Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия
Николай Яковлевич Надеждин
Кто подарил нам компьютеры, маленькие транзисторные приёмники и фломастеры? Как и когда были сделаны эти изобретения? Как устроен проигрыватель дисков DVD и что такое цифровое телевидение? На множество подобных вопросов ответы можно найти в этой книге.
Открытия и изобретения ХХ века
Энциклопедия
Николай Яковлевич Надеждин
© Николай Яковлевич Надеждин, 2024
ISBN 978-5-0064-2686-3
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Открытия и изобретения ХХ века
Глава 1
На пороге великих открытий – итоги ХIХ века
Каждый век оставляет в истории человечества свой неповторимый след. Восемнадцатое столетие дало миру необычайно бурный расцвет науки и искусства. Поэтому XVIII век принято считать веком просвещения. Минувший XX век можно назвать веком технологий – поскольку именно в этом столетии остроумные изобретения превратились в миллионы замечательных устройств, транспортных средств и прочих важных и нужных вещей. Ну а XIX век принято именовать веком техники.
Век техники? Разве? Но в позапрошлом столетии не было автомобиля, самолёта, электроники. Не было ядерной физики, космологии, генетики. Не было ни одной современной технологии, без которых мы не представляем сегодня своей повседневной жизни. Да вот хотя бы… Просыпаемся мы утром под мелодичные звуки электронного будильника. Разогреваем завтрак в микроволновой печи. Вполглаза смотрим телевизионные новости. Затем торопимся на автобус, трамвай, поезд метро или заводим автомобиль. На службе включаем компьютер, на учёбе – в школе или институте – диктофон, маленький карманный компьютер или хотя бы достаём из портфеля автоматическую ручку… Ничего этого в XIX веке вроде бы не было.
Вот именно – вроде бы. На самом деле, было если ни всё, то очень многое. Будильники были, хотя и механические. Чернильная авторучка – была. Телевидение (представьте себе!) тоже было, и тоже механическое (о нём обязательно поговорим в отдельной главе). Были метро, трамваи и автобусы (на самом деле конка и омнибусы – общественный транспорт на конной тяге). Автомобиль появился тоже в позапрошлом веке (и даже существенно раньше, если вести отсчёт от паровых «самобеглых» экипажей). XIX век, действительно, был веком техники. И следующий, XX век в полной мере использовал открытия и изобретения века предыдущего, усовершенствовал их, вывел на новый уровень. Но базой были всё-таки открытия давнего прошлого, без которых бы ничего не было – ни автомобиля, ни самолёта, ни кино, ни компьютеров, ни полёта умных автоматических зондов-роботов на планету Марс.
Нам непременно следует отдать должное XIX веку и вспомнить основные достижения в области науки и техники того славного времени. Всего, конечно, мы охватить не сможем, а потому остановимся на самом любопытном и, возможно, на самом важном. Хотя… кто может сказать, что важней – открытия, скажем, в области неорганической химии или создание подводной лодки? И тем не менее…
Первым из важнейших изобретений XIX века можно назвать пароход. Его создал американец, ирландец по происхождению, Роберт Фултон (родился 14 ноября 1765 года в городке Литл-Бритен, названном позже его именем, умер в Нью-Йорке 24 февраля 1815 года). Особо отметим, что по профессии Фултон был художником и ювелиром – он занимался живописью по слоновой кости, рисовал портреты для медальонов и колец. Потом мы увидим, что множество изобретений позапрошлого века были сделаны именно художниками. Возможно, причина в том, что хороший художник видит больше и немного иначе, чем обычный человек.
В 21 год юный художник отправился в Европу на деньги, собранные американскими меценатами. Он поселился в Лондоне, но в ювелирном деле не преуспел. Потратив несколько лет на бесплодные поиски своего стиля в ремесле живописца, в 1794 году Фултон заинтересовался новейшим изобретением, будоражившим в те времена общественность – судном с паровым двигателем, приводящем в движение гребное весло.
Пароход конца XVIII века представлял собой крайне неэффективное средство передвижения. Громоздкий, тяжёлый и слабосильный паровой двигатель превращал речное судно в неповоротливую и тяжёлую на ходу баржу. Движитель в виде пары вёсел, приводимых паровым двигателем посредством системы рычагов, придавал судну настолько ничтожную скорость, что первые пароходы не справлялись с течением. Да и не суда это были вовсе, а всего лишь модели, технические казусы, большие механические игрушки.
Фултон предложил гребное колесо – целую систему вёсел, закреплённых на одном барабане, приводимом во вращение паровым двигателем. Упрощалась трансмиссия (система передачи силового момента с вала двигателя на движитель), многократно улучшалась эффективность парохода, как судна с механическим двигателем. Но для того, чтобы подкрепить своё изобретение практическим опытом, Фултону понадобилось ещё много лет. Его время ещё не пришло.
В 1796 году Роберт Фултон изобретает целую транспортную систему – внутренние каналы, которые согласно проекту следует прорыть по всей суше (поначалу в Англии). Забегая вперёд, скажем, что транспортная система Фултона была построена и работала много десятилетий. В книге Ильи Ильфа и Евгения Петрова «Одноэтажная Америка» описывается завод Генри Форда в Детройте. Там есть эпизод, в котором описывается пыхтящий пароходик, тянущий баржу с деталями автомобилей (или другим грузом, это не столь важно) по внутреннему каналу завода. То есть водные каналы были прорыты и вовсю использовались в промышленности. А поначалу, в первой половине XIX века, каналы использовались и в качестве транспортных путей для доставки грузов и перевозки пассажиров. Только развитие железных дорог, а в XX веке и автомобильного транспорта, поставили точку на этой любопытной системе. Это была едва ли ни первая современная технология, вытесненная ещё более современными технологиями. Позже мы увидим, что этот процесс – вытеснения одних технологий другими – происходит постоянно и сегодня даже ускоряется (вспомним хотя бы плёночную фотографию, пишущую машинку и виниловые грампластинки).
Тем временем Фултон увлёкся ещё одной идеей. Он вознамерился построить подводную лодку. И… построил её! Первую подводную лодку в мире с механическим движителем. Переехав в 1797 году во Францию, Роберт Фултон обратился к правительству Франции с предложением своего проекта. Подводная лодка должна была стать секретным оружием против кораблей британского флота (а Фултон был гражданином США и особых моральных неудобств из-за того, что направил свои усилия против Англии, не испытывал). Экипаж судна должен был скрытно подвести лодку к борту военного корабля противника, закрепить мину, отойти на безопасное расстояние и взорвать заряд. Удивительно, но Наполеон отклонил проект, посчитав его «зверским» и «постыдным».
В 1800 году Фултон на собственные средства строит лодку и испытывает её на реке Сене. Испытания прошли вполне успешно. Французы дали разрешение на проведения боевых испытаний, в ходе которых подводная лодка Фултона попыталась подойти к двум английским кораблям. Но англичане легко уклонились от диверсии – лодка шла очень медленно и неглубоко, чтобы оставаться незаметной… Но это была первая в истории человечества подводная лодка. И называлась она… «Наутилус»! Удивительно, правда?
Ну, а первый колёсный пароход Фултона был построен в 1807 году. Он назывался очень просто – «Пароход». Это название вскоре стало именем нарицательным, хотя ещё долгое время пароходом называли паровоз. В том же 1807 году пароход был переименован в «Северный Речной Пароход», годом позже, после официальной регистрации, в «Северный Речной Пароход Клермонт». Пассажиры и журналисты переименовали его на свой лад и первый пароход стал просто «Клермонтом». Второе паровое судно Фултона «Новый Орлеан» было построено в 1811 году. А в 1812 году Фултон построил первый в мире военный пароход «Демологос» (по другим источникам «Фултон»). Это было уникальное даже по современным меркам судно – катамаран, гребное колесо которого было установлено между корпусами. Эпоха парового флота началась…
Вторым в нашем кратком списке великих изобретений значится паровоз. У паровоза два «отца» (как, впрочем, у всех значительных изобретений – путь от идеи до воплощения долог и тернист, а великие идеи редко приходят в голову только одному человеку). Считается, что создателем первого паровоза и железной дороги был англичанин Ричард Тревитик (годы жизни 1771—1883). В 1801 году он построил безрельсовую повозку с паровым двигателем, прообраз паровоза. Но тридцатью годами ранее француз Никола Жозеф Кюньо (годы жизни 1725—1804) создал паровую повозку, которую считают первым в мире паровым автомобилем. Эта повозка сохранилась до наших дней, её можно увидеть в парижском «Музее искусств и ремёсел». Так был ли Тревитик подлинным изобретателем? Тем не менее, именно англичанин впервые додумался установить паровую повозку на рельсы. В 1803 году он построил первый паровоз, установив его на зубчатые металлические полосы – рельсы. В феврале 1804 года этот паровоз перевёз по специально построенной в Южном Уэльсе, на горно-металлургическом предприятии, где работал Тревитик, кольцевой железной дороге длиной в 10 миль 70 пассажиров и 10 тонн груза. А в 1808 году новый паровоз Тревитика под затейливым названием «Поймай меня, кто сможет» курсировал по кольцевой трассе в Юстон-Роуд, Лондон. Конструкция получилась очень сырой. Слишком большой вес паровоза – 5 тонн – повреждал плоские рельсы. Короче, это была ещё не вполне железная дорога, а лишь её прототип. Приоритет возведения «настоящей» железной дороги принадлежит Джорджу Стефенсону (годы жизни 1781—1848). В 1814 году он построил свой первый паровоз, который был легче и мощней машины Тревитика. На этот раз сама железная дорога была построена из двух рельсов с сечением в виде перевёрнутого тавра, на которых паровоз и вагоны удерживались бортиками колёс.
В 1825 году в строй вступила первая в мире железная дорога общего пользования – между английскими городами Дарлингтон и Стоктон. А в 1829 году Стефенсон построил, наверное, самый выдающийся паровоз за всю историю железнодорожного транспорта, лёгкую, мощную, необычайно скоростную для своего времени «Ракету».
В 1836 году в США начало работу Патентное бюро, в функции которого входила регистрация изобретений и открытий с целью защиты авторских прав изобретателей. Самый первый патент был выдан американцу Джону Рагглзу на паровозное колесо. Это изобретение используется до сих пор.
Настало время поговорить о другом величайшем изобретении позапрошлого века – о телеграфе. Его создателем считается Сэмюэл Финли Бриз Морзе (родился 27 апреля 1791 в городе Чарлстон, США, умер 2 апреля 1872 в Нью-Йорке), живописец, причём, успешный и достаточно известный – Морзе создал Национальную академию рисунка, созданную им же, и долгие годы (с 1826, по 1845) её возглавлял, состоял профессором живописи и скульптуры в Нью-йоркском университете. И, вообще, Морзе был хорошим художником. Однако, мы его помним, как изобретателя телеграфного аппарата и знаменитого кода – азбуки Морзе.
И всё же мы говорим – «считается создателем». Дело в том, что способ использовать электрический ток и провода для связи искали и другие изобретатели. Но Морзе первому удалось создать работающую систему и привнести в телеграф ряд важных усовершенствований. Сама идея (согласно легенде) телеграфа пришла в голову Морзе на корабле, когда он в 1832 году возвращался из Европы в Америку. До Морзе дошла весть об изобретении электромагнита, и он подумал о том, что неплохо бы каким-то образом использовать электромагнит для связи. Вроде бы тогда же (за три года до первого испытания самого телеграфа!) Морзе подумал и о том, что телеграфную линию можно проложить по дну океана, соединив таким образом Европу и Америку. Эту идею воплотил в жизнь американский предприниматель, торговец бумагой и (вы не поверите!) художник Сайрус Филд.
Телеграф Морзе устроен очень просто. Передающая станция – это телеграфный ключ с парой контактов, замыкающих и размыкающих электрическую цепь с включённой в неё батареей питания. Принимающая станция – электромагнит с укреплённым к сердечнику грифелем. При замыкании цепи телеграфным ключом на обмотку принимающего электромагнита поступает электрический ток, сердечник притягивается к обмотке электромагнита и прижимает пишущий узел (грифель) к бумажной ленте, протягиваемой пружинным механизмом. Таким образом передаётся сообщение – в виде чёрточек грифеля на поверхности бумажной ленты.
Принципиальных изобретений Морзе в области телеграфной связи два – изобретение специального кода для передачи сообщений и релейная линия связи. Азбука Морзе – система точек (коротких чёрточек) и линий – была изобретена им в 1837 году, но вовсе не с первого раза. Но в конце концов, именно азбука Морзе превратила телеграф из технической игрушки в работающую, очень надёжную систему оперативной связи.
Релейная линия – это длинная электрическая цепь, состоящая из изолированных друг от друга автономных участков, оборудованных реле – электромагнитами с группой замыкающих контактов. Внедрение реле в телеграфную линию позволило создавать линии связи любой длины. Дело в том, что в медных проводах электрический ток очень быстро затухает. Несколько километров – вот максимальная дальность устойчивой связи по паре обычных проводов. В релейной линии ток от основной батареи проходит через замкнутые контакты передающего ключа, достигает обмотки электромагнита принимающей станции и притягивает сердечник. Но сердечник не связан с грифелем, а замыкает пару контактов другой, промежуточной цепи, снабжённой собственной батареей питания. Ток достигает второго промежуточного реле, которое замыкает цепь следующего реле и так далее. Кроме устойчивой связи, релейная линия обладает ещё и повышенной надёжностью. При обрыве проводов (а они прокладывались по воздуху, на деревянных столбах) повреждается только какой-либо промежуточный участок линии, а не вся телеграфная сеть. Определить повреждённый участок проще, чем найти повреждение длинной линии. Кроме того, релейной телеграфной линии не нужны мощные источники питания.
В полной мере с недостатками безрелейной линии связи столкнулся Сайрус Филд, у которого не было возможности устроить релейные развязки на дне океана. В результате шесть тысяч километров кабеля было проложено в виде одной непрерывной электрической цепи. Электрический сигнал быстро затухал, с передающей стороны (из Англии в США) пришлось увеличивать напряжение питания. И кабель попросту сгорел. И так происходило неоднократно. Однако, кабель через Атлантику был всё-таки проложен и даже работал – ещё в XIX веке…
Есть изобретения, которые в буквальном смысле меняют лик планеты, сам образ жизни человечества. К таким изобретениям смело можно отнести автомобиль – средство транспорта, приводимого в движение тепловым двигателем.
Первый автомобиль – повозка Кюньо (не исключено, что подобные повозки создавались и до него) – имел паровой двигатель. Логично предположить, что и первый мотоцикл тоже был паровым. Он был создан в 1869 году французами – братьями Пьером и Эрнестом Мишо. Это был велосипед, над задним колесом которого был установлен небольшой одноцилиндровый паровой двигатель. Крутящий момент передавался со шкива двигателя на заднее колесо велосипеда кожаным ремнём. Двигатель, который был объединён с паровым котлом, был установлен прямо под сиденьем. Конструкция выглядит несколько… монструозной, но она работала. И это был самый настоящий мотоцикл.
Кстати, вместе с новым типом транспортного средства братья Мишо изобрели и новый вид трансмиссии – ременную передачу. Ремень до сих пор используется в мотоциклах, а именно – в великолепных американских машинах «Харлей-Дэвидсон», едва ли ни самых известных в мире «чопперах» (тяжёлых шоссейных мотоциклах, для которых характерна высокая мощность двигателя и особая комфортная посадка водителя).
Но главное изобретение в области транспорта было сделано раньше. В 1860 году французский изобретатель Этьен Ленуар (годы жизни 1822—1900) построил первый в мире двигатель внутреннего сгорания, работающий по двухтактному циклу и вполне пригодный для практического использования. В двигателе Ленуара жидкое или газообразное топливо, смешанное с воздухом в пропорции, допускающей взрывообразное сгорание, поступало в камеру сгорания, воспламенялось, расширяющиеся газы толкали поршень вниз, а тот приводил во вращение коленчатый вал. Во время ходя вниз поршень открывал сначала выпускные окна в стенке цилиндра, через которые наружу выпускались отработавшие газы, затем во время обратного хода вверх, поршень открывал впускное окно, через которое впускал в камеру сгорания новую порцию газо-воздушной смеси. Цикл повторялся.
В 1867 году на Всемирной Парижской выставке мир увидел двигатель нового типа – четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, построенный немецким изобретателем Николаусом Августом Отто (родился 10 июня 1832 года в Хольцхаузене, сегодня территория Германии, умер 26 января 1891года в Кельне). Это был рабочий образец, который, впрочем, практической ценности ещё не имел. У двигателя не было газораспределительного механизма – впрыск топливовоздушной смеси и выпуск отработавших газов не был согласован, а клапаны удерживались пружинами и открывались разрежением, создаваемым поршнем. Но в 1876 году Отто представил усовершенствованный вариант двигателя, уже с вполне работоспособным газораспределительным механизмом. Этот двигатель принёс изобретателю (между прочим, мелкому бакалейщику, не получившему ровно никакого образования) всемирную славу и немалые доходы. Благодаря помощи немецкого промышленника Лангена, Отто довёл свой двигатель до промышленного образца и за десять последующих десяти лет продал более тридцати тысяч экземпляров своего мотора.
Между прочим, некоторое время изобретателем двигателя внутреннего сгорания признавали француза Бо де Роша, которому удалось первому запатентовать идею. Но в отличие от Отто, Бош так и не воплотил свою задумку в металле… Если раскрыть любой немецкий технический журнал, посвящённый автомобилям или мотоциклам, то в таблице технических характеристик нового автомобиля мы непременно увидим указание на то, что в машине установлен «двигатель Отто». Это дань уважения великому изобретателю, усилиями которого мир, в конце концов, и получил автомобиль.
А дата и место появления первого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания до сих пор вызывает споры. Мы лишь деликатно скажем, что один из первых автомобилей в мире построил немец Карл Бенц (годы жизни 1844—1929). Трёхколёсный «Моторваген» был создан в 1885 году и сохранился до нашего времени – он хранится в автомобильном музее в Мюнхене. Второй автомобиль (или… «один из вторых»? ) в 1886 году построил другой немецкий изобретатель – Готлиб Вильгельм Даймлер (годы жизни 1834—1900), будущий партнёр Бенца. А годом раньше Даймлер и его тогдашний коллега Вильгельм Майбах (годы жизни 1846—1929) создали первый в мире мотоцикл с четырёхтактным двигателем Отто.
Встретив на дороге современный «Мерседес», подумайте о том, что это прямой потомок двух самых первых в истории человечества автомобилей. И очень достойный, следует признать, потомок…
Далее – пунктиром. Что дал нам XIX век?
Пластмассы – искусственные материалы, которых не существует в природе. Первым искусственным материалом стал ксилонит. Этот полимер был получен в 50-е годы XIX века английским химиком Паркесом из смеси нитроцеллюлозы (обработанной нитрирующим раствором клетчатки растений), спирта, камфоры и касторового масла. В 1870 году американец Хайетт усовершенствовал состав ксилонита и получил целлулоид, пластичный искусственный материал, который с 1872 года начал производится промышленным способом. Целлулоид быстро распространился по всему миру и использовался для производства расчесок, игрушек, жестких воротничков, первого полимерного (так называемого «пластического») стекла. Позже целлулоидная пленка была использована в фотографии, а затем и в кинематографии в качестве прозрачной подложки для светочувствительных материалов.
Бумага из целлюлозы. До изобретения в начале XIX столетия немцем Келлером процесса приготовления однородной органической массы из древесного сырья, подвергнутого очистке от смол и других примесей вывариванием, бумагу производили из старого тряпья. Волокна ткани размачивали, измельчали, раскатывали, прессовали и высушивали, получая листы бумаги. Использование вместо вторичного сырья целлюлозы – бумага изготовлялась из древесных волокон по той же технологии – удешевило сам процесс. Более того, целлюлозную массу можно получить из любого волокнистого материала, включая и бумажную макулатуру. Использование макулатуры позволяет экономить древесину, поскольку на изготовление одной тонны бумаги уходит четыре кубометра древесины.
Новая технология производства бумаги многократно удешевило печатное производство – появилась офсетная печатная машина, в разных странах стали выпускаться массовые газеты, резко увеличились тиражи издаваемых книг. Таким образом, одна технология потянула за собой другие. И бумага из древесины самым удивительным образом сказалась на развитии системы образования, наук, средств массовой информации…
Нет, невозможно охватить все изобретения позапрошлого века в одной главе. Это невыполнимая, немыслимая задача. Фотография – от первых опытов Нисефора Ньепса и Луи Дагера, до создания Джорджем Истменом в 1888 году первой в мире массовой фотокамеры. Да, да, в 1888 году в США, а затем и в других странах появились первые фотолаборатории для обработки любительских фотоснимков, а сама фотография стала увлечением миллионов.
Изобретение телевидения. В 1884 году (!) 24-летний (!!) немецкий изобретатель Пауль Нипков (годы жизни 1860—1940) осуществил первую передачу движущегося изображения по однопроводному каналу связи при помощи вращающегося диска со спиральными отверстиями. Этот диск впоследствии был назван «диском Нипкова». Принцип действия телевидения Нипкова (он назвал его «электрическим телескопом») заключается в том, что при вращении диска происходит построчное сканирование изображения. Луч, проходящий через отверстия диска засвечивает фотоэлемент серией последовательных импульсов. Поскольку отверстия расположены по спирали, картинка считывается по горизонтали – точка за точкой, образуя строку. При этом первое отверстие спирали считывает первую строку картинки, второе отверстие – вторую строку, третье – третью. Сложенные вместе строки образуют полный кадр. В приемнике происходит обратное преобразование электрического сигнала. Принятый приемником и усиленный сигнал подается на неоновую лампу и управляет яркостью ее свечения. Перед лампой располагается второй диск Нипкова. При вращении диска глаз видит не весь кадр сразу, а только ту строку, которая высвечивается через проходящее в данный момент отверстие. Благодаря инерционности зрения, отдельные элементы строки сливаются в строку, а отдельные строки – в целое изображение.
Добавим, что механическое телевидение не замерло на стадии теоретических разработок и лабораторных опытов. В 30-е годы XX века и вплоть до начала Второй мировой войны в СССР велись регулярные телепередачи в этой системе телевидения. То есть механическое телевидение некоторое время сосуществовало с более прогрессивным электронным…
Дирижабли, нарезное огнестрельное оружие, телефон, фонограф, лифт, небоскребы… Но тут наступил XX век. И открылась новая страница истории, которой и посвящена эта книга.
Глава 2
Изобретение радио – Попов и Маркони
Формально изобретение радио состоялось ещё в веке XIX. Но настоящая эпоха всеобщего распространения радиосвязи началась только в веке XX. Само изобретение безусловно относится к величайшим достижениям человечества и привлекает наше внимание ещё и вопиющей исторической несправедливостью. Изобретает радио один учёный, славу получает другой. Но… так ли это на самом деле? Давайте попытаемся воссоздать всю последовательность событий, тем более что это очень интересная и увлекательная история.
Изобретение в 1837 году телеграфа Сэмюэлом Морзе и в 1876 году телефона Александром Беллом (укажем годы жизни этого человека – 1847—1922) вроде бы сняли проблему осуществления быстрой и точной связи между отдалёнными территориями и отдельными людьми. К началу XX века газеты Америки получали самую актуальную информацию непосредственно от своих европейских корреспондентов, которые пользовались телеграфом. Европейские издания получали таким же образом сообщения из Северной и Южной Америки. Огромный океан, разделяющий Старый и Новый свет, уже не был неодолимой преградой. Письма с одного конца света в другой шли неделями и месяцами, телеграммам требовались считанные минуты. Телефонная связь сделал жизнь горожан комфортней, а жителей сельской местности – безопасней. Политики, военные, бизнесмены, простые люди – все могли пользоваться доступной телефонной связью, для которой вовсе не требовалось владеть азбукой Морзе (кстати, для просвещённого человека начала прошлого века это знание считалось таким же необходимым, как сегодня – знание хотя бы одного иностранного языка или умения управляться с компьютером). Но оставалась одна серьёзная проблема – и телеграфная, и телефонная связь оставались средствами стационарными и какой-либо мобильностью не обладали.
В полевых условиях, например, в ходе боевых действий, телеграфная, а затем и телефонная связь возводилась прокладкой специального лёгкого кабеля – изолированного провода, который прокладывался прямо по поверхности земли. Когда необходимость в связи отпадала, кабель сматывали на катушку и затем использовали снова. Но эту линию надо было проложить, следить за её исправностью, что в условиях боя не всегда возможно. А как быть с кораблями, к которым телефонный провод не протянешь (в портах во время стоянок, кстати, так и делали – тянули на борт корабля временную линию). А разведывательные воздушные шары (а потом и самолёты)? А связь непосредственно во время движения – на каком-либо транспортном средстве (о персональной связи и речи пока не шло)?
Короче, проблема назрела, и её надо было решать. Тем более что к концу XIX века в мире науки было совершено несколько важных открытий. В частности, в 1888 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц (годы жизни 1857—1894) завершил двухлетнюю серию экспериментов с прибором собственной конструкции. Он решил подтвердить практическими опытами теорию электромагнитного поля английского ученого Джеймса Клерка Максвелла (годы жизни 1831—1879). В ходе этих опытов электромагнитные волны, испускаемые проводниками-разрядниками, вызывали искровые разряды между шариками в колебательных контурах. Так было открыто существование электромагнитных волн. Открыто, но не объяснено – долгие годы электромагнитные волны связывали с неким «эфиром», невидимой субствнцией, в которой эти волны и распространялись.
В 1889 году русский ученый Александр Степанович Попов (родился 4 марта 1859 года в посёлке Турьинские Рудники Верхотурского уезда Пермской губернии, сегодня город Краснотурьинск Екатеринбургской области, умер 31 декабря 1905 года в Санкт-Петербурге) вёл курс лекций по электротехнике в Морском инженерном училище в Кронштадте. На лекциях он воспроизвёл опыты Герца, но при этом изменил конструкцию прибора, добиваясь большей чувствительности. В начале 1895 года Попов изобрёл «грозоотметчик», прибор, позволяющий регистрировать приближение грозы на расстоянии до 30 километров. В приборе был использован сконструированный Поповым годом ранее когерер, стеклянная трубка с металлическими опилками. Под воздействием электрического поля приближающейся грозы электропроводимость опилок резко увеличивалась. «Грозоотметчик» состоял из когерера, реле, звонка и длинного вертикального провода, то есть антенны. При улавливании прибором электромагнитных волн от грозовой тучи раздавался звонок. Так был создан первый в мире радиоприемник, который ловил «радиопередачу» грозовой тучи. Оставалось создать передатчик радиосигналов. И вот, 12 марта 1896 года, на заседании физического отделения Российского физико-химического общества, Александр Степанович продемонстрировал действие своего «грозоотметчика» в новом качестве. При помощи простейшего искрового передатчика (гальванического элемента с парой проводников, замыканием которых вызывалась электрическая искра) Попов передал первую в мире радиограмму, принятую «грозоотметчиком» на расстоянии в 250 метров. В радиограмме было всего два слова на «телеграфном языке» Морзе – «Генрих Герц». Изобретение радио стало реальностью…
В те же годы исследованиями радиоволн занимался и другой изобретатель, итальянец Гульельмо Маркони (годы жизни 1874—1937). Известно, что первые практические эксперименты с радиоволнами Маркони поставил в Италии в 1894 году. А в 1896 году, перебиравшись в Англию, он провёл первую практическую демонстрацию своего радиоприемника (искровым передатчиком служил все тот же гальванический элемент с двумя проводками). В 1897 году Гульельмо Маркони получил патент на применение электромагнитных волн для беспроволочной связи.
