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

Механические ноги и другие истории

Нередко Кулибину, помимо действительно изобретенных им конструкций, приписывают множество других, которые он усовершенствовал, но не создал первым. Например, знаменитую самобеглую коляску – во вступлении к первой части я упоминал, что таких конструкций в Европе существовал целый ряд.

На рубеже XVIII–XIX веков Кулибин представил петербургской Медико-хирургической академии несколько проектов механических ног – весьма совершенных по тем временам протезов нижних конечностей, способных сымитировать потерянную выше колена (!) ногу. Испытателем первого варианта протеза, сделанного в 1791 году, стал Сергей Васильевич Непейцын – на тот момент поручик, лишившийся конечности при штурме Очакова. Впоследствии Непейцын дослужился до генерал-майора и получил у солдат прозвище Железная Нога; он вел полноценную жизнь, и не все догадывались, почему генерал чуть-чуть прихрамывает. Протез системы Кулибина, несмотря на благоприятные отзывы петербургских медиков во главе с профессором Иваном Федоровичем Бушем, был отвергнут военным ведомством, а серийное производство механических протезов, имитирующих форму ноги, позже началось во Франции. Так или иначе, металлические руки и ноги были известны еще со времен Высокого Средневековья, не говоря уже о древнеегипетских деревянных протезах. Некоторые сохранившиеся экземпляры имеют ту или иную степень механизации. Известными обладателями металлических протезов были швабский рыцарь Гёц фон Берлихинген (1480–1563) и французский военачальник Франсуа де Лану (1531–1591) по прозвищу Железная Рука. Протез первого сохранился до наших дней.

Самокатка

Источник: Ю. Долматовский «Рождение автомобиля», 1950

В 1779 году увлекавшийся оптическими приборами Кулибин представил петербургской публике свое изобретение – прожектор. Системы отражающих зеркал существовали и до него (в частности, использовались на маяках), но конструкция Кулибина была значительно ближе к современному прожектору: пламя одной-единственной свечи, отражаясь от размещенных в вогнутой полусфере зеркал, давало сильный направленный поток света. «Чудесный фонарь» был положительно принят Академией наук, расхвален в прессе, одобрен императрицей, но остался лишь развлечением и не был применен для освещения улиц, на что Кулибин рассчитывал изначально. Сам мастер впоследствии изготовил несколько прожекторов по индивидуальным заказам кораблевладельцев, а также сделал на базе этой системы компактный фонарь для кареты и даже немного заработал. Его подвело отсутствие защиты авторского права: каретные «кулибинские фонари» начали массово собирать другие мастера, что сильно обесценило изобретение.

Что еще сделал Кулибин

Он наладил со времен Нартова почти сошедшую на нет работу мастерских при Петербургской академии наук, где занимался изготовлением микроскопов, барометров, термометров, подзорных труб, весов, телескопов и множества других лабораторных приборов. Он отремонтировал планетарий академии, придумал оригинальную систему спуска кораблей на воду, создал первый в России оптический телеграф, отправленный в Кунсткамеру в качестве диковинки, разработал проект железного моста через Волгу, сконструировал рядовую сеялку, обеспечивающую равномерный разброс зерна. Еще он устраивал фейерверки, создавал механические игрушки и автоматоны для развлечения знати, а также ремонтировал и самостоятельно собирал часы множества различных компоновок.

Скончался Кулибин в 1818 году в родном Нижнем Новгороде, так и не реализовав бо́льшую часть своих задумок. Его собственная изобретательская деятельность в основном привела к ряду пустых выхлопов, имевших целью развлечение местной аристократии, – но во многом этот человек создал основы русского инженерного творчества, обучил множество механиков и заложил фундамент для дальнейшего развития русской изобретательской мысли. Это было очень кстати, потому что при Александре I в России наконец появилось понятие авторского права.

Глава 8
Как высушить молоко

Сухое молоко, вопреки распространенному заблуждению, это не «химия», а натуральный продукт. Его получают путем высушивания обычного пастеризованного коровьего молока. Оно значительно дольше хранится, удобно в транспортировке и сохраняет большую часть полезных свойств. А придумали эту технологию в России.

