут быть получены при помощи такого чрезвычайно простого прибора, и притом с очень небольшими расходами. Топку можно сделать из тонкого железа так, чтобы ее легко можно было передвигать от одного цилиндра к другому и один и тот же огонь мог бы непрерывно самым действительным образом подготовлять пустоту по очереди в каждом цилиндре».

Вода обратилась в пар, и давление этого пара оказалось достаточным, чтобы поднять поршень до крайнего верхнего положения.

Но, наученный горьким опытом своих прежних изобретений, Папен понимал и то, как далеко самым ясным идеям до осуществления и практического применения. Поэтому, предвидя вопросы, он добавлял с горечью и раздражением:

«Каким образом сила эта может быть применена к подъему воды или руды из шахт, или для стрельбы чугунными ядрами, или для передвижения судов против ветра и для множества подобных целей, — об этом было бы дико сейчас говорить. Сообразно с каждым случаем надо строить машину так, чтобы она наиболее подходила для достижения цели».

«Главная трудность, — указывал автор, — состоите том, чтобы найти такой завод, который мог бы сделать большие цилиндры».

Хотя Папен и принадлежал к разряду ученых, занимавшихся опытами, не преследовавшими никаких практических целей, все же он, как можно видеть из его статьи, уже понимал, что построенная им в лаборатории машина может пригодиться для нужд промышленности и хозяйства. Не случайно поэтому на первое место он поставил «подъем воды».

Дело в том, что хозяйство того времени вполне удовлетворялось ветряными и водяными двигателями, а также силой животных. Однако некоторые отрасли его уже испытывали потребность в ином типе двигателя, так как не могли пользоваться ни водой, ни ветром. Новый двигатель нужен был прежде всего и больше всего насосам, откачивавшим воду из шахт и рудников.

Горная промышленность в это время шла впереди других областей хозяйства благодаря большой потребности в каменном угле, в металле. В таких странах, как Англия, Франция, Германия, истребление лесов достигло угрожающих размеров. В Англии королевским указом, например, было запрещено употреблять древесный уголь при плавке руд. Приходилось поэтому увеличивать добычу каменного угля, углублять рудники. Истинным бичом горного дела являлись подземные воды в шахтах. На откачку затопленных шахт и рудников не хватало рабочих рук.

Истинным бичом горного дела являлись подземные воды в шахтах.

Люди, стоявшие ближе Папена к делам промышленного хозяйства, заинтересовались даже несовершенной машиной марбургского профессора, рассчитывая поставить ее к насосу. Карл, ландграф Гессенский, управлявший Марбургом, вызвал к себе Папена и поручил ему взяться за постройку водоотливной машины. Папен согласился на это и кое-что сделал. По крайней мере, в Касселе, куда он перешел по приглашению Карла, в музее до сих пор сохраняется цилиндр водоотливной машины Папена. Но почему дело не пошло дальше, неизвестно. Вероятно, Папен просто разочаровался в практической возможности применить свою машину для работы у насоса.

В самом деле, паровой цилиндр Папена имел недостаток, отбивавший всякую охоту им заниматься: наливание воды, кипячение ее в цилиндре, охлаждение цилиндра и снова кипячение и охлаждение — все это требовало времени и возни. Такая машина могла измучить людей, а толку от нее получалось немного.

Тут же рядом с хлопотливой машиной в лаборатории Папена стоял его знаменитый развариватель, представлявший собой отличный паровой котел. Ничего, казалось бы. не стоило соединить их паропроводящей трубкой и подавать в цилиндр машины готовый пар, а не кипятить воду в цилиндре. Простая эта мысль, которая пришла бы в голову при подобных обстоятельствах любому нашему юному технику, не появилась у Папена.

Это, конечно, не значит, что любой техник талантливее и умнее великого французского ученого. Примерами конструкторской «несообразительности» пестрит история техники. От нее не свободны даже гении. Секрет в том, что преодолеть обычный ход мысли, поступить по-новому, так, как никто еще никогда не поступал, очень трудно и удается не всегда даже гениальным людям. Гораздо проще следовать примеру других, делать так, как обычно в таких случаях делают все.

Причина нашей недогадливости — в привычном взгляде на вещи, в привычном отношении к ним, в невозможности преодолеть обычный ход мысли при решении совсем новых и неожиданных задач. Если бы Папен тут же после постройки своего прекрасного парового котла перешел к опытам с паровым цилиндром, он, может быть, и догадался бы при помощи паропровода и крана в нем подавать готовый пар из котла. Но между постройкой той и другой машины стояла пороховая машина, и в пороховом цилиндре порох приходилось сжигать в самом цилиндре.

Привычка мыслить в одном направлении направила изобретателя после работы с пороховой машиной на тот же путь и при постановке опытов с паровым цилиндром.

К тому же Папен применял свой паровой котел только для разваривания костей. Благодаря такому его, можно сказать, кухонному назначению самая мысль применить развариватель для новой цели вряд ли могла прийти в голову.

В обычных условиях жизни, когда мы делаем нехитрое, обычное дело, привычка облегчает нам труд, подсказывая готовые решения старых, известных задач. В творческом деле, наоборот, нужно бороться с готовыми ответами, негодными для новой задачи. На такую борьбу с привычным ходом мысли творческий человек иногда тратит более всего душевных сил и нервного труда.

Папен не решил предложенной ему задачи привести в движение простой насос при помощи паровой машины. Не одолев этой трудности, Папен в то же время легко разрешил другую задачу, подсказанную ему привычным мышлением. Это «паровая баллиста» Папена, пушка, которая, по его словам, «скоро заставит Францию установить продолжительный мир». Об этом своем изобретении Папен писал Лейбницу в 1702 году.

Идея применить силу пара для «стрельбы чугунными ядрами» в те времена не заключала в себе ничего нового, неожиданного. Еще Леонардо да Винчи, художник, архитектор, философ и инженер, рассказывал своим читателям о такой пушке. Изобретение ее он приписывал величайшему ученому древней Греции Архимеду.

«Архитронито, — пишет Леонардо да Винчи, — есть машина из тонкой меди, изобретение Архимеда, и бросает ядра из железа с большим шумом и большой силой. Ее употребляют следующим образом: третья часть инструмента находится внутри большой массы горящего угля, и, когда она им хорошо нагреется, завинчивают винт, который находится под резервуаром с водой. Когда винт ввинчен вниз, он открывает проход, и, после того как вода вытекла, она течет в нагретую часть инструмента и внезапно превращается в пар, так что, по-видимому, происходит чудо, такая видна сила и слышен шум. Она бросает ядра, весящие один талант, на шесть стадий расстояния».

До изобретения пороха паровая пушка могла казаться чудом и занимать умы изобретателей, но во времена Папена вряд ли она способна была соперничать с обыкновенной пороховой пушкой.

Перебирая в уме прежние попытки людей воспользоваться для той или иной цели силой пара, Папен вспомнил о пушке, но привычный ход мыслей подсказал ему ответ, очень далекий от данной ему задачи.

Совершенно иное направление приняли мысли в творческом воображении Папена после того, как он получил письмо Лейбница, в котором тот сообщал ему о недавно изобретенном в Англии капитаном Севери паровом насосе и приложил чертеж новой машины.

Папен прочитал письмо, взглянул на чертеж и понял, через какой невысокий порог он не мог до сих пор перешагнуть.

 

2. Отдельный паровой котел

Севери

Капитан Томас Севери (капитанами в Англии называли в те времена командиров производства, инженеров, техников и мастеров) не занимался научными опытами, как Папен. Он был не то владельцем копей, не то горным чиновником в Корнуэльсе и в то же время изготовлял разные механизмы: умел делать часы и полировал зеркала машиной собственного изобретения.

Севери жил с 1650 года по 1715 год, и это почти все, что известно из его биографии. Если бы современники знали или предполагали, какое значение будет иметь в истории техники изобретенный им паровой насос, они, наверное, сохранили бы сведения о жизни Севери. Но современникам трудно судить о значении того или иного изобретения для будущего развития техники, и чаще всего замечательные люди получают правильную оценку только спустя долгое время после смерти, когда уже нельзя восстановить историю их жизни и творческой работы. Так случилось и с капитаном Севери.

Несомненно, что Севери, живя в Корнуэльсе, где сосредоточивалась тогда горная промышленность, видел, с какими трудностями сталкивается разработка медных рудников. Галереи их затоплялись подпочвенными водами, а дальше известной глубины откачивать воду становилось почти невозможным. Поставленные друг над другом насосы требовали такой массы рабочих рук и работали так малопроизводительно, что откачка воды обходилась дороже новой шахты.

Вот для замены этих примитивных насосов Севери и предложил оригинальный прибор, который часто, но совершенно неправильно называют паровой машиной и даже паровым двигателем.

Севери был вообще изобретательный и разносторонне образованный человек. Его первым изобретением надо считать лодку с гребным приспособлением. Об этой работе Севери сохранился один интересный рассказ, впрочем ничего не говорящий о конструкции лодки.

Проект лодки Севери направил морскому министру Деммеру. Королевская бюрократическая машина с невообразимым равнодушием отнеслась к изобретателю. Собственный рассказ Севери о его столкновении с королевскими чиновниками мог бы с большим успехом и без всякой переделки появиться на страницах Диккенса.

«Министр сказал мне, — рассказывает Севери, — чтобы я сначала представил модель лодки, что я и сделал. А через четыре месяца он высказался против моего изобретения, заявив, что модель слишком мала, чтобы можно было судить о нем».

После этого Севери послал свой проект самому королю. Король передал изобретателю через одного из лордов, что он одобрил проект и просит по поводу него обратиться в Адмиралтейство.

Обрадованный Севери несколько раз ходил в Адмиралтейство, но так и не был там никем принят. Швейцар посоветовал ему навести справки в Морском управлении. На другой же день изобретатель отправился туда, но занятия в управлении уже кончились. Растерянно бродя по коридорам, Севери неожиданно встретил самого Деммера и решительно остановил его, чтобы спросить, состоялось ли какое-нибудь постановление по его делу.

— Нет, — спокойно отвечал министр, — мы послали возражения лордам Адмиралтейства!

Севери задал ему несколько вопросов по поводу его возражений и обнаружил, что министр рассуждал о том, чего сам не знал.

— Хорошо, — сказал министр, улыбаясь и надевая шляпу в знак окончания разговора, — нам придется подчиниться мнению лордов Адмиралтейства.

Вскоре после этого один из друзей Севери, встретившись со знакомым ему лордом Адмиралтейства, заговорил с ним об этом деле.

— Сэр, — спокойно сказал тот, — разве у нас в Адмиралтействе совсем нет сведущих людей?

— Надеюсь, что есть, — ответил приятель, — иначе за что же бы им платили по пятьсот фунтов стерлингов в год!

— Но разве такой сведущий человек, как Деммер, не в их числе?

— Надеюсь, что так! — согласился приятель.

— Так для чего же, — сказал тот, — всякие зловредные люди, не имеющие к нам отношения, желают изобретать что-либо для нас?

После этого Севери уже не пытался обращаться в Адмиралтейство, а предложил свой проект промышленникам.

В усовершенствованных лодках с гребным приспособлением, однако, никто не нуждался, и проект Севери не имел успеха.

— Нам нужно, сэр, нечто другое, — сказал один из них. — Нам нужен насос, водоотливная машина. Займитесь-ка вы этим!