Несправедливость налицо – Попов был первым… Но здесь надо иметь в виду, где и для кого работал Александр Степанович Попов, и где и для кого трудился Маркони. Попов работал по заданию военно-морского ведомства и его разработки были засекречены. Он просто не мог запатентовать своё изобретение, поскольку был связан обязательствами по сохранению военной тайны. А сами военные власти России перспектив великого изобретения не разглядели. Более того, когда накануне русско-японской войны, в 1905 году, настало время оснастить радиосвязью российские военные суда, аппаратуру (промышленного, а не полукустарного или экспериментального производства!) закупали за границей, в Европе, и не у кого-нибудь, а у самого Маркони, словно никакого изобретения Попова не было вовсе.
В 1900 году Александр Степанович Попов за свои работы в области электротехники получает золотую медаль Всемирной парижской выставки. Здесь же он узнаёт об изобретении Маркони, но не проявляет к проблеме приоритете ни малейшего интереса. Зато интерес к нему самому проявляют иностранцы, до которых дошли слухи об изобретениях учёного. Предложение переехать за границу Попов отверг, заявив: «Я горд тем, что родился русским. И если не современники, то, может быть, потомки наши поймут, сколь велика моя преданность нашей родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи»… Попов продолжил секретные разработки, совершенствуя аппаратуру и увеличив дальность связи сначала до 44, а вскоре и до 148 километров. Но 31 декабря 1905, накануне нового 1906 года, Александра Попова не стало…
Гульельмо Маркони был частным предпринимателем, военным властям не подчинялся и не был абсолютно ничем не ограничен. Его интересовали не только теория, но и практика, не только чистая наука, но и бизнес. Маркони организует акционерное общество, привлекает немалые капиталы и в считанные годы создаёт полноценную радиопромышленность. Конструкция приёмников и передатчиков совершенствуется. Увеличивается дальность устойчивой связи. Выпускается аппаратура для использования на суше, море и даже в небе. Как ни относись к персоне Маркони, но именно он создал доступную систему радиосвязи. Да и заподозрит его в чём-либо нельзя – не зря же говорят, что великие идеи витают в воздухе. Апофеозом достижений Маркони стала Нобелевская премия. В 1909 году Гульельмо Маркони и изобретатель первого детекторного радиоприемника немецкий физик Карл Фердинанд Браун были награждены самой престижной премией планеты.
Как это ни печально, но в истории изобретений ХХ века подобных случаев, когда открытия наших соотечественников не получили признания на родине, оказалось предостаточно. Вспомним хотя бы Сикорского и Зворыкина, создателей вертолёта и электронного телевидения. И это лишь самые громкие имена.
Как же рассудило Попова и Маркони время? Ну, во-первых заметим, что спора о приоритете изобретения между самими учёными никогда не было. Во-вторых, достаточно вспомнить паровой двигатель Ползунова (1766 год), велосипед Артамонова (1801 год), паровоз отца и сына Черепановых (1834 год). Эти изобретения так и остались удивительными «техническими игрушками», действующими моделями, единичными конструкциями, не получившими известности и сколько-нибудь широкого распространения… Да, радио, скорее всего, изобрёл Александр Степанович Попов – если строго проследить хронологию событий. Но всему миру новую технологию беспроводной связи открыл всё же итальянец Гульельмо Маркони.
Глава 3
Дирижабли – исчезнувшие исполины неба
Принято считать, что ХХ век – это век авиации. Да, конечно, разумеется. Но эпоха воздухоплавания началась на полвека раньше, а именно – в 1850 году, когда в небо поднялся первый в мире управляемый воздухоплавательный аппарат легче воздуха или дирижабль (что в переводе с французского и означает «управляемый»). Об этом аппарате поговорим чуть ниже, а пока снова обратимся к вопросу приоритетов. Почему дирижабль, а не монгольфьер, детище братьев Монгольфье – Жозефа Мишеля (годы жизни 1740—1810) и Жака Этьена (годы жизни 1745—1799). Монгольфьер, воздушный шар, наполненный горячим дымом, первый пилотируемый (к сведению – Жаном Франсуа Пилатром де Розье и маркизом д'Арландом) полёт совершил 21 ноября 1783 года в Париже. Но что значит – «пилотируемый»? Полёт был совершенно неуправляемым. Человек мог влиять на высоту полёта, на сам его факт – подняться в воздух или опуститься на землю, но не более того. Лететь против ветра или под углом к ветру монгольфьер не мог. Первый воздушный шар был в полной мере игрушкой воздушных течений.
К середине XIX века в аэростатах, то есть в неуправляемых воздушных летательных аппаратах легче воздуха, стали использовать вместо горячего дыма водород. Этот газ, который достаточно просто добыть в промышленных и даже кустарных условиях, легче воздуха и обладает всего лишь одним существенным недостатком – он горюч и даже взрывоопасен. Была и ещё одна проблема, на которую вскоре перестали обращать внимание. У монгольфьера, оболочка которого в нижней части открыта, набор или снижение высоты осуществлялся очень просто – надо было лишь притушить жаровню или, наоборот, разжечь её, уменьшив или увеличив тем самым температуру заполняющего оболочку шара газа и, соответственно, подъёмную силу, поскольку горячий воздух легче холодного и стремится вверх. В водородном воздушном шаре газ можно было выпустить через стравливающий клапан и снизить высоту. А вот набрать её снова – увы… Но это была не самая большая проблема.
В 1950 году парижский часовщик по имени Жюльен построил механическую игрушку – первую в мире действующую модель дирижабля. Это была трёхметровая сигарообразная воздухонепроницаемая оболочка, которую изобретатель наполнил водородом. Поскольку Жюльен был часовщиком, вполне понятно, что он в качестве двигателя применил часовой механизм, на вал которого насадил пару гребных колёс (как у парохода). Уравновесив модель балластным грузом, Жюльен завёл пружину и – дирижабль полетел.
Не специалист в области воздухоплавания и тем более аэродинамики (науки, которой в то время попросту не существовало), парижский часовщик, тем не менее, интуитивно выбрал оптимальную форму летательного аппарата – сигарообразную, вытянутую по горизонтали. Но главное его достижение в том, что он, буквально, «завёл» французских энтузиастов. Слух о полёте его модели дошёл до двух приятелей, двух профессионалов воздухоплавания и механики – Эжена Годара (годы жизни 1827—1890) и паровозного машиниста Анри Жиффара (годы жизни 1825—1882). Годар, совершивший к тому времени десятки полётов на усовершенствованных монгольфьерах (их в честь изобретателя и одного из первых в мире воздухоплавателей Жана де Розье, установившего на монгольфьер жаровню постоянного горения, называли «розьерами») и водородных аэростатах, моментально загорелся. А опытный механик Жиффар тут же предложил построить большой аппарат и установить на него паровой двигатель. На постройку дирижабля ушло два года. Прототипом послужила «игрушка» Жюльена – аппарат получил такую же сигарообразную оболочку, к которой при помощи специальной сетки снизу крепилась несущая балка. К балке в свою очередь был прикреплён 160-килограммовый паровой двигатель, сблокированный с компактным паровым котлом. Труба котла была выведена вниз – чтобы искры не повредили оболочку дирижабля и не привели к взрыву водорода. Двигатель развивал мощность в три лошадиные силы и приводил во вращение большой трёхлопастной винт, который Жиффар назвал «пропеллером», что по-французски означает «толкатель» – пропеллер был установлен в задней части балки. Скорость вращения винта составляла 120 оборотов в минуту.
В сентябре 1852 года на парижском ипподроме состоялся первый в мире полёт настоящего полноразмерного дирижабля, управляемого человеком. На глазах толпы зевак Жиффар поднял аппарат на высоту 1800 метров и направил его против ветра. Скорость передвижения не превышала 10 километров в час, но к несчастью в момент испытаний ветер усилился, и дирижабль остановился, а потом двинулся… хвостом назад, к ближайшему лесу. Весь день отважный пилот боролся со стихией. Но к ночи дирижабль отнесло к пригороду Парижа. Здесь, в местечке Траппа, Жифар загасил топку котла, стравил водород и благополучно приземлился.
Было ли это неудачей? С точки зрения Жиффара – да. Но с расстояния в полтора столетия можно сказать, что Анри Жиффар сделал сразу несколько важных для развития воздухоплавания открытий. Первое – он, практически, сразу, без длительных и бесплодных экспериментов разработал классическую конструкцию дирижабля. Вытянутая оболочка, сетка, при помощи которой к оболочке крепится несущая балка, толкающий винт, стравливающий клапан для экстренного снижения высоты… Однако, первые испытания показали – нужен более мощный двигатель, который был бы способен преодолеть силу ветра. И в скором времени французский механик построил второй дирижабль, более внушительных размеров и с более мощным двигателем.
Второй испытательный полёт прошёл бы вполне успешно – дирижабль быстро набрал высоту, горизонтальную скорость и хорошо слушался руля. Но оказалось, что конструктор допустил одну существенную ошибку – он не использовал предохранительный баллонет, вторую оболочку, которая вкладывалась вовнутрь основной. Дирижабль дал течь, аппарат стал быстро терять высоту. Жиффар и его ассистент механик Габриель Ион были обречены. Но в непосредственной близости от земли они проявили завидное хладнокровие – они выпрыгнули из гондолы и уцелели. Потерявший вес дирижабль взмыл в небо и исчез…
В Европе (прежде всего, во Франции) началась настоящая «воздухоплавательная лихорадка». В воздух поднимаются дирижабли самых причудливых конструкций, вроде аппарата Дюпуи де Лома, совершившего полёт в парижском небе в 1872 году. Этот дирижабль примечателен тем, что в нём механического двигателя не было вообще. Восьмиметровый винт со скоростью 40 оборотов в минуту вращали четыре десятка солдат. При полном штиле (время для испытаний выбрали, надо полагать, не случайно) дирижабль двигался со скоростью всего 120 метров в час, но всё же двигался… Вспомним замечательную комедию «Большие гонки». Профессор Фейт и его помощник Макс могли летать на своём «воздушном велосипеде», дирижабле с ножным приводом пропеллера. Но… очень медленно и только в том случае, если объём несущего баллона дирижабля был бы раз в десять больше.
Самый скоростной дирижабль того времени построили французы, братья Гастон и Альфред Тиссандье. Установив на свой летательный аппарат электромотор, они достигли горизонтальной скорости в 15 километров в час. К слову – в 1875 году Гастон Тиссандье (годы жизни 1843—1899) установил рекорд высоты, который продержался несколько десятилетий. Он поднялся на неуправляемом аэростате на высоту в 8600 метров.
Первую промежуточную точку в воздушной гонке поставил французский конструктор и воздухоплаватель Шарль Александр Ренар (годы жизни 1847—1905), который со своим единомышленником и соратником А. Кребсом построил дирижабль «Франция». Этому аппарату впервые в истории освоения неба удалось вернуться к точке взлета. «Франция», также приводимая в движение электродвигателем, могла преодолеть расстояние всего в 20 километров. Но конструкция была во многом революционной. В частности, на этом дирижабле был впервые установлен воздушный винт тянущего типа, то есть расположенный в передней части дирижабля. Позже этот тип воздушного движителя вытеснит толкающий пропеллер. Но это уже другая история – история авиации…
В ХХ веке дирижаблестроение достигло своего расцвета. В ряду великих конструкторов «исполинов неба» можно назвать множество имён. Это не доживший до начала века немецкий изобретатель Герман Вельферт, построивший в 1897 году первый в мире дирижабль с бензиновым двигателем. Конструктор погиб во время испытаний дирижабля – аппарат взорвался от искры из выхлопной трубы…
Давид Шварц, создатель первого цельнометаллического дирижабля. Этот летательный аппарат представлял собой лёгкую и герметичную алюминиевую оболочку с торцевыми конусообразными обтекателями. Сам конструктор до испытаний не дожил – аппарат поднял в воздух его соратник Ренар Плац. Испытания и на этот раз закончились катастрофой, сказалась неопытность Плаца как воздухоплавателя. В критический момент, когда с приводного шкива двигателя соскочил ремень, Плац растерялся и… выпустил из дирижабля водород. Аппарат рухнул на землю, конструктор чудом остался невредимым.
Далее – немец, граф Фердинанд Цеппелин (годы жизни 1837—1917). Первый дирижабль Цеппелин начал строить в 1897 году, а в начале XX века поднял в небо столько величественных летательных аппаратов, что название «цеппелин» стало именем нарицательным, обозначающим дирижабль вообще. Первый дирижабль графа Цеппелина имел гигантские размеры – длину в 128 метров, диаметр в 11,7 метра. Это был цельнометаллический аппарат. Алюминиевые листы несущей оболочки были натянуты поверх легкого трубчатого каркаса. Оболочку Цеппелин разделил на семнадцать изолированных секций, заполненных водородом. Две алюминиевые гондолы крепились непосредственно к оболочке без подвесных опор. Дирижабль оснастили двумя бензиновыми двигателями по 16 лошадиных сил. Испытания состоялись 2 июня 1900 года над Боденским озером. Дирижабль показал скорость в 28 километров в час и отличную управляемость.
Итальянец Умберто Нобиле, генерал, отдавший много сил дирижаблестроению (годы жизни 1885—1978). О, это примечательная личность! Он построил целый ряд отличных летательных аппаратов и лично принимал участие во многих экспедициях. В 1926 году на дирижабле «Норвегия», которым Нобиле командовал, он принимал участие в полярной экспедиции Руала Амундсена, достигшей Северного полюса. В 1928 году Нобиле командовал итальянской экспедицией на дирижабле «Италия», снова достиг Северного полюса, однако, на обратном пути потерпел крушение. Сам Нобиле в этой катастрофе выжил, но его друг, отважный полярный исследователь и первооткрыватель Южного полюса Руал Амундсен в ходе спасательной операции погиб… С 1932 года талантливый конструктор и отважный воздухоплаватель работал в СССР. В 1936 году переехал в США, а после Второй мировой войны, в 1945, вернулся на родину в Италию.
Большие дирижабли строились до середины 30-х годов – в основном на заводах Цеппелина (уже после смерти основателя), летали, перевозили важные грузы и пассажиров. Их эпоха завершилась катастрофой «Гинденбурга» в 1937 году. Построенный годом раньше, в 1936 году, дирижабль «Гинденбург» совершал свой 63-й полёт через Атлантику. Заходя на посадку дирижабль приблизился к причальной мачте. В этот момент между мачтой и корпусом дирижабля возник электростатический разряд, от которого взорвался наполняющий несущую оболочку водород. Гигантский аппарат сгорел в течение 10 секунд, уничтожив десятки пассажиров и членов команды. Эта катастрофа остановила и производство больших дирижаблей, и развитие дирижаблестроения в целом…
Нет, дирижабли строились, строятся и будут строится в будущем. Просто они уже не выполняют функций воздушного транспорта, которые сегодня возлагаются на пассажирские и транспортные самолёты. Дирижабли достаточно редкие, даже экзотические летательные аппараты, применяющиеся в области туризма, развлечений, рекламы и в узких профессиональных областях (например, в дорожном патрулировании – например, в Москве).
И всё же назвать дирижабли транспортом прошлого не поворачивается язык. Это транспорт будущего. Утверждение, между прочим, вовсе не голословное. Дирижабль самое экономичное транспортное средство из всех существующих. Ему не нужны дороги. Не нужны мощные двигатели, потребляющие огромное количество топлива. Проблема безопасности эксплуатации сегодня решена – в дирижаблях применяется исключительно негорючий гелий, а современные материалы позволяют возводить лёгкие, прочные и герметичные корпуса.
Путешествие на дирижабле – неторопливое, почти бесшумное – оставляет неизгладимое впечатление. Так, во всяком случае, говорят немногочисленные пассажиры этих воздушных исполинов (и, добавим, любители воздухоплавательного спорта – полёт на современном воздушном шаре тоже доставляет огромное удовольствие). Опытный воздухоплаватель в подходящие моменты может приглушить двигатели, воспользовавшись попутными воздушными течениями (как использует морские течения капитан парусного корабля). Современный дирижабль очень надёжен и, практически, безопасен. При внезапном выходе из строя двигателя, он способен приземлиться в любом месте без катастрофических последствий. Наконец, если срочность доставки грузов и пассажиров в какую-либо точку планеты большого значения не имеет, то дирижабль становится едва ли ни самым выгодным и очень эффективным транспортным средством.
Впрочем, есть у дирижаблей и весьма серьёзные недостатки. Во-первых, это не всепогодный вид воздушного транспорта. Большая парусность корпуса не позволяет дирижаблю преодолевать грозовые фронты и противостоять шквальным ветрам. Во-вторых, применение гелия – это вынужденная мера. В отличие от водорода, который можно получить при помощи электролиза, разлагая воду на кислород и водород, добыть гелий и сложней, и дороже (его добывают из воздуха сжижением). При этом объёмы газа нужны просто огромные. Скорее всего, это и останавливает конструкторов и производителей от возвращения к летательным аппаратам легче воздуха.
В недалёком будущем, когда проблема нехватки топливных ресурсов планеты встанет особо остро, к дирижаблю обязательно вернутся – как вернутся к большим парусникам, электромобилям, приливным, ветряным и солнечным электростанциям.
Глава 4
Самолёт братьев Райт – начало авиации
Почему, за счёт каких сил летает воздушный шар? В оболочке воздушного шара заключён некоторый объём газа, который легче воздуха. Это может быть горячий воздух, водород или инертный газ (например, гелий). Подъёмная сила выталкивает газовый пузырь вверх. А сам воздушный шар уравновешивается балластом – грузом, подвешенным в нижней части шара. Когда удельный вес газа, заполняющего оболочку шара, и удельный вес атмосферного воздуха выравниваются (а на высоте воздух разрежен и имеет меньшую плотность), набор высоты полёта прекращается. Точнее, здесь надо учитывать и вес газа, заполняющего шар, и вес самого шара, вместе с балластом и пассажирами. Уменьшая плотность заполняющего оболочку шара газа (подогревая воздух газовой горелкой или жаровней) или стравливая лёгкий газ, пилот регулирует высоту полёта. Так же работает и дирижабль, с тем отличием, что установленный под оболочкой двигатель, оборудованный воздушным винтом, придаёт дирижаблю горизонтальное ускорение. Это и позволяет осуществлять управляемый полёт на воздухоплавательном аппарате легче воздуха.
Совсем другие силы удерживают в полёте аппараты тяжелее воздуха – планеры, самолёты, вертолёты, автожиры, дельтапланы и другие типы летательных аппаратов. Собственно, с планеров всё и началось.
Человек очень давно стал смотреть в небо. Его внимание привлекали птицы, которые с видимой лёгкостью преодолевали огромные расстояния и, вообще, жили в трёхмерном мире, перемещаясь не только по горизонтали, но по вертикали. Механизм птичьего полёта долгое время вводил изобретателей в заблуждение – полёт всегда ассоциировался с машущими движениями крыльев. Птица в буквальном смысле опирается на воздух оперением крыльев. При махе вверх перья свободно пропускают воздух, а при махе вниз перья смыкаются, образуя воздухонепроницаемую плоскость. Поворот перьев и самих крыльев назад придают птице горизонтальную скорость. Гибкость крыльев и хвост позволяют свободно лавировать в воздухе – быстро менять направление полёта, взлетать и приземляться.
Первые модели летательных аппаратов тяжелей воздуха имитировали птичий полёт. Это был ошибочный путь, поскольку птицы специально приспособлены к полёту самой природой. Они имеют лёгкий и прочный трубчатый скелет (кости полые, похожи на трубки), очень мощную мускулатуру и сложное оперение. Для того, чтобы поднять человека в воздух мало одних крыльев, нужны и мускулы, способные преодолеть силу тяжести. Так вот, чтобы человек взлетел подобно птице, у него при обычном весе в 70 килограммов должна быть мускулатура слона…
В то же время, люди издавна запускали летающие модели, которые правильней было бы назвать парящими. Пример – бумажный голубь, изобретённый в незапамятные времена, и такой же древний воздушный змей. Потребовалось очень много времени, чтобы понять механизм полёта. На это ушли даже не столетия – тысячелетия. Но к середине XIX века правильные выводы всё же были сделаны. Полёт планера происходит благодаря подъёмной силе, возникающей набегающим на кромку крыла потоком воздуха. Плоское крыло как бы разрезает воздушный поток. И когда планер попадает в восходящие потоки тёплого воздуха, он подхватывается этим потоком и устремляется вверх. В нисходящем потоке холодного воздуха планер (бумажный голубь) снижается вместе с потоком.
Но первые большие модели либо летали очень плохо, либо не летали вовсе. Потребовались годы исследований в области нарождающейся аэродинамики, чтобы изобрести крыло, в котором подъёмная сила была бы способна поднять в воздух не только лёгкую бумажную модель, но и большой планер, да ещё и с пилотом. Одним из пионеров аэронавтики был немецкий инженер Отто Лилиенталь (годы жизни 1848—1896). Человек, так и не доживший до первых полётов самолётов, сделал для науки и практического воздухоплавания так много, что именно его следует назвать одним из «отцов-основателей» авиации.
С 1871 года и до конца жизни Лилиенталь скрупулёзно изучал полёт птиц. Первым результатом исследований стала книга «Полёт птиц, как основа авиации», выпущенная в 1889 году. Но Лилиенталь не ограничивался сухой теорией. Он построил множество планеров, которые сам же и испытывал. В общей сложности он совершил около 2000 полётов и, благодаря этим опасным экспериментам, разработал теорию строения самолётного крыла.
Эффект подъемной силы крыла возникает в потоке встречного воздуха. Изогнутый профиль крыла (верхняя поверхность выполнена дугообразной) создает разность давлений под и над крылом. Верхняя изогнутая поверхность обладает большим сопротивлением, а потому над создается разрежение. Нижняя ровная поверхность обладает меньшим сопротивлением, а потому под ней образуется давление воздуха. Крыло удерживается давлением воздуха до тех пор, пока оно находится в набегающем воздушном потоке. Как только движение воздуха относительно крыла прекратится, прекращается и действие подъемной силы. При этом величина подъемной силы зависит от площади крыла и от скорости воздушного потока (то есть от скорости движения самого крыла). При малых скоростях подъемной силы может оказаться недостаточно для удержания крыла в воздухе. Важным достижением Лилиенталя были расчеты равновесия планера. Исследователь работал над балансирными планерами и пришел к выводу, что центр тяжести всей конструкции должен приходится на центр крыла. Лилиенталем были разработаны летательные аппараты двух основных типов – монопланы, планеры с одноярусным крылом, и бипланы, планеры с двухъярусным крылом. Именно эти конструкции и были взяты за основу первыми авиастроителями.
Отто Лилиенталь всегда испытывал свои планеры сам. Он не мог рисковать жизнью других людей, понимая опасность этих экспериментов. Его яркая жизнь оборвалась 9 августа 1896 года. Во время полёта случилось несчастье – исследователь упал с 15-метровой высоты и разбился. Это была одна из первых жертв в истории мировой авиации. И совершенно невосполнимая потеря. Можно только представить, сколько бы успел сделать Лилиенталь, доживи он до начала эпохи самолётостроения…
Идея управляемого полёта на аппарате тяжелее воздуха не давала покоя многим талантливым людям. Примерно в те же годы свой самолёт построил русский морской офицер (а в конце жизни, с 1886 года, даже контр-адмирал) Александр Фёдорович Можайский (годы жизни 1825—1890). Наши историки почитают Можайского, как изобретателя первого в мире самолёта. Но это не совсем так – «воздухоплавательный снаряд» Можайского был построен в 1881 году, изобретатель получил на него патент (по бытовавшей тогда в России терминологии привилегию), но этот аппарат так никогда в воздух не поднялся. Он был слишком тяжёл и несовершенен с точки зрения аэродинамики. В качестве двигателя использовался паровой двигатель, не развивавший достаточной мощности. Поэтому назвать Можайского изобретателем самолёта можно по такому же праву, как Леонардо да Винчи изобретателем вертолёта и танка…
17 декабря 1903 года два американских энтузиаста воздухоплавания и изобретателя, братья Райт – Уилбер (годы жизни 1867—1912) и Орвилл (годы жизни 1871—1948) выкатили на поле неуклюжий аппарат собственной конструкции под гордым названием «Флайер». Дело было в США. Аппарат был выполнен по схеме биплана – два крыла были установлены одно над другим. 12-сильный 100-килограммовый двигатель внутреннего сгорания был установлен на нижнем крыле. Мотор развивал 1400 оборотов в минуту и посредством цепной передачи приводил во вращение два толкающих винта – пропеллера, установленных симметрично позади крыльев. Пропеллеры имели диаметр в 2,6 метра. Рядом с двигателем, на том же нижнем крыле, была закреплена гондола для пилота и тросовая система управления воздушными рулями.
Поскольку прототипов самолётов не существовало и существовать на тот момент не могло, все расчёты братья Райт провели самостоятельно. Сами же изготовили и двигатель, и пропеллеры. Первым же важным открытием стало осознание того, что пропеллер не может быть универсальным. Его надо рассчитывать специально под конкретный двигатель. Кстати, а почему пропеллеры имели такой большой диаметр? Причины две. Первая – двигатель был низкооборотным и относительно слабосильным, поэтому конструкторы решили оснастить его большими винтами, чтобы лучше реализовать мощность мотора. И вторая – Райт жили в Америке, где использовалась английская система мер. 2,6 метра – это сотня дюймов.
Крыло «Флайера» было крайне примитивным. Тканевая обшивка натягивалась на каркас. В боковом разрезе крыло представляло собой пологую дугу, нижняя часть несущей плоскости была открытой. Но тогда ещё не существовало элементарных понятий аэродинамики и рассчитать более эффективную конструкцию крыла Райт попросту не могли.
У первого самолёта не было никакого шасси. На земле «Флайер» стоял на паре деревянных брусьев. К брусьям крепилась двухколёсная тележка, которая двигалась по узкому деревянному настилу – рельсу. А в движение её приводили помощники конструкторов, которые тянули тележку при помощи верёвки, перекинутой через колесо блока.
Первый же полёт был успешным – самолёт пролетел 36,6 метра и продержался в воздухе 12 секунд. Конечно, сегодня этот результат мы бы назвали, скорее не полётом, а прыжком. Но в тот день, 17 декабря 1903 года, Райты ещё трижды поднимали «Флайер» в воздух, увеличив дальность полёта до 260 метров, а длительность до 59 секунд. На этом полёты «Флайера» и завершились. Следующая модель самолёта братья назвали «Флайер-2». И это уже был настоящий самолёт…
Спустя ровно 100 лет Америка решила отметить первый полёт «Флайера» реконструкцией этого великого события. Была построена точная копия первого в мире самолёта. Были возведены и деревянный рельс и разгонная тележка. Даже метеорологические условия были выбраны примерно такие же, какими они были 100 лет назад. При большом стечении народа мотор был запущен, ассистенты взялись за конец верёвки, напряглись и… самолёт не полетел. Ни с первой, ни со второй, ни с какой бы то ни было вообще попытки. «Флайер», точнее, его копия, оказался совершенно неработоспособным аппаратом. Позже эксперты заявили, что «Флайер» братьев Райт не мог летать в принципе, поскольку был неверно спроектирован. А Уилбер и Орвилл Райт этого не знали и – полетели. Такая вот любопытная история…
Спустя пять лет, в 1908 году, братья, воодушевлённые успешными испытаниями второго самолёта, основали первую авиастроительную компанию – во Франции. В следующем 1909 году такие же компании были основаны в США и в Германии. А в 1913 году появилась четвёртая компания братьев Райт – в Великобритании. Эпоха мировой авиации стартовала стремительно и энергично. Всего через 11 лет в воздухе Америки и Европы уже летали быстрые и вёрткие военные самолёты. И это были далеко не громоздкие «этажерки», вроде «Флайера».
Как это обычно и случается, толчком к развитию новой технологии стала война. Неповоротливые и уязвимые дирижабли, неуправляемые аэростаты тоже были грозным оружием. Но самолёты легко расправлялись и с теми, и с другими. А вскоре появился новый вид оружия – бомбардировщики, которые без помощи артиллерии, точно и без потерь могли уничтожать наземные цели противника.