В первую очередь надо понимать, что молоко – не раствор, а дисперсная жидкость. Раствор – это однородная смесь, где частицы одной составляющей равномерно распределены между частицами другой на молекулярном или атомарном уровне. Химические свойства раствора отличаются от свойств его компонентов, которые могут вступать друг с другом в различные реакции.

А вот в дисперсной жидкости вещества между собой не реагируют и на молекулярном уровне не смешиваются. По сути, это просто чередование частей разных составляющих. Поскольку эти части очень маленькие, жидкость такого типа кажется нам однородной. Компоненты дисперсного вещества можно разделить без химии, физическим воздействием, например раскрутить на центрифуге, и более тяжелый отделится от более легкого.

Так вот, молоко представляет собой дисперсную смесь воды (88 %) и различных полезных веществ (углеводов, белков, жиров, витаминов, минералов). А сухое молоко – это молоко, из которого физическим способом удалена вода, то есть, по сути, оставшиеся 12 % – концентрированная польза.

Как это делают сегодня

Современная технология получения сухого молока не очень сложна, но многоступенчата. Сперва молоко нормализуют. При нормализации смешивают молоко, сливки, обезжиренное молоко и в итоге получают продукт определенной жирности, содержащий заданное количество полезных веществ. Затем проводят пастеризацию, то есть нагрев и не очень длительное выдерживание при высокой температуре для обеззараживания и увеличения срока хранения. После этого молоко сгущают, выпаривая часть воды. Получить сухое молоко путем дальнейшего сгущения невозможно: от всей воды таким образом не избавиться. Затем то, что получилось, гомогенизируют – механически перемешивают, чтобы увеличить однородность сгущенки. И, наконец, высушивают на специальных установках при очень высоких, до 180°С, температурах. Раньше использовались исключительно вальцовые сушилки: сгущенка поступала на горячие барабаны, испарявшие остаточную жидкость и снижавшие ее количество с 60 до примерно 3–5 %. У вальцовых сушилок, разработанных еще во второй половине XIX века, есть ряд недостатков: в частности, их производительность весьма невысока, а из-за контакта сухого молока с поверхностями барабанов происходит карамелизация и порошок получает специфический, хотя и приятно сладковатый привкус. Сегодня существует много других типов сушилок, а вальцовые постепенно уходят в прошлое. Наиболее распространены распылительные сушилки, в которых испарение воды осуществляется с помощью потока горячего воздуха.

Сухое молоко применяется очень широко. Львиная доля молока, использующегося в пищевой промышленности, является восстановленным, то есть сухим, разбавленным заданным количеством воды. Его применяют в хлебобулочной промышленности, без него не обходится ни один кондитер, из него делают всевозможные молочные продукты от йогуртов до мороженого и т. д.

А теперь давайте заглянем в прошлое.

Немного о прошлом

Знаменитый путешественник Марко Поло в рассказах о Монголии времен хана Хубилая (конец XIII века) описывает способ, с помощью которого местные жители обрабатывали молоко, увеличивая срок его хранения и уменьшая объем. Монголы помещали плоские емкости с молоком на яркое солнце, выпаривая часть воды и, таким образом, получая что-то вроде сгущенки. Но, рассказанная в «Книге чудес света»^[3], эта информация воспринималась современниками и последователями Поло скорее как этнографический курьез, чем как руководство к действию. Так что до изобретения сгущенки и тем более сухого молока в Европе оставалось еще очень много времени.

Не позднее XVIII века в северных районах Сибири появился другой способ долговременного сохранения молока, обусловленный в первую очередь природными условиями. Сибиряки, как нетрудно догадаться, замораживали молоко. Правда, продукт получался тяжелым и не слишком компактным. Упоминается эта технология в периодическом журнале «Продолжение трудов Императорского вольного экономического общества» за 1792 год в заметке профессора Казанского университета Ивана Ивановича Эриха.

Изобретение Кричевского

В 1802 году Осип Гаврилович Кричевский работал на должности штаб-лекаря Нерчинских заводов. Нерчинск располагается очень далеко от Петербурга, в Забайкалье, и изначально был основан как острог. На заводах и шахтах Нерчинского горного округа работали в основном ссыльные и каторжане. С 1763 года в Нерчинск – и только туда – ссылали проституток, больных сифилисом. При этом город был достаточно известен и относительно богат, поскольку Аргунские (Нерчинские) заводы были сереброплавильными: окружавшие город рудные залежи содержали немало серебра и свинца.

