Изобретено в России: История русской изобретательской мысли от Петра I до Николая II

Несколько слов в заключение

В последние годы жизни Нартов дорабатывал свой главный труд – книгу «Театрум махинарум, то есть Ясное зрелище махин». В ней во всех подробностях описывались 36 различных станков, придуманных и построенных талантливым самоучкой. Нартов хотел издать ее большим тиражом и распространить по всем механическим мастерским России. Но он умер в 1756 году, едва окончив работу, а после смерти о нем быстро забыли: Екатерине было не до наук и ремесел. По иронии судьбы, первым печатным сообщением о Нартове, опубликованным после смерти (при жизни его работы несколько раз упоминались в «Ведомостях»), оказалось объявление о распродаже его имущества за долги. Рукопись же «Театрума» двести лет пылилась в придворной библиотеке, ее извлекли на свет лишь в середине XX века. Могила Нартова затерялась и была обнаружена случайно в 1950 году, после чего Андрея Константиновича с почестями перезахоронили в Александро-Невской лавре.

Нартов не то чтобы опередил свое время, он просто родился не в том месте. Его книга была передовой и наверняка стала бы сенсацией в Америке и Европе, где уже существовало авторское право и работали патентные бюро. В России же ее восприняли как блажь и бессмыслицу.

До наших дней дошли многие изобретения Нартова, например его круговая скорострельная батарея. Также сохранилось несколько токарных станков, – большинство из них экспонируются в Эрмитаже. А самый первый станок с суппортом был привезен Нартовым во Францию и стал частью экспозиции Музея искусств и ремесел. Генри Модсли посещал этот музей во второй половине XVIII века и наверняка изучил станок Нартова. Безусловно, система Модсли много совершеннее, и никто не отказывает британцу в таланте, но с высокой долей вероятности можно утверждать, что он опирался на нартовскую систему, когда в 1790-х годах проектировал свой станок.

Все могло бы быть иначе, но история не знает сослагательного наклонения.

Глава 6
Единороги графа Шувалова

Когда я рассказывал о коче, то говорил, что у каждого народа были свои собственные типы кораблей. Примерно то же можно сказать об артиллерии. Все развитые в техническом отношении государства, имевшие артиллерийские войска, разрабатывали оригинальные, подходящие исключительно под их нужды пушки. В русской армии XVIII века таких было не меньше десятка.

Пожалуй, одним из самых заметных русских новаторов в области артиллерии можно назвать графа Петра Ивановича Шувалова, генерала-фельдмаршала, сенатора, конференц-министра, влиятельнейшего придворного середины XVIII века.

Самое интересное, что Шувалов, в принципе, всего добился сам – нехарактерное явление для людей такого происхождения. Отец его, Иван Максимович Шувалов-старший, был небогатым дворянином и служил комендантом в Выборге – не бог весть какая должность, – но к концу жизни дослужился до губернаторства в Архангельске. Петр Иванович начал с пажа при дворе Петра I, затем его повысили до камер-юнкера, но вряд ли он быстро продвинулся бы дальше, если б не дворцовый переворот 1741 года, когда был свергнут малолетний император Иоанн Антонович, а на престол взошла Елизавета Петровна. 30-летний Шувалов выбрал правильную сторону, принял в перевороте участие и, что называется, попал в струю. Кроме того, сразу же появилась оказия для удачного брака с Маврой Шепелевой, близкой подругой внезапной императрицы. В общем, к 1749 году Шувалов был уже генерал-адъютантом, провел в верха всех своих родственников и стал, по сути, безраздельным «серым кардиналом» Российской империи.

Артиллерийские реформы и мортир-каноны

Шувалова нельзя назвать ленивым царедворцем, каких обычно изображают на карикатурах, – в юности он пожил среди простых людей и посмотрел на обычную жизнь. Он был крайне деятельным, полагал себя умнее всех и считал, что все вокруг обязательно нужно реформировать и подправлять. Он сделал ряд грамотных шагов, например упразднил внутренние таможни вместе с их грабительскими пошлинами (да, были в России и такие), а также разделил страну на призывные округа, чтобы из них поступало на службу равное количество новобранцев, а не как раньше, когда рекрутеры приходили в одну деревню и уводили оттуда всех молодых, а до другой и вовсе не добирались. Но больше всего усилий Шувалов вложил в свое любимое хобби – артиллерию. Тем более что в 1756 году он был назначен начальником всего этого рода войск – генерал-фельдцейхмейстером.