Задача посредством огня и пара подавать воду вверх не могла показаться Севери слишком новой и неожиданной. Ею занималось много людей, и дело это имело уже свою историю.

Одно из первых решений задачи встречается в сочинении французского архитектора Саломона де Ко, изданном в 1615 году. Саломон де Ко говорит о железном шаре, пустом внутри, с вводной боковой трубкой для впуска воды и вертикальной выводной трубкой, по которой поднимается вода. Первая трубка после наполнения водой шара запирается краном. Вторая, выводная, проходит через шар почти до дна. Если поставить этот прибор на огонь, то вода будет испаряться и пар, не имея выхода, станет оказывать давление на воду и заставит ее подниматься по выводной трубке. Нечто подобное случается с чайником, если он хорошо закрыт. Тут выводной трубкой служит носик.

Подобный же способ поднимать воду предлагал несколько раньше итальянец Делла Порта. Он советовал кипятить воду отдельно, а в ящик с холодной водой впускать только пар. Конечно, в таком приборе первая порция пара, заполняя ящик с водой, подвергнется конденсации. Но с нагревом поверхности воды и стенок ящика конденсация прекратится и давление вновь поступающего пара заставит воду выходить через выводную трубку. Конец этой трубки также лежит у самого дна ящика, в то время как трубка, через которую подводится пар, находится под потолком ящика.

Предложением Саломона де Ко воспользовался англичанин Эдуард Соммерсет, маркиз Уорчестер. Он взял патент на машину, поднимающую воду посредством огня и пара, и есть сведения, что его машина в 1667 году в Лондоне поднимала воду на сорок футов в высоту. Описание машины не сохранилось, но по некоторым данным предполагают, что она состояла из парового котла с двумя паропроводами, соединенными с двумя резервуарами. Из этих резервуаров пар вытеснял воду в подъемную трубу. В то время как один резервуар наполнялся водой, в другой впускался пар, и наоборот. Вероятно, с прибором Уорчестера лучше всего и был знаком Севери.

Так или иначе, но Севери в июле 1698 года получил патент на свое изобретение «для подъема воды и для приведения в движение разного рода мельниц силой огня, которое послужит к великой пользе и выгоде при откачке шахт, снабжении городов водой и работе мельниц там, где нет возможности пользоваться водой или ветром».

В насосе Севери использовалось сначала давление атмосферы для засасывания воды из глубины, а затем давление пара — для подачи воды наверх. Насос состоял из двух труб — всасывающей и нагнетательной, — снабженных клапанами. Между ними находился яйцевидный резервуар. Из отдельного парового котла в этот резервуар по паропроводу с краном подавался свежий пар. Как только пар вытеснял из резервуара воздух, кран паропровода закрывали, а резервуар обливали холодной водой. Пар конденсировался, в резервуаре образовывался вакуум, и атмосферное давление гнало в него воду по нижней, всасывающей, трубе. При этом поднимающаяся вода сама открывала клапан. Как только резервуар наполнялся водой, в него снова впускали пар. Под давлением пара вода стремилась из резервуара обратно, но клапан нижней трубы захлопывался.

Шахтовладельцы отнеслись к насосу Севери не очень доверчиво.

Тогда вода устремлялась по другой, нагнетательной, трубе, открывала клапан этой трубы и, поднявшись на нужную высоту, выливалась на землю или в чан. Когда давление пара ослабевало, вода шла обратно и тотчас же закрывала клапан выводной трубы. В резервуара оставался только пар. Стенки резервуара снова обливали водой, и процесс всасывания и нагнетания воды вверх повторялся.

Насос Севери тратил много пара, а значит, и топлива. Но там, где особенно не считаются с расходом топлива, он употребляется и до сих пор, в несколько усовершенствованном виде, под названием «пульсометра».

Шахтовладельцы отнеслись не очень доверчиво к насосу капитана Севери, и ему пришлось позаботиться о рекламе изобретения. Он поднес модель своего прибора королю Вильяму III, затем прочитал доклад в Королевском обществе и выпустил брошюру с описанием машины.

В 1702 году Севери издал книжку «Друг рудокопа». В ней он описал усовершенствованный паровой насос своей системы. Новый насос состоял из двух котлов и двух резервуаров, работавших попеременно, так что подача воды наверх шла без перерывов, не прекращаясь.

Высокое давление пара представляло некоторую опасность. Но французский физик и механик Дезагюлье присоединил к котлу Севери предохранительный клапан Папена, и опасность взрыва была значительно уменьшена.

Однако машина Севери не смогла стать универсальным шахтным насосом.

Кроме опасности взрыва, насосы Севери были очень неэкономичны и могли засасывать воду только с небольшой глубины, так как атмосферное давление, как уже говорилось, не может поднимать воду больше чем на десять метров. В то же время в Глубоких шахтах подавать воду на поверхность они не могли, потому что не хватало давления пара. Можно было, конечно, ставить несколько насосов ярусами, один над другим, и это делали, но установки получались громоздкие, неудобные и дорогие.

Шахтовладельцы постепенно разочаровались в машине и стали требовать новой конструкции.

Самую большую машину Севери установил на лондонской водокачке. Один из его насосов купил Петр I. Этот насос работал в Летнем саду, в Петербурге, — вероятно, для фонтанов. Слишком дорогое для промышленников изобретение Севери больше всего доставило удовольствия королям и помещикам. Они пользовались им для устройства фонтанов, украшавших сады и парки.

Севери не оказал большой услуги горной промышленности, но зато он помог другим конструкторам усвоить простую мысль, что в паровых машинах, для какой бы цели ни служили они, следует пользоваться готовым паром из отдельного котла, а не превращать рабочий цилиндр в котел, как это было сделано у Папена.

 

3. Основные свойства пара

Папен

Письмо Лейбница произвело сильное впечатление на Папена.

В это время изобретателю шел уже пятьдесят восьмой год. Под влиянием многих неудач душевные силы его слабели, занятия с кассельскими студентами отнимали весь день. Временами он сам себе казался отживающим человеком. Он даже женился и обзавелся кучей ребят, словно для того, чтобы навсегда вычеркнуть себя из рядов великих ученых своего времени.

Незавершенные машины Папена покрывались пылью. В паровом цилиндре пауки плели паутину. Лаборатория напоминала кладовую, куда сваливают ненужный хлам.

Простая идея капитана Севери потрясла воображение Папена. Полузабытый собственный опыт, заглохшие мечты, неосуществленные замыслы воскресли в уме ученого. Несмотря на свою внешнюю солидность, он оставался в душе все тем же непоседливым, решительным и увлекающимся человеком. Папена охватило страстное желание возместить потерянное время удвоенной энергией, и, учась у Севери, он принялся за постройку новой машины.

К несчастью, Папен не умел влиять на свое воображение. Развивающиеся идеи шли у него по раз взятому направлению без всяких преград. Теперь взволнованному профессору казалось, что паровой насос англичанина — самая совершенная машина, а его собственный паровой цилиндр никуда не годится и ничего не стоит.

Исходя из опыта Севери, Папен сконструировал сложную, большую и даже остроумную машину. Но она оказалась шагом назад, а не вперед после собственных опытов Папена с паровым цилиндром.

В Мюнхенском музее истории техники хранится чертеж этой машины. Из отдельного парового котла пар через паропровод с краном направляется в своеобразный резервуар цилиндрической формы. Внизу резервуар превращается в воронку с загибающейся трубой, которая далее идет вверх и предназначена для выбрасывания воды в другой, верхний, резервуар. В первом резервуаре, как в паровом цилиндре, помещен поршень, вернее поплавок. Подавая из котла пар в этот резервуар, Папен давлением пара действовал на поплавок, и поплавок, опускаясь, заставлял воду идти в воронку, затем через загибающуюся трубу подниматься наверх и выливаться там в резервуар. Таким образом, машина состояла из двух сообщающихся водяной трубой резервуаров — нижнего и верхнего, — а давление пара из нижнего цилиндрического резервуара с поплавком перегоняло воду в верхний резервуар. Машина не могла всасывать воду, а наполнялась ею через особую воронку. Все эти трубы соединялись и разъединялись в нужный момент самодействующими клапанами.

Это была, как видите, всего лишь водоподъемная машина, притом довольно громоздкая и достаточно сложная, но Папен не хотел этого понимать. Воду из верхнего резервуара, как это предлагалось у Севери, Папен хотел направлять на обыкновенное водяное колесо, приводом от которого и должны были работать мельничный жернов и воздуходувные мехи.

Папен предполагал, кроме того, строить суда с такой машиной, с тем чтобы вода, падая на гребное колесо, заставляла его вращаться, а колесо двигало бы судно.

Описание и изображение этой машины Папен дал в книге «Новое искусство эффективно поднимать воду на высоту при помощи огня», напечатанной в Касселе в 1707 году. Тут он писал, между прочим:

«Так как получаемый при посредстве огня водяной пар обладает способностью производить давление, как и воздух, но далее при охлаждении он опять может сгущаться в воду, так что не остается никакого давления, то нетрудно, я думаю, конструировать машины, в которых силы водяного пара при посредстве огня с небольшими издержками могли бы совершать полезную работу».

Это была вторая гениальная находка Папена. Он указывал, что давление пара может совершать работу не хуже, чем атмосферное давление, и это делало честь его уму и проницательности. Гениальные догадки всегда кажутся очень простыми после того, как они высказаны, но привычный взгляд на вещи очень часто мешает нам догадываться как раз о наиболее простых и очевидных вещах.

Основные свойства пара были известны людям давно. Все знали, что, охлаждаясь, пар превращается в капли воды. Все видели, что пар, поднимая тяжелую крышку котла, оказывает на нее давление. Наконец каждый замечал, что, вырываясь из котла в узкую щель, струя пара имеет огромную скорость истечения, во много раз превосходящую самый сильный ветер.

На этих трех основных свойствах пара — конденсации, давлении и скорости — основана работа всех паровых машин, но история создания их показывает, что мысль об использовании этих свойств пара для работы давалась людям почти с таким же трудом, как и конструкция машин.

Здесь, кстати, перейдем для краткости и точности на более близкий к науке язык. Давление пара в котле образуется потому, что всякое тело, находящееся в газообразном состоянии, стремится расшириться, занять как можно более места, как можно больший объем. Это стремление пара и всех газообразных тел к расширению представляет огромную силу, взрывающую котлы, выбрасывающую из пушек снаряды.

Запертая до поры до времени в котле или другом сосуде, эта сила расширяющегося пара или газа будет его потенциальной энергией, существующей в скрытом виде, но могущей проявиться, стать действующей. Если дать выход пару из котла, сила эта проявится, начнет действовать, и тогда мы будем иметь дело с его кинетической энергией.

Из переписки Папена с Лейбницем можно видеть, что, вернувшись к осуществлению своих ранних идей, Папен, следуя примеру Севери, построил несколько паровых машин с отдельным котлом. Все ли они были той же конструкции, как только что описанная по чертежу Мюнхенского музея паровая машина, или отличались от нее, понять нельзя. Во всяком случае, ясно, что работало в них давление пара. Известно, что такую машину Папен однажды демонстрировал в Касселе в присутствии многих зрителей.

Вследствие плохо рассчитанного груза на рычаге предохранительного клапана произошел сильный взрыв.

Несколько человек из числа зрителей погибло. Происшествие обрушило на Папена сильный гнев не только населения, но и самого ландграфа Гессенского.