Скорее всего, корни изобретения Кричевского лежат в уже упомянутых «Трудах Императорского вольного экономического общества». Он их выписывал и, кроме того, там публиковались его собственные заметки. Возможно, Кричевский наткнулся на описание сибирского метода заморозки молока и, будучи врачом, начал думать над проблемой сохранения его питательных свойств и увеличения срока годности каким-либо более действенным методом.

Тут стоит сказать, что на весь огромный Нерчинский округ изначально приходился один-единственный лекарь. Первым – с 1740 по 1744 год – эту должность занимал Петр Трумлер, а к концу XVIII века штат расширился до трех человек. Тем не менее условия работы были чудовищными. Лекарств поставляли очень мало, поскольку они предназначались исключительно для вольных жителей округа, а тысячи заключенных, работавших в шахтах в антисанитарных условиях, чаще всего не имели никакого шанса на выздоровление от болезни.

Осип Кричевский родился в 1767 году, обучался в Санкт-Петербургском генеральном сухопутном госпитале, выдержал экзамен на лекаря и в феврале 1792-го получил назначение в Нерчинск. Изучив ситуацию – прямо скажем, крайне плачевную, – он применил новую практику. Кричевский не пренебрегал опытом местных жителей и обширно применял траволечение, использовал кору и коренья, прибегал и к другим народным методам. В условиях «или так, или никак» это было хорошим решением. Параллельно он занимался подготовкой медиков, – его школа в Нерчинске и аналогичная практика Ивана Реслейна в Верхнеудинске были единственной возможностью получить медицинское образование в Забайкалье.

Жители региона сильно страдали от эпидемий (оспы, сибирской язвы), распространявшихся в том числе и через подпорченную пищу. Молоко было, наверное, самым полезным и при этом самым скоропортящимся из доступных Кричевскому продуктов, и где-то в начале XIX века он принялся за опыты по увеличению срока его годности. В 1802 году Осип Гаврилович опубликовал заметку, описывающую технологию изготовления сухого молока с помощью выпаривания воды. Параллельно он боролся за улучшение условий содержания каторжан и в итоге оказался уволен из-за конфликта с администрацией завода, привлекавшей к работе больных.

Но дело было сделано: технологию Кричевского стали использовать для хранения молока его последователи. Правда, она не выходила за пределы Нерчинского округа. Кричевский не думал о том, что он совершил открытие, для него это изобретение было всего лишь одним из десятков усовершенствований, которые он внес в лекарское дело Забайкалья.

Молоко выходит в мир

Кричевский скончался в 1832 году в Нерчинске, так и не осознав до конца ценности своего открытия. По некоторым данным, в том же году в Санкт-Петербурге открылась первая в мире фирма, производящая сухое молоко как коммерческий продукт. Ее основатель, химик Дирхофф (или Дирчов), работал по технологии, описанной Кричевским, и, скорее всего, от нее и отталкивался.

Интересно, что русскоязычных источников информации о Дирхоффе нет, оттого и возникает проблема с транскрипцией фамилии – в оригинале она пишется как Dirchoff. О его бизнесе рассказывает в своей книге «Сгущенное и сухое молоко» (Condensed Milk and Milk Powder, 1920) знаменитый американский промышленник и пионер молочного производства Отто Ханцикер. Вряд ли Ханцикер придумал Дирхоффа из головы, но откуда он брал информацию, мы, к сожалению, не знаем.

Спустя много лет появился первый европейский патент на технологию производства сухого молока – его получил в 1855 году англичанин Томас Шипп Гримуэйд. Еще в 1847 году он наладил производство сухого молока под брендом Grimwade's Patent Desiccated Milk. Он продавал порошок в бутылках, и бутылки с его фамилией до сих пор можно встретить в частных коллекциях. Именно с подачи Гримуэйда сухое молоко вышло в мир, стало популярным в армейских кругах (Гримуэйд заключил контракт с военным ведомством), у путешественников и т. д.