К середине Первой мировой войны в воздухе развернулась настоящая воздушная война. Асы одной стороны сталкивались с асами другой воюющей стороны. Это было время «воздушных рыцарей», создавших свой кодекс ведения воздушного боя. И главным их оружием были истребители – лёгкие трипланы, бипланы и монопланы (самолёты с тремя, двумя или одним рядом крыльев) с пулемётным вооружением, выпускающиеся ведущими авиастроительными компаниями Европы. Самолётостроение развивалось семимильными шагами. К концу войны в 1918 году в небе летали совсем другие самолёты, нежели четырьмя годами раньше.
Этот период самолётостроения можно называть «классическим». И самолёты того далёкого времени вовсе не сошли со сцены и не канули в лету. Как и старинные автомобили, они выпускаются до сих пор небольшими компаниями – копии, конечно. Особой популярностью пользуются маленькие бипланы и монопланы 30-х годов, которые сочетают черты «классической» конструкции самолёта – с открытой кабиной, поршневым бензиновым двигателем со звёздообразным расположением цилиндров и воздушным охлаждением – и современные материалы, дюралюминии и пластик. В США, где самолётный спорт наиболее распространён и множество небольших самолётов используется частными лицами в качестве личного транспорта, подобные «реплики» пользуются особой популярностью, наряду с общеизвестными «Сесснами» – рабочими лошадками неба, в которых легко угадываются те же классические черты самолётов первой трети ХХ века.
Глава 5
Электронная лампа – начало электроники
История великих изобретений – это, прежде всего, история жизни, поиска и упорства талантливых людей. Иногда на поиски истины уходят десятилетия, иногда – целая жизнь… На изобретение первого электронного прибора, вакуумного диода, английскому физику Джону Амброзу Флемингу (годы жизни 1949—1945) потребовалось двадцать лет. Два десятка лет труда, исследований, экспериментов и ошибок.
Изобретение электронной лампы связано с изобретением обычной осветительной лампы накаливания и именем одного из величайших изобретателей в истории Томаса Эдисона. Дело было в Англии, в лондонской компании Эдисона, где Флеминг работал «советником по электричеству». Сотрудники компании экспериментировали с различными материалами, пытаясь добиться приемлемой продолжительности работы ламп накаливания. В 1882 году Флеминг обратил внимание на то, что лампы, легко перегоравшие от малейшего сотрясения, меняют цвет стеклянной колбы. Когда лампа перегорала, колба покрывалась изнутри лёгким налётом материала нити. И только узкая U-образная полоска напротив перегоревшей нити оставалась чистой. Полоска эта в точности повторяла форму нити накаливания. Флеминг предположил, что в момент наибольшего накала нить испускала молекулы углерода или металла, в зависимости от того, из какого материала была изготовлена нить (эксперименты проводились с самыми разными материалами – конструкторы искали самый долговечный). В конце 1882 и начале 1883 годов учёный провёл ряд экспериментов, подтвердивших его гипотезу. В том же 1883 году этот феномен заметил и сам Эдисон, который работал в Америке. В результате этот процесс получил название «эффекта Эдисона», хотя мастер так и не смог найти ему внятного объяснения. В октябре 1884 года за «эффект Эдисона» взялся другой учёный – Вильям Прис. Он пришёл к тому же выводу, что и Флеминг – стекло колбы подвергалось бомбардировке молекулами углерода нити накаливания. Но констатацией факта дело и закончилось.
Спустя четыре года, в 1888 году, Флеминг работает со специальными лампами накаливания, в колбы которых вмонтирована металлическая пластинка. Эта пластинка должна была работать в качестве отражателя. Но Флеминг подключил к ней гальванометр и… заметил, что, при подключении к нити накаливания положительного электрода батареи питания на пластинке появляется электрический ток, то есть стрелка гальванометра отклоняется. Флеминг изменил полярность – подключил к нити накаливания отрицательный электрод батареи. Тока на пластинке нет. Учёный повторяет опыты и убеждается, что ток в лампе идёт только в одном направлении. Флеминг даёт название электродам лампы. Нить, к которой подключен отрицательный вывод батареи питания, он называет катодом, а принимающую заряды пластинку – анодом.
Прошло ещё несколько лет. Наступил ХХ век. Флеминг продолжал свои исследования в области электротехники, но из его головы не шла одна мысль – как, каким образом можно использовать удивительный «эффект Эдисона» на практике. Должно же быть ему хоть какое-то применение? И тут Флеминг, который был, как и многие учёные того времени, увлечён изобретением Маркони, подумал, что вакуумная лампа может использоваться как выпрямитель переменных токов, в том числе и применяемых в радио высокочастотных. Он решил попробовать лампу в качестве детектора волн в радиоприемнике Маркони, заменив ею капризный когерер (пробирку с металлическими опилками). Флеминг собрал две схемы – первая представляла собой колебательный контур с двумя лейденскими банками (источниками постоянного тока) в деревянных корпусах и с индукционной катушкой, вторая схема включала электронную лампу и гальванометр. Обе схемы были настроены на одинаковую частоту.
Здесь мы процитируем мемуары самого Джона Флеминга. «Было приблизительно 5 часов вечера, когда аппарат был закончен. Мне, конечно, очень хотелось проверить его в действии. В лаборатории мы установили две эти схемы на некотором расстоянии друг от друга, и я запустил колебания в основной цепи. К моему восхищению я увидел, что стрелка гальванометра показала стабильный постоянный ток. Я понял, что мы получили в этом специфическом виде электрической лампы решение проблемы выпрямления высокочастотных токов. „Недостающая деталь“ в радио была найдена и это была электрическая лампа! Я сразу понял, что металлическая пластина должна быть заменена металлическим цилиндром, закрывающим всю нить, чтобы „собрать“ все испускаемые электроны. У меня в наличии имелось множество угольных ламп накаливания с металлическими цилиндрами, и я начал использовать их в качестве высокочастотных выпрямителей для радиотелеграфной связи. Этот прибор я назвал колебательной лампой. Ей было сразу же найдено применение. Гальванометр заменили обычным телефоном. Замена, которая могла быть сделана в то время с учетом развития технологии, когда повсеместно использовались искровые системы связи. В таком виде моя лампа широко использовалась компанией Маркони в качестве датчика волн. 16 ноября 1904 года я подал заявку на патент в Великобритании».
Это был первый в мире электронный радиоприёмник. Свою лампу Флеминг назвал «аудионом», но общепринятое название – «диод», то есть лампа, состоящая из двух электродов – пришло позже, в 1907 году, когда американский изобретатель Ли де Форест (годы жизни 1873—1961) усовершенствовал прибор Флеминга. Он дополнил электронную лампу ещё одним электродом, расположив его между катодом и анодом. Этот третий электрод был управляющим. При подаче на него положительного напряжения, эмиссия электронов резко увеличивалась, а ток на аноде возрастал. Таким образом, новая лампа, названная по числу электродов «триодом», могла служить не только как детектор радиоволн, но и как усилитель электрических сигналов. Универсальный детектор-усилитель получил название «аудион Фореста», но позже это название было забыто.
Изобретение триода подстегнуло других конструкторов. В 1911 году трое немецких инженеров, Либен, Рейкс и Штраус, сконструировали триод с промежуточным электродом в виде сетки из перфорированного листа алюминия. Сетка увеличивала площадь управляющего электрода и усиливала эмиссию. А в 1913 году немец А. Мейснер (годы жизни 1883—1958) открыл способность триода генерировать и усиливать электромагнитные колебания. Он построил на основе триода первый ламповый радиопередатчик, который использовал для передачи телеграфных и телефонных сигналов.
У электронных вакуумных ламп было множество недостатков. Стеклянная лампа хрупка и плохо переносит вибрации. Поэтому электронные приборы того времени быстро выходили из строя. Для промышленных и военных применений приходилось выпускать лампы особой конструкции с повышенной прочностью деталей. Катод, выполненный в виде нити накала, потреблял большое количество электроэнергии. Даже самые небольшие радиостанции и радиоприёмники приходилось оснащать либо сетевыми понижающими трансформаторами, либо громоздкими и ёмкими батареями постоянного тока. Поэтому портативной в полном смысле электронной техники на вакуумных лампах создано так и не было (кроме, конечно, специальных «шпионских» моделей радиостанций, приёмников, а потом и магнитофонов). Наконец, сам процесс термоэлектронной эмиссии, переноса вещества электрода, истощает катод. Лампа не может служить долгое время, это не заложено в её конструкцию.
Но обратимся к практике. В наше «цифровое время» остаётся достаточно энтузиастов, которые старинный и безнадёжно аналоговый немецкий радиоприёмник не променяют ни на какой суперсовременный полупроводниковый Hi-end. Эти люди не без основания утверждают (и мы об этом обязательно ещё поговорим), что звук старого лампового приёмника, выпущенного в Германии в 30-е годы, не может сравниться со звучанием самой современной акустической системы – настолько он хорош, глубок, мягок. В приёмниках этих любителей хорошего «лампового» звука работают триоды (диоды, пентоды), выпущенные 50, 60 и даже 70 лет назад! Эти старинные лампы работают и будут работать ещё очень долго. Более того, существует целый рынок старых радиоламп – исправных, конечно. Лампы выпуска 30-40-х годов пользуются особым спросом, хотя большинство предложений относятся к 50-60-м годам прошлого века.
Качественно выполненная вакуумная лампа – прибор очень долговечный и надёжный. Электронные лампы выпускаются и сегодня, правда, в небольших количествах. Они применяются в высококачественной (так называемой «аудиофильской») аппаратуре звуковоспроизведения, как, скажем, проигрыватели виниловых грампластинок. Кроме того, специальные электронные лампы выдерживают очень большие токи и обладают впечатляющим коэффициентом усиления. Эти лампы применяются в выходных контурах радиопередатчиков высокой мощности, например, в усилителях широковещательных радиостанций и, к слову, в любительской радиопередающей аппаратуре.
Электронная лампа давно уступила место полупроводниковым приборам. Но в некоторых областях она успешно применяется до сих пор. Другое дело, что такого широкого распространения, как в первой половине минувшего века, «ламповая электроника» уже никогда не получит. Это замечательная технология, но эпоха её безраздельного господства осталась в далёком прошлом.
Глава 6
Радиоактивность
Радиоактивность – одно из самых удивительных природных явлений, которое невозможно увидеть или ощутить органами чувств человека. Вдумайтесь в само определение радиоактивности – «самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц». По сути, превращение одних веществ в другие… Алхимия? Нет, конечно. Но цели алхимиков в результате открытия радиоактивности в некоторой мере были достигнуты. Не при помощи философского камня и не из свинца в золото, об этом не может быть и речи, но всё же было выяснено, что в определённых условиях одни вещества могут превращаться в другие. При этом источник радиоактивного излучения, практически, неиссякаем. Поразительно, не правда ли?
Открытие радиоактивности открыло дорогу к познанию строения и законов существования материи, а также целому множеству наук и, прежде всего, физике атома. Приоритет открытия радиоактивности принадлежит французскому учёному Антуану Анри Беккерелю. Это произошло 1 марта 1896 года… Но сама личность Беккереля достойна того, чтобы немного отвлечься от истории науки и посвятить некоторое время судьбе самого учёного.
Мы достаточно часто сталкиваемся с понятием рабочих или артистических династий. Потомственные корабелы, потомственные артисты, потомственные писатели (например, отец и сын Дюма). Есть династии и в «большой» науке – вспомним хотя бы великого российского физика Петра Леонидовича Капицу и его выдающихся сыновей – Андрея Петровича и Сергея Петровича. Вклад этих людей в мировую науку невозможно переоценить…
Но вот ещё один удивительный пример – династия Беккерелей. Три поколения учёных (сразу скажем – больше, но об этом чуть ниже, пусть в нашем рассказе останется место для небольшой интриги), составивших гордость французской и мировой науки. Дед Антуана Анри Беккереля Антуан Сезар (внук, кстати, был назван в честь выдающегося деда) родился 7 марта 1788 года в Шапильон-сюр-Луане, во Франции. Получив техническое образование, участвовал в военных компаниях Наполеона в качестве военного инженера. А в 1815 году подал в отставку и сосредоточился на науке. Круг его интересов был весьма и весьма обширен – Беккерель-старший занимался исследованиями фосфоресценции и флуоресценции, термоэлектричества, краисталлооптики, работал в области теоретических изысканий в области гальванических элементов, магнитных явлений, исследовал электропроводность. И уделял большое внимание образованию сына, а затем и внука, оказав огромное влияние на их становление как учёных. Антуан Сезар Беккерель скончался 18 января 1878 года в Париже, успев увидеть и сына, и внука состоявшимся учёными.
Сын Антуана Сезара Александр Эдмон Беккерель родился всё в том же Париже 24 марта 1820 года. Последовав за отцом, он сосредоточился на исследовании эффекта фосфоресценции, разработав целую теорию этого природного феномена. Он разработал и построил специальный прибор для наблюдения кратковременных явлений свечения фосфороскоп. Установил целый ряд законов фосфоресценции и люминесценции. Кроме этого, он занимался исследованиями в области фотографии, атмосферного электричества, свечения в инфракрасной части спектра. Жизненный путь Александра Эдмона Беккереля завершился 11 мая 1891 года в Париже.
Внук Беккереля-старшего и сын Беккереля-среднего Антуан Анри Беккерель родился 15 декабря 1852 года тоже в Париже. С 18 лет он работал ассистентом у собственного отца, а труд Беккереля-среднего «Свет, его причины и действия» была настольной книгой у Беккереля-младшего. Именитый дед Антуан Сезар души не чаял во внуке и, без видимых вроде бы на то причин (мальчик в раннем возрасте не выказывал каких-либо способностей) говорил о нём – «Он далеко пойдёт». Можно сказать, что юному Антуану Анри с преподавателями повезло ещё в раннем детстве. Это везение продолжалось и позже, когда молодой Беккерель стал лицеистом, а затем и студентом Политехнической школы, с первых же месяцев начал собственные научные исследования. Сама судьба вела его к вершинам науки. И он своё предназначение выполнил в полной мере…
Как это с великими открытиями обычно и бывает, всё произошло случайно. Но это была закономерная случайность. 1 марта 1896 года Беккерель исследовал люминесценцию солей урана. Закончив работу, он завернул узорчатую металлическую пластинку, покрытую солями урана, в светонепроницаемую чёрную крафт-бумагу, которая используется в фотографии для упаковки светочувствительных материалов. Эту пластинку, лабораторный образец, он положил вместе с коробкой фотопластинок в ящик письменного стола и плотно его закрыл. Прошло немного времени, и учёный обнаружил эту коробку с фотопластинками. Что это за материалы? Он… забыл. И, подчиняясь воспитанной отцом и дедом научной скрупулёзности и педантичности, решил проявить пластинки, даже если на них ничего не было снято – чтобы случайно не уничтожить результаты опытов. Уже проявляя фотоматериалы, он вспомнил – пластинки были девственно чисты. На них ничего не должно было быть. Но, проявив их, Беккерель с изумлением увидел на них узор урановой пластинки. На всех фотопластинках до единой! То есть в полной темноте, через непроницаемую крафт-бумагу соли урана засветили фотоматериалы неведомыми пока лучами. И это был определённо не свет.
Но – что в таком случае? Четыре года Беккрель ломал голову над этим вопросом и проводил один эксперимент за другим. К 1900 году он уже знал – это не результат люминесцентного свечения, не рентгеновские лучи, ни какое-либо иное, уже известное науке того времени, явление. В августе 1900 года на Международном физическом конгрессе, собравшемся в Париже для обсуждения научных итогов XIX века Беккерель уже в третий раз выступил с публичным докладом (который, кстати, был основным на этом престижном форуме) об открытом им явлении. Удивительным казалось то, что интенсивность излучения не менялась ни при физических, ни при химических воздействиях на его источник, а само излучение не уменьшалось со временем, словно исходило из неиссякаемого источника. Попутно выяснилось и пагубное воздействие таинственных лучей (у которых ещё не было никакого названия) на биологические объекты. Беккерель стал первой жертвой радиоактивного излучения. Он носил урановую пластинку в кармане, отчего на его теле появились болезненные незаживающие раны. Сам же Беккерель нашёл средство защиты – свинцовый футляр, стенки которого поглощали излучение.
И в научном мире началось то, что позже получило название «лучевой эпидемии». Десятки учёных, знаменитых и совершенно безвестных, ринулись исследовать новые лучи. Некий профессор Блондо заявил, что видел таинственные лучи и провёл их спектральный анализ. Сообщение вызвало живейший интерес и обрушило на голову учёного золотой дождь наград. Он получил золотую медаль Парижской Академии и премию в 20 тысяч франков. Но вскоре выяснилось, что никаких лучей Блондо не видел. Опытнейшие экспериментаторы, в числе которых был (вот вам и разгадка маленькой интриги, заявленной нами в начале рассказа) был Жан Беккерель, сын Антуана Анри, внук Александра Эдмона и правнук Антуана Сезара, представлявший четвёртое поколение научной династии Беккерелей, опровергли заявление Блондо. А американский учёный-экспериментатор Роберт Уильямс Вуд (годы жизни 1868—1955) завершил разоблачение. В результате «открытие» Блондо было дезавуировано, а сам профессор, не перенеся удара (вероятно, он не обманывал, а искренне заблуждался), сошёл с ума и прожил после этого очень недолго… Фундаментальная наука иногда бывает жестокой и ошибок не прощает.
«Лучами Беккереля» заинтересовались крупнейшие ученые того времени – Анри Пуанкаре, Дмитрий Иванович Менделеев и особенно супружеская пара ученых-физиков Пьер Кюри (годы жизни 1859—1906) и Мария Склодовская-Кюри (годы жизни 1867—1934). Супруги Кюри подключились к исследованиям и вскоре обнаружили, что излучение характерно не только для урана, но и для еще целого ряда химических элементов. Открытые Беккерелем лучи Мария Кюри предложила назвать радиоактивными, а само явление – радиоактивностью. В 1903 году Антуану Беккерелю, Пьеру и Марии Кюри за открытие радиоактивности вручается Нобелевская премия по физике. К сведению, Мария Кюри была удостоена и Нобелевской премии по химии – в 1911 году за исследование свойств металлического радия…
Историю об открытии радиоактивности закончим рассказом о судьбе династии Беккерелей. Антуан Анри Беккерель, лауреат Нобелевской премии 1903 года в области физики, закончил свой путь 25 августа 1908 года в Ле-Круазике, что во французской Бретани. Скромный человек, настоящий труженик науки, он получил все возможные почести, которым, впрочем, не придавал какого-то особого значения. Эксперименты с радиоактивными солями урана, скорее всего, подорвали здоровье учёного – он прожил всего 60 лет. Но эти годы были прожиты им не напрасно.
Счастливо в отношении научной карьеры сложилась жизнь и четвёртого Беккереля – Жана. Достойный ученик своего отца, появившийся на свет 5 февраля 1878 года (да, да, снова в Париже, в городе, где трудились во имя науки все Беккерели), он прожил долгую жизнь. Жан Беккерель скончался 4 июля 1953 года в возрасте 75 лет признанным учёным-физиком, членом Парижской Академии Наук.
Имена четырёх Беккерелей вписаны в историю мировой науки золотыми буквами. По крайней мере, одного из них, первооткрывателя явления радиоактивности, называют гением.
Глава 7
Рентгеновские лучи
Учреждённая Альфредом Бернхардом Нобелем (годы жизни 1833—1896), шведским изобретателем и промышленником, представителем династии Нобелей (кроме Альфреда в неё входили отец Эммануэль, изобретатель подводной мины, Людвиг, брат Альфреда, создатель нефтяных промыслов в Баку, Эммануэль-младший, сын Людвига Нобеля), Нобелевская премия в ХХ веке стала самой престижной наградой в области науки, литературы и общественной деятельности. Правильней говорить, конечно, о Нобелевских премиях, поскольку ежегодно вручается не одна, а несколько премий… Так вот, первым лауреатом Нобелевской премии по физике стал немецкий учёный Вильгельм Конрад Рентген. О нём и пойдёт наш рассказ…
Вильгельм Рентген появился на свет 27 марта 1845 года в Германии, в Леннепе близ Дюссельдорфа. В 1868 году юный Рентген получил диплом Цюрихского политехникума, собираясь стать инженером. Но тут же поступил в университет того же Цюриха – его интересует только физика. Защитив диссертацию, Рентген остаётся в том же университете в качестве ассистента на кафедре физики. Этим событием начинается его научная деятельность.
Всю жизнь Рентген проработал в лучших европейских университетах – в Гиссене (здесь он вспоследствии занял пост директора Физического института), Страсбурге, Вюрцбурге (здесь он в 1894 году дослужился до поста ректора), Мюнхене (а здесь долгие годы возглавлял кафедру физики). И везде его интересовала, прежде всего, научная работа. Рентген вёл достаточно замкнутый образ жизни, а с годами почти не общался с бывшими учениками и ведущими учёными того времени – общение сводилось лишь к деловой и научной переписке. Круг его друзей был весьма ограничен. Рентген не посещал научных форумов и съездов. После совершённого им открытия, на Рентгена обрушился дождь престижнейших наград и почётных званий. Ему было предложено место академика, но он отклонил это предложение. Так же отклонил предложение дворянского звания и многочисленные ордена, практически, всех европейских держав. Более того, открытые им лучи Рентген упорно называл «х-лучами», хотя вся научная общественность мира называла их «рентгеновскими».
Вроде бы вырисовывается образ нелюдимого, крайне замкнутого, погружённого в себя человека. Но этот образ очень далёк от истины… Мы ещё много раз увидим таких людей – беззаветно преданных своему делу, любознательных, полностью сосредоточенных на науке. Это подвижники и самые настоящие герои. Для них не имеют никакого значения звания и почести, деньги и роскошь… Думаете, мы преувеличиваем? В 1914 году после начала мировой войны, Вильгельм Рентген, весьма зажиточный человек, решил, что не имеет права жить лучше других. Тяготы войны касались всех, в том числе и его. И Рентген передаёт все без остатка личные средства государству. И не оставляет себе абсолютно ничего. Этот шаг, кстати, обошёлся этому человеку очень дорого. В конце жизни он испытывал самую настоящую нужду. Как рассказывал ученик Рентгена академик Абрам Фёдорович Иоффе (годы жизни 1880—1960), после смерти супруги Рентген хотел посетить те места в Швейцарии, где они с женой жили в молодости. Чтобы совершить это небольшое путешествие, он целый год копил деньги, отказывая себе в самом элементарном, в частности, отказался от кофе.
Необычная скромность всегда отличала истинных героев науки. Всем людям приятно осознавать себя победителями, но не все стараются продемонстрировать свои награды и напомнить о своих достижениях. Таких учёных, как Вильгельм Рентген, невозможно представить в парадном мундире, увешанном орденами или, как говорят сегодня, на научной «тусовке». И в быту эти люди обычно мудры и добры. Талантливый человек талантлив во всём. А гений и злодейство вещи и в самом деле несовместные – как тонкий аналитический ум и пустое фанфаронство…
Событие, ставшее венцом творческого поиска Вильгельма Рентгена, состоялось 8 ноября 1895 года. Ректор Вюрцбургского университета, профессор физики и выдающийся учёный-экспериментатор Вильгельм Рентген проводил опыты со стеклянной разрядной трубкой. Следует сказать, что интересы Рентгена, как физика, простирались достаточно широко. Он изучал свойства жидкостей – физику их сжимаемости, процессы внутреннего трения, поверхностного натяжения. Исследовал свойства газов – поглощение ими инфракрасных лучей. Работал с кристаллами – изучал пьезоэлектрические и пироэлектрических явления. Исследовал процессы лучепреломления в кристаллах и жидкостях, фотоионизацию и другие физические процессы. В частности, Рентгеном был открыт феномен «намагничивания движением», при котором в диэлектриках, движущихся в электрическом поле, возникает магнитное поле.
Рентген обернул разрядную трубку светонепроницаемой бумагой и обнаружил, что на расположенном рядом с трубкой экране, смоченном раствором платино-синеродистого бария возникает кратковременное затухающее свечение, которое называется флуоресценцией. Рентген пришёл к выводу, что некое неизвестное ранее излучение, которое возникает в разрядной трубке под воздействием катодных лучей. Его догадка оказалась верной. Поток электронов, испускаемый катодом трубки, налетая на препятствие – промежуточный электрод – резко тормозятся и генерируют излучение сверхвысокой частоты, гораздо более высокой, чем у волн оптического диапазона. Это открытие противоречило представлениям о спектральной шкале электромагнитных волн, бытовавшим в то время. Оказалось, что за фиолетовой, видимой границей спектра, и за уже известной невидимой ультрафиолетовой располагаются волны ещё более короткой длины. Рентген назвал их «х-лучами». А позже выяснилось, что дальше располагаются волны гамма-диапазона.
Но поначалу учёный понял лишь то, что открытые им лучи легко проходят через непрозрачные перегородки и вызывают флуоресценцию платино-синеродистого бария и… почернение фотопластинок. Тут же возникла мысль о практическом применении «х-лучей», прежде всего, в медицине, для быстрой и безошибочной диагностики заболеваний. И это было в высшей степени верное предположение. Рентгеновские лучи позволили определять начало развития таких опасных заболеваний, как туберкулёз и рак, оценивать степень повреждения костей при переломах и вывихах, причём быстро, легко и безошибочно. Позже были проведены соответствующие исследования и выявлены пороговые значения безопасных доз излучения, при которых не происходит изменений в биологических тканях. Началась эпоха массового распространения рентгеноскопии.
Значение открытия Вильгельма Рентгена было ясно уже его современникам. Учёный мир с большим интересом встретил известие о новом открытии. И вершиной признания стала первая Нобелевская премия 1901 года, именно её и получил Рентген…
Спустя более века после открытия «х-лучей» мы не можем даже представить даже своей обыденной жизни без рентгеноскопии. Рентгеновские аппараты применяются в медицине – и все мы сталкиваемся с рентгеноскопическим обследованием и в раннем детстве, и во взрослой жизни. Обычный перелом ноги (упаси нас бог от этих неприятностей, но иногда всё же случается) давно перестал быть проблемой – благодаря рентгеноскопии. То же касается диагностики опасных заболеваний, хирургии и многих областей медицины, где применяется «рентген», так для краткости мы называем рентгеноскопическое обследование. Но применение рентгеноскопии гораздо шире. В аэропортах наша ручная кладь просматривается службой обеспечения безопасности полётов при помощи рентгеновских лучей. От них не скроется ни один запрещённый к транспортировке самолётами общего пользования предмет, не говоря уже об оружии. Рентгеновские лучи работают в промышленности, в научных лабораториях – везде, где требуется заглянуть за непроницаемые преграды… Поэтому можно с полным на то основанием сказать, что открытие Вильгельма Рентгена, пришедшееся на самый конец позапрошлого столетия, оказало огромное влияние на развитие науки и техники ХХ века.
Глава 8
Автомобиль – начало эпохи
Какое изобретение ни возьми, про него можно сказать, что оно кардинальным образом изменило нашу жизнь. Электрифицированные железные дороги, метрополитен, авиация, космические корабли… И всё же пальму первенства следует отдать автомобилю. Достаточно представить себе – заглянуть в прошлое всё равно невозможно – каким был облик нашей планеты в веке XIX-ом. Если бы мы могли пролететь на самолёте (или хотя бы на воздушном шаре) над Европой и, тем более, над Северной Америкой, в году этак 1850-м, то не узнали бы абсолютно ничего. Леса, поля, кривые ниточки просёлочных дорог. Редкие европейские шоссе – мощёные камнем или укатанные грунтовые. Узкие улочки городов. Почти полное отсутствие каких-либо путей сообщения на территории России, на просторах Соединённых Штатов Америки, да и в других частях света тоже…
И вот – двадцатые годы минувшего столетия. Прошло 70 лет. Или чуть больше, если мы возьмём середину 30-х годов. Теперь уже настоящий, а не воображаемый самолёт, правда, полёт всё равно гипотетический… Дороги, сплошные дороги. Великолепные американские «хайвэи», европейские шоссе, соединяющие города и страны, пересекающие материки вдоль и поперёк.