Папен, и без того плохо ладивший с кассельцами и придворным окружением принца, решил покинуть Германию. На родину он возвратиться все еще не мог. Лучшие воспоминания о прожитой жизни связывались у него с Лондоном. И вот французский изгнанник решил снова ехать в Англию. Он надеялся, что там его паровая машина встретит большее сочувствие и скорее найдет применение, чем в любой другой стране.

Совершить такой переезд с семьей и имуществом в те времена представлялось большим и трудновыполнимым предприятием. Может быть, Папен и не решился бы на него, если бы не имел собственного плана, как осуществить такое предприятие. План заключался в том, чтобы отправиться в Англию водным путем, на собственном судне, снабженном паровой машиной, приводящей его в движение.

Папен принадлежал к числу людей смелых и решительных. Проект судовой установки с паровой машиной, льющей воду на гребное колесо, не выходил из его головы. Естественно, что теперь он сделал все, чтобы осуществить этот проект, и возможно, что он его осуществил.

Сомнительно, чтобы потоком воды, поднятой из реки паровым насосом и падающей на гребное колесо с лопастями, можно было вести судно против течения, тем более что тот путь, который Папену удалось совершить, шел вниз по течению реки Фульды.

Как бы то ни было, но Папен построил барку для своего путешествия, и из писем его к Лейбницу видно, что он не один раз и с полным успехом пробовал построенное им судно на Фульде. Оставалось только собраться и выехать. Но тут обнаружилось неожиданное препятствие.

«Вы знаете, — писал Папен по этому поводу Лейбницу в июле 1707 года, — как давно я жалуюсь на преследования моих могущественных врагов. До сих пор я терпеливо переносил это, но с некоторого времени злоба их достигла таких размеров, что с моей стороны было бы слишком большой смелостью оставаться дольше в Гессене и подвергаться различным опасностям. Причину своего отъезда я объяснил принцу тем, что для меня важно испытать устроенное мной судно новой конструкции большого размера и снабдить его механизмом, который при помощи огня позволит одному или двум работникам вести судно с большей быстротой, чем это смогли бы сделать сотни гребцов. Действительно, у меня есть намерение уехать отсюда на таком судне, о котором я уже сообщал вам: этим я надеюсь также убедить всех, что по выработанному мною типу можно построить другие суда, с успехом применив к ним машину. К выполнению моего плана служит, однако, препятствием то обстоятельство, что суда, выходящие из Касселя, не попадают в Бремен, так как по прибытии в Мюнден товары перегружаются на другие суда, и только эти уже непосредственно отправляются в Бремен. В этом меня уверил мюнденский судовщик. Кроме того, он сказал мне, что нужно иметь особое разрешение, чтобы перевести судно из Фульды в Везер, вследствие чего я решился обратиться к вам. Так как это частное дело, не имеющее никакого значения для торговли, то я уверен, вы примете на себя труд достать мне пропуск для моего судна из Мюндена, тем более что мне известно, как много надежд вы возлагаете на применение огневой машины к водному сообщению».

Надежды Папена на своего влиятельного покровителя не оправдались. Несмотря на все меры, предпринятые Лейбницем, добиться пропуска для Папена не удалось. Нарушить интересы судовладельцев ганноверский курфюрст не решился даже для такого человека, как Лейбниц. Мюнденский же президент городского управления решительно отказал в выдаче разрешения Папену.

Раздраженный невозможностью добиться разрешения на проход своего судна по рекам немецких государств, Папен решил обойтись без пропуска. В конце сентября 1707 года он без долгих сборов погрузил свое имущество на судно и вместе с женой и детьми в ночь на 24-е покинул Кассель.

Через день Папен добрался до Лоха, маленького поселка, населенного судовщиками. Все жители высыпали на берег, а президент потребовал у Папена объяснений, кто он, откуда, что это за судно и почему на нем не видно ни парусов, ни гребцов.

Охваченный отчаянием, Папен напрасно пытался отвратить беду…

Папену очень хотелось заинтересовать начальство, и он при грозном молчании толпы не только рассказал о себе и о своих намерениях, но и показал устройство механизмов, вращавших гребные колеса. Президент удивлялся, но не высказывал своего мнения по поводу намерения Папена проскользнуть из Фульды в Везер недозволенным способом. Когда Папен стал добиваться ответа, президент просто сбежал. Часть судовщиков последовала за ним, часть осталась караулить преступное судно.

Прошла ночь. Папен провел ее без сна, ежеминутно ожидая нападения бродивших по берегу возбужденных людей.

Очевидно, судовщикам удалось убедить президента в опасности, грозившей округу от нарушения его интересов, в случае если они пропустят Папена. Утром решение президента состоялось, и гневная толпа жителей явилась его выполнять. Прежде всего решение было объявлено владельцу судна: так как судно пришло без пропуска, то на основании таких-то и таких-то статей закона оно составляет собственность судового округа, а посему будет взято на берег и продано с аукциона по частям.

Охваченный отчаянием, Папен напрасно пытался отвратить беду, предлагая взять его имущество, деньги. Ничто не могло остановить судовладельцев. Сопротивление нарушителя их привилегий только разжигало их гнев. Разъяренная толпа выволокла судно на берег, выкинула жалкое имущество изобретателя и на глазах у Папена, его испуганной жены и детей, не устраивая никакого аукциона, принялась ломать колеса, рубить мачты. С особенной яростью судовщики разгромили машину. На глазах изобретателя она превратилась в груду железа и меди.

Что это была за машина, каким образом приводила она в движение судно, так и осталось неизвестным. Позднейшие немецкие исследователи подвергли сомнению даже самый факт ее существования, несмотря на документальную переписку Папена с Лейбницем.

Папен вынес расправу со своим последним детищем, но он уже более никогда не возвращался к попыткам продолжать свою деятельность. Разбитый горем, больной и измученный, он кое-как добрался до Лондона. Бойля и Гюйгенса уже не было в живых. Новым членам Королевского общества Папен был мало известен, но после многих его просьб и поклонов влиятельным людям Королевское общество назначило Папену какую-то пенсию. Ее хватало только на то, чтобы французский изгнанник не мог умереть от голода и болезней.

Оправиться от сыпавшихся на его седую голову обид и несчастий ученый не смог. О творческой работе он больше не помышлял и с горькой усмешкой писал Лейбницу:

«Я принужден употреблять мои машины на починку камина в моем бедном жилище!»

Обремененный семьей, оторванный от науки, всеми покинутый и забытый, Дени Папен умер так, что даже время его смерти осталось не отмеченным. Считают, что он умер в 1714 году.

По всему складу своего характера и способностей Папен был скорее мыслителем и исследователем, нежели техником и инженером, как Севери, но в истории создания двигателя судьба Папена оказалась счастливее: незавершенные его машины — паровой и пороховой цилиндры — стали предшественниками универсального парового двигателя и двигателей внутреннего сгорания, распространенных теперь по всему миру.

Первым воспользовался паровым цилиндром Папена для построения двигательного механизма Томас Ньюкомен.

 

4. Атмосферная машина

Ньюкомен

Недалеко от Модбери, где производил свои первые опыты с паровым насосом капитан Севери, в маленьком портовом городке Дартмуте жил в то время хороший кузнец и слесарь Томас Ньюкомен. В Дартмуте он родился в 1668 году, в Дартмуте же он и умер в 1729 году.

Ньюкомен не состоял членом Королевского общества, не издавал ученых книг. Он так мало привлекал к себе внимание современников, что о жизни его никто не сохранил никаких сведений, а когда много лет спустя выяснилось, какой это был замечательный мастер техники, оказалось уже невозможным не только восстановить его биографию, но не удалось даже разыскать его могилу.

Несомненно, это был предприимчивый и энергичный человек. Он выполнял заказы местных жителей в маленькой кузнице, стоявшей на краю города и окруженной огородом, где трудилась семья кузнеца.

По торговым делам Ньюкомен, очевидно, бывал в Лондоне, в разных других городах и, любознательный от природы, тем или иным путем учился, накапливал не только опыт, но и некоторые знания.

Оживленный портовый город Дартмут являлся в то же время торговым и промышленным центром графства Девоншир. Здесь, как и в соседнем графстве Корнуэльс, находилось немало рудников. Старое горе всех шахт, затопляемых подземными водами, Ньюкомен хорошо знал. Часто он думал о том, как освободить горняков от необходимости выкачивать насосом воду, вместо того чтобы вырубать уголь. Конечно, этот деревенский кузнец, живя в графстве, где имелось много рудников, по самой профессии своей должен был заниматься машинами Севери и помогать в установке этих машин. Еще чаще он возился с обыкновенными рудничными насосами. Тогда их приводили в движение рабочие. Угрюмый образ рабочего, однообразно то поднимающего руки вверх, то опускающего их вниз вместе с рукояткой рычага, прочно запечатлелся в мозгу кузнеца. Неудивительно, что паровой цилиндр Папена, производивший те же самые однообразные движения — вверх-вниз, — связался в его воображении с рабочим, откачивающим воду, и подсказал хорошую идею: заменить мускульную силу рабочего машиной Папена.

На ранней поре развития техники гораздо более ясен и доступен нашему пониманию творческий процесс конструктора и изобретателя, чем в наше время. Но сущность его одна и та же. Она с предельной краткостью и отчетливостью дана в известной формуле В. И. Ленина:

«Жизнь рождает мозг. В мозгу человека отражается природа. Проверяя и применяя в практике своей и в технике правильность этих отражений, человек приходит к объективной истине».

Это сказано в «Философских тетрадях» В. И. Ленина. Как везде и всегда у В. И. Ленина, ничего трудного для понимания в этих словах нет.

С элементами техники человек имел дело, разумеется, задолго до Папена и Ньюкомена. Но и ему приходилось уже применять в своей первобытной практике запечатленные в мозгу отражения общеприродной среды, его окружавшей. Он видел, скажем, дерево, упавшее с одного берега ручья на другой. По нему перебирались животные, переходил вслед за ними и он сам. А когда при необходимости перебраться через ручей не оказывалось упавшего дерева, человек сам валил его с помощью каменного топора или усилиями нескольких человек. Так, применяя в практике своей отраженную в мозгу природу и проверив не раз правильность этого отражения, человек приходил к идее простейшего, балочного моста.

Легко представить себе, какое бесконечное множество всевозможных отражений запечатлевается в мозгу человека каждый день, каждый час, каждую минуту. Правда, повторяясь изо дня в день, эти отражения только наслаиваются друг на друга, но в то же время все вокруг так изменчиво, что достаточно для работы мозга и новых отражений, поступающих в него через органы чувств.

И, конечно, таких отражений в мозгу тем больше, чем обширнее опыт человека, чем разнообразнее среда вокруг него.

Особое, всем известное свойство отпечатавшихся в мозгу отражений заключается в том, что мы можем, с одной стороны, отрывать их одно от другого, расчленять на части, а с другой стороны, можем произвольно соединять их, комбинировать, причем комбинировать и цельные отражения и отделенные части их. В природе, скажем, нет крылатого коня, нет женщины с рыбьим туловищем, но в нашем воображении они существуют как Пегас и русалка. Такого рода комбинации легко возникают в нашем сознании из имеющихся там отражений. Комбинирование отражений, имеющихся в нашем сознании, и есть уже творчество.