Хотя Петр I тоже немало дал русской артиллерии и почти дотянул ее до уровня европейской, оставалось много нерешенных вопросов. Самой большой проблемой было полное отсутствие стандартизации: даже пушки, номинально имевшие один калибр, порядком отличались каналами стволов, иногда на несколько сантиметров.

К тому времени, когда Шувалов пришел к власти, попытку стандартизации артиллерийских орудий провел обычный армейский капитан Иван Бишев, изобретший новую разновидность пушки – мортир-канон. Типовые по конструкции мортир-каноны (они отличались лишь размерами) обладали одной необычной чертой: они были бикалиберными. Канал их ствола в разных точках имел разную ширину – одну под ядра (канон), другую, бо́льшую, под бомбы (мортира). Идея была отличная, но испытания прошли совершенно неудовлетворительно – все-таки разные калибры требовали разных систем. Из трех построенных мортир-канонов Бишева до наших дней дошли два: 12-пудовый и 24-пудовый.

Получив должность, Шувалов первым делом приказал отлить еще два мортир-канона по немного усовершенствованному проекту (Бишев в нем уже не упоминался), а потом и еще дюжину – он не сдавался и хотел все-таки войти в историю как изобретатель. Впрочем, к 1758 году от идеи бикалиберности пришлось отказаться.

Секретные пушки и близнята

Другую артиллерийскую инновацию тех лет Шувалов к его чести придумал самостоятельно. Речь идет о так называемых секретных гаубицах. Идея ему пришла еще в 1753 году, а инженерную часть он поручил своим подчиненным – Мусину-Пушкину и Степанову. Ствольный канал секретной гаубицы расширялся, как в морских мушкетонах, и благодаря этому разлет картечи из такого орудия был исключительно широким.

Секретные гаубицы многократно совершенствовались. Самую серьезную доработку сделал штык-юнкер Василий Михайлов в 1758 году, заменив цилиндрическую зарядную камору конической. Суммарно различных типов секретных гаубиц было выпущено 169 штук. Никто посторонний не должен был знать, как устроен ствол такой пушки, – отсюда и название. После выстрелов дула накрывали, а за разглашение секрета полагалась смертная казнь.

Еще одним типом пушки, изобретенным лично Шуваловым, были близнята – двуствольное 8-фунтовое (от 104 до 106 миллиметров) орудие, достаточно простое по конструкции: по сути, Шувалов спарил две гаубицы на одном лафете. Позже появились и четырехствольные близнята калибром в 3 фунта (от 71 до 76 миллиметров в зависимости от литейщика, времени изготовления и других факторов). Проблемой таких орудий всегда была очень малая эффективность. По сути, оба ствола целились и стреляли в одну точку, что приводило к двукратному расходу ядер или бомб при нулевом повышении убойной силы. Так что близнят было построено крайне мало – только опытные образцы.

А самой знаменитой русской пушкой того времени стал единорог.

Поговорим о единороге

На 11 лет позже Шувалова, в 1722 году, родился еще один бедный дворянин – Михаил Васильевич Данилов. Его карьера складывалась не так удачно: 15 лет от роду он поступил в артиллерийскую школу и, окончив ее в звании фурьера (младшего унтер-офицера), попал в армию специалистом по разнообразной пиротехнике.

В 1756 году Шувалов получил группе офицеров-артиллеристов во главе с Даниловым создать идеальную пушку. Она должна была стрелять и бомбами, и ядрами, весить меньше, чем обычная, но иметь больший калибр, а по баллистическим характеристикам превосходить гаубицу. Это техническое задание звучало как фантастика.

Как ни странно, в очень сжатые сроки Данилов со товарищи спроектировали и изготовили первую пушку нового типа, получившую название единорог – этот мифический зверь был изображен на семейном гербе графа Шувалова. Справедливости ради замечу, что Шувалов не просто отдал распоряжение и самоустранился, а принимал деятельное участие в работе конструкторской группы, корпел над чертежами, проводил испытания – интереса и энергии ему было не занимать.