И пускай изобретение Осипа Кричевского так и не вышло за пределы Забайкалья, тем не менее оно помогало спасать жизни и сохранять здоровье людей, и да, оно действительно увидело свет задолго до ноу-хау Гримуэйда.

Часть III
C 1812 года до начала XX века

Несмотря на появление манифеста «О привилегиях на разные изобретения и открытия в ремеслах и художествах», ситуация после 1812 года изменилась не так чтобы сильно. Государство по-прежнему не предоставляло изобретателям ни защиты, ни возможностей, которые позволяли бы развернуться «с нуля», не будучи богатым и успешным человеком. Более того, Россия так и не присоединилась ни к одному мировому патентному сообществу.

Патентные законы за рубежом в первую очередь закрепляли за изобретателем право собственности на результат его деятельности. Да, на определенный срок, но обычно достаточно длительный, в среднем около 15 лет, за которые человек успевал или найти инвестора и организовать производство, или продать патент более сильному предпринимателю, или, в конце концов, сдаться и получить патент на что-то новое, более эффективное. В России, как уже говорилось, привилегия закрепляла первенство, но скорее в виде царской милости, чем в форме четкого права собственности. Иначе говоря, государство случайным образом решало, стоит ли то или иное изобретение привилегии, выдавало ее, а затем легко меняло свое решение и отбирало предоставленное новатору право.

Например, известна трагическая история штабс-капитана Дмитрия Загряжского, который в 1837 году получил первую в мире привилегию на прототип гусеничного движителя. Пошлина при этом была чудовищной, денег на реализацию у Загряжского не оказалось, военное ведомство его идею отвергло, а правительство спустя всего два года отозвало привилегию по той причине, что изобретатель не сумел построить действующего образца и, так сказать, «внедрить» изобретение. Историй таких – тьма. Вы представьте себе вообще эту логику: заплати нам денег, вот тебе два года на внедрение, не успел – плати снова, а иначе отзовем. Дешевле и удобнее было поехать, скажем, в Англию, за приемлемую сумму получить там патент на 20 лет и продать его какому-нибудь промышленнику. Многие так и делали.

Подтверждают это печальные цифры. За сто лишним лет, с 1813 по 1917 год, в России было получено 36 079 привилегий. В США за один только 1889-й выдали 23 322 патента (у нас за тот же год – ровно 40 штук), а к 1917-му их количество выросло до 40 927 в год. Представили, какое было отставание? Тогда вот вам еще один нюанс: из этих 36 079 русских привилегий всего лишь 3649 – то есть 10 % – получили наши соотечественники. Остальные 90 % пришлись на иностранцев, патентовавших свои изобретения в разных странах. Российская привилегия значительно упрощала продажу той или иной технологии в загадочной стране медведей и балалаек.

Нормальный патентный закон, близкий к современному, появился в России на полторы сотни лет позже, чем в США и Европе. Принят он был 20 мая 1896 года и назывался «Положение о привилегиях на изобретения и усовершенствования». Теперь привилегии выдавались не царской милостью, а после рассмотрения специальной комиссией – первой в России организацией по защите авторских прав изобретателей. В Англии точно такой же закон – считайте, слово в слово – был принят при королеве Анне, правившей с 1702 по 1714 год. «Положение» вводило понятие критериев новизны, устанавливало четкие рамки изобретения, ограничивало сроки рассмотрения и определяло собственно время действия патента общепринятыми 15 годами независимо от факта внедрения. Правда, итоговый документ продолжал называться привилегией, но по форме это был уже – аллилуйя! – патент.

Доминирующие отрасли

Изобретательство в XIX веке, несомненно, шагнуло вперед. Доминирующими были направления, интересные с военной точки зрения. В первую очередь – металлургия (и производство оружия), а также судостроение. В этих областях мы, в особенности во второй половине XIX века, держались на уровне мировых лидеров и кое в чем их опережали. Но в целом, как и во все времена, изобретательская деятельность в России держалась на героических одиночках, генерировавших интересные идеи и с различным успехом пытавшиеся их внедрить. Например, успех телеграфа Павла Шиллинга и благоволение императора Николая I привели к тому, что в России мощнейший толчок получила электротехника.