Поднимемся в небо в наши дни. Если лететь на относительно небольшой высоте (с десяти километров ничего не разглядишь), то вся поверхность планеты, где бы мы ни находились, какую бы часть суши ни обследовали, сплошь покрыта серыми лентами дорог. И каких дорог! Скоростных, ровных, с удобными многоуровневыми развязками, эстакадами, сложной системой регулирования движения – светофорами, шлагбаумами, множеством дорожных указателей… И всё это заслуга невзрачной пыхтящей и чадящей самобеглой коляски – автомобиля.
Автомобиль превратился в главное транспортное средство планеты. Во многих областях он, практически, полностью вытеснил речной и даже железнодорожный транспорт. Грузовик способен доставить груз от заводских ворот к потребителю без промежуточных погрузок и накопления большого количества товара. Чтобы заполнить железнодорожный вагон и не перевозить по железной дороге воздух, надо собрать 60 тонн груза. Но один вагон через всю страну не повезёшь, приходится собирать в один состав двадцать, тридцать и более вагонов. А грузовик может взять в кузов четыреста килограммов груза (или 20 тонн – когда потребуется) и быстро доставить до места назначения. И затраты на такую «мелкооптовую» перевозку будут совсем невелики, а оперативность доставки просто вне конкуренции.
Что же касается пассажирского транспорта, то легковой автомобиль или автобус давно уже используются в качестве основного вида городского и междугороднего транспорта. Кроме того, легковой автомобиль служит и транспортным средством, и предметом роскоши, и объектом увлечения миллионов, и едва ли ни самым востребованным товаром массового спроса…
Описать все марки автомобилей, даже по одному предложению на каждую, невозможно. Достойных моделей автомобилей очень и очень много. Это совершенно необъятная, хотя и крайне любопытная тема. Сосредоточимся на основных вехах развития автомобильного транспорта в ХХ веке, в хронологическом порядке.
В новое столетие автомобиль вошёл уже вполне сформировавшимся, но ещё довольно сыром виде. Четыре колеса, из которых два передних управляемые. Рулевое колесо как основное средство управления. Карданная или цепная передача на задние колёса и, что очень немаловажно, дифференциал.
Чтобы понять значение дифференциала, обратимся к простейшей железнодорожной колёсной паре. Два колеса жёстко закреплены на общей оси и часто изготовлены в виде единой неразъёмной конструкции. Когда колёса передвигаются прямолинейно, никаких проблем не возникает. Но вот впереди поворот. При повороте в какую-либо сторону оба колеса описывают траекторию, по форме являющуюся сегментом окружности, то есть правильную дугу. При этом наружное колесо (левое, если поворачиваем направо, или правое, если поворачиваем налево) проходит больший путь, чем колесо внутреннее – длина внешней дуги больше, чем длина внутренней. Если дуга имеет относительно небольшой радиус закругления, внутреннее колесо, вращающееся с той же скоростью, что и внешнее из-за общей оси, будет проскальзывать, вращаясь быстрей, чем нужно, а внешнее, наоборот, будет замедляться. В результате транспортное средство будет двигаться с неизбежной пробуксовкой – с повышенным износом колёс и путей. Чтобы избежать этого неприятного эффекта, железные дороги строят таким образом, чтобы радиусы закруглений рельсов на поворотах были как можно более пологими, большими. В этом случае и пробуксовка, и износ колёсных пар минимален. Когда мы едем в вагоне метро и слышим за окном свист – это и есть проявление этого эффекта поворота зависимых колёс, жёстко закреплённых на общей оси… Но как бороться с пробуксовкой на автомобиле? Устраивать перекрёстки с радиусом поворота в десятки метров? Но в момент появления автомобиля никаких дорог не было, кроме тех, по которым двигался гужевой транспорт. И конструкторам следовало приспособить автомобиль к дороге, а не наоборот.
Дифференциал – это две большие конические шестерни, установленные на разрезанной на две части оси задних колёс, на которые передаётся крутящий момент с вала двигателя. Это ведомые шестерни, которые механически соединены между собой парой одинаковых конических шестерён малого диаметра – сателлитами. Ведущая шестерня, тоже коническая, соединённая карданным валом с валом коробки передач, опять же, через коническую шестерню, приводит во вращение обе ведомые шестерни. Во время поворота, когда внутреннее колесо притормаживается силами трения колеса о поверхность дороги, сателлиты приходят в движение и, перекатываясь внутри дифференциала, приводят к тому, что ведомая шестерня внутреннего колеса начинает вращаться медленнее, а внешнего – быстрей. Происходит перераспределение крутящего момента и устраняется эффект пробуксовки. Недостатком дифференциала является то, что при «вывешивании» одного из колёс (то есть утрате им контакта с дорогой), второе колесо останавливается – весь крутящий момент передаётся свободному колесу, а потому движение автомобиля прекращается. Чтобы избежать этого, позже был изобретён отключающийся, а затем и самоблокирующийся дифференциал. Все современные автомобили (с механической трансмиссией) оснащены самоблокирующимся дифференциалом.
Далее – первые автомобили, выпускающиеся в начале ХХ веерка, имели коробку передач. Совершенно необходимый механизм, позволяющий эффективно использовать крутящий момент двигателя. Дело здесь в том, что коленчатый вал даже самого тихоходного двигателя внутреннего сгорания вращается со слишком большой скоростью, чтобы его можно было напрямую соединить с колесом. Частота вращения старинных двигателей была относительно невелика – на уровне 1400—1600 оборотов в минуту. Но и это, повторяем, слишком большая скорость. Для её снижения была изобретена коробка передач (конструкцию позаимствовали у других механизмов, возможно, у токарного станка). Первая передача самая тихоходная, она понижает частоту вращения в десять и более раз. Это позволяет автомобилю тронутся с места и плавно набрать скорость. Кроме того, с понижением частоты вращения повышается крутящий момент – сила, приводящая колесо во вращение. То есть эффект здесь двойной – едем медленней, но тяга при этом сильней. Едем быстрей, но уменьшается и тяга. Первые коробки передач были двух и трёхступенчатыми. Примечательно, что задний ход появился не сразу и не в том виде, каким мы знаем его сегодня. Например, знаменитая «Жестянка Лиззи», «Форд-Т» американского конструктора и промышленника автомобилей Генри Форда имел столько же скоростей движения вперёд, сколько и назад. Специальной педалью водитель вводил в зацепление специальную реверсивную шестерню, и карданный вал начинал вращаться в обратную сторону, а автомобиль ехал назад – с теми же скоростями, что и вперёд, в зависимости от включенной передачи.
Рулевое управление у первых автомобилем было очень простым – велосипедного типа, поскольку переднее колесо было только одно. Но вскоре общее количество колёс увеличилось до четырёх, и появился классический механизм рулевого управления, с рулевым колесом, валом, соединённым с поперечной тягой и поворотными опорами, на которые устанавливались полуоси для крепления передних колёс. Тормоза с тяговым или тросовым управлением воздействовали только на задние колёса. Правда, и скорость движения была совсем невелика…
С 1900 по 1920 год в автомобильной промышленности происходят важные изменения, напрямую связанные и с конструкцией автомобилей. Прежде всего, из технической игрушки, забавы для богатых, автомобиль становится массовым средством передвижения, доступным миллионам людей.
1 октября 1908 года из ворот «Форд Мотор Компани» выехал первый автомобиль модели «Форд Т». Это был итог пятилетней работы Генри Форда (годы жизни 1863—1947), создавшего и само предприятие, и выпустившего к тому времени целых 19 моделей автомобилей, продававшихся по весьма демократичной цене – машину мог купить любой американец среднего достатка, поскольку машина стоила в среднем от 500, до 850 долларов (правда, доллар в то время «весил» гораздо больше, чем доллар сегодняшний). В 1913 году «Форд Т» (с введением конвейера) стал основной продукцией компании и продержался в производстве до 1927 года. За 19 лет было произведено около 18 миллионов автомобилей, при этом 15 007 033 экземпляров было продано в США. Эта великая (хотя и совсем небольшая) машина сделала Америку ведущей автомобильной державой. А главным изобретением Генри Форда, помимо самого автомобиля «всех времён и народов», стало введение конвейерного производства.
До начала 30-х годов автомобиль окончательно приобрёл классические черты. Рамная конструкция шасси, металлический, а не деревянный, кузов из штампованных листов, соединённых между собой болтами и сваркой, электрическое зажигание, аккумулятор и генератор, электрическое, а не ацетиленовое, освещение, штампованные, а не спицованные, колёса, барабанные тормоза с механическим, а к концу 30-х годов и гидравлическим приводом. В качестве необязательных дополнений появляются система обогрева салона водой из системы охлаждения двигателя. Стеклоочистители, электрические указатели поворота (поначалу они были механическими в виде откидных стрелок, либо отсутствовали вовсе). Определилось и расположение рулевого колеса – даже в Америке, где движение было, как и в Европе, правосторонним, руль располагался с правой стороны салона автомобиля. Но вскоре (к 10-м годам ХХ века) руль сместился влево.
Кстати, а почему в Англии и в ряде других стран движение левостороннее, а руль в автомобилях расположен справа? Ответ уходит в глубокую древность – в Древний Рим, где уже к началу нашей эры существовала специальная дорожная полиция и правила дорожного движения. Эти правила предписывали возницам передвигаться по левой стороне дороги, дабы кнутом, который удерживали в правой руке, случайно не зацепить пеших путников. Эти «римские правила» и сохранила консервативная Великобритания, а с ней и её колонии.
К концу 30-х, началу 40-х годов ХХ века появились автомобили нового типа – с несущими кузовами, в которых отсутствовала отдельная рама из балок или труб. В Европе, прежде всего, во Франции и Германии, появились переднеприводные машины. Это были небольшие автомобильчики массового спроса, в которых привод на передние колёса осуществлялся посредством шарниров с равными угловыми скоростями. Классический шариковый шарнир утвердился позже – в 50-е годы.
Война, как всегда, послужила катализатором развития технологий. В Америке и в России появился джип – открытый автомобильчик для разведки и командного состава с приводом и на передние, и на задние колёса. Мощные и лёгкие грузовики наводнили военные дороги Европы… Но война остановила немецкий проект Фердинанда Порше, создавшего знаменитый «Жук» – автомобильчик «Фольксваген» с несущим кузовом, двигателем воздушного охлаждения, установленным сзади. Это самый долгоживущий автомобиль на планете – он выпускался десятки лет. Его до сих пор можно увидеть на дорогах, хотя, спору нет, время его давно прошло…
Автомобиль изменил не только лик планеты, но и структуру промышленности и даже психологию людей. Автомобильная промышленность сложна и многопланова. Это не только производство моторов и кузовов, но и производство резины, красок, светотехники, электроники. А следом идёт дорожное и градостроительство, создание сервисной структуры. Но главное – широкомасштабная добыча и переработка нефти. Причём, до тако степени широкомасштабная, что сегодня, всего через сотню лет после начала массовой автомобилизации, мы стоим на пороге истощения природных запасов нефти. И это не какая-то гипотетическая опасность или печальные перспективы завтрашнего дня. Это – наша реальность.
Но не будем заканчивать рассказ об автомобиле на этой грустной ноте. Знаете ли вы, как появилась мини-юбка? Сама мода на коротенькие озорные одежды? Она появилась исключительно благодаря автомобилю. В конце 50-х годов английский инженер Иссигонис придумал маленькую машинку, назвав её «Мини». Сегодня мы можем видеть её подросшую и повзрослевшую сестру на дорогах наших городов. А та, старая «Мини» стала полноправным партнёром английского комика (и, между прочим, серьёзного автомобильного обозревателя) Роуэна Аткинсона – мистера Бина… Так вот, машинка настолько полюбилась восторженной публике, что сама идея минимализма тут же получила продолжение в одежде. Появились те самые крошечные юбчонки, получившие название «мини»… Кстати, у той первой машинки была интересная конструкция подвески колёс – резиновые пружины вместо рессор. Словно упругие резиновые мячики, вместо пружинных железок. Действительно, милая получилась машинка…
К истории автомобиля в целом и к истории создания «Мини» мы ещё обязательно вернёмся. Слишком большая тема, чтобы обойтись одним общим рассказом. Но всё это чуть ниже. Пока же поговорим о том, каким мог стать современный автомобиль. И каким он может стать в недалёком будущем.
Глава 9
Электромобиль – прошлое, настоящее и будущее
Рассказывая о первых шагах развития автомобиля, мы упустили одну важную деталь. Автомобиль конца XIX – начала XX века был вовсе не бензиновым чудищем, напоминавшим карету с мотором. Это был… электромобиль. Да, да, самые массовые модели, во всяком случае, самые продаваемые, выпускавшиеся если ни тысячами, то десятками и сотнями, имели электрический двигатель. И скоростной барьер в 100 километров в час взял гоночный электромобиль, а не автомобиль. Правда, в силу разных причин электромобиль быстро сошёл со сцены. И к началу Первой мировой войны электромобили уже воспринимались как технические казусы, бесперспективные самобеглые игрушки, но не как средство транспорта.
Почему это произошло? Почему электромобиль не получил развития? Ну, не совсем так – электромобили выпускались всегда и в достаточно ощутимых количествах. Это первое. И второе – они и не могли конкурировать с автомобилями, имевшими двигатели внутреннего сгорания, в силу технических причин.
Аккумулятором энергии бензинового двигателя служит жидкое топливо – бензин. Это справедливо для любого теплового двигателя, для газовой турбины, реактивного мотора, паровой машины. Кстати, первые автомобили имели и паровые двигатели. Причём, паровой двигатель считался удобней, практичней, чем двигатель внутреннего сгорания, поскольку работал на любом подручном топливе – чурках, соломе, жидком топливе. А двигателю внутреннего сгорания нужен был бензин, который приходилось добывать из сырой нефти путём отделения от неё лёгких фракций. Переработка нефти находилась ещё в зачаточном состоянии, а потому бензин был дорог и малодоступен.
Но вернёмся к электромобилю. Аккумулятором энергии электромобиля является перезаряжаемый источник постоянного тока – кислотный свинцовый аккумулятор. Есть множество иных типов аккумуляторов, в частности, энергоёмкие и долговечные щелочные аккумуляторы. Но в начале века они были ещё не изобретены, да и потом, с их появлением, выяснилось, что у кислотного аккумулятора конкурентов нет. Свинцовый аккумулятор выдерживает очень большие токи нагрузки, легко обслуживается и, главное, очень дёшев в производстве и эксплуатации. Сразу оговоримся – дёшев в сравнении с другими типами аккумуляторов, с щелочными элементами. А сравнивать его с доступностью бензина просто невозможно, поскольку это затраты разного порядка, эксплуатация электромобиля оказывается гораздо дороже.
Как работает «аккумулятор» бензинового двигателя? Накопленная древними растениями солнечная энергия содержится в нефти в виде горючих углеродных соединений. Сгорая в двигателе, эта энергия высвобождается и превращается в механическое действие – в крутящий момент на валу двигателя и, в конечном итоге, во вращение колёс автомобиля. Так же работает «аккумулятор» парового двигателя, только здесь используется солнечная энергия, накопленная современными растениями (если используются дрова) или древних (если используется каменный уголь). В аккумуляторе электромобиля используется электрическая энергия, накопленная во время заряда. То есть мы не можем взять природные «энергетические консервы» в готовом виде, а должны сначала зарядить аккумулятор, подав на его выводы электрический ток. Следовательно, сам процесс «заправки» электромобиля значительно удлиняется – прежде чем подключить к аккумулятору электрический ток, нам придётся его, этот ток, каким-либо образом выработать (запустить электрогенератор с приводом от гидротурбины или от того же теплового двигателя). И это сильно влияет на стоимость эксплуатации автомобиля с электрическим приводом.
Далее – энергоёмкость только что рассмотренных аккумуляторов энергии очень сильно различается. Самым ёмким окажется жидкое топливо. Сжигая литр бензина, мы можем получить столько энергии, сколько даст свинцовый аккумулятор огромных размеров. Меньше энергоёмкость каменного угля и ещё меньше у древесины. Но это легко восполняемый ресурс – во всяком случае, в начале XX века, чего не скажешь об электроэнергии. Энергоёмкость определяет в конечном счёте мощность двигателя, скорость и дальность поездки на транспортном средстве. Даже сегодня, когда выпускаются очень ёмкие аккумуляторы, серийный легковой электромобиль (а таковые производятся) способен двигаться со скоростью в 50—70 километров в течение 2—3 часов. После этого электромобиль нуждается в многочасовой зарядке аккумуляторов. С бензиновым мотором даже сравнивать не хочется…
Но есть же у электромобиля и достоинства? Есть. Да ещё какие достоинства! Во-первых, абсолютная экологичность – электромобиль не выбрасывает в атмосферу вредных веществ. Во время активной разрядки из аккумулятора в небольших количествах выделяется только водород, который безвреден для окружающей среды. Но здесь не следует забывать об оборотной стороне дела – о работе электростанций, которые вырабатывают энергию, которой заряжается аккумулятор электромобиля. Если электростанция тепловая, то вредные выбросы всё равно имеют место. Но не такие токсичные, как у выхлопа автомобильного мотора (поскольку у стационарных электростанций есть целая система фильтров очистки отработавших газов). Затем – простота и надёжность конструкции. Электромобилю не нужна сложная многоступенчатая трансмиссия. Электромотор можно встроить в ступицу колеса и, таким образом, до предела упростить ходовую часть машины. Но и здесь есть свои «подводные камни». Полный электропривод всех четырёх колёс – это замечательно. Но электродвигатель не обладает гибкостью сблокированного с коробкой передач двигателя внутреннего сгорания. Рабочий диапазон оборотов ротора достаточно узок. Поэтому на троллейбусах, которые тоже относятся к электромобилям, устанавливают двухступенчатые коробки передач. А ещё мотор-колесо, так называется встроенный в колесо электродвигатель, сильно увеличивает неподрессоренную массу электромобиля, ухудшая работу подвески и ходовые характеристики транспортного средства. Наконец, аккумулятор электромобиля можно сделать сменным, заменяемым на «заправочных» (точнее – зарядных) станциях, упростив решение проблемы нехватки энергии для движения электромобиля. Но это, как раз, решение больше теоретическое, чем практическое. Нет таких станций. И, скорее всего, появятся они не скоро (если появятся вообще).
Существует и целый ряд второстепенных проблем, которые ан первый взгляд не видны. Например, электромобили хуже справляются с подъёмами, а плавность разгона оставляет желать лучшего. Салон электромобиля приходится отапливать ТЭНами – трубчатыми нагревательными элементами, а это дополнительный расход и без того дефицитной электроэнергии…
И всё же электромобили выпускаются и в очень больших количествах, которые, правда, трудно сравнить с количеством выпускаемых автомобилей. Электрокары и электропогрузчики, используемые в промышленности, строительстве и в складском деле – это электромобили. На электромобилях разъезжают туристы, осматривающие достопримечательности, и игроки в гольф. В начале нашего столетия в США начато производство электрического компьютеризированного самоката «Джинджер», которому прочили роль «транспорта будущего», но он им пока, по всей видимости, не стал… Наконец, мы каждый день входим в троллейбус, который пусть и частично, но можно отнести к электромобилям. Конечно, троллейбус привязан к токонесущим проводам – троллеям. Но если приглядеться, то можно легко различить «настоящие» троллейбусы и троллейбусы со вспомогательными дизельными двигателями. Там, где троллей нет, такой троллейбус передвигается, как обычный автобус.
Мы подошли к любопытной теме – к транспортным средствам с гибридными силовыми установками. Это изобретение не сегодняшнего и даже не вчерашнего дня. Огромные карьерные самосвалы – «Комацу» и «Белазы» – снабжены гибридными силовыми установками. Двигатель внутреннего сгорания (огромный, локомотивный!) вращает вал генератора, который вырабатывает электрический ток. А вместо механической трансмиссии здесь применяются мотор-колёса со встроенными электромоторами.
Кроме упомянутых «автобусов-троллейбусов», выпускаются и легковые автомобили с гибридными силовыми установками. Но устроены они иначе, чем карьерные самосвалы. В этих машинах обычный автомобильный двигатель приводит во вращения колёса через обычную автомобильную трансмиссию. Но в городе, там, где крайне необходимо сократить выбросы до минимума двигатель отключается и в работу вступает электродвигатель и кислотный свинцовый аккумулятор, а двигатель внутреннего сгорания останавливается. Разряженный аккумулятор заряжается от генератора – в то время, когда работает основной бензиновый мотор. Это одна из двух распространённых гибридных схем силовой установки. Вторая же схема устроена проще. Здесь двигатель внутреннего сгорания работает постоянно – он приводит во вращение генератор, который заряжает аккумулятор электромобиля. А колёса приводятся только электродвигателем. Смысл этой конструкции в том, что работающий на постоянных оборотах двигатель выбрасывает в атмосферу меньше вредных веществ, меньше потребляет горючего (поскольку не работает с ускорениями и торможениями) и, между прочим, меньше шумит. Подобные легковые автомобили выпускаются небольшими сериями, а потому достаточно дороги (один из производителей – Toyota). Говорят, за этими машинами будущее.
А что же «чистые» электромобили? Разработки электромобилей будущего не сходят с кульманов конструкторов. Но проблема в том, что электромобилю нужен принципиально иной источник энергии – не свинцовый (и даже не щелочной) аккумулятор, у которого слишком много недостатков (и ничтожный кпд – коэффициент полезного действия), а – топливный элемент. В этих источниках тока в качестве «топлива» используется вода (как источник водорода). Водород вступает в химическую реакцию с материалом электродов, и топливный элемент вырабатывает электроэнергию, которая и используется для привода электромоторов.
На какой стадии находятся разработки? Вот одно из недавних сообщений. Компания Toshiba обещает в скором времени выпустить серийные ноутбуки, у которых в качестве источника питания будет применяться топливные элементы. Значит, ждать осталось недолго. Сначала портативный компьютер, затем – электромобиль…
Глава 10
Кинематограф – первые шаги
Перед самым новым 1896 годом, а именно – 28 декабря 1895 года, в подвале парижского «Гран-кафе» на улице «Бульвар-де-Капюсин» (эта улица была названа в честь женского монашеского ордена, поэтому и само название переводится, как «Бульвар капуцинок») состоялся первый в истории киносеанс. Братья Люмьер – Огюст и Луи – показывали документальную ленту (других поначалу и быть не могло) под названием «Прибытие поезда на вокзал Ла Сьота». В течение нескольких минут на белом экране первые зрители увидели паровоз, надвигающийся на зал. Впечатление было ошеломляющим. Зрители в ужасе вскакивали с мест. А молва о небывалом зрелище моментально облетела весь Париж. Всего два года понадобилось братьям для того, чтобы отснять 1800 фильмов. Впрочем, на этом их кинематографическая карьера и закончилась. Ещё в 1989 году Люмьеры объявили, что уходят из кинематографии. Они быстро поняли, что открыв людям новый вид искусства (а кино далеко не сразу было признано именно как искусство, долгое время оставаясь дешёвым балаганным трюком), им придётся уступить место профессионалам – театральным актерам и режиссёрам. Но начало было положено. Всё последующее столетие прошло под знаком бурного развития кинематографии.
Можно было бы сказать, что кино развивается и занимает умы миллиардов людей нашей планеты и сегодня. Но с точки зрения технологии кинопроизводства (а нас интересует именно техническая сторона) это не так. Стремительно уходит киноплёнка. Нет на съёмочных площадках «классических» киносъёмочных аппаратов. Процесс съёмки, производства и тиражирования фильмов, техника показа – значительная часть этих технологий уже достаточно давно перешла на новый уровень. В мире кино воцарилась «цифра» – компьютеры, цифровые носители, цифровые камордеры (это сложное слово от «камера» и «рекордер» – получается «камкордер», видеокамера). Более того, компьютерная, телевизионная, звукозаписывающая и кинотехника сливаются воедино в симбиоз универсальных мультимедийных технологий. И сегодня мы стали свидетелями, что кино доступно каждому – в виде диска DVD, на экране домашнего телевизора и даже на дисплее сотового телефона. Как это и должно было произойти, технологии отошли на задний план, а первоочередное значение заняли проблемы творческие. Когда мы садимся смотреть диск DVD с новым фильмом, нас меньше всего интересует, как и на чём это снято. И смотрим мы не движущиеся картинки, а игру актёров, работу режиссёра-постановщика и всей огромной творческой группы, работавшей над фильмом – звукорежиссёра, художников, каскадёров…
Но значение изобретения Люмьеров невозможно переоценить. К слову – здесь снова сложилась ситуация, при которой изобретателями кинематографа стали сразу множество талантливым умов, да ещё и в разных странах. К примеру, Томас Эдисон тоже предложил свою систему кинематографа. Но она не пошла. А прижилась система Люмьеров. Более того, заложенные Люмьерами стандарты продержались столетие и продолжают действовать до сих пор.
Идея кинематографа, как способа фиксации и демонстрации движущихся изображений, пришла в головы изобретателей неслучайно. Огюст (годы жизни 1862—1954) и Луи (годы жизни 1864—1948) Люмьеры родились в семье художника, увлекавшегося фотографией. Они умели рисовать и с детства разделяли увлечение отца. В зрелом возрасте младший брат Луи был владельцем небольшого завода, на котором впоследствии производилось почти всё, что требовалось Люмьерам для киносъёмок. Луи и стал изобретателем кинематографа, а старший брат Огюст был его активным помощником, а потом и одним из первых в истории киноактёром. Само слово «кинематограф» придумано тоже Люмьерами.
Принцип действия кинематографа основан на инерционности нашего зрения. При смене картинок (кадров), на которых изображены последовательные фазы движения того или иного объёкта, с частотой от 1/16 секунды и чаще, зритель видит плавно движущуюся фигурку. Момент смены кадров зрение не фиксирует, поскольку это короткие тёмные паузы. Этот же принцип использовался в игрушках, изобретённых задолго до Люмьеров, вроде «волшебного» барабана с прорезями в боковой поверхности. Вовнутрь барабана вкладывалась бумажная лента с рисунками-кадрами. Раскрутив барабан и рассматривая изображения через боковые прорези, зритель видел движущуюся картинку.
Прообразом киносъёмочного аппарата Люмьеров стал обычный фотоаппарат, от которого была позаимствована светонепроницаемая камера и оптическая система – объектив и видоискатель. В качестве светочувствительного материала было решено использовать узкую целлулоидную плёнку шириной 35 мм. Этот формат, ставший в ХХ веке доминирующим и в фотографии, появился именно благодаря кинематографу. Правда, приоритет здесь принадлежит не Люмьерам, а Эдисону, который заказал узкую плёнку для своего кинетоскопа у Истмена, основателя компании «Кодак». Особенностью этой плёнки была перфорация – круглые транспортировочные отверстия, располагавшиеся с одной стороны плёнки. В эти отверстия входили зубцы валиков и зуб грейфера – скачкового механизма для прерывистой транспортировки плёнки мимо кадрового окна, на котором объектив киносъёмочного аппарата фокусировал изображение при экспозиции. Позже выяснилось, что круглая односторонняя перфорация не самое лучшее решение. При перемещении плёнки внутри аппарата односторонняя перфорация часто приводит к перекосам и заклиниванию плёнки. Перфорация стала двусторонней, а форма перфорационных отверстий прямоугольной.
