Loe raamatut: «Приключения изобретений», lehekülg 4

Подведем итог

Пожалуй, вспомнив все, что здесь написано о книгопечатании, вы не сможете ответить на вопрос: когда же оно изобретено? На этот вопрос и впрямь невозможно ответить: книгопечатание начали изобретать шесть тысяч лет назад, не кончили до сих пор и не кончат, пока существует печатное слово.

На этом огромном пути были большие узловые станции. Например, печатание с досок, потом процесс набора и печатания, изобретенный Гутенбергом, потом появление плоской печатной машины. Следующая станция – наборная машина. А за ней – изобретение матрицы и стереотипа. Следующая узловая станция – появление ротационной машины. И сейчас мы подходим к новой станции – фотонаборной машине.

Так и в любой другой области техники – каждая совершенствуется. Иногда медленнее, иногда быстрее.

От чего же зависит темп этого движения? От двух причин: потребностей общества и уровня развития техники.

Гутенберг сделал свое изобретение, когда общество готово было его принять: грамотных людей стало много и всем им понадобились книги. Гутенберг великолепно использовал возможности, которые давала современная ему техника. Потому его изобретение оказалось таким прочным.

А почему наборную машину удалось построить только через полвека после того, как в ней ощутили нужду? Почему десятки изобретателей потерпели неудачу в попытках создать наборную машину? Когда они пробовали механизировать набор, люди вообще не умели еще строить сложных машин с тонкими механизмами. Изобретатели пытались создать простую машину для набора, а это не удавалось. За полвека машиностроение сделало большой шаг вперед, научились строить уже довольно сложные машины – вот тогда и удалось создать линотип.

И чем больше совершенствуется техника, тем быстрее изобретаются новые способы изготовления вещей, появляются новые, невиданные машины, новые, невиданные вещи – и весь наш мир меняет свой облик. XX век стал веком полного технического переворота – веком огромных скоростей, веком создания огромной мощи и тончайших приборов.

Но разве всегда изобретатели создают только то, в чем люди уже почувствовали настоятельную потребность? Нет, они часто, очень часто идут впереди своего времени, изобретают то, в чем люди почувствуют нужду только через десятилетия, иногда через века. Велика заслуга таких изобретателей, но трудна их судьба.

Об этом вы прочтете в следующих главах.

Ты машины будешь двигать…
На рубеже двух эпох

Школьные товарищи

В 30-х годах XVIII века в горнозаводской школе Екатеринбурга учились два мальчика. Один был солдатский сын Иван Ползунов, а другой – сын мастерового Козьма Фролов.

В то время на Урале было уже много рудников и заводов. Добывали железную руду, медь, золото, выплавляли из руды металл. Чугун уральских заводов славился на всю Европу – он был лучше английского и шведского.

От отца к сыну передавались секреты плавильного дела, ковки и закалки металла, умение строить заводские печи. Но почему надо работать так, а не иначе, нельзя ли изменить, улучшить отцовские приемы работы, молодые мастера не знали. Они ничему, кроме своего мастерства, не учились, часто даже читать не умели.

Чтобы мастера были образованнее, лучше разбирались в своем деле, и завели на Урале горнозаводские школы. Там учили не только грамоте, арифметике, но и начаткам механики, черчению.

Ползунов и Фролов были очень способными учениками. Мы не знаем, дружили ли они в школе, – Фролов был в старшем отделении, когда Ползунов только начинал учение. И потом всю жизнь они почти не встречались, хотя и работали рядом. Не только рядом: у обоих с молодости была одна и та же мечта. Оба талантливо, упорно, побеждая множество препятствий, добивались своей цели – одной и той же. Но хотя цель была одинаковая, пошли они к ней разными путями. И все же оба к цели пришли.

Что же за мечта у них была, какая цель стояла перед ними? Облегчить бесконечно тяжелый труд крепостных рабочих в рудниках и на заводах и в то же время увеличить его производительность.

Облегчить труд – это значило переложить самую тяжкую его часть на машины и механизмы. Их было тогда мало. А создавать новые мешало главным образом то, что не было сильного, надежного двигателя, который приводил бы машины в движение.

Вот этим самым важным для того времени вопросом – как создать хороший двигатель – и занимались всю жизнь оба изобретателя.

Единственной энергией, которой умели в то время пользоваться для заводских нужд, была сила текучей воды. На пути водяного потока ставили колесо с насаженными по ободу лопатками, которые толкала вода, или с ковшиками, в которые вода лилась сверху. От вращающегося водяного колеса движение передавалось насосам, заводским механизмам.