В той мере, в какой творческий процесс является процессом разделения или соединения отпечатавшихся в клетках головного мозга отражений, творческая способность присуща каждому человеку. Но и самые причудливые создания фантазии говорят нам о том, что «человек в своей практической деятельности имеет перед собой объективный мир, зависит от него, им определяет свою деятельность». Это тоже слова В. И. Ленина, взятые нами из его «Философских тетрадей».

Значит, мы ничего не можем придумать такого, что целиком или по частям не было бы ранее дано в наш мозг из окружающего нас мира. На примере Ньюкомена это видно очень ясно.

Откуда Ньюкомен узнал о паровом цилиндре Папена, мы не знаем, но в 1702 году он справлялся о нем у секретаря Королевского общества Гука. Гук не советовал Ньюкомену строить машину Папена. Он указывал на невозможность изготовить прибор так, чтобы поршень плотно прилегал к стенкам цилиндра.

Мысль о том, чтобы применить цилиндр Папена для работы с водяным насосом, конечно, пришла Ньюкомену уже в первый момент, когда он увидел паровой цилиндр с веревкой, перекинутой через блоки и поднимавшей груз: ведь Ньюкомену как раз нужно было тянуть поршень водяного насоса вверх!

Ньюкомен, мастер своего дела, меньше всего боялся трудностей изготовления частей машины. Убедившись в том, что атмосферная машина Папена не фантазия, а вполне подходящий для его цели двигательный механизм, и видя необходимость заменить насос Севери более удобной и выгодной водоотливной машиной, Ньюкомен взялся за ее постройку. Он привлек в компанию к себе водопроводчика Коули и принялся за дело.

Ньюкомен взял обыкновенный водяной насос и поставил к нему вместо рабочего паровой цилиндр Папена. Веревку с блоками он заменил балансиром, или, проще говоря, коромыслом. Шток поршня насоса Ньюкомен связал железной цепью с одним концом коромысла, а шток поршня парового цилиндра такой же цепью связал с другим концом. Коромысло опиралось в середине на прочный столб и свободно качалось на своей опоре.

Так в этой машине объединились обыкновенный рудничный насос, потреблявший энергию, и обращенный насос, производивший работу. Прямой насос при помощи атмосферного давления засасывал воду, а другой, обращенный, посредством вакуума, образовавшегося после конденсации пара, заставлял атмосферное давление производить работу.

Пар в свою машину Ньюкомен стал впускать из отдельного парового котла. Котел он поместил под цилиндром. Конечно, ему пришлось придумать целый ряд добавочных приспособлений, и дело не шло так гладко и просто, как может казаться. В 1711 году Ньюкомен и Коули поставили свою паровую машину на каменноугольных копях в Варвикшире, а затем стали снабжать своим «огнедействующим насосом» не только Англию, но и другие страны.

Хотя о жизни этих замечательных людей до нас дошло очень мало сведений, машины, построенные ими, сохранились в музеях разных стран.

Новую машину шахтовладельцы приняли очень хорошо.

Машина Ньюкомена работала таким образом. Поршень в паровом цилиндре поднимался как благодаря действию противовеса, расположенного на другом конце коромысла, так и благодаря давлению впускаемого под поршень пара. Когда поршень поднимался до своего крайнего, верхнего, положения, рабочий, стоявший у машины, прекращал впуск пара, закрывая кран паропровода, а цилиндр обливал холодной водой, открывая кран водяного бачка. Пар конденсировался, поршень опускался п, так как он был связан цепью с концом коромысла, тянул этот конец вниз.

Другой конец коромысла в это время поднимался и тянул вверх поршень водяного насоса. Затем под действием противовеса поршень насоса опускался вниз, в то же время поднимая поршень парового цилиндра, куда в это время рабочий снова впускал пар из котла. Значит, машина имела только один рабочий ход поршня — вниз. Вверх поршень поднимался, не совершая никакой полезной работы. Таких двойных движений машина делала не меньше шести — восьми в минуту.

Ньюкомен не мог взять патент на свое изобретение, так как конденсация пара была запатентована Севери, но, по общему соглашению, Севери включил в свой патент и изобретение Ньюкомена.

Новую машину шахтовладельцы приняли очень хорошо.

Несмотря на поочередное нагревание и охлаждение цилиндра, построенная Ньюкоменом машина работала несравненно успешнее, чем насосы Севери. Однако крупным недостатком ее был очень большой расход топлива. Например, для машины, установленной в Ковентри, топливо едва успевали подвозить.

Если применить для оценки атмосферных машин Ньюкомена наши нынешние нормы, то окажется, что мощность их равнялась примерно шести лошадиным силам. Коэффициент полезного действия их, то есть количество теплоты, превращенной в механическую энергию из всего тепла, полученного от сгорания топлива, составлял лишь один процент. Стало быть, девяносто девять подвод угля из ста, подвезенных к машине, тратилось непроизводительно, без прямой пользы делу.

Прожорливость машин не так уже бросалась в глаза там, где рядом лежали горы угля, как в каменноугольных копях. Огнедействующий насос давал возможность добираться до глубоких залежей, и с прожорливостью его в копях можно было мириться. Но, для того чтобы ньюкоменовская машина могла применяться с выгодой в других рудниках, не очень обеспеченных углем, надо было сделать ее более экономичной. Об улучшении атмосферных машин стали думать и Ньюкомен, и инженеры, и механики, имевшие с ними дело.

Есть хорошая русская пословица: «На ловца и зверь бежит». Это значит, что мелькнувшее перед глазами явление или предмет приводит к догадке, к открытию только тогда, когда мы сами ищем отражение, которое помогло бы нам в нашем деле, в нашей заботе. Иначе мы не обратим на него внимания, даже не заметим его, как не замечаем, скажем, белок в лесу, если ищем грибы, и, наоборот, не видим грибов, если охотимся на белок!

Одно наблюдение позволило Ньюкомену, все время думавшему об усовершенствовании своей машины, внести в нее важное улучшение. Однажды он заметил, что как будто без всяких видимых причин машина начала работать быстрее, чем обычно. Ньюкомен заинтересовался этим явлением и стал внимательно осматривать механизм. Он увидел, что поршень, неплотно пригнанный к цилиндру, пропускает при обливании струю воды в самый цилиндр. Такое вбрызгивание холодной воды в самый цилиндр вело, оказывается, к чрезвычайно быстрой конденсации пара. От этого и ускорялась работа машины.

Ньюкомен воспользовался своим наблюдением. Теперь, строя новые машины, он не стал обливать водой цилиндр, как раньше, а начал вбрызгивать воду внутрь цилиндра, что, кстати сказать, предложил и Дезагюлье в 1715 году.

Машины Ньюкомена стали работать много быстрее и экономичнее благодаря внесенному им изменению в конструкцию. Можно ли, однако, считать, как считали авторы старых книг по истории техники, что внесенное Ньюкоменом усовершенствование является делом счастливого случая и не составляет заслуги конструктора?

Кладя непроходимую пропасть между «душой» и телом, отрицая зависимость нашего мышления от окружающего мира, от воздействия общеприродной и социальной среды, авторы тех книг не видели связи между случайностью и закономерностью, между случаем и необходимостью. Известный русский химик академик П. И. Вальден утверждал даже в одной из своих книг, что «почти все великое, что у нас имеется и в науке и в технике, главным образом найдено при помощи случая».

Но вот перед нами типично «случайная» находка Ньюкомена, а между тем ничего случайного в ней мы не видим, все закономерно, все необходимо: Ньюкомен горит желанием усовершенствовать свою машину; он постоянно наблюдает ее работу; следит за исправностью механизма; каждое изменение в ее работе отражается в его мозгу. В поисках решения своей задачи конструктор обращается к запечатлевшимся в мозгу отражениям, то расчленяя их на части, то, наоборот, соединяя одно с другим. Комбинируя их целостными или по частям, он проверяет затем правильность этих комбинаций в технике и приходит к объективной истине: вводить воду для охлаждения цилиндра в самый цилиндр выгоднее, нежели обливать цилиндр снаружи!

Никакого прибежища для случайности тут нет. Весь процесс развивается по ясной формуле В. И. Ленина:

«От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике — таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности».

В дальнейшем мы увидим, что творческий процесс далеко не всегда развивается так прямо и непосредственно, как это было у английского кузнеца. Отдельные звенья этого процесса часто остаются скрытыми и для окружающих и для самого творца. Иногда они просто позабываются, иногда ускользают от наблюдения: тогда говорят, что решение найдено интуитивно, бессознательно, чутьем. Бывает и так, что конструктор сам скрывает подробности, приведшие к открытию, чтобы не упоминать о работах своих предшественников или чтобы придать большее значение своей работе.

Принадлежность к тому или другому ремесленному цеху обязывала их членов тщательно скрывать свой опыт и приемы от конкурентов. Цеховые секреты составляли такую тайну, что, например, наследникам англичанина Дудлея удалось держать в секрете его способ плавки железной руды на каменном угле целое столетие, до тех пор, пока способ этот не был найден заново другими.

В капиталистическом обществе изобретатель вынужден, чтобы не лишиться выгод от своего открытия, таиться ото всех, не то что рассказывать о нем во всех подробностях. Так что вуаль таинственности, загадочности и недоступности на творческий процесс в значительной мере накидывают сами люди, называя «случаем» закономерное вмешательство объективного мира в творческий процесс.

Вез такого прямого пли косвенного вмешательства со стороны живой природы или созданных руками человека конструкций вряд ли могла родиться и тем более осуществиться мысль об устройстве автоматического распределения пара и воды в машинах Ньюкомена. Говорят, что такую мысль подал изобретателям один бойкий мальчик, по имени Гемфри Поттер. Его приставили к машине Ньюкомена в Корнуэльсе открывать и закрывать краны. Один из этих кранов впускал пар из котла в цилиндр, а другой подавал из бачка воду в цилиндр. Скучая за своей однообразной работой, мальчуган будто бы сообразил, что ее может выполнить сама машина, в то время как он будет читать книжки или играть в бабки сам с собой. Для этого он соединил веревочками рукоятки кранов с движущимися частями машины. Проделал он все это с таким расчетом, чтобы машина без всякой его помощи стала сама аккуратно и своевременно открывать и закрывать краны.

Вряд ли автоматическое парораспределение было делом рук мальчика. Идею поручить самой машине открывать и закрывать вовремя краны высказывал уже Лейбниц в одном из писем к Папену по поводу его машины. Его идеей, конечно, могли воспользоваться и конструкторы ньюкоменовских машин. Автоматическое парораспределение, кстати довольно сложное по конструкции, ввел в 1718 году инженер Бейтон. Изобретение автоматического распределения воды и пара имело огромное значение, так как освобождало машину от надсмотрщика.

Значительные усовершенствования в машину внес инженер Смитон, выдающийся английский конструктор. Он долго изучал машину Ньюкомена на работе, а выяснив причины ее неэкономичности и маломощности, перестроил ее. Он стал с большей точностью пригонять поршень к стенкам цилиндра, чтобы устранить зазоры, в которые мог уходить рабочий пар, поставил дополнительный паровой котел, чтобы увеличить мощность машины, и урегулировал качания коромысла.

В машинах, построенных Смитоном, расход пара уменьшился вдвое. В общем, как видите, паровая машина с первых же шагов своего развития проходила через много рук, и над созданием ее трудились не только французы и англичане. В Германии распространению паровых машин особенно содействовал механик Леупольд, выпустивший в 1724 году сводное описание их устройств. В своем сочинении Леупольд не только рассказывает об известных ему атмосферных водоотливных машинах, где водяной пар применяется главным образом лишь для получения вакуума, но и высказывает снова мысль о том, что давление пара может работать само по себе в цилиндре с поршнем.