Грейферный механизм – это вращающийся кривошип с Г-образным рычагом. Этот рычаг, грейфер, входит в зацепление с перфорацией плёнки, перемещает её на один кадр вниз, затем выходит из зацепления и совершает обратный ход, чтобы потом войти в зацепление с верхним перфорационным отверстием и снова переместить плёнку вниз на один кадр. В момент обратного хода грейфера плёнка остаётся неподвижной. В это время и происходит процесс съёмки – фотографирования сфокусированного объективом изображения. Чтобы в момент прерывистой транспортировки плёнки мимо кадрового окна не происходило смазывания картинки, между кадровым окном с плёнкой и объективом расположена перемещающаяся светонепроницаемая заслонка – обтюратор. Он в киносъёмочном аппарате выполняет функцию затвора фотоаппарата. Полностью процесс киносъёмки выглядит так. Обтюратор перекрывает сфокусированный объективом световой поток, грейфер перемещает плёнку на кадр вниз, обтюратор открывает световой поток, происходит экспозиция кадра, грейфер совершает обратный ход, обтюратор перекрывает световой поток и – цикл повторяется. Добавим, что обтюратор мог быть дисковым, в виде сегмента круга, и в виде прямоугольной заслонки, перемещаемой вверх-вниз кривошипным механизмом. Обтюратор был механически связан с грейфером и работал с ним синхронно. Сам грейфер впоследствии был заменён мальтийским механизмом (назван так из-за формы кривошипа – в виде мальтийского креста), который применялся в профессиональной киноаппаратуре.
Легко заметить, что при работе киноаппарата невозможно изменить выдержку, с которой экспонируются кадры киноплёнки. Точнее, её можно было увеличить, замедлив протяжку плёнки или уменьшить, ускорив протяжку. Но это плохое решение, так как изменять скорость протяжки пришлось бы и во время демонстрации фильма. Поэтому управление экспозицией велось только двумя способами – использованием более или менее чувствительной плёнки, подходящей для определённых условий освещения, и изменением относительного отверстия объектива – диафрагмой. Поначалу диафрагма представляла собой набор заслонок с отверстиями разных диаметров. Но потом был применён лепестковый (ирисовый) механизм. А ещё позже появились и обтюраторы с переменным шагом светонепроницаемой заслонки. Увеличивая или уменьшая окно обтюратора можно было увеличивать или уменьшать выдержку экспозиции при неизменной скорости протяжки киноплёнки.
Киносъёмка – всего лишь часть технологического кинопроцесса. Отсняв плёнку, её надо было проявить и зафиксировать. Во время обработки зёрна галогенидов серебра в эмульсии экспонированной киноплёнки изменяли оптическую плотность (темнели) в соответствии с интенсивностью засветки. При обработке гипосульфитом натрия (фиксирующим раствором) не подвергшиеся засветке участки эмульсии вымывались, и плёнка утрачивала светочувствительные свойства. В результате получался негатив – светлые участки изображения выглядели как тёмные, а тёмные – как светлые.
Затем отснятый негатив переводили в позитив. Это производилось контактным оптическим способом. Две негативные плёнки, готовый негатив и неэкспонированную плёнку, накладывали эмульсионными слоями друг к другу. Затем прогоняли через экспонирующий аппарат, которым мог быть обычный киносъёмочный аппарат, но при этом перед объективом располагалось матовое непрозрачное стекло и источник света. Важно было добиться равномерного освещения кадрового окна. При этом на второй плёнке получалось позитивное изображение – обратное негативному. Плёнку снова подвергали химической обработке и получали готовую ленту.
Но мы описали простейший безмонтажный процесс. А в ход подготовки фильма очень часто требуется монтаж – соединение кусков пленки, отснятой в разное время и при разных обстоятельствах. При этом цель монтажа – стыковка сцен согласно сценарию фильма. Так вот, монтаж производился на исходном материале – негативе. А уже смонтированный негатив уже переводили в позитив, печатая несколько лент подряд – тираж киноленты. Копии отправляли в кинотеатры для демонстрации. Монтаж осуществлялся на специальных проекционных аппаратах, называемых монтажными столами. В отличие от киносъёмочных (и кинопроекционных) аппаратов здесь применялся другой механизм прерывистой транспортировки плёнки. На самом деле плёнка перемещалась плавно, а синхронно с ней вращалась стеклянная призма, которая последовательно «отслеживала» просматриваемые кадры. Это требовалось для быстрой перемотки ленты. К тому же неизбежное при таком просмотре мигание картинки особого значения не имело – сцены просматривались только с технологическими целями.
Наконец, демонстрация готового фильма. Здесь было всё очень просто – для демонстрации фильма использовался тот же киносъёмочный аппарат, но за задней поверхностью плёнки, напротив кадрового окна, устанавливалась лампа. Световой поток проходил через кадр плёнки, открытый обтюратор и фокусировался на белом отражающем экране. Транспортировка плёнки осуществлялась точно так же, что и при киносъёмке – работал грейфер, обтюратор, а плёнка перемещалась скачкообразно. К слову, и в киносъёмочном, и в кинопроекционном аппаратах (когда стали применять разную аппаратуру для съёмки и показа фильмов) равномерность продвижения плёнки регулируется зубчатыми колёсами и специальными компенсационными петлями. Плёнка образовывала свободную полупетлю перед входом в фильмовый канал кадрового окна и после него. Эти полупетли гасили скачкообразные движения плёнки и позволяли укладывать плёнку на катушки ровно, без перекосов и лишних напряжений. Но стоило лишь увеличить размер петли, как плёнка начинала путаться. При уменьшении размера петли плёнка рвалась. Поэтому мастерство киномеханика заключалось в том, чтобы точно и сразу выбирать размер компенсационной петли…
Демонстрация первых фильмов проходила под музыку. В качестве музыкального сопровождения использовалась игра музыканта (тапера) на фортепьяно и саксофоне (об этом сегодня мало кто знает). Причём, музыка требовалась вовсе не из каких-то эстетических соображений Люмьеров. Во время демонстрации фильмов в зале стоял невообразимый гул. Зрители вслух читали титры – поясняющие надписи, бурно выражали свои эмоции. И музыка была призвана заглушать этот шум.
Тапер – первая из кинематографических профессий, исчезнувшая уже в 30-е годы с появлением звукового кино. Тогда же исчезла и профессия актёра немого кино. Оказалось, что многие старые актёры, снискавшие популярность в эпоху «великого немого», обладали слабым невыразительным голосом. Сам великий Чарли Чаплин долго сторонился звуковой технологии, полагая, что голос его экранного героя не годится для кино. К счастью, он ошибался. Чарли остался Чарли и заговорив… Это имя мы помянули не напрасно. Встав на ноги и окрепнув, кинематограф не просто доказал своё право на существование, но из незатейливого балаганного зрелища превратился в особый вид искусства. Кино прочили роль «убийцы» театра. Но этого, к счастью не произошло – кинематограф, бравший начало от цирка, от пантомимы, а не от театра, с театральным искусством конкурировать не стал. Театр, как синхронное действо актёров и зрителей, со своей уникальной атмосферой соучастия, от распространения кино нисколько не пострадал. И появились новые кумиры, в ряду которых Чаплин был и остаётся одним из величайших…
Техника киносъёмки двигалась семимильными шагами. Если первые киносъёмочные и кинопроекционные аппараты приводились в действие вручную, то уже в 20-е годы появились механизмы, улучшающие равномерность протяжки плёнки. Сначала это были маховики с центробежными регуляторами. Если скорость вращения маховика превышала определённые рамки, кулачки центробежного механизма притормаживали вращение. В 30-е годы появились два принципиально важных для кинематографии механизма – электропривод и пружинный заводной механизм. Первый применялся в стационарных профессиональных камерах и во всех без исключения кинопроекционных аппаратах, позволив добиться высокой равномерности протяжки киноплёнки. В Это же время устанавливаются общепринятые стандарты скорости киносъёмки – 16 и 24 кадра в секунду. 24 кадра в секунду использовался в профессиональной кинематографии, 16 – в репортёрской и любительской кинотехнике.
О кинолюбительстве разговор особый. Появление альтернативных форматов киноплёнки – 16 и 8-миллиметровой, а также появление обращаемой киноплёнки, позволяющей получить позитив сразу, без промежуточной печати позитива, позволили сконструировать лёгкие и компактные камеры с пружинным приводом. Механизм киносъёмочного аппарата приводился в движение пружиной, которую перед съёмкой заводили складным ключом. Завода хватало на съёмку 3-минутной сцены, что по кинематографическим меркам очень много. Фильм – это набор разных сцен и разных планов. Изображение в кадре должно перемещаться. И очень длительные сцены зрителем воспринимаются плохо. Поэтому любительские аппараты с таким казалось бы «коротким» заводом позволяли снимать вполне состоятельные в творческом плане ленты. Но, прежде всего, любительская техника использовалась так, как мы сегодня используем бытовые цифровые (и аналоговые) видеокамеры – камкордеры. То есть для ведения семейного видеоархива, съёмки памятных событий, ведения видеодневников путешествий и так далее. Правда, занятия кинолюбительством было делом накладным. Плёнку надо было купить (не ошибившись с форматом – одних 8-миллиметровых плёнок было достаточно много, с различным расположением перфорационных отверстий, размеров кадрового окна, двойная и одинарная), отснять, проявить, смонтировать. Фильм при этом получался склеенным (после монтажа) и существовал в одном экземпляре.
В отличие от профессионального 35-мм формата любительские узкие плёнки имели гораздо меньшую площадь кадра. У стандартной киноплёнки, к примеру, кадровое окно имеет размер 24х18 мм, у 16-мм – в четыре раза меньше, а у 8-мм – в шестнадцать раз. Поэтому качество картинки на экране оставляло желать лучшего. Кстати, кроме 35-мм киноплёнки применялась (и применяется до сих пор) широкоформатная 70-мм, которая обеспечивает очень высокое качество демонстрации фильмов в кинотеатрах…
С конца 80-х годов ХХ века выпуск любительской киноаппаратуры прекратился, а вскоре был прекращён и выпуск любительской киноплёнки. В небытие ушла целая технология. Но при этом кинолюбительство стало доступней и дешевле. Вместо капризных кинокамер со сложным процессом обработки киноплёнки на рынок вышли аналоговые, а потом и цифровые электронные видеокамеры. Поначалу дорогие игрушки, сегодня они стоят не дороже фотоаппарата среднего уровня, примерно как приличный телевизор (не с самым большим экраном). Эти камкордеры выпускаются и продаются многомиллионными тиражами. Так что технология кардинальным образом изменилась, но любительское кино продолжает жить…
А кем были Огюст и Луи Люмьеры? Самыми настоящими кинолюбителями, так и не ставшие в полной мере профессионалами… Кто сегодня скажет, что изобретение братьев Люмьер не гениально?
Глава 11
Оскар Барнак и его «Лейка»
Немногим людям удаётся изобрести, казалось бы, совсем незначительную вещь, которая затем становится причиной настоящей технологической революции и, более того, превращается в вещь культовую и в полном смысле слова великую. Один из таких гениев (а мы в этой книге говорим, прежде всего, о подлинных гениях) немецкий инженер Оскар Барнак, создавший первый в мире узкоплёночный фотоаппарат, известный нам под именем «Лейка».
Ещё в 1904 году Оскар Барнак (годы жизни 1879—1936) разработал прототип шторно-щелевого фотозатвора. Это был простой механизм, состоявший из двух барабанов – ведомого и ведущего. На барабаны наматывались две половинки светонепроницаемой прорезиненной тканевой шторки. Между половинками был оставлен зазор – щель, сквозь которую проникал свет. Намотанные на ведомый барабан, шторки натягивались барабаном ведущим под воздействием ленточной пружины. При срабатывании кнопки спуска, пружина освобождалась и половинки шторки перематывались на ведущий барабан. При этом регулятор выдержек устанавливал зазор между половинками. На ведущий барабан перематывалась первая половинка, затем вторая. И мимо кадрового окна проскакивала щель – зазор между шторками, осуществляя экспозицию светочувствительного материала. При малых выдержках зазор был совсем небольшим. Перемещаясь справа налево (если смотреть со стороны задней крышки фотоаппарата) узкая щель засвечивала плёнку последовательно по всей поверхности кадра от правой границы к левой. Самая короткая выдержка при этом составляла 1/200 или 1/300 секунды, хотя в ранних вариантах она была длинней (и, добавим, стандартный ряд выдержек ещё не устоялся). При самой большой выдержке первая половинка шторки полностью перематывалась на ведущий барабан, а вторая начинала движение только тогда, когда первая уже полностью открывала кадровое окно. То есть в момент выдержки кадровое окно было открыто полностью. А выдержка составляла примерно 1/25 секунды.
Это была вроде бы совсем примитивная конструкция. Но… посмотрите дома – не лежит ли где-нибудь на антресолях старенький «ФЭД» или «Зоркий». Эти узкоплёночные камеры выпускались в СССР в огромных количествах. Может, у вас есть «Зенит» – любой, с матерчатым затвором? Так вот, в этих фотоаппаратах, выпускавшихся до середины 90-х годов прошлого века применяется затвор Барнака образца… 1904 года! Поразительно, не правда ли?
Но это был лишь первый шаг к великой камере, которую мы с полным на то основанием можем назвать камерой века. В 1911 году Оскар Барнак устроился на работу в оптическую компанию Ernst Leitz. Эта компания, названная по имени владельца, выпускала высококачественную оптику самого различного назначения и остро нуждалась в расширении производства. Барнак взялся за разработку принципиально нового фотоаппарата, на который возлагались большие надежды… Нет, не такие уж и большие. Проект держался на убеждённости и упорстве Барнака. Сам хозяин предприятия в проект не особенно и верил.
В 1913 году Барнак вручает хозяину завода первую узкоплёночную камеру. Лейтцу фотоаппарат нравится и он берёт его с собой в путешествие в Америку. Мир впервые видит новую маленькую камеру карманного формата – черную, металлическую, прочную и надёжную, как… как револьвер. Казалось бы – у Лейтца появляется возможность завоевать своей камерой весь мир. Но вмешалась война… Первая серийная Leica – так было решено назвать фотоаппарат (сокращение от слов Leitz и camera) – появилась только в 1924 году. И моментально завоевывает мировое признание! Более того, «Лейка» становится камерой-эталоном, камерой-образцом. Множество оптических компаний вступают в конкурентную борьбу, а то и откровенно копируют находки Барнака. В их числе очень известные компании, которые и сегодня являются ведущими производителями фототехники (теперь уже цифровой).
Что же, собственно, открыл Барнак за 20 лет конструкторской работы и бесконечных экспериментов, модернизаций, поисков? Самое главное – он использовал в качестве светочувствительного материала киноплёнку, которая к середине 20-х годов выпускалась в гигантских масштабах для нужд кинопромышленности. Это была счастливая находка – для новой камеры не пришлось разрабатывать уникального формата. Но Барнак модернизировал сам формат, никак не меняя плёнку. Он расположил кадр не вертикально, как в киноаппаратах, а горизонтально, увеличив при этом площадь кадра вдвое. В результате на стандартном отрезке плёнки в 165 мм умещалось 36 кадров площадью 36х24 мм. Соотношение сторон 4:3 осталось прежним – это было вторым удачным решением. Дело в том, что это соотношение применяется очень давно в живописи. Круглый кадр в камерах Kodak (в них применась не плёнка, а светочувствительная бумага, отпечатки с которой получали контактной печатью, без увеличения), а затем и квадратный кадр на плёнке шириной 61,5 мм затрудняли композицию. Квадрат, а тем более круг, в живописи применяются крайне редко. И в фотографии они выглядят… неестественно. В качестве нечасто применяемого художественного приёма – куда ни шло, но когда все кадры круглые… Нет, для серьёзной работы не годится. Прямоугольник с соотношением 4:3 идеален с точки зрения композиции.
Далее – к достоинствам нового формата можно смело отнести увеличение площади кадра вдвое. Проблема заключалась в несовершенстве светочувствительных материалов. Целлулоидная подложка и желатиновая эмульсия не позволяли добиться стабильных характеристик и достаточно малого зерна галогенидов серебра. Картинка при большом увеличении выглядела зернистой и не всегда равномерно экспонированной. То, что не было заметно на киноэкране, выявлялось на бумажном отпечатке, особенно при больших увеличениях. Большая площадь кадра улучшила детализацию и приблизила качество фотографий к более распространённым форматным фотопластинкам.
Поначалу профессионалы восприняли новый узкоплёночный формат с некоторым недоверием. В творческой фотографии применялись форматные фотопластинки и плоские плёнки размером от 6х9 до 30х40 см. Ясно, что негативу размером всего 24х36 мм с пластинками конкурировать трудно. При контактной печати с пластинки фотография получается такой точной, резкой, богатой мелкими деталями… Но дорожная пластиночная камера – это здоровенный деревянный ящик и, в лучшем случае, лепестковый центральный затвор, встроенный в объектив или даже надеваемый на него в виде съёмной крышки. А «Лейку» можно было положить в карман брюк – она имела складной объектив и очень прочный корпус. И первыми достоинства «Лейки» оценили фоторепортёры. Потом ею обзавелись и фотохудожники. Появился даже целый жанр сюжетной фотографии, работать в котором с дорожной пластиночной камерой было просто невозможно…
Первая «Лейка» имела шторно-щелевой матерчатый затвор, взводимый отдельной головкой, и диск установки выдержек. Корпус из лёгкого магниевого сплава подвергался глубокому чернению и обклеивался кожей. Объектив со складным тубусом и ирисовым механизмом изменения относительного отверстия – диафрагмой. В качестве визира применялась простая складная рамка, без линз. Плёнка заряжалась через нижнюю крышку, запираемую замками.
Эта первая «Лейка» сегодня встречается в коллекциях и… работает, как часы. Как ни удивительно, но она выпускается до сих пор – малыми сериями, для коллекционеров. И это не копия или коллекционный макет, это абсолютно действующий, работоспособный фотоаппарат (между прочим, стоящий больших денег). И всё же облик первой «Лейки» мало кому известен, кроме специалистов и коллекционеров. Поэтому классической «Лейкой» считают аппараты более поздних выпусков. И эта классика известна всем нам, у кого в доме есть старый фотоаппарат. Дело в том, что советские «Фэды» и «Зоркие», особенно первые, без цифровых индексов или с младшими индексами (например, «Зоркий-2») это точные копии классических «Леек», повторяющие и конструкцию, и дизайн этих великих камер (но, увы, не высочайше качество). Позже эти камеры модернизировались, например, «Фэд-2» напоминает «Лейку» уже более отдалённо. Но по конструкции это та же «Лейка».
Следующей находкой Оскара Барнака была стандартизация оптики. Объективы первых фотоаппаратов подгонялись под конкретную камеру. Этот процесс назывался юстировкой. Но потом Барнак ввёл стандартное резьбовое сочленение объектива с камерой (М39). И любой выпущенный компанией объектив (а их на сегодняшний день даже не сотни – тысячи моделей) подходил к любой из «Леек».
Далее – совмещение головок взвода затвора и перемотки плёнки, сблокированной с простым механическим счётчиком кадров. Введение в конструкцию дальномера и оптического видоискателя. В довоенных «Лейках» это были два независимых прибора. Заглядывая в окуляр дальномера и вращая кольцо объектива, фотограф наводил фокус – делал резкими сюжетно важные детали. Затем, заглядывая в окуляр видоискателя он строил композицию кадра. В поздних моделях эти два прибора были объединены. Затвор получил замедлитель и просто стал более точным. Самая короткая выдержка достигла 1/1000 секунды, а самая длительная – 1 секунды за счёт механизма удержания второй шторки.
Довоенные и послевоенные «Лейки» исправно трудятся до сих пор. С ними выросло несколько поколений фоторепортёров, фотохудожников и конструкторов фототехники. Сам Барнак умер на пике славы, не успев сделать многого из того, что сделали позже его последователи… Остановимся на двух характеристиках знаменитой «Лейки» – на её беспрецедентном и безупречном качестве и на стоимости камер этой марки.
Качество «Лейки» вовсе не миф. Регулировка, юстировка, ремонт – эти слова большинству владельцев «Леек» не известны вовсе. В том-то и дело, что последователям великих немецкий механиков, японским умельцам, понадобились десятилетия, чтобы достичь такой же точности в производстве фотоаппаратов. Современные цифровые камеры, в которых нет ни плёнки, ни механизма её транспортировки, тем не менее являются потомками камеры Барнака. Скоростные ламельные затворы были изобретены в ходе совершенствования шторно-щелевого затвора. Механизм фокусировки, диафрагмирования, эргономика камер (то есть удобство работы с ними – расположение кнопок и переключателей), металлическое шасси – во всём этом можно узнать черты той старой антикварной камеры. Хотя, спору нет, блестящего прошлого узкоплёночного дальномерного фотоаппарата уже не вернуть (да и нужно ли). А «Лейка» остаётся среди знаменитых производителей до сих пор. Она выпускает и узкоплёночные камеры для профессионалов, и отличные цифровые фотоаппараты. В последние годы компания активно сотрудничает с Matsushita, выпускающей фотоаппараты под маркой Panasonic. Объективы этих камер несут гордую марку Leica…
Что же касается высокой стоимости, а она и в самом деле очень высока, стоимость плёночной классики (разумеется, новой камеры) около 3 тысяч евро, то здесь бытует одна легенда. Якобы фашистский диктатор Гитлер лично распорядился, чтобы стоимость хорошего фотоаппарата равнялась средней заработной плате немецкого бюргера. Так это на самом деле или нет, неизвестно. Но цена любой «Лейки» – плёночной или цифровой, современной или антикварной – только кажется завышенной. Это элитная аппаратура, которая оправдывает любые затраты… Не станем же мы жаловаться на запредельную стоимость автомобилей «Роллс-Ройс»? Как и эти автомобили, классические плёночные камеры Leica – подлинное произведение искусства. Отсюда и цена.
Глава 12
Дизельный двигатель
История изобретения дизельного двигателя связана с одной загадочной трагедией. Дело в том, что сам изобретатель двигателя Рудольф Дизель в 1913 году погиб при невыясненных обстоятельствах. Стоит лишь посмотреть вокруг. Двигатели Дизеля (их гораздо более совершенные потомки, конечно) работают в тепловозах, на речных и морских судах, в строительной и военной технике, на грузовых и легковых автомобилях… Но всё же мы называем эти моторы именем изобретателя. Возможно, в этом и есть торжество исторической справедливости.
Рудольф Дизель родился в 18 марта 1858 года в Париже, в семье эмигрантов из Германии. В 1970 году юный Рудольф вместе с родителями переезжает в Англию, куда их депортировали из-за начавшейся войны между Францией и Пруссией. Оттуда, из Англии, молодой Дизель отправляется на историческую родину в Германию – на учёбу. Из Аугсбурга он перевёлся в Мюнхен, в Высшую техническую школу, которую закончил с отличием, получив диплом инженера по холодильным установкам.
После получения диплома в 1880 году Дизель получил предложение от немецкого физика Карла фон Линде (годы жизни 1842—1934, который работал в те годы над установкой для сжижения воздуха. Рудольф Дизель переехал в Париж и приступил к исследованиям в лаборатории французского филиала предприятия Линде. Дизель занялся исследованием состояния газов при резком сжатии и расширении. Эти эксперименты навели Дизеля на мысль о двигателе внутреннего сгорания, в котором не было бы системы зажигания вообще. При резком сжатии воздуха, он раскаляется до такой температуры, что способен поджечь топливо-воздушную смесь без искры. Но… легко сказать, как сделать? Воздух сжать в металлическом цилиндре можно, как сжать топливную смесь, чтобы воспламенение не произошло раньше времени?
Экспериментируя сначала с различными горючими газами, а потом и с жидкими видами топлива, Дизель разработал первую конструкцию своего мотора. В 1890 году Линде перевёл молодого инженера в Берлин. Здесь Дизель показал свои расчёты Линде, получил его одобрение и продолжил исследования, результатом которых стал патент, зарегистрированный в 1892 году. Тем не менее практическое воплощение оказывается делом весьма трудным – первую действующую модель Рудольф Дизель смог построить только в 1897 году. Это был двигатель мощностью в 25 лошадиных сил, работающий на тяжёлом жидком топливе. Право на производство нового двигателя приобретают машиностроительные предприятия Аугсбурга и фирма Круппа. Спрос на дизельные двигатели превзошёл все ожидания. Моторы заказывают судостроительные верфи, производители другой техники. Дизель становится богатым человеком и продолжает работу над совершенствованием своего изобретения…
А работать было над чем. Дизельный двигатель имеет две разновидности – двухтактную и четырёхтактную. В первом случае полный рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала и двух полных ходов поршня вверх и вниз. При ходже поршня вниз из камеры сгорания удаляются продукты сгорания топлива и цилиндр заполняется свежим воздухом. При ходе поршня вверх воздух сжимается, раскаляется и, когда поршень достигает верхней мёртвой точки, в камеру сгорания под огромным давлением впрыскивается порция жидкого топлива. Топливо смешивается с горячим воздухом, воспламеняется, расширяющиеся газы толкают поршень вниз – цикл повторяется. При четырёхтактном цикле полный цикл совершается за два оборота коленчатого вала и четыре хода поршня вверх-вниз. Расширяющиеся газы толкают поршень вниз, при обратном движении вверх открывается выпускной клапан и отработавшие газы удаляются из внутренней полости цилиндра. Затем при втором ходе вниз открывается впускной клапан и полость цилиндра заполняется свежим воздухом. При втором ходе вверх поршень сжимает воздух, раскаляя его. В верхней мёртвой точке в камеру сгорания впрыскивается порция жидкого топлива. Цикл повторяется… В обоих случаях кроме длинноходного цилиндра и поршня, создающих высокую степень сжатия воздуха, из-за чего воздух в цилиндре и раскаляется до высокой температуры, нужен топливный насос высокого давления и форсунка, через которую жидкое топливо впрыскивается в камеру сгорания.
Этот насос требует особо точной сборки, поскольку жидкость практически несжимаема и при высоком давлении плунжера на жидкость, топливо выдавливается через зазоры между деталями. Кроме того, давление, создаваемое этим насосом, должно быть не меньше, чем давление воздуха в камере сгорания (а порядка 20 атмосфер). Поэтому к деталям топливного насоса предъявляются повышенные требования прочности и эффективности. Дизель способен работать на тяжёлых фракциях нефти и даже на мазуте и сырой нефти. Но при этом топливо должно обладать высокой смазочной способностью, текучестью и однородностью. Лучшими показателями обладает соляровое масло, которое к тому же дешёво в производстве, поскольку является побочным продуктом при переработке нефти для получения легкого топлива – бензина и керосина. Но и соляровое масло (его мы называем в обыденной жизни «соляркой») не идеально – при низких температурах она становится вязкой и даже застывает, словно желе. При этом трубопроводы системы питания дизеля должны быть всегда заполнены жидким топливом. Как только в топливопровод попадает воздух, система перестаёт работать – вместо подачи под высоким давлением жидкости, насос начинает сжимать воздух… Это лишь некоторые проблемы, с которыми пришлось столкнуться Дизелю. Добавьте к этому высокопрочные сплавы, способные выдержать высокие температурные и механические нагрузки, сложности в конструировании форсунок, клапанов – и станет ясно, как же непросто было этому человеку.