Единороги могли стрелять бомбами (пушки не могли), имели великолепную баллистику (в то время как гаубицы – весьма посредственную), на них впервые появилась вышеупомянутая коническая камора, позволяющая ускорить заряжание, а весил единорог меньше, чем любое другое орудие аналогического калибра. Кроме того, коническая камора позволила увеличить длину ствола, а следовательно, точность и дальность выстрела. Единорог был действительно гениальной пушкой, по характеристикам опередившей все самые технически совершенные европейские орудия того времени. К 1760 году единорог пришел к своему «серийному» виду, в частности, его несколько утяжелили, так как легкий ствол приводил к чрезмерному откату.

Черное и белое

Единороги Шувалова не раз видоизменялись, но в целом сохраняли заданные конструкторами принципы и дожили аж до появления нарезного оружия. В течение 100 лет они были основной силой русской артиллерии практически во всех типах сражений – сухопутных и морских, осадных и оборонительных. Последние единороги списали со службы в 1906 году.

Михаил Данилов дослужился до майора. Выйдя в отставку, он создал интереснейший для историков труд – «Записки артиллерии майора М. В. Д., написанные им в 1771 г.», в котором обрисовал множество бюрократов, самодуров и других печально комичных типажей той эпохи.

Петр Шувалов издал несколько красивых альбомов с изображениями и описаниями самых разных пушек, причем все они, по его утверждениям, были изобретены им лично. Он построил ряд заводов, в частности Воткинский и Ижевский железоделательные, провел множество реформ в разных областях государственной жизни и вошел в историю как талантливый дилетант. Умер он в 1762 году, пережив Елизавету всего на 10 дней.

Интересно, что, с одной стороны, он потратил огромные государственные деньги на создание потешного Обсервационного корпуса русской армии, который позже расформировали за ненадобностью, а с другой – подал Елизавете идею и настоял на том, чтобы основать в Москве университет – да-да, нынешний МГУ, – а в Петербурге – Академию художеств.

Если этот человек попал в загробный мир (в существование которого я не верю, если что, это просто поэзия), то дьявол, наверное, до сих пор держит в руке весы, на чашах которых лежит равное количество черных и белых камней. А граф ждет решения, опираясь на единорог.

Глава 7
Кулибин
Имя нарицательное

«Что изобрел Кулибин?». Вопрос действительно животрепещущий. Все знают эту фамилию, из имени собственного она стала именем нарицательным – но спроси у людей на улицах, а что он такого изобрел, никто толком и не ответит.

В постпетровский период интерес к науке и технике хоть и не скатился обратно в темное русское Средневековье, но порядком просел. Петр успел сделать главное: заложил основы. В частности, при нем был основан важнейший институт – Петербургская академия наук, которая на долгие годы стала центром научно-технического развития государства.

Но, в принципе, период с 1725 года до Наполеоновских войн можно смело назвать застоем. В первую очередь из-за того, что петровские реформы хоть и подтолкнули научно-техническое мышление, но до защиты авторского права не добрались. Единственным шагом в этом направлении стала документальная фиксация имен архитекторов и создателей тех или иных устройств.

Так что о Кулибине мы знаем изрядно, если сравнивать с инженерами допетровской эпохи. И придумал он очень много. Но ни одно из его изобретений, могущих поспособствовать мировому прогрессу и облегчить жизнь людям, не имело успеха. Казна с радостью раскошеливалась на несерьезные проекты – фейерверки и шутихи, лифт и самобеглую коляску для престарелой императрицы, заводные часы и механические игрушки. А вот спроектированный Кулибиным нормальный мост через Неву так и остался проектом. И прожекторы для уличного освещения – тоже. В США он получил бы, наверное, под сотню патентов, стал бы обеспеченным человеком, но он родился в России и потому, как и прочие изобретатели, половину жизни потратил на обивание порогов.