Неудобство водяных колес было в том, что они привязывали завод к реке. Да и маломощным был этот двигатель.

Фролов, работая после школы на уральских золотых приисках, изобрел немало механических приспособлений, которые облегчали труд рабочих и увеличивали добычу. Но он мог использовать только часть своих изобретений: у него не было достаточно сильного двигателя, чтобы приводить в движение новые механизмы. И тогда он стал думать, как можно заставить водяные колеса делать больше работы, как увеличить их мощность. Он придумал удивительные вещи – об этом вы прочтете немного дальше.

А Иван Ползунов считал, что водяные колеса отживают свой век. Надо создать двигатель для рудников, расположенных далеко от реки. И заводам нужен новый двигатель, – удобнее, мощнее водяного колеса. Но как же без него обойтись?

Ползунов читал о новых двигателях для насосов, откачивавших в Англии воду из шахт и рудников. Это было важно и для наших рудников. Подземные воды делали невыносимо тяжким труд рабочих. Приходилось добывать руду, стоя иной раз от зари до зари по грудь в воде.

Если рудник был далеко от реки, воду вычерпывали вручную бадьями или конным приводом – поднимали бадьи на веревках, как из колодца. Тем же способом и руду доставляли на поверхность земли.

А если рудник был близко от реки, ставили насосы, которые приводились в движение водяными колесами. Но и это не спасало. Обычно вода заливала выработки быстрее, чем ее откачивали. Насосы, о которых читал Ползунов, приводились в движение силой пара.

Что придумали прежде Ползунова

Еще в древности знали, что пар может работать, – стоило только посмотреть, как он подбрасывает крышку сосуда, в котором кипит вода. Но прошло около двух тысячелетий, пока сумели использовать силу пара для полезной работы, создать паровой двигатель.

Первые паровые машины как раз и строились для откачки воды из шахт. Над их созданием трудилось много изобретателей – одним из первых французский врач Дени Папен, бросивший медицину ради техники.

Это было в конце XVII века. Самые важные части будущих машин – цилиндр и двигающийся в нем поршень – существовали уже давно и применялись в ручных, конных и водяных насосах. В поисках нового двигателя, который мог бы приводить в движение насосы, Папен попробовал использовать порох.

Он придумал вот что: нужно удалить из цилиндра под поршнем воздух – и тогда поршень опустится под давлением атмосферного воздуха. А как заставить поршень подняться кверху цилиндра? Папен насыпал в нижнюю часть цилиндра порох, подвел к нему фитиль и поджег. Он рассчитывал, что от взрыва пороха поршень подскочит и под ним, в цилиндре, образуется безвоздушное пространство (вакуум). Тогда поршень опустится. Машина получилась очень неудобной – каждый раз насыпать порох, поджигать фитиль, ждать взрыва, потом ждать, пока остынут пороховые газы… Все это так долго, что практически машина оказалась никчемной.

Дени Папен

Вот тогда и решил Папен использовать для подъема поршня силу пара, его свойство очень сильно расширяться, занимать большой объем (пар, расширяясь, может занять место в 1700 раз большее, чем вода, из которой он приготовлен).

Налил Папен на дно цилиндра немного воды, а под цилиндр поставил жаровню. Вода закипела, и пар поднял поршень. Тогда изобретатель убрал жаровню, а стенки цилиндра полил холодной водой. Пар обратился в воду (конденсировался), и под поршнем образовалось безвоздушное пространство. Силой атмосферного давления поршень опустился. А опускаясь, он проделал полезную работу: поднял груз, привязанный веревкой к стержню (штоку), на котором держится поршень. Значит, он мог проделывать и другую работу – приводить в движение насос.

Все же и в этой машине были большие недостатки. Самый серьезный – то, что вода кипятилась в самом цилиндре, а не в специальном котле. Опять получалось слишком медленно: вскипятить воду, убрать жаровню, полить цилиндр холодной водой, чтобы пар конденсировался, – и тогда только опускался поршень. А потом опять ставь жаровню и все начинай сначала.