В конце концов, Рудольф Дизель утратил право на лицензионные отчисления за свои двигатели. Другие конструкторы взялись за совершенствование новых двигателей и с правились с этим делом лучше первого изобретателя. Финансовое благосостояние Дизеля пошатнулось. А 29 сентября 1913 года на борту почтового парохода «Дрезден» произошла катастрофа. Во время перехода через пролив Ла-Манш Рудольф Дизель бесследно исчез. Тело его так и не было найдено…
Это тёмная история. Историки выдвигают целых три причины гибели немецкого изобретателя. Самое простое объяснение – пароход потерпел крушение, Дизель свалился за борт и утонул. Вторая причина – самоубийство из-за серьёзных финансовых затруднений. Да, возможно, это и так. Но существует и третья версия трагических событий. Обратим внимание на время, когда произошла трагедия – до начала мировой войны оставалось менее года. Страны Европы стремительно вооружались. Закладывались новые корабли, в том числе и подводные лодки, в которых дизель был основным двигателем, использовавшимся для движения в надводном положении и для заряда аккумуляторов… В это время появились слухи, что Дизель собирается предложить новый вариант двигателя, лишённый множества недостатков оригинального мотора. Это и послужило причиной устранения немецкого инженера… Ни подтвердить, ни опровергнуть эту версию невозможно. Гибель Рудольфа Дизеля осталась одной из тайн новейшей истории.
Между прочим, недооценка изобретения Дизеля соотечественниками стала одним из стратегических просчётов Гитлера, которые и привели к разгрому немецкого фашизма. Дело в том, что на большинстве фашистских танков стояли бензиновые двигатели. На советских Т-34, наоборот, использовались дизельные моторы. В условиях бездорожья, зимой, при затруднённом тыловом обеспечении и с учётом трудностей с производством бензина (немцы не получили доступа к нефтеносным месторождениям и даже вынуждены были производить синтетический заменитель бензина) заправлять танки соляркой оказалось проще, чем подвозить к танковым соединениям дефицитный и дорогой высокооктановый бензин. В результате гитлеровские танковые силы сидели на голодном пайке, а советские танки заправлялись тем, на чём работали обычные тракторы – соляркой.
И ещё – дизель получил широкое распространение в ХХ веке, но не сразу. Тракторы и локомобили (стационарные двигатели, установленные на колёсное шасси, прицепы с мотором, применявшимся для привода молотилок и другой сельскохозяйственной техники) начала 30-х годов, к примеру, были не дизельными, хотя работали на тяжёлых сортах жидкого топлива. В некоторых из них применялись двигатели с огромным рабочим объёмом и калильным зажиганием. Сжатая топливо-воздушная смесь поджигалась специальным стержнем, который перед запуском мотора специально разогревали паяльной лампой или горелкой. После запуска двигателя зажигание осуществлялось за счёт остаточного нагрева этой «пассивной свечи». К дизельным моторам эти примитивные тракторные двигатели ни коим образом не относились.
Глава 13
Титаник
Трагедия, разыгравшаяся в 610 километрах к юго-востоку от острова Ньюфаундленд в Атлантическом океане в ночь с 14 на 15 сентября 1912 года вошла в историю, как одна из самых страшных катастроф ХХ века. Обстоятельства крушения огромного пассажирского парохода «Титаник» известны нам достаточно детально – из множества фильмов, телесериалов, документальных и художественных книг. Гибели «Титаника» посвящён знаменитый фильм американского кинорежиссёра Дж. Кэмерона. На съёмки этого фильма, на компьютерную реконструкцию трагедии, создание полноразмерной модели и интерьеров, на глубоководные съёмки реальных обломков корабля было потрачено 200 миллионов долларов – фильм «Титаник» остаётся одним из самых дорогих фильмов. Но и главный герой этой картины, пароход по имени «Титаник», был во многих отношениях самым-самым…
Идея строить очень большие корабли пришла в голову ещё древним римлянам. На рубеже новой эры на верфях Древнего Рима строились многопалубные галеры, способные брат на борт сотни людей. Выгода была очевидно – за один рейс большой корабль перевозил множество пассажиров, большой отряд вооружённых легионеров или большую партию груза.
В начале ХХ века, когда были разработаны мощные паровые двигатели, появились новые сплавы для строительства прочных корпусов, наработан большой опыт в расчёте обводов, кораблестроительные компании приступили к проектированию сверхбольших пароходов. В кораблях большого водоизмещения (напомним, водоизмещение равно весу гружённого судна, выраженного в тоннах) нуждались вооружённые силы. С начала ХХ века основой морской мощи мировых держав стали линейные корабли или линкоры. Огромные бронированные корпуса, мощные машины, до 150 корабельных орудий, включая орудия главного калибра – от 280 до 457 мм (здесь внутренний диаметр ствола) и экипаж до 2800 человек – эти величественные корабли могли обстреливать вражеские объекты, отстоящие от побережья на десятки километров, были грозной силой и утратили свою роль только с развитием подводного флота. Против подлодок скоростные, но очень неповоротливые линкоры могли противопоставить только толщину брони. В походах их охраняла целая флотилия эскадренных эсминцев, что в условиях войны на море представлялось непозволительным расточительством сил.
В больших кораблях нуждался торговый флот. Такие крепнущие державы, как Россия и США, усиливали свою экономику за счёт экспорта товаров и сырья. И основные торговые пути пролегали по морям и океанам.
Наконец, в развитии транспортных путей для пассажирских перевозок нуждались две ведущие мировые державы – Англия, имевшая на Североамериканском континенте зависимые территории (Канада) и Соединённые Штаты, нуждавшиеся в постоянном притоке эмигрантов из Европы. Освоение новых территорий на континенте, строительство новых городов, рост производства – всё это требовало притока рабочей силы. Доступный путь для путешествия в Америку был только один – морем. Но обычный пароход за один рейс мог перевезти не более пары сотен человек, а сам путь занимал более недели.
И вот, английский промышленник Морган и его партнёры по судовой компании «Уайт Стар» заказали строительство серии из трёх гигантских пароходов-близнецов. Строительство велось в Белфасте. Первым был заложен пароход «Олимпик», вторым – «Титаник». Третий пароход, построенный позже остальных, получил название «Британик».
Проект выглядел грандиозным ещё тогда, когда на стапелях закладывались лишь остовы корпусов. Длина корпуса достигала 269 метров (все три судна немного друг от друга отличались, размеры указаны для «Титаника»). Ширина – 28,2 метра. Водоизмещение полностью оснащённого корабля превышала 46 300 тонн (по другим данным 66 тысяч тонн). А паросиловая установка придавала четырёхтрубному гиганту (то есть паровых котлов было тоже четыре) максимальную скорость в 25 узлов – до 45 километров в час!
В 1910 году со стапеля в Северной Ирландии сошёл первый пароход серии – «Олимпик». И… сразу врезался в дамбу. Затем аварии последовали одна за другой. Самой серьёзной стало столкновение «Олимпика» с английским крейсером «Хоук», после которого пароход пришлось вернуть в док для серьёзного ремонта. «Олимпик» быстро приобрёл дурную славу корабля-неудачника. Когда владельцы объявили первый выход корабля в море, желающих совершить путешествие оказалось так мало, что рейс пришлось отменить. Ни одна страховая компания не взялась застраховать гигантский корабль. И только что построенное современное судно не принесло владельцам никакого дохода.
Морган и его компаньоны меняют тактику. В 1911 году на воду спущен «Титаник» – второй корабль серии. На этот раз за ходом испытаний, достройкой и оснащением, на которые ушёл целый год, с подачи владельцев следит пресса. Каждый шаг выверяется до мелочей, а неприятные случайности попросту исключаются. «Титаник» великолепен. Широкомасштабная рекламная компания принесла свои плоды – билеты на первый трансатлантический рейс корабля (а это был первый рейс вообще) раскуплены задолго до момента отплытия. «Титаник» был застрахован на астрономическую по тем временам сумму в миллион фунтов стерлингов. Восхваляются достоинства парохода – его принципиальная непотопляемость, высокая скорость, независимость от штормов и устойчивость к качке. Роскошь кают первого класса превращают корабль в высококлассную гостиницу на море. А многочисленные помещения второго и третьего класса позволяют взять на борт рекордное количество пассажиров – более 1500 человек. Вместе с командой общее число перевозимых кораблём людей достигло 2200 человек.
Высокие качества корабля были не пустым звуком. Корпус парохода был разделён на шестнадцать изолированных зон. Эти герметичные отсеки должны были удерживать корабль на плаву в случае аварии и затопления части судна. Но… но герметичными эти отсеки были только ниже ватерлинии, а в верхней части представляли собой… открытые корыта, а потому полной непотопляемости не обеспечивали.
И тем не менее шумная рекламная компания своё дело сделала. В апреле 1912 года гигантский пароход вышел от причала английского города Саутхемптона и взял курс на Нью-Йорк. На его борту было множество знатных особ, совершавшие путешествие в Америку, и простые люди, вознамерившиеся искать счастья в Новом свете. На этом же корабле из Британского музея в Америку, в хранилище частного коллекционера, отправилась мумия древнеегипетской прорицательницы Амен-Оту, жившей в эпоху фараона Аменхотепа IV. Мумия, которую в деревянном ящике спрятали прямо под капитанским мостиком, была украшена различными амулетами, среди которых был и амулет с изображением бога Осириса. На этом амулете была надпись: «Очнись от своего обморока, и один твой взгляд сокрушит каждого, кто встанет на твоем пути»… Страшное пророчество?
За несколько часов до отплытия от вояжа за океан на «Титанике» отказываются 55 богатых пассажиров, в числе которых сам владелец Морган и его компаньоны. Случай или… нет?
Дальнейшие события ввергают в ещё большее изумление. Опытнейший капитан Смит, под командованием которого «Титаник» вышел в море, совершил ряд труднообъяснимых ошибок. Он повёл корабль северным путём, хотя в апреле приполярные воды Атлантики кишат льдинами и айсбергами. В ночь с 14 на 15 апреля Смит выставляет на верхней палубе матросов-наблюдателей, но… отбирает у них бинокли. Корабль тем временем идёт почти на максимальной скорости в 24 узла.
Когда из темноты прямо по курсу выплыл айсберг, помощник капитана Мэрдок даёт команду «лево руля», подставляя под удар самую уязвимую часть парохода – его борт. Почему команду не отдал сам капитан Смит? Почему не пошёл на айсберг прямо? Ясно же было, что при такой скорости избежать столкновения не удастся. А при лобовом столкновении корабль бы уцелел, поскольку повреждёнными оказались только два носовых отсека, и даже смог бы дойти до Ньюфаундленда своим ходом…
Корабль получил огромную пробоину по правому борту длиной в 90 метров. Были повреждены сразу шесть отсеков, которые тут же начали заполняться водой. И снова труднообъяснимое поведение капитана. Корабль был оборудован новейшей по тому времени системой радиосвязи. Но радист «Титаника»… молчал! И явно не по собственному разумению. А когда сигнал бедствия был подан, помощь уже явно не успевала. Два часа, пока корабль оставался на плаву, были потеряны. Более того, команда корабля не смогла предотвратить панику. А судно не имело достаточного количества шлюпок – на 2200 человек на борту «Титаника» было всего 20 шлюпок. Часть шлюпок использовать не удалось из-за разрушения корпуса корабля. Через два часа от «Титаника» отломилась носовая часть и быстро ушла на глубину. Через двадцать минут затонула и кормовая часть, на которой находилось множество пассажиров. Корабль опустился на дно Атлантического океана и упокоился на глубине четырёх километров…
В 1912 году было проведено два официальных расследования трагедии, но они не дали результатов. У катастрофы не оказалось ни виновников, ни причин. Но в наши дни «Титаник» открывает если ни все, то многие свои тайны. В 1994 году был исследован кусок обшивки парохода, поднятый с глубины тремя годами ранее. И оказалось, что корпус корабля был изготовлен из низкокачественной углеродистой стали. Сталь не обладала пластичностью и при ударе не выгибалась, а крошилась, как фарфор. Вспомним и «герметичные» отсеки, затопленные за два часа после удара. Корабль был обречён ещё до первого выхода в море… Плюс непрофессионализм и просто необъяснимое поведение командования судна. Плюс отсутствие средств спасения и плана действий на случай катастрофы. И, конечно, стечение обстоятельств.
Причинами гибели гигантского парохода стали беспечность, отсутствие качественных материалов и ошибки в проектировании. Не было установлено даже точное количество погибших – владельцы корабля не знали, сколько людей находилось на борту! Спасти удалось лишь 705 человек, а от 1400, до 1522 человек погибли в водах Атлантики.
Гибель «Титаника» не поставила крест на больших океанских пассажирских пароходах. К примеру, злосчастный пароход-неудачник «Олимпик» ходил по Атлантике до 1935 года и каких-либо катастроф при этом не претерпел. Советские писатели Илья Ильф и Евгений Петров в 1935 году совершили путешествие в США на борту другого величественного парохода «Нормандия». А в наши дни по океанам ходят огромные круизные суда-гиганты, целые морские города, с бассейнами, ресторанами, торговыми рядами, прогулочными дорожками и даже искусственными скалами на верхних палубах для занятий спортивным скалолазанием… Но в качестве основного транспортного средства между Старым и Новым светом большие пассажирские корабли своё значение утратили во второй половине ХХ века – с развитием пассажирской авиации. И пальма первенства в «гонке водоизмещений» перешла к супертанкерам. Наиболее крупные из этих судов, предназначенным для перевози сырой нефти, вдвое превышают размеры «Титаника». А командам этих танкеров для перемещения по палубе выдают велосипеды. Обойти полукилометровую палубу пешком занятие не из самых простых, верно?
Глава 14
Конвейер Генри Форда
Мы уже говорили о Генри Форде (вспомним годы его жизни – 1863—1947), создателе массового американского автомобиля. Бывший главный инженер «Электрической компании Эдисона» (кстати, весьма примечательный факт, рядом с Эдисоном работало множество талантливых инженеров и изобретателей), к моменту создания собственной автомобильной компании успел поучаствовать в промышленном производстве автомобилей и понять, что выпуск машин это в полном смысле золотое дно, Клондайк, способный принести миллионные прибыли. Разными способами сорокалетнему Форду удалось уломать двенадцать инвесторов и собрать 28 тысяч долларов, сумму по тем временам немалую, но для начала крупномасштабного производства сложной техники не слишком большую.
16 июня 1903 года новое предприятие под названием «Форд Мотор Компании», размещавшееся в здании бывшей каретной мастерской Детройта, приступило к сборке первого автомобиля марки «Форд». Машина вышла из ворот завода в том же 1903 году и была продана некоему доктору Пфеннингу, жителю города Чикаго. Это была совсем небольшая машинка «Форд А», в которой была применена новая электрическая система зажигания. Машина сразу приглянулась американскому покупателю, спрос на неё превышал предложение. За первые 15 месяцев производства из ворот завода выехали 1700 автомобилей. Форд сразу установил на свой автомобиль более чем демократичную цену в 850 долларов (а в истории компании были модели и подешевле). С учётом того, что в начале ХХ века месячное жалованье в 100 долларов считалось очень хорошим, это было не так уж и мало. И всё же «Форд А» был уже доступен представителям среднего класса США, что открывало перед Фордом огромные перспективы.
Любопытна технология производства, используемая в годы становления компании. Собственно, по той же технологии работали все компании мира. Автомобиль собирался целым коллективом специалистов последовательно. Сначала работали слесари, собиравшие раму. Затем к машине подходили специалисты по ходовой части и монтировали мосты, коробку передач, колёса. Затем их сменяли механики по двигателям. И так далее. Процесс получался достаточно длительным.
Но это ещё не всё. Стремясь максимально снизить стоимость машины, Генри Форд отважился на одну уловку. Он продавал не готовую машину, а… её части! То есть покупателя приглашали на завод, где он выбирал и отдельно оплачивал шасси, кузов, шины. Автомобиль при этом получался достаточно дешёвым, однако, и прибыль оставалась достаточно низкой. К чести Форда, он перепробовал все варианты. За 5 лет он выпустил целых 19 моделей автомобилей, присвоив им буквенные индексы – от «А», до «S». Самая совершенная модель «Форд К» имела мощный шестицилиндровый двигатель. Но она же была и самой дорогой, продажная цена «Форда К» составляла 2500 долларов. В то же время примитивная и совсем маленькая машинка модели «N» продавалась Фордом всего за 500 долларов. И спрос на неё был просто ошеломляющий.
И Генри Форду приходит в голову простая и вроде бы вполне очевидная мысль, которая, тем не менее, не посетила головы его конкурентов. Получить максимальную прибыль от производства автомобилей можно двумя путями – выпуская в небольших количествах дорогие, технически совершенные машины, или… выпуская совсем простенькие и дешёвые автомобили, но очень много. Казалось бы, так на так и выходит. Но у дешёвого автомобиля гораздо больше покупателей, чем у дорогого. Отсюда и выгода.
Генри Форд изложил своё видение развития компании акционерам. Но не всех при этом убедил. Из бизнеса уходит один из первых инвесторов Форда – торговец углем Малкомсон. Форд не теряется. Он собирает деньги и выкупает пакет акций Малкомсона, доведя свою долю до 58,5 процента. А это означает, что теперь совет акционеров Форду не указ. И он вполне способен принимать важнейшие решения сам. Теперь мы знаем, что Форд был не только талантливый инженер и удачливый предприниматель. Он был ещё умным финансистом, остро чувствующим верные направления развития бизнеса.
Концепция массового производства доступных по цене автомобилей рождалась в течение нескольких лет и стала результатом целого ряда экспериментов. Первым шагом стал выпуск 1 октября 1908 года автомобиля марки «Т» – той самой «Жестянки Лизи», ставшей в последствие самым массовым автомобилем в мире. Это было любимое детище Генри Форда. Дитя множества компромиссов, «Форд Т» вовсе не был верхом совершенства. В нём, в частности, не было бензонасоса, а бензобак был установлен перед лобовым стеклом. При подъёме на гору бензин переставал поступать в карбюратор – бак оказывался ниже. Приходилось разворачиваться и преодолевать подъём задним ходом.
В годы выпуска (19 лет подряд!) Форд сам пользовался машиной собственного производства – неплохой пример современным промышленникам, которые выпускают одни автомобили, а сами разъезжают на других, гораздо более совершенных и дорогих. Так вот, однажды с Фордом случилась неприятность – его машина сломалась. Форд поднял капот и принялся ремонтировать свою машинку. Рядом остановился другой автомобилист, тоже на «Форде Т». Он вызвался оказать помощь. Автомобилисты разговорились. И подъехавший, чувствуя родственную душу, принялся откровенничать, на чём свет костеря и эту примитивную машину, и её производителя Форда. Можно представить лицо этого человека, когда он узнал, что перед ним сам Генри Форд! Кстати, Форд ничуть не обиделся и потом с удовольствием рассказывал эту историю…
Машина и в самом деле была не «Роллс-Ройс». Зато она на долгие годы определила автомобильное лицо Америки и стала синонимом семейной машины. В те годы можно было не спрашивать – «какой у вас автомобиль». И так было ясно – «Форд Т».
Вторым шагом стал внедрение принципа поточного производства. Летом 1913 года на заводе Форда в Хайланд Парке, штат Мичиган, к шасси ещё не собранной машины марки «Т» привязали верёвку и принялись тянуть по всему сборочному цеху. Рабочие, каждый из которых выполнял простую, только одному ему порученную операцию, собрали машину в десять раз быстрей, чем обычным способом – на стационарном стапеле. Так родился конвейер – возможно, самое важное изобретение начала ХХ века, подарившее миру массовое производство дешёвых товаров.
Идея конвейера состоит в том, чтобы максимально упростить сборочные операции. Надо избавить рабочего от постоянных переключений внимания и разнообразных действий. Вместо того, чтобы один человек устанавливал на колесо шину, колесо на ступицу, а потом прикручивал это колесо к ступице, на эту операцию выделили трое рабочих. Один устанавливал шину и больше ничего не делал. Второй надевал собранное колесо на ступицу, третий – закручивал гайку ступицы… Мы упрощаем описание производственного процесса, но принцип должен быть понятен. Вместо специалистов широкого профиля, на конвейере работают рабочие, которые умеют делать только одну операцию. В результате сокращается время сборки, уменьшается возможность совершения ошибок, многократно упрощается обучение рабочих. Ильф и Петров в книге «Одноэтажная Америка» писали, что Форд может взять человека с улицы и в пять минут обучить его работе у конвейера. Так оно и было на самом деле! Правда, советские писатели увидели здесь больше недостатков, чем достоинств. Мол, рабочий при такой работе ничему не способен научиться, а потому его легко заменить. В этом есть доля истины. Но… всё-таки писатели ошибались. И здесь мы переходим к другому изобретению Генри Форда, на этот раз к социальному.
К концу 1913 года конвейер был введён в постоянную эксплуатацию. Конечно, это были уже не верёвки, при помощи которых по цеху протаскивали остов машины, а настоящие транспортёры с механическим приводом. Наблюдая за работой конвейера, Форд пришёл к выводу, что скорость сборки можно увеличить, увеличив количество рабочих постов и разделив все операции на ряд мелких последовательных действий. Это первое. Второе – у каждого человека есть некий предел, после которого наступает усталость. Следовательно, в работе конвейера надо устраивать перерывы, дав людям время перекусить и просто отдохнуть. Кроме того, каждый участник поточного производства должен быть материально заинтересован в высоком качестве выпускаемых компанией автомобилей. Это предотвратит текучку кадров, следовательно, сократит расходы на обучение новых рабочих. Сделает работу более комфортной, безопасной для здоровья рабочих. И, между прочим, более доходной для самих рабочих. И каждый обеспеченный рабочий завода становится… потенциальным покупателем автомобиля «Форд».
Заметим сразу – Форд вовсе не был «добрым ангелом». Известны очень неприятные черты личности Генри Форда, о которых мы здесь говорить не будем… Просто он умел считать деньги и видел гораздо дальше, чем его конкуренты.
5 января 1914 года Генри Форд объявил, что отныне рабочий день на его заводах сокращается до 8 часов (до этого он был 12 часовым), а минимальный размер оплаты труда рабочих повышается до 5 долларов в день. В те годы это был едва ли ни самый большой минимальный заработок в Америке. Кроме того, рабочим доплачивали за квалификацию и выслугу лет.
Рано или поздно, но примеру Форда вынуждены были последовать и другие промышленники. А нововведения Форда удивительным образом были переняты его идеологическими противниками. На предприятиях Европы и Америки профсоюзы много лет боролись за установление 8-часового рабочего дня и увеличения размера оплаты труда. Но капиталист Форд их опередил…
Сегодня главное изобретение Форда – конвейер – используется в самых разных отраслях промышленности. Конвейерным способом производятся предметы быта и электронная аппаратура, компьютеры и одежда. Да что там, при помощи конвейера выпекается хлеб и разливается молоко. И никто при этом не говорит, что пекарю лучше самому замешивать тесто, формовать булочки и выпекать их в печи. Как показало время, один в поле не воин. Особенно в том случае, когда пытаешься накормить, одеть, обуть и усадить в хороший автомобиль миллионы людей.
Глава 15
Развитие авиации – к скоростным бипланам и монопланам
К середине второго десятилетия ХХ века страны Европы стали быстро вооружаться. Противостояние ведущих европейских держав нарастало, в воздухе запахло войной. И будущая война стала катализатором, ускорившим развитие множества новых технологий, в том числе и в только что появившейся авиации…
Исследования и конструкторские эксперименты велись в нескольких направлениях. Военные самолёты предполагалось применять, в частности, на море. И не только для борьбы с вражескими кораблями с воздуха. Большие военные корабли представляли собой отличные подвижные базы, плавучие аэродромы, которые могли перемещаться в область боевых действий. Самолёты того времени не могли летать на большие расстояния. Поэтому представлялось разумным сделать подвижными сами аэродромы. Позднее, с появлением авианосного флота, эта идея нашла практическое подтверждение. Но в самом начале велись лишь первые и не всегда удачные эксперименты.
14 ноября 1910 года гражданский пилот Юджин Эли на самолёте авиаконструктора Кертиса модели «D» поднялся в воздух с палубы американского крейсера «Бирмингем». Для успешного взлёта крейсер (стоявший, к слову, на якоре) пришлось оборудовать взлётной платформой, длиной 36,5 метра (точнее – 83 фута), установленной на передней палубе. Пилот завёл мотор и дал полный газ. Самолёт соскользнул вниз, коснулся колёсами воды, но… но поднялся и, совершив перелёт в две с половиной мили, благополучно приземлился на наземном аэродроме. Спустя два месяца, 18 января 1911 года Эли на том же самолёте совершил обратный маневр – он приземлился на палубу крейсера «Пенсильвания», стоявшего в заливе Сан-Франциско. И на этот раз корабль подвергли доработке – на палубу установили 120-футовую посадочную платформу. В апреле 1914 года американский военный флот располагал уже шестью военными самолётами, базировавшимися на борту линейного корабля «Миссисипи». Во время конфликта с Мексикой эти самолёты использовались в качестве разведывательных…
Француз Блерио, американец Кертис, немец Юнкерс… Десятки имён талантливых конструкторов, положивших начало мировой авиации. Многие из этих имён не забыты и сегодня. Например, Гленн Кертис работал над самолётами для морской авиации и строил гидропланы – летающие лодки. 1 января 1911 года он поднял в воздух первый в мире самолёт с убирающимся шасси. Этот самолёт так и назывался – «Гидроплан». Собственно, с лёгкой руки Кертиса гидросамолёты и стали так называться.
А вот другой примечательный факт, который невозможно обойти вниманием. 11 октября 1911 года итальянский пилот Граффоти впервые в истории сбросил с самолёта бомбы. Это произошло во время войны у города Айн Зары (в Ливии). Этот случай послужил точкой раздела авиации на два основных типа военных самолётов – тяжёлых бомбардировщиков для поражения наземных целей и лёгких самолётов для, опять же, поражения наземных целей и истребления самолётов противника (этот тип позже получил наименование истребителей). Конечно, военные самолёты были гораздо разнообразней и по применению подразделялись на самые разные группы – транспортные, разведывательные, штурмовики (то есть предназначенные для поражения наземных укреплений и бронетехники противника), гидросамолёты. Но всех их можно отнести либо к тяжёлой бомбардировочной, либо к высокоскоростной и маневренной истребительной авиатехнике.
Кстати, первый в истории разведывательный полёт произошёл в ходе всё той же уже забытой Итало-Турецкой войны 23 октября 1911 года. В этот день небольшой моноплан «Блерио 11» под управлением итальянского капитана Пьяццы в течение часа летал над турецкими войсками, расположившимися между ливийскими городами Триполи и Эль-Азизия. До наших дней дошли даже фотографии турецких войск, сделанные Пьяццей в том полёте.
Вместе с самолётами совершенствовалась и техника пилотирования. В ходе военных противостояний в воздухе завязывались дуэли пилотов. И стало ясно, что победа в воздушном единоборстве возможна только при умелом маневрировании. Появилось понятие высшего пилотажа, а среди пилотов выделились настоящие профессионалы – воздушные асы. Одним из первых российских асов стал Пётр Николаевич Нестеров, который 9 сентября 1913 года впервые совершил мёртвую петлю на самолёте «Ньюпор 4». Эта фигура, полная петля с выходом на нормальный горизонтальный полёт, до Нестерова считалась невыполнимой. Позже она получила название «петля Нестерова».