Постепенно усовершенствованная водоотливная машина Ньюкомена все больше и больше распространялась. В середине XVIII века в одном только Ныокестле, центре углепромышленной Англии, насчитывалось шестьдесят таких машин. Изобретение Ньюкомена получило известность далеко за пределами Англии. Даже в далекой России, на осушительных работах в Кронштадте, применялся огнедействующий насос Ньюкомена. Его выписало из Англии правительство Екатерины II.

Конструктивно водоотливная машина Ньюкомена состояла из двух самостоятельных частей, объединенных коромыслом: старинного водяного насоса на одном конце и парового цилиндра Папена с отдельным котлом — на другом. Казалось, теперь уже нетрудно было догадаться, что паровой цилиндр, производящий при помощи атмосферного давления, огня и пара движущую силу, может не только качать воду насосом, но и совершать какую-нибудь другую полезную работу. Прошло, однако, еще много времени, прежде чем паровые машины получили применение в других областях.

В чем же тут дело? В недостатке знаний, в слабости технических средств, в ошибках изобретательской мысли?

Да, отчасти в этом, но не только в этом! Дело заключается в том, что техника всегда идет на поводу у промышленности, хотя в то же время толкает хозяйство вперед, содействуя развитию производительных сил. Всякое изобретение вырастает из потребностей своего времени и, в свою очередь, порождает новые потребности. И вот, лишь идя навстречу потребностям своего времени, угадывая, чувствуя, понимая нужду хозяйства, техника правильно и успешно разрешает свои задачи.

Потребность хозяйства страны, запросы промышленности, требования культуры определяют полет творческой фантазии, направляют, сосредоточивают мысль изобретателя. Только в таких условиях изобретатель оказывается способным преодолевать и несовершенство технических средств, и недостаточность теоретических знаний, и косность собственной мысли.

Техника и промышленность, мысль изобретателя и запросы времени живут в прочной, органической связи друг с другом. Нет ничего случайного в том, что паровая машина рождалась у воды, у колодца, у водяного насоса. Водоотливная машина была необходима промышленности. Но водоотливная машина, спасая шахты от затопления, освобождая горняков для их прямой работы, тем самым способствовала развитию горного дела, добыче угля, добыче железной руды. Уголь становился дешевле, спрос на металл рос благодаря появлению разного рода машин, в том числе и водоотливных, а вместе с ростом машиностроения, естественно, развивалась металлургия.

Металлурги, подчиняясь королевскому указу, перешли при выплавке железных руд на каменный уголь, точнее — на кокс. Коксовые же домны требовали более сильного и равномерного дутья, чем древесно-угольные. Прежние воздуходувные мехи стали служить плохо.

Уже одно то обстоятельство, что воздуходувным мехам, как и водяному насосу, нужно прямолинейно-возвратное движение, наводило на мысль поставить двигательный механизм водоотливной машины Ньюкомена к мехам. Так же, впрочем, естественно приходила идея вместо небольших кожаных мехов построить солидную поршневую воздуходувку, применив для новой цели старую техническую форму цилиндра и поршня. Важно, что металлургическая промышленность столкнулась с необходимостью давать сильный и непрерывный поток воздуха в печь. Как только такая задача обнаружилась, тотчас конструкторы и инженеры взялись за ее решение.

Первую попытку сделали англичане. В 1750 году на железоделательных заводах Дерби была установлена поршневая воздуходувка, которая работала через коромысло от парового цилиндра с отдельным котлом, как в паровом насосе Ньюкомена. Воздуходувка давала достаточно воздуха, но дутье производилось с разрывами, а не сплошным потоком. Ведь ньюкоменовский двигательный механизм имел только один рабочий ход и к тому же требовал времени на конденсацию пара. Чтобы получить постоянный поток воздуха, пришлось поставить перед печью дополнительный резервуар, где накапливался некоторый запас воздуха.

Новая установка оказалась такой громоздкой и сложной, что металлурги не последовали примеру Дерби.

Чем больше развивалась промышленность, росли производительные силы, тем чаще то тут, то там возникала потребность в движущей силе для тех или иных нужд предприятия.

Изобретение прядильного, ткацкого станка и других машин-орудий положило в последней трети XVIII века начало промышленному перевороту, дальнейшее развитие которого определил уже механический двигатель.

Казалось бы, что страны, вступившие на путь промышленного развития ранее других, и должны были создать эту машину — двигатель. Однако не там, а именно в России, позднее других стран вступившей на этот путь, сделан был первый шаг к созданию универсального двигателя, с которым всецело связан дальнейший ход промышленного переворота. Это тем более замечательно, что идея универсального двигателя возникла у первого же русского теплотехника, в лице которого русская техника властно заявила о своем существовании.

Факт этот характеризует не только высокий уровень развития некоторых отраслей промышленности в России того времени, но и дает нам представление о самобытном, своеобразном складе и направлении русской научно-технической мысли.

 

5. Универсальный двигатель

Ползунов

Подобно тому как в произведении искусства сказывается творческая индивидуальность его автора, в любом инженерном сооружении — будь то железнодорожный мост, самолет или паровой двигатель — мы легко можем обнаружить личность творца, его собственный стиль. В равной мере как на произведения искусства, так и на инженерные сооружения накладывает свой отпечаток и национальная принадлежность автора.

Национальный характер не представляет чего-то раз навсегда данного. Он изменяется вместе с условиями жизни, но в каждый данный момент накладывает на физиономию нации свою печать.

Более полувека назад, в январе 1894 года, в речи, посвященной «празднику русской науки» — открытию IX съезда русских естествоиспытателей, — один из мировых представителей русской науки, Климент Аркадьевич Тимирязев, так характеризовал особенности русской науки:

«Едва ли можно сомневаться в том, что русская научная мысль движется наиболее успешно и естественно не в направлении метафизического умозрения, а в направлении, указанном Ньютоном, в направлении точного знания и его приложения к жизни. Лобачевские, Зинины, Ценковские, Бутлеровы, Пироговы, Боткины, Менделеевы, Сеченовы, Столетовы, Ковалевские, Мечниковы — вот те русские люди, — повторяю, после художников слова, — которые в области мысли стяжали русскому имени прочную славу и за пределами отечества…

Не в накоплении бесчисленных цифр метеорологических дневников, — говорил он далее, — а в раскрытии основных законов математического мышления, не в изучении местных фаун и флор, а в раскрытии основных законов истории развития организмов, не в описании ископаемых богатств своей страны, а в раскрытии основных законов химических явлений, — вот в чем главным образом русская наука заявила свою равноправность, а порою и превосходство!»

Если к именам, перечисленным Тимирязевым, прибавить имя самого Тимирязева, имена Остроградского, Ляпунова, Чебышева, Петрова, Лебедева, Жуковского, Чаплыгина, Циолковского, Мичурина, Попова, Чернова, наконец, Павлова и многих других последующих деятелей русской науки и техники, если напомнить о Ломоносове, личность которого Тимирязев и сам называет «как бы пророческой», то станет еще очевиднее, насколько точной и правильной является характеристика русской науки, данная Тимирязевым.

Этот национальный творческий характер русского народа с особенной яркостью сказывается в Ломоносове. В своем знаменитом «Слове о пользе химии» Ломоносов с презрением и негодованием говорит о людях, ограничивающихся опытами, наблюдениями и их описанием, без всяких попыток к обобщениям, к проникновению в законы природы и ее стихий.

«Для чего толь многие учинены опыты в физике и химии? — спрашивает он. — Для чего у толь великих мужей были труды и жизни опасные испытания? Для того только, чтобы, собрав великое множество разных вещей и материй в беспорядочную кучу, глядеть и удивляться их множеству, не размышляя о их расположении и приведении в порядок?»

Собственные труды Ломоносова поражают нас именно способностью гениального русского человека к широким обобщениям и глубокому проникновению в таинственную сущность вещей и явлений.

В трудах Ломоносова характерные особенности русской научной мысли получили свое полное выражение, но Ломоносов в этом отношении — явление не исключительное.

Способность к широкому обобщению, к установлению основных законов, к проникновению в самую сущность вещей встречаем мы и у его современника — первого русского инженера, конструктора и изобретателя Ивана Ивановича Ползунова.

Ползунов жил в те времена, когда самая наука, как и техника, в нынешнем смысле слова лишь зачиналась в России.

То была эпоха «просвещенного абсолютизма», когда самодержавные деспоты собственной своей властью пытались сверху произвести некоторые реформы, способствующие буржуазному развитию страны. Правительства, так сказать, забегали вперед, уничтожая самые грубые, дикие, устарелые обычаи и законы, мешавшие буржуазии торговать, строить, добывать и эксплуатировать. Такой политикой самодержавия власть надеялась предотвратить буржуазную революцию, приход к власти буржуазии и капиталистов.

В России, правда, едва-едва нарождавшаяся буржуазия еще и не помышляла о власти, но идеи «просвещенного абсолютизма» уже стали руководящими во все время долгого царствования Екатерины И.

Екатерина II вступала на престол в обстановке массовых крестьянских волнений. По собственному свидетельству царицы, в это время находилось в «явном возмущений» полтораста тысяч помещичьих и монастырских крестьян и пятьдесят тысяч заводских крестьян, так что правительственные войска «не единожды принуждены были употребить против них оружие и даже до пушек». Чтобы ослабить массовые волнения и отстоять права крепостников, Екатерина, следуя за европейскими королями, повела политику «просвещенного абсолютизма».

Естественно поэтому, что Екатерине доставило удовольствие прекрасное летнее утро 1763 года, когда к ней явился с докладом кабинет-министр граф Олсуфьев и сообщил об удивительном рапорте далекого сибирского горного начальства. В этом рапорте начальник Колывано-Воскресенских горных заводов на Алтае генерал Порошин испрашивал разрешения на постройку «огнедействующей» воздуходувной машины для плавильных печей по проекту шихтмейстера барнаульских заводов Ивана Ползунова. К рапорту прилагался проект машины с чертежами и объяснениями, одобренный Горной канцелярией и ее советниками.

Собственный изобретатель, да еще в далекой глухой Сибири, — это было явление такое удивительное и столь приятное, что Екатерина не могла удержаться от довольной улыбки. Заглянув в чертежи, носившие все признаки знания и учености, царица распорядилась немедленно составить указ о награждении изобретателя для поощрения столь «похвального усердия к делу». Проект Екатерина приказала передать на отзыв президенту Берг-коллегии, знатоку горного дела Ивану Шлаттеру.

С отзывом Шлаттера и указом царицы Олсуфьев отослал проект Ползунова обратно в Барнаул.

Горное начальство в Барнауле возглавлял главный командир Колывано-Воскресенских заводов генерал Порошин, бесталанный, жестокий человек. Желал он только одного: угождать кабинету царицы доставкой серебра как можно в большем количестве и в награду получить поскорее право вернуться из сибирской глуши в Петербург.

Попади проект Ползунова в руки Порошина несколько раньше, он положил бы его под сукно. Порошин считал, что при обилии и дешевизне крепостных рабочих рук ни в каких машинах завод не нуждается. Ничего, кроме лишних хлопот, возня с постройкой машины не сулила. Но проект очутился в канцелярии в первые годы царствования Екатерины, когда «просветительная и покровительственная» политика стала общегосударственной, и Порошин дал ход проекту Ползунова, надеясь, что все это дело поможет и его собственной карьере.