Но вот какие неожиданности случаются с самым талантливым изобретателем. Работая над паровой машиной, Папен и не вспомнил, что сам же он за несколько лет до этого изобрел паровой котел! Случилось так потому, что он котел изобрел для изучения свойств пара, а не для какой-либо определенной работы. Котел был закрыт наглухо, и пар поэтому сжимался в котле до нескольких атмосфер. Чтобы котел не разорвался от давления пара, Папен сделал клапан, открывавшийся, когда давление в котле становилось слишком большим. Этот клапан был важным изобретением. Он позже применялся во всех паровых машинах.

Все же Папен нашел практическое применение для своего котла. Он его использовал, как… кастрюлю. Варил в котле мясо с костями и хвалился, что получается превосходный студень.

А что этот котел можно соединить с цилиндром, чтобы впускать под поршень уже готовый пар, догадался современник Папена, механик Севери. Он построил паровой насос, работавший быстрее папеновского, потому что уже не надо было кипятить воду в самом цилиндре.

И когда Папен решил строить еще одну паровую машину, он свое собственное изобретение заимствовал у Севери…

Я в другом месте расскажу, как Папен еще пробовал использовать силу пара для полезной работы.

Машины, созданные Папеном и Севери, называют пароатмосферными, потому что пар заставлял поршень только подниматься, а опускался он силой атмосферного давления.

Насосы Папена и Севери, даже с отделенным от цилиндра котлом, все же работали медленно. Это машины прерывного действия – после каждого рабочего хода поршня, пока пар конденсируется и поступает новая его порция из котла, до следующего рабочего хода (то есть хода вниз) была довольно длинная пауза.

Машину Папена усовершенствовал английский кузнец Томас Ньюкомен. Подробное описание парового насоса Ньюкомена Ползунов нашел в книге Ивана Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу».

Ньюкомену удалось сократить время, нужное для охлаждения пара. Он устроил два крана. Один впускал пар в цилиндр и закрывался, когда пар поднял поршень. Тогда открывался другой кран, и в цилиндр вбрызгивалась холодная вода. Пар конденсировался, и поршень опускался.

Рассказывают, что сперва краны надо было открывать и закрывать вручную. Ньюкомен приставил к машине мальчика, Гемфри Поттера. А мальчику скучно было стоять целые часы у машины и все время то открывать, то закрывать краны.

Рядом играют товарищи. Завидно. Хочется и самому поиграть с ними. Как же быть? Взял Поттер две проволочки и соединил ими рукоятки кранов с концами коромысла, которое поднималось и опускалось вместе с поршнем. Коромысло, качаясь, натягивало то одну, то другую проволоку. Натянутая проволочка закрывала кран, а висевшая свободно открывала другой.

Приделал Поттер проволочки и побежал играть, а машина без него стала работать вдвое быстрее! Оказалось, что приспособление Поттера работает гораздо проворнее рук.

Вряд ли правдив этот рассказ. Может быть, Ньюкомен сам придумал приспособление. А вернее, это важное усовершенствование сделано позднее опытным механиком. Ведь очень редко изобретение дается в руки без большого труда, без подготовки. Так или иначе, но машина Ньюкомена с «автоматическими» кранами уже работала достаточно хорошо, чтобы использовать ее для откачки воды из шахт. А к большему Ньюкомен и не стремился.

О чем мечтал Ползунов

Но не о таком двигателе, который может только откачивать воду, размышлял Ползунов. Он задумал действующую силой пара «огненную машину», которая могла бы приводить в движение любые механизмы, нужные заводам и рудникам.

Эта мысль пришла ему в голову, когда он работал уже на Алтае. На Урале Ползунов прожил недолго. Закончить горнозаводскую школу ему не удалось. Механику Екатеринбургского завода понадобились помощники, и велено было взять на эту работу двух самых способных учеников. Одним из них был Иван Ползунов. Больше шести лет проработал он на Екатеринбургском заводе и стал за это время хорошим механиком.

А затем молодого мастера отправили работать в Сибирь, на Алтай. В то время на Алтае было много рудников. Самые богатые, где добывались медная и серебряная руда, золото, были на юге Алтая, в Змеиногорске. А севернее, в городе Барнауле, работал завод, выплавлявший металлы из руд.

Почему завод построили за триста километров от рудника, а не рядом с ним? Дело в том, что заводы в то время были привязаны не только к реке, но и к лесу. Для выплавки металла нужен уголь. Тогда в России пользовались еще не каменным углем, как в XIX веке, а древесным. И нужно его заводу было очень много. Поэтому приходилось строить завод в лесистой местности. И бывало на том же Алтае так, что завод сжигал весь лес кругом. Тогда завод закрывали и строили другой, на новом месте, где были еще нетронутые леса.