Ещё одно достижение российских авиаторов, на этот раз в области конструирования. Игорь Сикорский, будущий пионер ветролётостроения и гражданин США (об этом поговорим чуть позже, в отдельной главе), построил первый в мире тяжёлый четырёхмоторный биплан «Илья Муромец». Впервые эта машина поднялась в воздух 23 декабря 1913 года. Самолёт некоторое время удерживал титул самого большого самолёта в мире и выпускался серийно. Во время Первой мировой войны он применялся в качестве бомбардировщика. Между прочим, Сикорский ещё и автор первого в мире специализированного истребителя – самолёта, предназначенного для сопровождения бомбардировщиков «Илья Муромец». Машина, получившая название С-18, появилась в начале 1916 года и была выпущена в количестве 5 штук. До этого для сопровождения (то есть для обороны от вражеских самолётов) бомбардировщиков использовались самолёты общего назначения…
Но не одной войной жила авиация. 1 января 1914 года во Флориде открылась первая регулярная пассажирская авиалиния. Полёты совершались между городами Санкт-Петербург (в США несколько городов с таким названием) и Тампа на гидросамолёте «Бенвист модель 14» американского производства. Самолёт Был двухместным, тем не менее пилот брал на борт одного или двух пассажиров, которым приходилось сидеть на узенькой деревянной скамеечке в кабине, лишённой даже козырька. Высота полёта не превышала двух метров (этой высоты придерживались исключительно из соображений безопасности, чтобы при отказе двигателя самолёт можно было использовать, как обычную лодку), а дальность перелёта – всего 23 мили, из которых только 15 миль над сушей. Полёт длился 22 минуты и стоил 5 долларов в один конец. К слову – чтобы преодолеть это же расстояние на пароходе, требовался 21 час с половиной, а на сухопутный проезд железной дорогой 12 часов. Так что первая пассажирская авиалиния быстро принесла своему основателю и главному менеджеру Персивалю Эллиоту Фанслеру прибыль. Вскоре герография полётов была расширена. Фанслер обещал любому желающему доставить его в один из окрестных городов по воздуху на выбранной пассажиром высоте (но не выше 200 футов) за 15 долларов.
Первым гражданским пилотом стал Энтони Дженнис. А первым пассажиром, вылетевшим в тот новогодний день 1914 года Из Санкт-Петербурга в Тампу – отставной полковник Абрахам Фейл. За то, чтобы войти в историю, он выложил 400 долларов – огромные деньги в 1914 году…
Ещё один примечательный факт – 12 декабря 1915 года в воздух поднялся первый в мире цельнометаллический самолёт, моноплан модели «J.L. 6» немецкого конструктора Гуго Юнкерса. Почему мы выделяем именно эту машину? Она стала предтечей быстроходных, стремительных самолётов 30-х годов, захвативших небо и постепенно изменивших облик самолёта – и военного, и гражданского.
Дело в том, что после Первой мировой войны ведущим конструкторам стало ясно, что модель многоярусного крыла – триплана и биплана – хороша только дял тихоходных самолётов. С ростом скоростей дополнительные ярусы создают слишком большое аэродинамическое сопротивление. Кроме того, военный самолёт (и спортивный тоже – в воздушных гонках испытывались новейшие технологии, которые затем внедрялись в военном авиастроении) должен быть маневренным, а схема биплана (о триплане уже к тому времени почти не вспоминали) обладает избыточной устойчивостью. Биплан плохо выполняет фигуры высшего пилотажа и стремиться выйти в горизонтальный полёт.
Тем не менее биплан продержался достаточно долго (а в гражданском авиастроении схема биплана применяется и сегодня – там, где требуется повышенная безопасность и не требуется высоких скоростей полёта, «АН-2» и его современные последователи лучшее тому доказательство). В СССР, к примеру, выпускались очень похожие самолёты конструкции Николая Николаевича Поликарпова (годы жизни 1892—1944) моноплан И-16 и биплан И-153 «Чайка». Обе эти машины были отличными истребителями, настоящими образцами авиационной «классики» 30-х годов. Но впереди был достаточно трудный путь к действительно совершенному самолёту с поршневым двигателем, появившемуся в первые годы Второй мировой войны.
Этот самолёт (множество моделей от конструкторских бюро самых разных стран, однако в этих машинах было много общего) был выполнен по иной схеме. Это был моноплан, в котором применялось и дерево, и проклеенная бакелитовыми лаками ткань (в обшивке фюзеляжа, крыльев, оперения), но уже применялись лёгкие сплавы (дюралюминий) и броневая сталь. Особое внимание уделялось аэродинамическому качеству машины, что позволяло достичь очень высоких скоростей. Но главное отличие – отказ от звездообразных поршневых авиационных двигателей воздушного охлаждения и переход на моторы водяного охлаждения с рядным расположением цилиндров… Но об этом «идеальном» самолёте прошлого мы ещё поговорим.
Глава 16
Военная техника – танк и автоматическое стрелковое оружие
15 сентября 1916 года в одном из сражений Первой мировой войны приняли участие английские танки – невиданная до тех пор техника. Назывались они «Mark 1» что означало просто «марка 1», то есть танк первой модели. А само название «танк» произошло от надписей на деревянных ящиках, в которых англичане прятали секретное оружие. На этих ящиках было написано «tank», что означало «бак» или «резервуар». В войсках этот и последующий «Марки» получили прозвище «Большой Вили».
Эти первые в мире танки были крайне тихоходны – максимальная скорость 6 километров в час – неповоротливы и неуклюжи. Огромный ромбовидный корпус, по рёбрам которого по специальным желобам были натянуты гусеницы, отсутствие амортизирующей подвески, странный механизм поворота – при помощи колёсного «хвоста». Но главными недостатками были слабая броня, которая не спасала экипаж от пулемётных пуль, и вооружение – пара пулемётов, установленных в боковых выступах корпуса танка. Танк имел ограниченную возможность ведения огня. Пока стрелял правый стрелок, левый бездействовал. Кроме того, приборы наблюдения были очень плохо защищены. Прицельный винтовочный выстрел, и танк становился «слепым». Всё это привело к тому, что в битве на Сомме и в других боях танковые части англичан понесли тяжёлые потери. Танк на поле боя появился, но до того времени, когда он станет основой наступательных действий вооружённых сил, надо было пройти долгий путь.
И всё же среди специалистов в области военной техники считается, что первый танк появился гораздо раньше, причём, в России, а не в Англии. И что англичане «подсмотрели» идею танка. Одна из версий заключается в том, что проект танка (под названием «трактор») был разработан инженером Лисяковым, передан в Ставку, где с ним ознакомили англичан – союзников России. По свидетельству участника тех событий генерал-лейтенанта Шварца, английский «Марк 1» в точности соответствовал проекту Лисякова, в частности, корпус танка имел такую же ромбовидную форму. Действующий же образец конструкции другого талантливого инженера Пороховщикова вышел из ворот мастерских 18 мая 1915 года. Это был небольшой одноместный танк, названный изобретателем «Вездеход». Этот танк имел одну широкую гусеницу под днищем бронированного корпуса и привод от бензинового двигателя. Управлялся танк двумя боковыми колёсами, которые на твёрдой почве выдвигались из корпуса. Танк опирался в передней части на эти колёса, а в задней – на каток гусеницы. На зыбкой поверхности колёса убирались, и танк полностью опирался на всю нижнюю поверхность гусеницы. Длина машины составляла 3,6 метра, ширина 2 метра, а высота 1,5 метра – без пулемётной башни, которую планировалось установить позже. Весил танк «Вездеход» около 4 тонн. Испытания показали, что танк получился очень удачным. Особо отметим обтекаемую форму корпуса, к которой Пороховщиков пришёл, скорее всего, интуитивно. Много десятилетий спустя конструкторы танков пришли к наклонному положению броневых плит, чтобы снаряды противника рикошетили от брони, а не пробивали её.
Любопытно, как возникла идея создания танка. Сам Пороховщиков писал: «На поле шло учение новобранцев. Глядя на солдат, перебегавших цепью, я подумал: невеселая штука – бежать в атаку под пулеметами врага. А что, если послать на штурм окопов не людей, беззащитных против свинцового ливня, а машину, одетую в броню, вооруженную пулеметами… Конструктивное решение я увидел в постановке бесконечных лент или гусеничных ходов тракторного типа…»
Но как бы там ни было, в серию этот танк не пошёл и в боевых действиях участия не принимал. Поэтому началом истории танковых войск принято считать тот первый выход на поле боя английских танков.
После неудач под Соммой, английские конструкторы внесли в танк множество изменений. Всего за годы Первой мировой войны было выпущено пять моделей танка «Марк». Уже в четвёртой была увеличена толщина брони до 12 мм, убран рулевой «хвост» – танк управлялся тормозными муфтами дифференциала. Было изменено расположение глушителей, из которых во время движения вырывался огонь, демаскировавший танки. «Mark V» стал самым «быстроходным» танком в этой серии. Скорость увеличилась до 7,5 километров в час, а толщина брони – до 15 мм. Параллельно с «Марками» в 1917 году Англия выпустила и по-настоящему скоростную тяжёлую машину «Уипетт» («борзая»), скорость которой достигала 13,5 километров в час, при толщине брони в 14 мм. За этим танком пехота уже бежала, а не шла неторопливым шагом, как за «Марками».
Любопытна конструкция «Уипетта». Длинный корпус, похожий на корпус автомобиля, жесткие, лишённые подвески, гусеницы, которые были вытянуты вдоль корпуса. Бронированная башня в задней части корпуса, ещё не поворотная, многогранная, но вооружённая пулемётами, сводившими к минимуму «мёртвую зону» обстрела. На машине были установлены два механически никак не связанных двигателя, каждый из которых через собственную коробку передач был связан со своей гусеницей. Повороты осуществлялись изменением оборотов и переключением передач каждого из силовых блоков. Машина получилась достаточно маневренной.
Прямым прототипом современного танка можно считать французский лёгкий танк «Рено» 1916 года. Этот танк выпускался в огромных количествах. Он первым получил балансирную подвеску катков, поворотную башню, вооружённую пулемётом или 37-мм пушкой, наклонные броневые листы, 16-мм броню, спасавшую от бронебойных пуль, и управлялся бортовыми фрикционами. То есть этот танк обладал многими чертами современной боевой машины.
Дальнейшая история развития танкостроения изобиловала самыми причудливыми экспериментами. В СССР, к примеру, выпускались тяжёлые многобашенные машины, быстроходные колёсно-гученичные танки, скорость которых на твёрдом покрытии достигала 70 километров в час. А в Германии в самом конце войны были построены три гигантских сверхтяжёлых танка «Мышонок» (об этих танках мы ещё поговорим в главе, посвящённой их конструктору Фердинанду Порше). Это были машины, вооружённые несколькими пушками и десятком пулемётов, имевшие броню толщиной 240 мм (!) и весившие около 160 тонн (по некоторым данным гораздо больше – около 240 или даже до 300 тонн). В боях эти танки участия так и не приняли и были взорваны самими немцами при подходе к Берлину советских войск.
Венцом мирового танкостроения можно считать советский танк Т-34, созданный в 1940 году конструкторским коллективом Харьковского паровозостроительного завода под руководством Михаила Михайловича Кошкина. Это был первый в истории танк, оснащённый мощным дизельным двигателем, уменьшающим опасность возгорания танка и при этом обладающий высокой экономичностью. Широкие гусеницы обеспечивали Т-34 высокую проходимость, наклонные броневые плиты спасали от прямого попадания снаряда, который рикошетил и не пробивал броню. В 1940 году, весной, танк подвергли испытаниям на прочность – его в упор расстреляли из 45-мм противотанковой пушки. И ни один снаряд броню не пробил.
В этом танке, который подвергался многочисленным модернизациям и за годы войны был выпущен в огромном количестве, соединилась передовая техническая мысль того времени, точный конструкторский расчёт и опыт лучших конструкторов мира. Недаром превосходство Т-34 признавали даже немцы, выпускавшие очень хорошие машины. Они даже пытались копировать танк Кошкина, но… но это их не спасло…
От танка перейдём к стрелковому оружию и поговорим о самых распространённых в мире моделях. Стоявшая ещё с 1891 года на вооружении российской, а затем и Красной армии винтовка конструкции Сергея Ивановича Мосина (годы жизни 1949—1902) оказалась очень удачной. Винтовочный патрон 7,62 мм (три десятых дюйма, три линии – отсюда и название винтовки «трёхлинейка») позволял достичь большой дальности стрельбы – до 1500 и более метров. С укороченным стволом и более крутой нарезкой винтовка превращалась в карабин (оружие, изначально предназначенное для кавалерии), с оптическим прицелом – в снайперскую винтовку.
Трёхлинейка занимала один «фланг» стрелкового оружия. На противоположном располагалось личное оружие ближнего боя – пистолеты и пистолеты-пулемёты. Последние представляли собой симбиоз пистолета и винтовки. Используя короткий маломощный патрон, пистолеты-пулемёты не обладали достаточной дальностью стрельбы. Стрельба на расстояние свыше 100 метров была неэффективной. Но в ходе Второй мировой войны силам антигитлеровской коалиции пришлось столкнуться с новым видом стрелкового оружия – штурмовой автоматической винтовкой. Примером может служить винтовка конструкции Луиса Штанге FG-42 под так называемый промежуточный патрон – винтовочный патрон с укороченной гильзой, и штурмовые винтовки Гуго Шмайсера. Отличительной особенностью этого вида оружия были применение укороченного винтовочного (промежуточного) патрона, эффективная дальность боя до 400 метров, возможность стрельбы одиночными выстрелами или очередями, магазин ёмкостью до 30 патронов.
Ещё в годы войны в СССР началась работа над созданием собственной штурмовой автоматической винтовки, которую мы сегодня называем «автоматом». Результатом стал «Калашников» модели АК-47, принятый на вооружение в 1949 году. Хотя название прямо указывает на имя конструктора, в разработке нового оружия принимало участие множество талантливых конструкторов-оружейников, без которых Михаил Тимофеевич Калашников, не имеющий ни образования, ни опыта работы, вряд ли бы преуспел.
Итак, автомат АК-47 и его модификации стал самой массовой моделью стрелкового оружия в мире. Он выпускается уже более 50 лет в 50 странах мира. Общий объём выпуска по разным данным составил от 40 до 70 миллионов штук. Можно сказать, что ни одна война в мире после начала 50-х годов не обошлась без применения этого автомата.
Второй по популярности стала бельгийская 20-зарядная автоматическая винтовка FN FAL, выпущенная под винтовочный патрон в 1951 году. Эта винтовка выпускается до сих пор в 13 странах мира и стоит на вооружении в 55 странах. Общий объём выпуска этой винтовки превысил 12 миллионов экземпляров.
На третьем месте американская М16. О ней два слова – эта винтовка стоит на вооружении 27 стран и выпущена в количестве более 10 миллионов экземпляров. Но изначально в ней использовался не промежуточный, а винтовочный патрон, хотя образец такого патрона у американцев был уже к началу войны. С 1982 года М16 переведена на малокалиберный патрон – как и все современные виды автоматов (у АК-74 калибр патрона 5,45, у М16 – 5,56 мм). И различия между штурмовой и автоматической винтовкой в определённом смысле стёрлись.
Наконец, на четвёртом месте в мире находится израильский автомат «Галил», созданный на основе автомата Калашникова. Он стоит на вооружении 15 стран мира…
Когда смотришь на все эти бомбардировщики, танки, автоматы, возникает неожиданная мысль. Из танка может получиться отличный трактор или вездеход. Истребитель может превратиться в спортивный самолёт, бомбардировщик – в пассажирский или в транспортный. Даже пушечный лафет, если снять с него ствол, можно использовать в качестве автомобильного прицепа… Как можно использовать автомат в мирных целях? Чтобы это не было связано со смертью? Ответ – никак.
Глава 17
Восточный экспресс – развитие пассажирского железнодорожного транспорта
Первые спальные вагоны появились в 1836 году в США на Пенсильванской железной дороге. Это были обычные проходные, не имеющие перегородок, вагоны, в которых Були устроены трёхъярусные полки. Пассажирам выдавались соломенные матрацы. Спального белья и подушек предусмотрено не было (кто хотел, брал бельё в дорогу сам).
Возможно, с этого момента и стоит вести отсчёт истории комфортабельных железнодорожных путешествий. Но Европа ещё долгое время, вплоть до 70-х годов XIX века разъезжала в вагонах английского типа, которые были разделены поперечными перегородками на три отделения, по шесть сидячих мест в каждом. Багаж забрасывали на крышу вагона. А сами вагоны подразделялись на три класса. Вагон второго класса, в отличие от вагонов первого, не имели застеклённых окон – пассажирам после путешествия долго приводить себя в порядок, избавляясь от частиц паровозного дыма. А в вагонах третьего класса были низкие потолки, что уменьшало и без того тесное внутреннее пространство.
Но Америка с её пространствами, не Европа. И первым это осознал американский промышленник Джордж Мортимер Пульман. Именно он построил первый в мире вагон современного типа – со всеми удобствами, мягким ходом и удобными салонами. Произошло это в 1864 году, когда из ворот завода Пульмана вышел первый поезд с вагонами класса «люкс».
В те времена любое более-менее дальнее путешествие можно было совершить лишь тремя способами – морем, если речь шла о припортовых городах, на конных экипажах и на пассажирских поездах. Дальний переезд на карете, да ещё и через весь материк – Европу или Америку – сопровождался множеством трудностей и лишений. Трястись по булыжным мостовым, вязнуть в лужах и дорожной грязи, ночевать на постоялых дворах – это мог выдержать далеко не каждый. А в Америке XIX века, в отличие от Европы, сервис находился в зачаточном состоянии. Заказать, к примеру, номер в гостинице можно было только явочным порядком, если, конечно, не воспользоваться услугами почты и не заказать гостиницу за пару месяцев до путешествия. Короче, нужен был такой железнодорожный вагон, который бы привлёк пассажиров комфортом, безопасностью и скоростью передвижения.
Пульмановский спальный вагон образца 1867 года – это мягкие сплошные диваны вдоль стен неразделённого перегородками вагона. На ночь с потолка на цепях опускались верхние полки, а пространство салона разделялось мягкими тканевыми перегородками на отсеки. Получались изолированные купе, в которых могли отдельно ночевать и дамы и джентльмены, не доставляя друг другу особых неудобств. Отдельно заметим, что старые вагоны с местами для сиденья вмещали около 60—70 пассажиров. Вместимость новых вагонов была меньше. Но и уровень комфорта был совсем иным! Очень скоро эти вагоны получили широкую известность по всем Соединённым Штатам, а само слово «Пульман» стало именем нарицательным – синонимом собственно спального вагона.
Бизнес Джорджа Пульмана процветал. И в 1872 году он начинает производство вагонов-столовых и вагонов-ресторанов. Первые были не более, чем закусочными на колёсах, но рестораны были настоящими ресторанами – с кухней, со помещениями для хранения продуктов, с роскошным залом для посетителей. Затем предприимчивый вагоностроитель изобретает ещё один тип вагона – смотровой или салон-вагон. У этих вагонов в задней части была устроена открытая веранда, на которой в креслах сидели пассажиры и любовались ускользающими видами. Салон-вагоны прицепляли к хвосту поезда. Предназначались они для богатых пассажиров, имели богатое убранство – ковры, хрусталь. Здесь же обычно стояло и фортепьяно, для любителей помузицировать или послушать игру специально нанятых хозяином поезда музыкантов.
В 1873 году пульмановские спальные вагоны появляются и в Европе. Но для Старого света Джордж Пульман конструирует специальный вагон. Именно в этих вагонах впервые появляются двух и четырёхместные купе с жёсткими перегородками. В купе два дивана, расположенных друг напротив друга. На ночь спинка дивана поднималась и закреплялась – получалась верхняя полка.
В 1882 году в Британии была основана новая компания – «Пульман Палас Кар Компании». А годом ранее между Брайтоном и Лондоном начинает курсировать «Пульман Лимитед Экспресс» – первый комфортабельный поезд, сформированный из вагонов высшего класса. К слову, в 1934 году, в эпоху расцвета железнодорожных путешествий, называемую «золотым веком» этот поезд получил имя «Брайтон Бель» – «Брайтонская красавица»… А к 1913 году по Англии курсировали пять поездов «пульман-класса».
У этих поездов есть собственные характеристики, которые выделяют их из общей массы пассажирских вагонов и составов. Длина поезда 240 метров, ещё 25 метров приходилось на локомотив. Вес состава 456 тонн, плюс 70 тонн вес локомотива. Пассажирами поезда «пульман-класса» могли стать 252 человека, которые могли расположиться в вагонах двух типов – двухместных со столиком (так называемые «сидячие») и четырёхместных с изолированными купе. Поскольку расстояния невелики, спальные пульмановские вагоны применялись только в континентальной Европе. Это были «вэгон-литсы», облегчённой, специальной конструкции, позволявшей перевозить их через Ла-Манш на специальных паромах для поездов… И здесь мы немного отвлечёмся.
Нет, на просторах нашей страны мы настоящих «пульманов» не увидим. Наши спальные вагоны – это далёкие потомки копий пульмановских спальных вагонов, скажем так, среднего класса. Поэтому конструкцию и убранство настоящего «пульмана» мы можем только представить. Или… увидеть во время поездки в Европу. Дело в том, что поезда «пульман-класса» ходят до сих пор – вместе со скоростными европейскими экспрессами. Они были уничтожены во время Второй мировой войны. Но не так давно они были восстановлены…
Наш рассказ о самом знаменитом поезде в истории железнодорожного транспорта – о «Восточном экспрессе», совершающем рейсы по странам Европы, в том числе и из Парижа в Стамбул – как это было задумано создателем «Ориент-экспресса» Джорджем Нагельмакерсом Бельгийским. В октябре 1883 года поезд, паровоз которого носил номер 505, отошёл от Страсбургского вокзала Парижа в Румынию, откуда должен был направиться в Константинополь (так тогда назывался нынешний Стамбул).
В поезде было пять вагонов – один багажный, два роскошных спальных «пульмана», огромный вагон-ресторан и специальный вагон для персонала. Пассажиров было немного – около сорока человек. Все они были специально приглашены в это путешествие Нагельмакером… Фигура этого человека более чем примечательна. Именно он выдвинул идею создания Трансевропейских маршрутов, для которых не существует политических границ. Поезда мира, поезда для любознательных и, конечно же, богатых путешественников. Нагельмакер заручился поддержкой короля Бельгии Леопольда II, основал компанию, но в 1905 году умер.
«Восточный экспресс» стал популярным и славился особым шиком и необычайно высоким уровнем комфорта. Маршрут «Ориент-экспресса» с годами менялся. Долгое время этот поезд был единственным средством добраться из Англии до Венеции. И его вагоны заполняли богатые англичане, покупавшие роскошные виллы в Италии. «Восточный экспресс» пользовался популярностью у банкиров, политиков, государственных деятелей. Он стал символом богатства и процветания. И ему пришлось принять самое непосредственное участие в двух мировых войнах.
Дело в том, что в одном из поездов «Восточного экспресса» был использован немцами в ходе осады Кампании в в ноябре 1918 года. Он был оставлен там в качестве памятника. И Гитлер, захвативший Францию, использовал вагон этого поезда, как место подписания унизительного для Франции мира 1940 года… В 1945 году войска СС сожгли этот поезд. Гитлер опасался, что его заставят подписать капитуляцию в том же памятном вагоне…
Первая мировая война остановила «Восточный экспресс» на годы. Но всё же он возродился в 20—30 годы. Затем ещё одна разрушительная война. И… «Ориент-экспресс» превратился просто в поезд, каких по Европе ходит сотни. К маю 1977 года бывший символ роскоши перевозил туристов и сезонных рабочих из Стамбула в Париж и обратно. В нём не было даже вагона-ресторана. Затем маршрут, называвшийся в то время «Прямой Ориент-экспресс» был закрыт.
Возрождение «Восточного экспресса» связано с именем энтузиаста-коллекционера Джеймса Шервуда. Он покупал «пульмановские» вагоны 20-х годов, которые, к слову, носят свои имена – Айон, Люсиль, Вера, Глен – восстанавливал и понемногу формировал новый состав, который должен был в точности повторять «Восточный экспресс» «золотого века». И это ему удалось. Шервуд восстановил 7 «пульманов» и 2 багажных вагона. Первое путешествие по маршруту «Лондон-Венеция» состоялось 25 мая 1982 года. И это был настоящий, тот самый «Ориент-экспресс»…
Легендарный поезд ходит по Европе до сих пор. Стоит это баснословных денег, но атмосфера, обстановка, сами вагоны, облуживание – всё соответствует оригиналу. Говорят, что пассажиры «Восточного-экспресса» не смеют войти в вагон в джинсах. Хотя правила гласят, что в этом поезде они «не должны выглядеть слишком нарядно».
Глава 18
Небоскрёбы
Строительство высотных зданий вовсе не заслуга века ХХ. Первым высотным зданием была Вавилонская башня, одно из Семи чудес света. Высотными сооружениями можно считать и египетские пирамиды, тоже относящиеся к «чудесам света». Наконец, Древний Рим, этот «Вечный город» был многоэтажным уже две тысячи лет назад. Правда, этажей было немного – не более четырёх или пяти. Но всё же, всё же…
Если бы мы могли взглянуть на Вавилонскую башню, какой она была на самом деле, мы бы увидели огромное, но приземистое здание, сужающееся в верхней части, этакий «дом-гору». Дело в том, что для того, чтобы здание получилось прочным и не рухнуло, строители вынуждены были рассчитывать его таким образом, чтобы стены нижних этажей выдерживали вес стен верхних этажей, а также вес межэтажных перегородок и кровли. Стены в этих зданиях, построенных по традиционной технологии, были несущими, именно на них приходился вес всей конструкции. Поэтому стены нижних этажей выполнялись толстыми, а верхних – тоньше, чтобы облегчить давление на основание здания. Пирамида – идеальная форма для высотного сооружения (недаром они стоят тысячи лет). Здесь вес распределяется таким образом, что детали вершины весят менее всего, а основание пирамиды обладает наибольшей прочностью. Высокие здания строились и в Средние века, но они тоже по конструкции напоминают пирамиды, то есть сужаются к верху…
Во второй половине XIX века на планете появляются города-гиганты. В их число входили крупнейшие мировые столицы – Лондон, Париж, Санкт-Петербург – и центры промышленности и торговли – Нью-Йорк, Чикаго. В Америке разрастание крупных городов было связано с удорожанием земли, на которой строились дома. К новым зданиям надо было подводить коммуникации, строит подъездные пути. С формированием больших городов выделялись престижные районы, в которых была сосредоточена деловая жизнь города, и дешёвые, в которых располагались трущобы или промышленные предприятия. Так или иначе, но в американских городах возникла проблема дороговизны земли. Застройщикам пришлось выбирать между освоением пригородных земель, куда потенциальных покупателей квартир надо было ещё привлечь, либо… каким-то образом уплотнять застройку.
Но что значит – «уплотнять»? Сокращать размеры тротуаров и дорог? Вырубать парки и закрывать бетоном русла рек, протекающих в черте города? Решение пришло с изобретением трёх важных вещей – эффективного водяного насоса, безопасного лифта и стального каркаса.
Дело в том, что до конца XIX века здания, которые были выше 6 этажей, было невозможно нормально эксплуатировать. На шестой жтаж не доходила водопроводная вода. Система городского водоснабжения была реализована при помощи водонапорной башни. В резервуар на башне насосами закачивалась вода, которая затем по трубам под естественным напором поступала в дома. Но высота домов при этом ограничивалась высотой башни. Для эффективного и бесперебойного водоснабжения нужен был мощный насос и двигатель, который бы приводил его в действие. Пока не появился надёжный и мощный электродвигатель, проблема была неразрешима.
Далее – на шестой этаж подниматься по лестницам было непросто. А если речь шла о деловом здании, то отсутствие подъёмников почти исключало использование высоких домов. Много ли набегаешься с бумагами по этажам?
Пассажирские лифты уже выпускались и применялись очень давно. Но все они могли поднимать людей на небольшую высоту и, главное, были весьма небезопасны. При обрыве троса, кабина с людьми падала в шахту. И предотвратить трагедию не могли самые изощрённые устройства и страховочные тросы. Помогло изобретение Элиша Грейвса Отиса (годы жизни 1811—1861), придумавшего автоматический лифтовый ловитель, срабатывающий при обрыве троса. После смерти основателя, компанию унаследовали сыновья Отиса. А вскоре лифты Отиса стали едва ли ни самыми известными в мире.