Тем не менее его технический гений продрался через тернии русской бюрократии и оставил потомкам очень приличное наследие. В этой главе я буду честно использовать заимствования из собственной статьи для журнала «Популярная механика». Единожды написав что-то, имеет ли смысл мучить себя, пересказывая ту же информацию другими словами? Итак…

Кулибин: начало

Родился он в 1735 году под Нижним Новгородом, в слободе Подновье. Сейчас это один из городских районов – на месте, где находился дом Кулибиных, стоит памятный знак. Нынче там многоэтажки, все застроено, но неподалеку сохранились еще красивые каменные палаты, помнящие мальчика Ваню, бегавшего по окрестным холмам. Я к чему эту фразу ввинтил: в советское время появилось множество псевдобиографических книг о Кулибине, имеющих отношение скорее к худлиту, чем к каким-то исследовательским областям. Например, умилительный труд Жозефины Яновской, начинающийся словами: «– Что ты ходишь кругом церкви, пострел? Уж который раз я тебя замечаю! Что тебе здесь надо? – Церковный сторож строго посмотрел на стоявшего перед ним мальчугана». И так вся книга.

Появление этих изданий было обусловлено в первую очередь тем, что ранние годы биографии Кулибина не очень хорошо изучены и, помимо прочего, довольно скучны. Будущий гений происходил из семьи купца среднего пошиба, никакого образования не получил, много читал, увлекался механикой, учился у часовщиков и зарабатывал на жизнь починкой часов. Все это он описал в воспоминаниях, которые в целом служат единственным, довольно скудным первоисточником.

Но, в отличие от многих других талантливых самоучек, у Кулибина было много упорства. Поэтому когда в 1764 году объявили, что Нижний Новгород посетит сама императрица, молодой часовщик специально к ее приезду сконструировал диковинные часы-яйцо. К тому времени он, судя по всему, был уже довольно известным мастером, выполнившим много работ для городских купцов. Поиску клиентов, скорее всего, помогало то, что со многими он был знаком еще ребенком, через отца.

Средства на изготовление часов ему выделил купец Михаил Андреевич Костромин. Последний хотел сам преподнести Екатерине подарок и тем выслужиться перед ней. Тут меркантильные интересы сошлись с техническими возможностями, и за три года, к 1767-му, Кулибин часы закончил.

Они имели форму гусиного яйца и состояли из 427 деталей. Внутри находился «театр-автомат»: раз в час открывались крошечные дверки, а внутри разыгрывалась библейская сценка – открывался «гроб Господень», появлялся ангел, воины-стражи падали ниц и т. д. По сути, Кулибин построил первый русский автоматон высокого уровня. Проблема была в том, что к приезду императрицы, запланированному на май 1767 года, конструктор никак не успевал. Поэтому в Нижнем Кулибин подарил Екатерине несколько оптических приборов собственной работы – он их скопировал с английских образцов, нашедшихся у одного из купцов, хлеботорговца Извольского. По другим версиям, императрица просто осмотрела его изобретения и подивилась им. Но это, в принципе, не важно.

Эта история только кажется простой, а на деле, чтобы Кулибина, обычного часовщика, сына торговца мукой, допустили на аудиенцию к императрице, куча народу била челами в пол. Костромин ходил к Якову Степановичу Аршеневскому, тогдашнему губернатору, и, судя по всему, убедил его в ценности прожекта. Аршеневскому тоже было на руку, чтобы в его городе Екатерине подарили что-то уникальное. Губернатор после приезда императрицы ходил на поклон к придворному фавориту светлейшему князю Григорию Григорьевичу Орлову и как-то договорился об аудиенции.

В общем, приборы Екатерину заинтересовали, речи Кулибина понравились, и она приказала ему, как закончит часы, приезжать к ней в Петербург. Так и вышло. В 1769-м Костромин с Кулибиным приехали в столицу и преподнесли часы Екатерине. Купцу дали тысячу рублей и именную кружку, а Кулибин, помимо денежного вознаграждения, получил… должность начальника механических мастерских при Академии наук. Это примерно как если бы я сейчас подарил эту книгу президенту России, а он в благодарность назначил бы меня замминистра образования и науки.

Водоходное судно

В конце XVIII века самым распространенным способом подъема грузов на судах против течения был бурлацкий труд – тяжелый, но относительно недорогой. Существовали и альтернативы, например машинные суда, приводимые в движение волами. Устройство машинного судна было следующим: оно имело два якоря, канаты которых крепились на специальном валу. Один из якорей на шлюпке или по берегу доставлялся вперед на 800−1000 метров и закреплялся. Волы, работающие на судне, вращали вал и накручивали якорный канат, подтягивая судно к якорю против течения. В это же время другая шлюпка везла вперед второй якорь – так обеспечивалась непрерывность движения.