Показывая и самого себя «просвещенным покровителем наук и художеств», Порошин, посылая рапорт в Петербург, испрашивал у государыни разрешения наградить изобретателя премией.

Впечатление, произведенное на Екатерину рапортом, превзошло, однако, все ожидания Порошина. Зимою, к концу года, в занесенный снегом Барнаул царский гонец доставил указ императрицы, в котором значилось:

«Сочиненный шихтмейстером Иваном Ползуновым прожект с планом, весьма изрядным описанием новой машины, которою бы плавильные печи действовать могли не обыкновенными вододействующими колесами, но огнем, через посредство воздуха и паров, происходящих от варения в котле воды, и приставленными к тому цилиндрами с прочими механическими членами, по высочайшему ее императорского величества повелению, рассматриваем был господином действительным статским советником Шлаттером, который с особливой похвалою прилежания и искусства помянутого Ползунова в копии, приложенной при сем, рассуждение свое поднес, и ее императорское величество, яко сущая и щедрая наук и художеств покровительница, не токмо им, Ползуновым, всемилостивейше довольна быть, но для вящего его и прочих примеру, в таковых полезных упражнения поощрения, повелеть соизволила: пожаловать его, Ползунова, в механикусы с чином и жалованием инженерного капитан-поручика и выдать в награждение 400 рублей. Так же, буде он при заводах необходимо не надобен, то прислать его в высочайший Кабинет при серебре, дабы он для приобретения себе большего в механике искусства при Академии наук года два или три пробыл и к оной с вящим наставлением прилежать мог и сродные его к тому дарования и способность с лучшими успехами впредь для пользы заводской употребить мог».

Несмотря на ряд замечаний по поводу проекта Ползунова, Шлаттер в отзыве своем, приложенном к указу, чрезвычайно высоко оценил работу русского изобретателя.

«Шихтмейстер Ползунов, — писал он, — свой прожект точно на действительных и в действе находящихся таких машин основал, каковые я, в изданной на российском языке горной книге, представил и описал, токмо он, шихтмейстер, так, похвалы достойною хитростью, оную машину успел переделать и изобразить, что сей его вымысел за новое изобретение почесть должно».

Лестный отзыв Шлаттера, разрешение строить машину, милости, которыми был осыпан изобретатель, — все это смутило Порошина и далеко не обрадовало. Предстоящую возню с постройкой машины, очевидную переписку с кабинетом по этому поводу, выдачу награды из средств завода Порошин тут же назвал «зело досадительным делом» и немедленно стал его всячески тормозить.

Но указ и отзыв Шлаттера были тогда же, 22 декабря, объявлены изобретателю, в чем он и расписался на бумагах.

Это был счастливейший день в горестной жизни шихтмейстера Ползунова.

Ползунов родился в Екатеринбурге, центре горнозаводской промышленности, в 1728 году, в семье солдата горной роты Ивана Ползунова и его жены Дарьи Абрамовны. В горную роту отец Ползунова, происходивший из сибирских крестьян, попал по рекрутскому набору за семь лет до рождения сына. Горные роты были сформированы в только что основанном Екатеринбурге главным образом для наблюдения за заводскими рабочими. Без этой охраны их никаким образом невозможно было удержать на заводе, где условия жизни и работы были невероятно тяжелыми.

Семья Ползуновых была редкостной по тем временам. Не только сам Ползунов, но и жена его была грамотна. Солдат Ползунов дослужился до чина капрала. Вероятно, он пользовался покровительством своего начальства, иначе трудно объяснить, как ему удалось поместить своего сына в Екатеринбургскую горнозаводскую школу, устроенную для обеспечения заводов мастерами. Принимались туда обычно только дворянские и дьяческие дети.

Школа состояла из двух отделений: словесного и арифметического. В словесном обучали чтению и письму, а в арифметическом — арифметике, геометрии, тригонометрии, черчению и рисованию. Это была высшая заводская школа и по широте программы превосходила такого же рода школы, существовавшие в других странах.

Любопытно, что занятия в школе происходили круглый год и прерывались только на один месяц, в самые темные зимние дни, когда окна в школе не пропускали света, так как стекол не смогли достать, а заменяла их промасленная бумага.

Солдатский сын оказался очень способным мальчиком. Вероятно, школа, несмотря на розги, которыми наказывались школьники за всякий проступок, пришлась ему все-таки по душе. По отзыву его учителя, Никиты Бахарева, Ползунов учился хорошо, и потому его перевели со «словесного» отделения в следующее, «арифметическое». Тут школьники вместе с обучением математике и черчению вечерами должны были работать на заводе в качестве «механических учеников». Они получали за это плату — шестнадцать копеек в месяц. При этом, как говорилось в инструкции, ученикам следовало «не токмо присматриваться, но и руками по возможности применяться и о искусстве ремесла внятно уведомляться и рассуждать».

Одаренный от природы способностями, приученный в семье к порядку, усидчивости и дисциплине, Иван Ползунов закончить обучение, однако, не мог, как раз потому, что был слишком способным учеником: учитель поторопился перевести его на завод в качестве своего помощника.

Пять лет, с 1742 года по 1747 год, Ползунов работал под началом Бахарева в Екатеринбурге, на одном из лучших тогда заводов. Молодой механик был не только трудолюбив и исполнителен. Он дивил своего учителя необычайным любопытством, приверженностью к механическому искусству, и, когда алтайским Колывано-Воскресенским заводам потребовались знатоки горнозаводского дела, вместе с другими специалистами туда был направлен и Ползунов.

Колывано-Воскресенские заводы на Алтае вступали в блестящий период своего развития. После того как в 1723 году разведчики уральского промышленника Демидова обнаружили в центральной части Алтая, около озера Колывань, залежи медной руды, здесь возникли один за другим мощные предприятия. Уже в 1739 году Демидов начал строить второй завод, в Барнауле, а в 1742 году — третий, близ Змеиногорска, где были обнаружены богатейшие серебро-свинцовые руды.

Вскоре же правительство отобрало у Демидова заводы в казну, ввело на них военно-горное управление, обязало население Алтая в порядке рекрутской повинности давать рабочих и потребовало от Екатеринбургского главного горного управления неотступного наблюдения за Колывано-Воскресенскими заводами. Посылка специалистов с Екатеринбургского завода на Алтай свидетельствовала о том, что в Екатеринбурге, как и в Петербурге, понимали, каким огромным богатством может располагать здесь царское правительство.

В Барнауле Ползунов, не имевший горного офицерского чина, был назначен на должность гиттеншрейбера, то есть писаря при медеплавильном заводе.

При всех способностях ему предстояло «выслуживать» чины, прежде чем получить должность, соответствовавшую его склонностям и стремлениям.

Четыре года Ползунов скучал за канцелярской работой, нисколько не соответствовавшей его склонностям и выучке. Несколько раз он обращался к начальству с просьбами дать ему возможность, как он писал, «по желанию нашему, обучаться горным и плавильным наукам». Он жаловался, что до сих пор не исполнено «определение» начальства послать его с другим товарищем но школе на Колыванский завод для обучения, и горестно прибавлял в заключение:

«А желаю я, по силе оных определениев, тем наукам обучаться, дабы я за полагаемыми на меня другими должностями в знании оных наук против своей братии не мог понесть обиды. К тому же и молодость лет моих без науки втуне пропадает».

Товарищи обгоняли Ползунова, пользуясь покровительством начальников, прибегая к лести и протекции, к знакомствам и интригам. Ползунов был самолюбив и прямодушен. Он не заискивал перед начальниками, а требовал справедливости и однажды даже послал жалобу в Петербург, в которой просил устроить ему и одному из товарищей экзамен, чтобы убедиться, кто из них достойнее, кому принадлежит старшинство по службе.

Стремление к точному научному знанию, столь характерное для Ползунова, как и для Ломоносова, не являлось для великих русских ученых самоцелью. Они стремились к нему потому, что в точном знании видели источник практических приложений, более могущественный, нежели тот долгий опыт, каким шла к своим достижениям тогдашняя техника.

Хотя Ползунов и вошел в историю русской науки и техники со снисходительным прозвищем «самоучки», в действительности он был образованнейшим человеком своего времени. В арифметическом отделении Екатеринбургской горной школы Ползунов, соединяя теорию с практикой, проходил и геометрию, и тригонометрию, и логарифмические вычисления, и черчение. С более широкой программой в те времена специальных школ не было и в Англии, шедшей впереди технического прогресса в век промышленной революции.

Подлинные документы, дошедшие до нас и принадлежащие самому Ползунову, его докладные записки, чертежи и пояснения к ним свидетельствуют о том, что первый русский теплотехник стоял вполне на уровне научных знаний своего времени.

Просьбы, жалобы, требования «солдатского сына», и без того слишком выскочившего вперед, вровень с дворянскими и офицерскими детьми, не приводили ни к чему. Скорее они раздражали начальство, вызывали желание избавиться от беспокойного служащего. Поэтому Ползунова начали посылать на разные хозяйственные работы. Служил он надсмотрщиком на плавильном заводе в Барнауле, обмерял шахты на Змеиногорском руднике, принимал участие в постройке водяной мельницы, заведовал лесной пристанью на реке Чарыше, разъезжал с караванами судов, доставляя на заводы руду.

Он мок под дождями, обмораживал руки, тонул в реке, спасая разбитые барки, строил суда, производил ревизии, заготовлял дрова, выкуривал уголь, но желания своего «обучаться горным и плавильным наукам» не терял.

Среди всех этих многообразных хозяйственных поручений оказалось одно, за которое будущий теплотехник мог поблагодарить судьбу. В 1758 году Ползунов был командирован с обозом серебра в Петербург, где он прожил три месяца.

Ползунов в Петербурге.

Поездка в новую русскую столицу, знакомство с ее заводами, верфями, пристанями и кораблями, посещение знаменитой кунсткамеры Академии наук, встречи с новыми передовыми людьми — все это произвело огромное впечатление на Ползунова.

Петербург стал для Ползунова той высшей школой, которой только и не хватало ему для того, чтобы подняться до вершин тогдашней науки, техники и искусства. Если он и не возвратился из Петербурга законченным ученым и инженером, то, во всяком случае, вполне был готов к тому, чтобы стать и тем и другим.

Еще до поездки, в 1754 году, Ползунов был произведен в шихтмейстеры — это был первый чин для служащих казенных горных заводов, приравнивавшийся к производству в офицеры. Шихтмейстер должен был «осматривать горную работу, чтобы о своей работе мог всегда подлинно сведом быть», заботиться об исправности горного оборудования, «припасать» инструменты и материалы, «дабы в горном деле остановки не было», вести учет сделанной работе, наблюдать за рабочими, отчитываться в расходах.

В положении о должности шихтмейстера говорилось и о том, что «должен шихтмейстер с великим радением и охотою обучаться горному делу, дабы он горное дело мог править и русской нации людям показывать так и за то имел получить повышение чина». Следующим по рангу был чин механикуса, или машиниста, которому уже надлежало «знать всякие машины, до горного дела потребные, а именно для выливания воды, для подъему руды и протчего строить и в действо производить». Таким образом, открывалась наконец перед Ползуновым возможность свободно отдаться своим склонностям и прежде всего — обучаться наукам. Офицерское звание давало доступ в офицерское собрание, в библиотеку, избавляло от телесных наказаний, улучшало и моральное и материальное положение Ползунова.