Но главное изобретение в области строительства высотных зданий было сделано американским архитектором Уильямом Ле Бароном Дженни. Он предложил изменить саму конструкцию здания. Отныне несущими становились не стены, а прочный стальной каркас, на который навешивались лёгкие стеновые панели. Стальной «скелет» позволяет строить очень высокие дома, не уменьшая их устойчивости и прочности.
Это было революционное изобретение. В 1883 году по проекту Дженни в городе Чикаго началось строительство первого в мире небоскрёба. Через два года, в 1885 году, строительство было закончено. Первым небоскрёбом стал «Хоум Иншуренс билдинг», в котором расположилось Чикагское страховое общество. Отныне все высотные дома, построенные по технологии Дженни, то есть со стальным несущим каркасом, относятся к небоскрёбам. Именно это яркое название закрепилось за этими домами-гигантами.
По современным меркам первый небоскрёб был не так уж высок, всего 9 этажей, хотя и немало поражал воображение современников. В 1891 году это здание было надстроено и получило ещё два этажа. Оно просуществовало до 1935 года. На момент сноса высота первого в мире небоскрёба достигала 55 метров.
Понемногу небоскрёбы стали появляться и в других крупных городах Америки. В 1891 году по проекту архитектора Луиса Салливана в городе Сент-Луис была построена 11-этажная «башня Уэйнрайта». А годом ранее появился и первый Нью-йоркский небоскрёб – «Ворлд билдинг». Это 20-этажное здание достигало высоты 94 метров. В дальнейшем строительство самых высоких небоскрёбов Америки было связано, прежде всего, с городами Чикаго и Нью-Йорком.
Самым старым небоскрёбом в мире считается Нью-йоркский «Парк роу билдинг» – 119 метров, 30 этажей. Оно построено в 1899 году и используется по сей день. Но первое в полном смысле высотное здание построено в Нью-Йорке в 1909 году. Это 213-метровый 50-этажный «Мет Лайф Тауэр», который тоже стоит до сих пор. Самыми величественными, самыми красивыми небоскрёбами Нью-Йорка можно считать «Крайслер билдинг», 319 метров, 77 этажей, постройки 1930 года, и, разумеется, 102-этажный 381-метровый «Эмпайр Стейт билдинг», небоскрёб в стиле «Ар деко», возведённый в 1931 году.
Конечно, мы не можем не вспомнить погибшие в 2001 году башни-близнецы Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. 110 этажные 417 метровые здания были построены в 1972 году. Два года они были самыми высокими домами в мире. В 1974 году первенство перехватил чикагский небоскрёб «Сирс-Тауэр», построенный в 1974. В этом здании 108 этажей, а высота его 443 метра. После трагедии 14 сентября 2001 года «Сирс-Тауэр» самое высокое здание на территории Северной Америки.
В 70-е годы в «высотную гонку» строительства небоскрёбов включились многие страны мира. При этом небоскрёбами не считаются телевизионные и иные башни, не являющиеся жилыми, деловыми или производственными зданиями.
В наши дни небоскрёбы есть на всех континентах, исключая, конечно, Антарктиду (этот континент сам по себе гигантский природный небоскрёб – из-за толстого ледового панциря). В Южной Америке самым высоким зданием является 56-этажный 221-метровый «Парк Сентрал Торе Ест» в Каракасе. В Австралии – мельбурнский 52-этажный «120 Коллинз стрит» высотой 264 метра. В Африке самым высоким небоскрёбом считается 50-этажный «Карлтон Центр Офис Тауэр» в Йоханнесбурге – его высота 223 метра. В Азии – построенный в 2003 году в столице Тайваня «Тайбэй 101». На сегодняшний день это самое высокое здание мира. Его высота 508 метров, а количество этажей – 101. Это огромное здание помимо прочего ещё и очень красиво. В нём угадываются черты традиционной китайской архитектуры…
А что же Европа? Есть здесь небоскрёбы? Конечно, есть. Самое высокое здание Европы находится в Москве. Это построенный в 2005 году «Триумф-Палас», 54-этажный 264-метровый красавец, настоящее украшение столицы нашего Отечества.
Глава 19
Забытые изобретения – граммофон, патефон и электрофон
История изобретения звукозаписи связана с именем Томаса Альва Эдисона (годы жизни 1847—1931). 19 февраля 1877 года уже знаменитый на весь мир Томас Эдисон, автор множества изобретений, главным из которых можно считать создание первой в мире научно-исследовательской лаборатории в Менлон-Парке, штат Нью-Джерси, полностью укомплектованной научными кадрами и ориентированную на разработку и внедрение в производство любой технической продукции, получил патент номер 200521 на аппарат для записи и воспроизведения голоса – фонограф. Как это ни удивительно, но изобретение Эдисона появилось совершенно неожиданно. До него никто не работал над прибором для звукозаписи. Людям просто в голову не приходило «законсервировать звук». А разного рода музыкальные шкатулки и шарманки казались вполне достаточными для воспроизведения «механической музыки» игрушками. Случай просто поразительный – фонограф Эдисона появился ещё до того, как появилась реальная потребность в звукозаписи. Можно сказать, что фонограф эту потребность и породил.
Устроен фонограф был следующим образом.. Звуковые колебания воздуха воздействовали через рупор на металлическую мембрану, механически соединенную с записывающим резцом (иглой). Носителем был вращающийся валик с надетым на него слоем оловянной фольги, покрытой, в свою очередь, воском. Фонограф был снабжен пружинным механизмом, приводившим во вращение валик и перемещавшим резак (вместе с мембраной и рупором) вдоль поверхности валика. Звуковые колебания передавались резцу, который оставлял на восковой поверхности дорожку. При воспроизведении игла считывала неровности дорожки, приводила в движение мембрану – из рупора раздавался записанный на валик звук… Кстати, самой первой в истории фонограммой стала запись детской песенки «У Мэри был барашек».
В 1888 году американский изобретатель Эмиль Берлинер (годы жизни 1851—1929) изобрёл граммофон и технологию массового производства граммофонных пластинок. Вместо воскового валика Берлинер применил в своём граммофоне односторонние пластинки (то есть звуковая дорожка была нанесена лишь на одну сторону), изготовленные из стекла. После множества экспериментов с разными смолами и целлулоидом, в 1897 году изобретатель нашёл новый материал, который как нельзя лучше подходил для тиражирования звукозаписей. Пластинки стали изготавливать из смеси шеллака – воскоподобного вещества, выделяемого тропическими насекомыми семейства лаковых червецов, шпата и сажи. Запись звука производилась в специализированной студиях, а тиражирование – промышленным способом путем прессования с эталонного мастер-диска. Звук же с пластинки воспроизводился стальной иглой, которая передавала колебания мембране. Колебания мембраны усиливались большим рупором обычно картонным.
Самой первой фабрикой по производству грампластинок стала компания Victor – «Победитель». Она располагалась в американском городе Кемдене. Удивительно, но эта компания существует до сих пор, и все мы прекрасно знакомы и с её продукцией, и с её разработками. Современная компания JVC – Japan Victor Company – есть ни что иное, как японский филиал Victor. Именно JVC принадлежит разработка видеомагнитофона системы VHS, домашнего кассетного видео, покорившего весь мир и только в последние годы уступившего пальму первенства системе оптической цифровой видеозаписи DVD.
Что же касается тех первых грампластинок, выпущенных на американский рынок на рубеже веков, то они выглядели совсем иначе, нежели известные всем грампластинки. Звуковая дорожка раскручивалась не от края к центру, а наоборот – от центра к краю. А в центре пластинки было не одно круглое отверстие, а два. То есть вращающийся тяжёлый диск, на который укладывалась пластинка, имел пару выступов, на которые и насаживалась грампластинка. Современный вид граммофонная пластинка получила уже в ХХ веке.
Граммофон был уже самым настоящим проигрывателем, а не универсальным звукозаписывающим устройством, каким был фонограф Эдисона. Казалось бы, сужение функциональности должно было привести к снижению интереса покупателей к граммофону. Но произошло обратное – спор на граммофоны и на грампластинки был просто колоссальным. В 1897 году граммофоны появились и в России, а вместе с ними и специализированные фирмы, торговавшие грамзаписями. С тех пор и до ввода в производство грампластинок новых материалов, компании, торгующие грамзаписями, осуществляли приём старых грампластинок в обмен на новые, которые можно было купить со значительной скидкой. Не будем забывать, что основой грампластинки был органический материал шеллак, который был достаточно дефицитен.
Секрет успеха заключался в том, что собственно запись голоса или каких-либо иных звуков в быту была мало кому нужна. Примерно то же происходит и в наше время, достаточно посмотреть на объёмы производства диктофонов и музыкальных плееров, которые отличаются в сотни раз. Покупатели грампластинок приобретали не просто звуковую запись на пластинке, они покупали музыку, голоса оперных певцов и театральных актёров. Значение появления грамзаписи невозможно переоценить. Грампластинка изменила само понятие музыкального искусства, сделав его доступным не только посетителям музыкальных салонов и оперных театров, но миллионам и миллионам людей по всему миру.
Особой заслугой граммофона можно назвать то, что именно благодаря грамзаписи мы можем услышать голоса далёкого прошлого. Да что там – можем! Каждый из нас наверняка знает голос Фёдора Ивановича Шаляпина (годы жизни 1873—1938). А глубокий бас Шаляпина дошёл до нас только на грампластинках. И мы, услышав его по радио, тут же узнаём… А голос Есенина? А голос Маяковского? А голоса Эдит Пиаф и музыка Гленна Миллера?
И всё же были у граммофона серьёзные недостатки. Главный из них – огромный рупор, превращающий проигрыватель в аппарат салонный и практически нетранспортабельный. И вот, в 1907 году, сотрудник французской звукозаписывающей компании «Пате» Гильотен Кеммлер предложил конструкцию портативного варианта граммофона, названного по имени компании «патефон». В отличие от граммофона патефон не имел усиливающего звук рупора. В качестве рупора работал полый корпус проигрывателя – как резонатор звуковых колебаний. Для изменения конструкции особых усилий и не требовалось (но надо было до этого додуматься). В граммофоне мембрана соединялась с рупором посредством специальной полой трубки через шарнир, чтобы не ограничивать движения звукоснимателя с иглой и мембраной. Но рупор обладал большими размерами, а это соединение с мембраной увеличивало риск повреждения пластинки при неосторожном касании. В одной из конструкций 1902 года граммофон был устроен так, что мембрана соединялась с полым деревянным основанием, в котором устанавливался и пружинный заводной привод диска, а основание – с рупором. Деревянный корпус выполнял функции усилителя звука. Ну а затем оставалось только подобрать объём и материал самого корпуса, а раструб рупора попросту убрать…
Эпоха патефонов, которые, кстати, выпускались не только компанией «Пате», растянулась до середины 50-х годов ХХ века. Последний серийный патефон был выпущен в 1955 году. А затем ему на смену пришли электронные устройства – электрофон и радиола, которые выпускались различными компаниями ещё с 30-х годов.
Основные изменения коснулись не только акустической части – в электрофоны были введены электронный усилитель и динамическая головка – но и самой системы считывания звуковой дорожки грампластинки. В граммофоне, а затем и в граммофоне использовалась стальная игла с коническим остриём. Она колебалась, повторяя форму звуковой дорожки грампластинки и была механически связана со звуковоспроизводящей мембраной. Пластинка вращалась со скоростью 78 оборотов в минуту (в патефоне скорость поддерживалась инерционным регулятором), на стандартной «большой» пластинке диаметром 300 мм (были ещё пластинки половинного размера – синглы, которые появились позже) умещалось композиция длительностью до 5 минут. Так вот, стальной иглы хватало для проигрывания пластинки с двух сторон, то есть на 10 минут. Затем игла притуплялась, начинала портить звуковую дорожку, и иглу заменяли. Поэтому вместе с пластинками меломаны первой половины ХХ века покупали коробочку с патефонными иглами.
В электрофонах колебания иглы преобразуются в электрические колебания, которые усиливаются и снова переводятся в механические колебания диффузора динамической головки. В самых первых электрофонах и радиолах (напомним, что радиола – это комбинированное устройство, состоящее из радиоприёмника, проигрывателя грампластинок, с общим электронным усилителем и акустической системой с динамической головкой) применялись громоздкие звукосниматели со стальной иглой, соединённых с сердечником электромагнитного преобразователя. Но потом был изобретён пьезоэлектрический преобразователь на основе кристалла переменного сопротивления. Игла создавала переменное давление в кристалле, изменяя силу тока в считывающем контуре звукоснимателя. Затем эти колебания усиливались электронным ламповым усилителем, соединённым с динамической головкой. Иглу звукоснимателя стали делать несменными и изготовлять из твёрдых материалов – корунда и алмаза. Была изменена и форма иглы, конусное остриё получило сферическую поверхность, что снижало износ пластинки. Срок службы корундовой иглы составлял уже 150 часов, а алмазной – до 1500.
И снова возникла проблема – новые электрофоны нуждались в более качественных звукозаписях, чего шеллачная пластинка не могла обеспечить. Для производства грампластинок нового типа был использован поливинилхлорид – полимерный материал, который мы сейчас называем «винилом», гораздо более дешёвый в производстве, более пластичный и прочный. Шеллачные пластинки отличались большим весом и хрупкостью. Но главное, они были крайне недолговечны, не выдерживали нагрева, трескались на холоде. Применение «винила» привело к самому настоящему технологическому скачку в грамзаписи. Появилась возможность снизить скорость вращения пластинки, добившись тем самым увеличения длительности звучания (сейчас бы мы сказали «информационной ёмкости»). Виниловые пластинки получили две скорости вращения – 45 и 33 оборота в минуту. Звучание «большой» пластинки увеличилось до 22 минут на каждой стороне. К концу пятидесятых годов производство шеллачных грампластинок было свёрнуто. Сошёл со сцены и патефон, прослужив верой и правдой более полувека.
В конце 50-х годов ХХ века технология грамзаписи взяла свою последнюю вершину – стереофоническое звучание. Стереозвук – это два независимых акустических канала, левый и правый, которые при воспроизведении дают эффект объёмного звучания. При записи звука используются два микрофона и комбинированный резак, имеющий две режущие поверхности. Левая режущая часть резака, повторяющая звуковые колебания левого микрофона нарезает волнообразную левую поверхность общей звуковой дорожки, правая часть – правую поверхность звуковой дорожки. Затем готовая запись тиражируется с использованием мастер-диска и пресса. При воспроизведении стереофонической грамзаписи используется комбинированная игла, воспринимающая колебания звуковой дорожки грампластинки с двух сторон…
Век грамзаписи закончился в 1979 году, хотя никто этого ещё не знал. Именно тогда были разработаны и общие принципы, и технология цифровой звукозаписи на оптические носители – компакт-диски. При цифровой записи полностью устранялись все врождённые недостатки грампластинки – зависимость качества звука от износа звуковой дорожки, чувствительность к пыли, быстрый и непоправимый механический износ, хрупкость, большие размеры и так далее. Понадобилось всего десять лет, чтобы «виниловая» пластинка прекратила существование. В наши дни грампластинки и электронные проигрыватели для них выпускаются в ограниченных количествах – для коллекционеров, ценителей традиционных технологий, меломанов со специфическими требованиями к качеству звучания и ди-джеев дискотек. Но возвращения механической грамзаписи ждать не стоит. Это давно ушедшая и даже уже забытая технология.
Глава 20
Радиовещание
У истоков радиовещания мы обнаружим множество великих имён, но, прежде прочих, имя Гульельмо Маркони, Карла Брауна и Ли де Фореста. Гульельмо Маркони (вспомним годы его жизни – 1874—1937), как мы уже говорили, изобретатель радио. Немецкий физик Карл Фердинанд Браун (годы жизни 1850—1918) создатель кристаллического детектора. Ли де Форест (годы жизни 1873—1961) в 1906 году изобрёл триод, который применялся в качестве лампового детектора и усилителя. В 1909 году Маркони и Браун за изобретение радио получили Нобелевскую премию. Уже тогда, на самом раннем этапе развития радиосвязи, любителям техники стали доступны примитивные, но вполне работоспособные радиоприёмники на основе кристаллического детектора Брауна – прибора, преобразующего колебания радиоволн в колебания звуковой частоты. Простота схемы приёмника и основного его узла – детектора (кристалл можно было «выращивать» в домашних условиях) обеспечили быстрое распространение любительского радиоприёма по всему миру. Огромное количество людей вслушивались в эфир, стараясь уловить морзянку с какого-нибудь корабля или отдалённой радиостанции. В популярных газетах и журналах открывались радиолюбительские рубрики, появлялись популярные статьи о новейших достижениях (как сегодня в массовых изданиях часто пишут о компьютерах, Интернете и сотовой связи). Всё это подогревало интерес широкой публики, а следом и электротехнических компаний, почувствовавших, что радио может принести огромные прибыли.
Но морзянка – это морзянка. Для обеспечения устойчивой радиосвязи она подходила лучше всего. Но гораздо удобней слышать в радиоэфире человеческий голос… Первые опыты радиотелефонии были проведены Александром Степановичем Поповым, русским изобретателем радио, и его учеником молодым московским физиком С. Я. Лифшицем в 1903 году. А в 1904 году на Всероссийском электротехническом съезде они продемонстрировали передачу речи на расстояние в 2 километра. Однако искровой передатчик плохо подходил для голосовой связи – речь была едва различима. Первый работоспособный радиотелефонный радиопередатчик был создан немецким конструктором Александром Мейсснером в 1913 году.
Параллельно с технологией передачи радиосигналов развивалась и технология радиоприёма. Детекторный приёмник был прост и доступен, но не обеспечивал достаточного усиления и избирательности – вместо устойчивого радиоприёма радиолюбитель чаще слышал эфирные шумы и помехи. Ситуация изменилась с изобретением в 1912—1913 годах регенеративной схемы радиоприёмника (с обратной связью). У этого изобретения множество авторов, работавших независимо друг от друга. Мы расскажем об одно – об американском учёном и изобретателе Эдвине Хауарде Армстронге (годы жизни 1890—1954).
Роль этого человека в истории развития радио огромна. По количеству и значимости его изобретений Армстронга можно сравнить, разве что, с Томасом Эдисоном. Экспериментируя с аудионом (вакуумным триодом) Ли де Фореста, Армстронг первым понял, что эту лампу можно использовать для усиления радиосигнала в 1000 раз, если заставить её работать по регенеративной схеме. При этом он обнаружил, что в режиме обратной связи (регенерации) приёмник сам становится генератором радиоволн. Это было эпохальное открытие, положившее начало радио, а затем и телевещанию.
Заслуги Армстронга были оценены американским Институтом радиоинженеров, который в 1917 году наградил изобретателя медалью «Почёта». Однако, началась 20-летняя судебная тяжба, в результате которой в 1937 году Верховный суд США установил приоритет в данной области за Ли де Форестом. Армстронг тут же попытался вернуть медаль, но Институт радиоинженеров отказался её принять обратно и даже выпустил специальный документ, подтверждающий факт награждения.
К слову, ни Маркони, ни Ли де Форест, не верили в саму идею радиовещания. Маркони говорил, что «краеугольным камнем» его беспроволочного телеграфа должна оставаться азбука Морзе, а Ли де Форест – что коммерческое радиовещание «лишит радио его важнейших жизненных сил и уничтожит все, что есть в нем полезного».
В числе заслуг Армстронга изобретение частотной модуляции (апрель 1935 года) и супергетеродина (1921 год), схемы, по которой построены почти все современные радиоприёмники. Множество усовершенствований и технических деталей, без которых радиовещание (и, повторяем, телевизионное вещание) было бы попросту невозможным. Армстронг выдавал одно изобретение за другим. И все они тут же внедрялись в производство, порой без соблюдения авторских прав изобретателя. После многолетней и безрезультатной тяжбы с корпорацией RCA, возглавлял которую, к слову, друг и многолетний соратник Армстронга (или наоборот – кто был соратником, а кто основным лицом в данном случае совершенно неважно) Дэйв Сарнов, о котором разговор отдельный, в ночь с 31 января на 1 февраля 1954 года выдающийся учёный, чьё имя золотыми буквами уже было вписано в историю мировой науки и техники, Эдвин Хауард Армстронг свёл счёты с жизнью…
Немного отвлечёмся и поговорим о самом радиовещании. В чём его принципиальные отличия от радиосвязи? Радиосвязь – это сеанс передачи информации между двумя сторонами, принимающей и передающей. Диалог, в ходе которого сообщения отправляются в ту или иную сторону. Радиовещание это вещание одного со всеми, радиостанции со всеми радиослушателями планеты, которые способны принять радиосигнал своими приёмниками. Радиовещание – разговор со всеми сразу, пусть и односторонний (хотя в наше время слушатели могут позвонить в студию по телефону и, таким образом, реализовать возможность обратной связи). Мощнее средство развлечения, рекламы и, что немаловажно, пропаганды. До широкого распространения телевидения, радио было основным развлечением и источником информации для миллионов и миллионов людей. Не уменьшилась роль радио и сегодня, поскольку главное преимущество радио – его можно слушать «вполслуха», не отвлекаясь от другой деятельности. Телевизор требует того, чтобы мы всё оставили и сидели у экрана. Радио же люди слушают за работой, в пути, дома. Это информационный, развлекательный, познавательный и информационный фон нашей жизни…
Первая радиовещательная станция появилась 2 ноября 1919 года в американском городе Питсбурге. В 1922 году радиовещательных радиостанций в США было уже 30, а в 1924 году – около 500. До 1935 года все радиостанции вещали исключительно с использованием амплитудной модуляции. Чтобы понять трудности, связанные с этим видом модуляции, достаточно включить радиоприёмник на коротких, средних или длинных волнах. Большая дальность приёма, но плохая разборчивость голоса и множество помех – вот что такое АМ. Частотная модуляция (ЧМ) многократно увеличивает акустическое качество радиопрограммы, но приём-передача возможны только в диапазоне ультракоротких волн, которые распространяются прямолинейно, в зоне прямой видимости. Изобретение Армстронга, в реализацию которого он вложил более миллиона долларов личных средств, перевернула все представления о принципах радиовещания. Ещё в 1924 году авторитетный американский учёный-физик Карсон заявил, что «от радиошумов, как от бедности, никогда не удастся освободиться». И ни у кого это высказывание не вызывало сомнений. Но в 1939 году, спустя 4 года после удачного эксперимента – передачи модулированного ЧМ радиосигнала с антенны, установленной на шпиле Нью-йоркского небоскрёба «Эмпайр Стейт билдинг», в США работали уже 5 радиостанций, использовавших частотную модуляцию. Радиовещание приобрело современные черты…
История радиовещания – это ещё и история старых ламповых радиоприёмников. Многие ли из нас, живущих в третьем тысячелетии, представляют себе, как здорово звучали старые немецкие радиоприёмники и их послевоенные аналоги, выпускаемые в СССР? Разве что коллекционеры и фанаты этой удивительной техники… И здесь самое время рассказать одну любопытную историю.
В начале 30-х годов вице-канцлер фашистской Германии и министр пропаганды Йозеф Геббельс пригласил специалистов в области радиовещания и поставил перед ними задачу создать такой радиоприёмник, который бы «гипнотизировал» слушателя, удерживал его возле приёмника, воздействовал так, чтобы радиопередачу хотелось слушать бесконечно. Цель понятна – пропаганда идей фашизма через трансляцию речей Гитлера (который, к слову, был способным оратором). За реализацию этой задачи взялась компания «Телефункен». И она добилась весьма впечатляющих результатов.
Эти радиоприёмники (множество моделей) работали в амплитудной модуляции в диапазонах средних, длинных и коротких волн, которые, в свою очередь, были разделены (для точной настройки на станцию) на несколько растянутых поддиапазонов. Сама технология «мягкого звука» была реализована в нескольких устройствах. Динамическая головка для более мягкого хода диффузора была оснащена схемой подмагничивания, резонатором был деревянный корпус приёмника. В усилителе звуковой частоты нижняя часть спектра звуковых частот усиливалась, обеспечивая сочный бас, средняя часть спектра была «провалена» на 13 децибел, а верхняя часть спектра, выше 6800 Гц, срезалась специальным фильтром. В те годы высокочастотной составляющей звука в радиопередачах не было. И этот фильтр полностью устранял шумы и свисты, неизбежные при амплитудной модуляции.
Специалистами «Телефункен» была проделана огромная исследовательская работа в области психоакустики. Учёные ставили эксперименты, анализировали результаты, стараясь понять, как человеческий слух воспринимает ту или иную спектральную окраску звука. Результаты оказались весьма убедительными – неугасающая до сих пор слава немецких радиоприёмников говорит сама за себя. Те немногочисленные образцы, которые до сих пор (вот уже около 70 лет!) работают в домах коллекционеров, звучат по-прежнему великолепно, несмотря на, казалось бы, совершенно непростительное отсутствие «верхов».
Вывезенные после войны в СССР технологии позволили наладить производство высококачественных радиоприёмников и у нас. Звучание советских приёмников было очень похоже на звучание тех легендарных «Телефункенов». Поэтому отечественные радиоприёмники 50-х годов прошлого века тоже стали объектами коллекционирования. Сегодня они ценятся знатоками не меньше их немецких прародителей.
Глава 21
Радиосвязь – профессионалы и любители
Самих изобретателей радио Попова и Маркони можно в определённой степени считать первыми радиолюбителями-экспериментаторами. Но очень скоро радио стало использоваться в профессиональных областях и, прежде всего, на флоте. Вот одна примечательная история, связанная с именем Дэйва Сарнова, сделавшего очень много для развития радиовещания и телевидения. Это история первой в мире радиограммы SOS – просьбы о помощи с борта терпящего бедствие корабля…
Давид Сарнов (годы жизни 1891—1971) родился в Белоруссии, в маленьком бедном местечке под Минском. В 1900 году семья Сарновых эмигрировала в Америку – сначала в Олбани, затем в Нью-Йорк. С этим великим городом и будет связана вся долгая жизнь Сарнова, который в Америке стал именоваться на здешний лад – Дэйв Сарнофф. Выходец из очень бедной еврейской семьи, Дэйв очень рано стал зарабатывать – мальчиком при лавке, разносчиком газет, хористом в синагоге. Отец настаивал на религиозном образовании сына, но у Дэйва просто не хватало времени на изучение Торы – надо было помогать кормить большую семью.
Переехав в Нью-Йорк Сарновы понемногу встали на ноги. Дэйв работал и параллельно посещал вечернюю, а потом воскресную школу, постигая азы грамоты. Все заработанные деньги он отдавал родителям, оставляя себе полтора доллара в неделю. Его мечтой был собственный телеграфный аппарат. Он очень хотел изучить азбуку Морзе. Его кумиром был Томас Эдисон, человек со схожей судьбой – тоже эмигрант, тоже бросивший школу, тоже торговавший газетами.
Работая рассыльным в компании «Маркони», Сарнов обратился с начальством с просьбой перевести его на должность телеграфиста. Ему устроили экзамен – скорость работы была поразительной. И Дэйв стал штатным телеграфистом компании «Маркони»…
14 апреля 1912 года Дэйв Сарнов дежурил на верхнем этаже Нью-йоркского складского помещения компании. И вдруг телеграф принялся отстукивать тревожные сигналы SOS – это были призывы о помощи с тонущего «Титаника». Сарнов тут же разослал сообщение о катастрофе в редакции крупных газет, а затем принялся выстукивать позывные корабля. Но «Титаник» молчал. Величественный корабль затонул… Но тут раздались позывные парохода «Карпатия», спешившего на помощь к месту гибели «Титаника». Сарнов принимал и отправлял важные сообщения, не отходя от аппарата 72 часа подряд. В эти трагические дни он стал связующим звеном между томящимися в неведении людьми на континенте и спасателями. Компания «Маркони» приобрела особую известность, а имя Сарнова не сходило со страниц газет. Вскоре Дэйв получил повышение – из простого оператора он превратился в помощника менеджера самой крупной радиокомпании мира.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=70915207) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.