Рисунок судна И. П. Кулибина

Кулибину пришла в голову мысль, как обойтись без животных. Его идея состояла в использовании двух колес с лопастями. Течение, вращая колеса, передавало энергию на вал – якорный канат накручивался, и судно подтягивало себя к якорю, используя энергию воды. В процессе работы Кулибина постоянно отвлекали заказами на игрушки для царских отпрысков, но он сумел выбить финансирование на изготовление и установку своей системы на небольшое судно. В 1782 году оно, нагруженное почти 65 тоннами (!) песка, показало себя надежным и значительно более быстрым, нежели корабль на воловьей или бурлацкой тяге.

В 1804 году в Нижнем Новгороде Кулибин построил второй водоход, который был вдвое быстрее бурлацких расшив. Тем не менее департамент водных коммуникаций при Александре I отверг идею и запретил финансирование – водоходы так и не получили распространения. Гораздо позже в Европе и США появились кабестаны – суда, которые подтягивали себя к якорю, используя энергию парового двигателя.

Винтовой лифт

Наиболее распространенная лифтовая система на сегодняшний день представляет собой кабину на лебедках. Лебедочные лифты были созданы задолго до патентов Отиса середины XIX века: подобные конструкции действовали еще в Древнем Египте, они приводились в движение тягловыми животными или рабской силой.

А в середине 1790-х годов стареющая и располневшая Екатерина II поручила Кулибину разработать удобный лифт для передвижения между этажами Зимнего дворца. Она непременно хотела лифт-кресло, и перед Кулибиным встала интересная техническая задача. К подобному лифту, открытому сверху, нельзя было прицепить лебедку, а если «подхватывать» кресло лебедкой снизу, она бы доставила неудобство пассажиру. Кулибин решил вопрос остроумно: основание кресла крепилось к длинной оси-винту и двигалось по нему подобно гайке. Екатерина садилась на свой передвижной трон, слуга крутил рукоять, вращение передавалось на ось, и та поднимала кресло на галерею второго этажа. Винтовой лифт Кулибина был закончен в 1793 году, второй же в истории подобный механизм Элиша Отис построил в Нью-Йорке лишь в 1859-м. После смерти Екатерины лифт использовался придворными для развлечения, а затем шахту заложили кирпичом. На сегодняшний день сохранились чертежи и остатки подъемного механизма.

Теория и практика мостостроения

С 1770-х вплоть до начала 1800-х Кулибин работал над созданием однопролетного постоянного моста через Неву. Он изготовил действующий макет, на котором рассчитал усилия и напряжения в различных частях моста, при том что теории мостостроения тогда еще не существовало! Опытным путем Кулибин предсказал и сформулировал ряд законов сопромата, получивших подтверждение значительно позже. Сперва изобретатель разрабатывал мост на собственные средства, но на финальный макет ему выделил денег граф Потёмкин. Модель в масштабе 1:10 достигала длины в 30 метров.

Проект одноарочного деревянного моста через реку Неву, разработанный Кулибиным

Источник: гравюра, 1799

Все расчеты моста были представлены Академии наук и проверены знаменитым математиком Леонардом Эйлером. Выяснилось, что цифры верны, а испытания модели показали, что мост имеет огромный запас прочности; его высота позволяла парусным судам проходить без каких-либо специальных операций. Несмотря на одобрение Академии, правительство так и не выделило средств на строительство моста. Кулибин был награжден медалью и получил премию, к 1804 году третья модель окончательно сгнила, а первый постоянный мост через Неву (Благовещенский) построили лишь в 1850-м.

В 1936 году был проведен экспериментальный расчет кулибинского моста современными методами, и выяснилось, что русский самоучка не сделал ни одной ошибки, хотя в его время большинство законов сопромата были неизвестны. Метод изготовления модели и испытаний ее с целью силового расчета конструкции моста впоследствии получил широкое распространение, к нему в разное время независимо приходили разные инженеры. Также Кулибин первым предложил использовать в конструкции моста решетчатые фермы – за 30 лет до запатентовавшего эту систему американского архитектора Итиэля Тауна.