Вскоре же из Петербурга пришел указ о том, чтобы все горные офицеры, работающие на казенных заводах, внимательно изучили изданную в 1760 году книгу профессора Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу», представлявшую собой практическую энциклопедию горного дела. Автор не был чужим человеком на Алтае: в 1745 году он осматривал здесь рудники и начал плавку серебра на них. В своем капитальном труде он останавливался главным образом на характеристике состояния горнозаводского дела в России и отчасти в Западной Европе.

Ползунов внимательно ознакомился с книгой, и она произвела на него огромное впечатление. В ней будущий механикус, обязанный всякие машины «знать, строить и в действо производить», нашел слова, открывшие ему горький путь к славе, труду и мукам.

«Нет такого изобретения, — писал Шлаттер, переходя к описанию машины Ньюкомена, — которое бы разум человеческий столько прославить могло, как вымышление огнем действующих машин, которыми ужасные тяжести подняты быть могут и которые с начала сего века от англичан изысканы и во многих местах в употреблении для выливания из рудных и каменноугольных ям введены».

Так долго томившийся по большому и необыкновенному делу, изнывавший по творческой работе, для которой он готовился всю жизнь, Ползунов почувствовал в рекомендованной Петербургом книге наставника, друга, учителя и защиту от горного начальства. Читая описание машины Ньюкомена, он не только понял ее устройство, но сумел разобраться в основных принципах ее работы и найти в ней новые, неиспользованные возможности, скрытые даже от передовых умов европейских стран.

И вот Ползунов решает сам построить невиданную машину.

«И хотя правда, что новых и полезных дел начинателям не всегда вдруг делается удача, — писал Ползунов в своем объяснении к проекту год спустя, — однако таковых умной свет не почитает предерзкими, но мужественными и великодушными».

Хорошо знакомый не только с горной техникой, но и с горнозаводским хозяйством. Ползунов понимал все несовершенство водяных колес, применявшихся тогда в качестве двигателей: к водяному колесу приходилось издалека подводить воду или же строить заводы там, где была вода. Русский механик решил поэтому приступить к «вымышлению» такой «огневой» машины, которая могла бы не только откачивать воду из шахт, но стать универсальным двигателем, пригодным для всякой работы, во всяком месте, в любое время.

В основу своих размышлений русский теплотехник положил труды своего соотечественника и современника Ломоносова. Конструировать же машину Ползунов должен был, опираясь на свой собственный опыт и изобретательность. В России у него не было никаких предшественников, «изысканных от англичан» водоотливных машин он никогда не видел, а книга Шлаттера давала о них самые общие понятия.

Значит ли это, что путь к решению задачи у Ползунова шел прямо от размышления к практике, а не от созерцания к размышлению и от размышления уже к практике, как всякий диалектический путь к истине?

Конечно, нет!

Ведь мы созерцаем и познаем окружающую нас действительность не только посредством наших чувств — зрения, слуха, осязания, обоняния и вкуса, — но еще и посредством слова видимого или слышимого. Вероятно, никто из нас не бывал в Африке, в пустыне Сахаре, но о Сахаре мы все имеем такое точное и полное представление, что непосредственное созерцание ее мало что прибавило бы к этому представлению.

Слово отражает в нашем сознании объективный мир так же, как и непосредственное восприятие его органами чувств. Отражений, отпечатанных посредством слова, в нашем мозгу великое множество. Однако в основе их должны лежать отражения, запечатленные в мозгу непосредственным созерцанием: равнина, песок, зной, солнце.

Слово дало нам возможность творчески мыслить, создавать науку, литературу, искусство, познавать и то, что недоступно для непосредственного восприятия.

К решению своей задачи Ползунов шел все тем же диалектическим путем, как и его предшественники, но более сложным, трудным и своеобразным.

В это время, как мы видели, он уже располагал большим и разнообразным производственным опытом. Опыт этот позволял ему ясно видеть потребности производства и смело ставить грандиозные технические задачи, но для создания конструкции и для выполнения ее опыт этот почти ничего не давал.

Каким же образом мог русский гений преодолеть трагическое несоответствие между грандиозностью замысла и необходимостью опыта для его осуществления? Только опираясь на свою теоретическую подготовленность, на глубокое знакомство с технической литературой того времени, богато и полно собранной в барнаульской библиотеке!

Основная трудность при решении задачи сводилась к тому, чтобы получить от двигателя беспрерывную работу.

В водоотливной установке, описанной в книге Шлаттера, пароатмосферная машина делала только один рабочий ход, когда поршень падал вниз под давлением воздуха, после чего следовал обратный, «холостой» ход, не совершавший никакой полезной работы. Между тем для приведения в действие заводских механизмов, например воздуходувных мехов, требовалась непрерывная движущая сила.

Ползунов размышлял, чертил и рассчитывал…

Из всего того, что техническая и научная литература могла предложить в то время, Ползунов выбрал самое целесообразное решение: он построит пароатмосферную машину с двумя цилиндрами, так, чтобы поршни в них двигались одновременно, но в противоположных направлениях. Таким образом, движущая сила в машине будет беспрерывной.

Днем — у маленького окна своего бревенчатого домика, ночью — при свечах размышлял, чертил и рассчитывал шихтмейстер, никогда не видевший настоящих огнедействующих машин, знакомый с ними лишь по книгам. Он не просто воспроизводил машину, описанную в литературе, — он создавал новую конструкцию, для новой цели.

Это была пароатмосферная машина. Над паровым котлом русский теплотехник поместил два цилиндра с встречным движением поршней. Движения поршней передавались воздуходувным мехам при помощи цепей и шкивов. Система резервуаров и труб обеспечивала непрерывное питание котла водой. Подачу в цилиндры пара и воды для конденсации Ползунов сделал автоматической. Все это конструктивно резко отличалось от всех известных систем, описанных в книге Шлаттера.

Все «члены» проектируемой машины, по замыслу Ползунова, должны были «сами себя в движении без помощи рук содержать», как писал он в своем объяснении к проекту. Ползунову и удалось достигнуть почти полной автоматизации своей силовой установки, и уже по одному этому можно судить, каким передовым умом в теплотехнике он был в то время.

Этого мало. Автоматическое питание котла осуществлялось горячей водой, отработавшей в машине. Это стремление к полному и рациональному использованию тепла в машине, как и стремление автоматизировать ее работу, говорит об исключительной глубине и зоркости его конструкторской мысли.

Но и это еще не все. Хотя Ползунов и предназначал свою машину на первый случай для воздуходувных мехов, он в то же время видел в ней вообще «огненную машину, способную по воле нашей что будет потребно исправлять». Действительно, непрерывность действия машины Ползунова благодаря наличию двух цилиндров позволяла приспособлять ее в качестве двигателя к любому заводскому механизму.

Характерное для русской научной и технической мысли стремление к обобщениям с необычайной яркостью предстает перед нами в проекте первого русского теплотехника. Уже в самой конструкции его машины была заложена ее универсальность, пригодность для удовлетворения всех нужд в движущей силе. Как далеко и как ясно видел Ползунов дальнейший путь развития энергетической техники, в самом начале которого он стоял, показывает нам последующая история ее развития.

Около двух лет неустанно трудился Ползунов, разрабатывая детальный проект своей машины, «облегчая труд по нас грядущим», как писал он затем в объяснении к проекту, «все возможные труды и силы на то устремив, коим бы образом огонь слугою к машинам склонить».

В апреле 1763 года Ползунов подал свой проект начальнику, генералу Порошину. Канцелярия горного начальства, по представлению Порошина, отнеслась к проекту положительно, признала, что предлагаемая Ползуновым машина «великую бы пользу принесла», но усомнилась «с крайним сожалением» в том, что «оное в действо произвести здесь можно» из-за отсутствия знающих людей и опытных мастеров. Поэтому Ползунову было предложено построить машину «в небольшой форме», чтобы проверить, будет ли она действовать и найдутся ли среди местных рабочих «мастеровые люди медного, слесарного, отливного дела», которые справились бы с тонкой работой.

Одновременно решено было «рапортовать» о проекте Ползунова в Петербург, а «для поощрения впредь, как помянутого Ползунова, так и других, к любопытству и трудам склонных и черною работой не гнушающихся людей, просить позволения наградить его, Ползунова, чином механикуса и, сверх обыкновенного годового жалования, суммою денег до двухсот рублей».

В апреле 1763 года Ползунов подал свой проект в Горную канцелярию. В декабре он здесь же расписался в прочтении царского указа.

Генерал Порошин несколько по-своему истолковал прочитанное. Денежную награду он решил выдать не раньше, чем будет пущена в ход машина, а в академию отпустить Ползунова не счел нужным, ссылаясь на то, что без механикуса невозможно будет построить машину. Для того чтобы вообще как-нибудь оттянуть все это неприятное дело, он предложил изобретателю переделать проект в соответствии с указаниями Шлаттера, хотя царский указ того не требовал.

Счастливейший день — первый и последний в жизни Ползунова — кончился тем, что изобретатель, к отчаянию своей жены и матери, снова уселся за свой столик. Он переделывал проект, считаясь с авторитетом Шлаттера.

Это был безвдохновенный и угрюмый труд. Ползунов портил свою машину в угоду Шлаттеру. Между тем за многие месяцы, пока проект посылался в Петербург, Ползунов успел построить модель машины. Она убедила его в том, что недоверие Шлаттера ни на чем не основано.

В марте 1764 года новый проект был сдан в Горную канцелярию и утвержден ее советниками. Порошину не оставалось ничего другого, как отпустить изобретателю материалы, средства на постройку и дать в его распоряжение нескольких учеников и рабочих.

В предписании канцелярии, объявленном Ползунову, ему предлагалось начать постройку, выбрав себе из служащих заводов учеников, которых вменялось ему в обязанность «первым механическим принципиям и правилам обучать, наставлять и ясно толковать, дабы от них помощь получить мог».

Представляя ведомость на потребные для постройки машины материалы и инструменты, Ползунов просил откомандировать к нему Димитрия Левзина, Федора Овчинникова, Ивана Черницына и Петра Вятченина как наиболее способных из молодых заводских работников. С этими помощниками и приступил он к строительству.

Изготовление частей машины, никогда никем еще не строившейся, при несовершенстве технических средств того времени, было делом неслыханно трудным и сложным. Оно требовало постоянного участия самого конструктора, которому приходилось не только учить других, но и самому учиться на опыте и ошибках. А строил он не только самую машину, но и сконструированные им токарные станки для обработки деталей будущей машины.

Ползунов проводил на работе дни и ночи, отдыхая урывками, часто забывая об обеде. Он не гнушался черной работы, изводил себя и физическим и творческим трудом. Его подгоняли запросы о положении дела из Петербурга, а вдобавок к естественным трудностям Горная канцелярия чинила свои препятствия, донимая изобретателя отчетностью, задерживая отпуск материалов и денег.

Ползунов чертил, высчитывал, следил то за отливкой частей, то за постройкой машинного здания. Он отчитывался в расходах и отписывался от требовательного начальства, с неудовольствием взиравшего на затею шихтмейстера. Даже старый товарищ Ползунова по школе, строитель водяных колес на рудниках Кузьма Фролов, замечательный русский механик, и тот с сомнением отнесся к замыслам приятеля.