Вокруг Змеиногорска лесов мало – там степь. Вот и возили руду на лошадях в Барнаул.

Ползунов, когда его послали на Алтай, надеялся там хорошо изучить горнозаводское дело и развить свой талант механика.

Но судьба была к нему немилостива. Впрочем, это так говорится – «судьба». Немилостивы, равнодушны к Ползунову были люди, от которых зависело, где и как ему работать, – начальники заводов, а иногда и просто завистливые писари, которым не нравилось, что Ползунов был очень добросовестным человеком и пользовался доверием правителей заводов.

Мало радости было Ползунову от этого доверия. На годы усаживали его за канцелярские работы, годами гоняли по глухим алтайским местам, заставляя заниматься хозяйственными делами. Иногда только была передышка – поручали ему техническую работу.

Такой передышкой была для него поездка в Змеиногорск. Он построил там лесопилку и водяное колесо, которое приводило в движение пилы. От речки к «пильной мельнице» (так называли тогда лесопилки) Ползунов проложил канал, который доставлял от плотины воду к колесу. Этот канал был смелой новинкой. Считалось, что в России можно подводить воду от плотины к колесу только по деревянным лоткам или трубам, а канал будет зимой промерзать до дна. Об этом и в технических книгах писали. Ползунов нашел, что это предположение неверно, и оказался прав. Канал исправно подавал воду к колесу и в зимнюю стужу.

Вероятно, выполняя эту работу, Ползунов не раз задумывался над малой мощностью водяных колес. Но едва кончил он работу в Змеиногорске, как его опять послали ведать погрузкой руды на суда, и занимался Ползунов скучным делом еще четыре с лишним года. Но в это трудное для него время, оторванный от завода, он готовился к выполнению дела своей жизни. Читал труды Ломоносова, книги о добыче руд и выплавке металла.

Фролов на Алтае

Переведен был с Урала на Алтай, в Змеиногорский рудник, и Козьма Фролов. Он был тогда уже человеком известным. Рассказывали, как он облегчил добычу и промывку золота на уральских приисках.

В Змеиногорске Фролов нашел построенный Ползуновым канал, подводивший воду к пильной мельнице. Сооружение ему понравилось, но он подумал, что такой канал можно бы лучше использовать. И действительно, создал необыкновенное по тем временам сооружение.

Прорыли по его предложению новый канал – он шел от речки Корбалихи полукругом и впадал в ту же речку ниже по течению. Вдоль канала построили три фабрики для промывки золотой и серебряной руды. Поток воды, что шел по каналу, питал водяные колеса всех трех фабрик, и ни одна работа на фабриках не производилась вручную.

Водяное колесо приводило в движение машину, которая дробила руду. Механические лопаты, которые вращались тем же водяным колесом, перемешивали раздробленную руду с водой. Механические щетки сбрасывали в отстойник рудную мелочь, а затем – и это казалось современникам самым большим чудом – тележки с рудой передавались от рудодробилки к промывательным устройствам механической канатной тягой – ее приводило в движение то же колесо.

Так работали все три фабрики, построенные Фроловым на канале. Теперь бы сказали: это заводы-автоматы. А сооружены они за сто восемьдесят лет до того, как появилось выражение «завод-автомат». Ведь это то, что считается самым нужным, передовым в нашей сегодняшней технике!

Что же, значит, мы потеряли зря почти два века и только сейчас взялись за решение задачи, которую выполнил Фролов? Нет, это не так. Фролов сделал огромной важности и для того времени невиданное дело: использовал энергию водяного колеса сразу для нескольких механизмов и переложил на эти механизмы весь тяжелый труд, освободил от него рабочих.

Но фабрики, которые строил Фролов, были несложными сооружениями, выполнявшими простую работу, – они дробили и промывали руду. Для этого не нужно много разнообразных машин. Такая фабрика не больше похожа на нынешний завод, где сложные изделия производятся сотнями самых разнообразных станков, чем телега на самолет.

Для того чтобы создать современный завод-автомат, не годились бы простые, хотя и замечательно придуманные механизмы Фролова. Не годился бы, разумеется, и слабый, неуклюжий двигатель – водяное колесо.

Фролов не опередил на два века технику своего времени – такой скачок возможен только в мечте, а не в действительности. Заслуга изобретателя в том, что он в технике своего времени нашел неожиданные возможности избавить рабочих от тяжелого труда – механизировать добычу и обработку руды.