Были и менее заметные на мировом уровне, но все-таки значимые успехи. Например, весной 1858 года парижский фотограф Гаспар-Феликс Турнашон, более известный под псевдонимом Надар, поднялся над столицей Франции на воздушном шаре и сделал первую в истории аэрофотографию. В России аналогичное событие произошло лишь 18 мая 1886 года: член VII (воздухоплавательного) отдела ИРТО поручик русской армии Александр Матвеевич Кованько взлетел над Санкт-Петербургом и снял город с высот 800, 1200 и 1350 метров. Зато сразу после этого на сцене появился талантливый инженер-любитель Вячеслав Измайлович Срезневский, предложивший Кованько сделать для его второго полета специальную камеру, приспособленную именно для съемки с аэростата.

И уже 6 июля 1886 года, тремя неделями позже, в России состоялась первая в мире аэрофотосъемка узкоспециализированным фотоаппаратом системы Срезневского. Камера, сфокусированная на бесконечность, не имела подвижных элементов для перефокусировки. При съемке с высоты, из шаткой гондолы, это было единственным надежным способом получить четкие негативы. Камера крепилась объективом вниз на специальном кронштейне на борту, а фотопластинки размером 24 × 24 сантиметра вставлялись в нее по одной через боковую прорезь. Причем они были запаяны в светонепроницаемые чехлы и выходили оттуда только внутри камеры. В какой-то мере вся конструкция напоминало дробовик: для перезарядки требовалось сдвинуть ее вдоль кронштейнов вперед, а затем назад. Кованько и его коллега Зверинцев получили четыре снимка: над Санкт-Петербургом, над морским каналом, над Балтийским заливом и над островом Котлин, причем тот попал на фотографию целиком – это была первая съемка Кронштадта с воздуха. В течение трех недель нагнать упущенное за 30 лет – очень по-нашему.

При этом Россия, как и прежде, не стеснялась разбазаривать лучших инженеров: уехали Доливо-Добровольский, Яблочков (который позже на свою беду вернулся), Лодыгин и др. Сдались, так и не внедрив свои разработки, Пироцкий, Игнатьев, Корсаков, Болдырев. Каждый случай русского успеха был исключением из общего правила, подразумевающего многолетнее хождение по инстанциям и полное невнимание властей или потенциальных инвесторов.

В целом то, что я описал, объясняется просто. Невозможно жить в изоляции. Невозможно отрицать мировой прогресс и, что самое главное, способности собственного народа. По сути, все эти патентные законы были «революцией снизу». Когда масса оказывается критической, правительству приходится под нее подстраиваться. Когда стало понятно, что даже закупать иностранные технологии без собственного патентного закона практически невозможно, его приняли. Когда царь был уже не в силах лично принимать решение по каждой заявке, приняли новый закон. Хотя, конечно, русское правительство всегда сопротивлялось прогрессу до последнего. Это пресловутая синусоида русского технологического развития.

Глава 9
Электрический телеграф

Электрический телеграф создавался и развивался в 1830-х годах в разных странах. Несколько инженеров практически одновременно подошли к идее передавать информацию по проводам. В России тоже был свой пионер – барон Павел Львович Шиллинг, и так случилось, что он успел раньше всех.

Впрочем, все началось с Френсиса Рональдса. В 1816 году он, молодой ученый, построил первый в мире электрический телеграф, способный передавать сигналы на расстояние почти в 13 километров. Всю линию он проложил в стеклянном изоляционном кожухе прямо в саду своего дома, Келмскотт-хауса в Хаммерсмите (ныне это территория Лондона). Конечно, его сад был длиной не 13 километров – Рональдс укладывал линию плотно, зигзагом. Убедившись, что передавать сигналы таким образом действительно можно, он предложил свой проект военному ведомству для решения задач связи, но военные не заинтересовались. Изобретение, так и не запатентованное, повисло в воздухе. Проблемой было то, что Рональдс зафиксировал факт передачи информации, но не разработал никакой системы шифрования для перевода импульсов на человеческий язык.

А далее вплоть до 1830-х годов в этом направлении не предпринималось ничего нового. Изобретение Рональдса благополучно забыли, поскольку он опередил свое время. А затем у телеграфа появился новый изобретатель.