— Да ведь на твою огневую машину материала не достать, — твердил он, — да ведь за ней смотреть будет некому. На водяные же колеса у нас лесу сколько угодно, воздвигать их мы можем, воды везде достаточно.

Несмотря на невероятные трудности, постройка машины продолжалась. Ползунов едва держался на ногах: его съедал туберкулез. Нечеловеческое напряжение, бессонные ночи, тяжелое детство, полуголодная юность делали свое дело.

По вечерам, в свободную минутку, Ползунов, задыхаясь от кашля, уходил на Обь или Барнаулку, впадавшую в нее, и тут подолгу одиноко сиживал он на берегу, думая то о машине, то о блестящем Петербурге, где его ждала академия. С тоской всматривался он в туманную даль реки, в суровый закат и лиловое небо или чертил на песке какую-нибудь деталь машины. Иногда, напав на новую мысль, Ползунов бежал на постройку, чаще же просиживал до тех пор, пока не приходила жена. По глухому кашлю она находила его в сумерках и тихо уводила домой.

— Неужто помру? — спрашивал он иной раз, дивясь своей слабости и охватывавшему его равнодушию. — Как думаешь, а?

Свидетелем напряженного труда и гениальной изобретательности Ползунова в эти дни оказался молодой русский ученый, швед по происхождению, Эрик Лаксман, находившийся в это время в Барнауле. Он был прислан сюда как член-корреспондент Академии наук для занятий ботаникой и минералогией.

Лаксман высоко ценил Ползунова и гордился дружбой с ним. В феврале 1765 года Лаксман писал из Барнаула в Петербург своим друзьям:

«Другой, с кем я наиболее имею знакомство, есть горный механик Иван Ползунов, муж, делающий честь своему отечеству. Он строит теперь огненную машину, совсем отличную от Венгерской и Англинской. Машина сия будет приводить в действие мехи или цилиндры в плавильнях посредством огня: какая же от того последует выгода! Со временем в России, если потребует надобность, можно будет строить заводы на высоких горах и в самых даже шахтах. От сей машины будут действовать пятнадцать печей».

Показывая свою машину Лаксману и объясняя ее преимущества перед «огневыми машинами» Запада, Ползунов, как мы видим из этого письма, был хорошо осведомлен о достижениях науки и техники в Европе.

И Лаксман, конечно, был прав, называя Ползунова «мужем, делающим честь своему отечеству».

В горном деле Лаксман сам был недостаточно сведущ, тут его учителем стал Ползунов. Ученик и учитель быстро сдружились. Лаксман ему внушал веру в достижение намеченных целей. Это был сильный, жизнерадостный человек; всем интересовавшийся, он оставил следы своей деятельности и в химии, и в ботанике, и в минералогии. Не знавший устали ни в занятиях, ни в учении, Лаксман провел несколько лет в путешествиях по снежным сибирским просторам.

Лаксман рассказывал не только о себе. Он рассказывал о своем учителе Карле Линнее, шведском ученом, о великом Ломоносове, о многих других людях, с которыми встречался. Он рассказывал о Петербурге и заставлял мрачного изобретателя улыбаться легко и задушевно.

Так прошло лето. Осенью Ползунов как будто бы стал чувствовать себя лучше. Постройка машины подвигалась к концу, главные трудности были преодолены. Ученики механикуса овладели наукой и иногда сами подавали учителю дельные советы. Ползунов видел, что они могут управляться с делом без него, и ждал только пробного пуска машины, чтобы просить об увольнении с работы.

Но как ни торопились с окончанием постройки, она затянулась до глубокой зимы. Только в декабре 1765 года машина была наконец вчерне готова. Ползунов решил сделать пробу.

Ранним утром начали греть котлы. Взамен мехов, еще не изготовленных, машину нагрузили огромными бревнами. Механикус, надевший на этот раз мундир и треуголку, осмотрел машину и без всяких колебаний в присутствии своих учеников Левзина и Чериицына открыл кран и пустил пар.

Огромные поршни, диаметром в метр, с шумом и визгом задвигались в трехметровых цилиндрах. Заменявшие мехи бревна пошли вверх и вниз, навстречу друг другу. До последней минуты мало кто верил, кроме самого изобретателя, в возможность приводить подобным образом в движение тяжелые брусья.

Механикус снял треуголку. Черницын приблизился к учителю и наклонился поцеловать его руку. Ползунов обнял его и сказал глухо:

— Много понесено тягости и в здоровье изнурение, но машина в действо приведена нам и отечеству на радость и пользу… А тебе и Левзину, за увольнением моим, над нею надсмотр иметь и новые строить по сему образцу…

Он закашлялся, задыхаясь, отошел к окну, сел на табуретку и взял в руки какой-то чертеж, чтобы скрыть свою боль и взволнованность.

Левзин, шуровавший топку, оглянулся на механикуса. Ползунов велел гасить огонь и внимательно осмотреть машину. Не все еще было закончено: оказалась надобность в доделках. Не были готовы и новые воздуходувные мехи, не обмурован еще был котел, но машина действовала, как показало опробование, и изможденное лицо учителя светилось счастьем.

Однако только весной, почувствовав безнадежность своего положения и близость смерти, Ползунов решил просить об увольнении и о выдаче ему обещанного вознаграждения.

В поданной им 21 апреля 1766 года челобитной он писал:

«Вышеупомянутую показанную машину всегдашним и неусыпным своим старанием во всех ее членах я сделал и, в построенной фабрике собрав, поставил и к действию при плавильных печах привел в готовность, о чем главным над Колывано-Воскресенскими заводами командиром генерал-майором и кавалером Порошиным с некоторыми горными офицеры уже и засвидетельствовано, при котором строении понес я не малую тягость и в здоровье изнурение. При всем же том машинном устроении из находящихся при мне механики учеников Дмитрий Левзин, Иван Черницын, составление в членах нарочито поняли и производство знают и в чем-либо впредь повредившееся окажется, то поправить могут…»

Далее в челобитной, писанной Черницыным под диктовку учителя, с трудом произносившего слова, говорилось:

«За означенный мой при устроении машины неусыпный труд и старание пожалованные деньги четыреста рублев от Канцелярии Колывано-Воскресенского горного начальства мне, а ежели я, по воле божией, от имеющейся ныне на мне болезни, помру, то оставшейся жене моей на пропитание ей и поминовение души моей выдать. А учеников Левзина и Черницына не соизволите ли всемилостивейше реченному генерал-майору и кавалеру или другим горным офицерам в знании освидетельствовать и меня за болезнию от всего того машинного производства ныне уволить…»

Челобитная, направленная в Петербург, как того требовала субординация, через Горную канцелярию произвела переполох среди горного начальства. В тот же день канцелярия постановила:

«Того ради, чтобы он о выдаче того определенного награждения был не сомнителен и духом успокоился, оные деньги четыреста рублей серебряной монетою, ныне от комиссариатского правления выдать ему, Ползунову, а буде, паче чаяния, до того не доживет, жене его».

Надзор за машиной до выздоровления механикуса возложен был на Левзина и Черницына. Преданные ученики спешно подготовили машину к пуску в работу, но за десять дней до пуска, 16 мая 1766 года, Ползунов умер от «жестокого гортанного кровотечения».

Кабинет императрицы, управлявший казенными заводами, выразил «крайнее сожаление о рановременной смерти» Ползунова и потребовал объяснения, почему не было выдано своевременно денежное вознаграждение тому, кто «великих похвал достоин всегда был и щедрого награждения уже и за то только, что, будучи человек в пустыне отдаленной от наук воспитанный, мог природною своею остротою и так сказать самоучкою, не разумея к тому же иностранных языков, познать состав и действие оные и сам соорудить таковую машину».

Канцелярия отвечала ссылкой на то, что Ползунов согласился получить награду лишь после пуска машины и только накануне смерти обратился с просьбой о выдаче, Кабинет удовлетворился этим объяснением.

— Много понесено тягости… но машина в действо приведена…

Из журнала испытаний машины Ползунова, происходивших вскоре после смерти ее творца, явствует, что гениальный учитель оставил ученикам своим вполне законченное создание. Черницын и Левзин заявили 22 мая о том, что машина готова к пуску, и получили приказ утром 23 мая развести пары и привести машину в движение.

Присутствовавшие при испытании машины офицеры во главе с Порошиным убедились, что машина работает отлично, «меха имеют движение нарочитое, из прикрепленного к меховым трубам или соплам ларя, во все двенадцать трубок воздух идет довольный, и примечено, что того воздуха на десять или и все двенадцать печей будет».

Первый в мире двигатель заводского назначения был создан, смелый замысел русского гения начал выполняться.

Несмотря на обнаружившиеся в работе машины частные ее технические несовершенства, устранявшиеся Левзиным и Черницыным, двигатель Ползунова работал в течение сорока трех суток.

Слух о новой выгодной и удобной машине уже распространялся повсюду, уже начали поступать в Горную канцелярию запросы с некоторых заводов о машине Ползунова, а из Нерчинска поступило даже требование выслать чертежи.

Но в ноябре того же 1766 года прогорели печные своды и дал течь медный котел. Машину пришлось остановить и заняться вопросом о замене котла более прочным, о смене некоторых деталей, изготовленных без надлежащей точности или из неподходящего материала. Горное начальство не теряло надежды, что ему удастся «сию полезную машину в России ввести в обычай», но генерала Порошина вскоре сменил А. И. Ирман, один из многочисленных в то время «недоброхотов» всего русского. Ирман обратился в кабинет с запросом, не будет ли велено разобрать машину, поскольку канцелярия «пущать ее в действо, по изобилию воды при здешнем заводе, за нужное не признала».

Кабинет ответил согласием, но с оговоркой «члены хранить на будущую иногда впредь надобность подобной машины в таком месте, где за недостатком воды G лучшею пользою употреблена быть может».

Однако о сохранности частей машины в Барнауле никто не позаботился, и самая память о грандиозном предприятии русского гения едва не исчезла.

Генерал Порошин до оставления своей должности, в 1768 году отправил с Левзиным в Петербург модель машины, начатую Ползуновым и законченную постройкой преданными его учениками. Кабинет отослал модель в Академию наук «для причисления ее к хранящимся в оной таковым же любопытства и некоторого примечания достойным вещам», а Левзина, как ближайшего ученика Ползунова, предложил оставить при академии для обучения.

Канцелярия академии определила: Левзина поручить для обучения профессору Котельникову, модель машины поставить в кунсткамере, а одновременно затребовать из Медицинской коллегии модель какой-то «действующей парами» машины, «купленной в Берлине у доктора Либеркинда», чтобы произвести сравнительное изучение обеих машин.

Однако никаких дальнейших сведений о модели Ползунова обнаружить не удалось.

Воспользовался ли кто-нибудь конструкторскими идеями русского изобретателя или все происшедшее в сибирской глуши надолго осталось забытым? Несомненно, что опыт Ползунова получил известность за пределами России — хотя бы в узких кругах техников и инженеров, как это видно из дошедших до нас документов, — и повел техническую мысль к созданию универсального двигателя. Ползунов осуществил сдваивание цилиндров для получения непрерывной движущей силы, устранил коромысло, ввел автоматическое питание котла водой и, главное, создал первый в мире универсальный двигатель, принципиально годный для всяких других нужд народного хозяйства.