14 марта 1728 года родился русский Иван Ползунов,изобретение которого опередило паровик англичанина Уатта
Технический прогресс до некоторой степени предопределен: трудно представить цивилизацию, которая вышла бы в космос, не овладев использованием электричества или не зная, что такое реактивное движение. Многие законы природы формулируются почти одновременно двумя учеными, жившими в разных странах — вспомним хорошо известный благодаря школьной программе закон Бойля — Мариотта. В науке подобное происходит настолько часто, что для этого даже придуман специальный термин — «множественное открытие». Он используется, когда речь идет о сделанных независимо друг от друга и более или менее одновременных открытиях.
Открытие двухцилиндровой паровой машины, которое обычно приписывается англичанину Джеймсу Уатту, трудно назвать множественным — хотя бы потому, что русский мастер Иван Ползунов создал ее почти на двадцатилетие раньше. Однако в мире первооткрывателем считается именно Уатт, и причины тут самого разного характера. Во-первых, именно его паровая машина нашла коммерческое применение и была растиражирована сперва в Великобритании, а затем и по всему миру — другими словами, она, а не «огненная машина» Ползунова стала прародительницей и законодательницей мод в мире пара. Во-вторых, Россия для Европы довольно долго оставалась экзотической периферией — из-за культурных барьеров и неразвитой в те времена российской научной публицистики мир о машине Ползунова узнал с запозданием и воспринимает ее сейчас как забавный курьез.
Если уж быть совсем честным, то изобретателем, который первым заставил пар выполнять работу, был не Джеймс Уатт и даже не Ползунов, а древний грек Герон Александрийский, который около 130 года до нашей эры создал так называемый эолипил — примитивную паровую турбину. Внутрь полой сферы под давлением поступал пар, затем механик открывал две соединенные со сферой Г-образные трубки, из которых пар начинал вырываться, заставляя сферу вертеться с бешеной скоростью — современные инженеры, воссоздавшие эолипил, убедились, что «турбина» могла делать до 3600 оборотов в минуту! Однако эолипил так и остался забавной игрушкой — Герон, известный многими полезными изобретениями, например устройствами для открывания дверей, не придумал ему никакого практического применения. История эолипила прекрасно иллюстрирует, насколько судьба открытия зависит от развития общества — например, востребованности нового механизма экономикой. В судьбе ползуновской машины это обстоятельство сыграло не последнюю роль.
Паровая машина Ползунова. Источник: Политехнический музей
Чертово колесо
Иван Иванович Ползунов родился в 1729 году в солдатской семье в Екатеринбурге, который оказался старше своего гениального сына лишь на 6 лет. Екатеринбург возник как город-завод: сановник и знаменитый историк Василий Татищев создал здесь крупнейшее в стране железоделательное производство. Завод был передовым: по техническому оснащению ему не было равных в Европе. В течение нескольких лет рядом с ним возникли Монетный двор, который обеспечивал государство медной монетой, и Гранильная фабрика, изделия которой пополняли сокровищницы царского двора и богатейших дворян Санкт-Петербурга, украшали туалеты европейских богачей.
Царь Петр, конечно же, не мог знать, что указом об основании железоделательного завода он предопределил судьбу одного из самых талантливых изобретателей России. Завод нуждался в рабочих руках, и Ваня, овладев в арифметической школе азами математики, поступил туда «механическим» учеником к мастеру Никите Бахореву. Мальчик оказался вундеркиндом — он освоил горную науку настолько хорошо, что уже в 20 лет получил необычайно ответственное задание. Молодого специалиста послали на Колывано-Воскресенские заводы Алтая, где добывали золото и серебро для казны. Талантливому горному мастеру было поручено разведать залежи руды в окрестностях реки Чарыш, чтобы выбрать место для строительства новых заводов. Ползунов успешно составил карту рудников. Однако занимала его помыслы не горная разведка, а сама работа заводов.
Для большинства операций, которые выполнялись в те времена на заводах, в качестве источника энергии использовалась физическая сила рабочих или лошадей (современный человек, знающий, что мощность его автомобиля измеряется в лошадиных силах, обычно не задумывается, что употребляться этот термин стал именно на промышленных предприятиях, где ими измерялись затраты сил на конкретные операции). Ползунов искал природную силу, которая могла бы заменить мускулы. На ум приходили только ветер и вода. Ветер не годился потому, что давал слишком мало энергии, которую можно было бы с пользой применить в заводских работах. Бурные алтайские и уральские реки предлагали куда более заметную мощь — на многих из российских заводов источником энергии для работы воздуходувных мехов и молотов, кующих металл, служило именно водяное колесо. Ползунов некоторое время экспериментировал с водяными двигателями — так, в 1754 году молодой изобретатель построил «вододействующую лесопилку». Здесь он не был первопроходцем — первая такая лесопилка в России была построена еще в 1720 году создателем Вышневолоцкой водной системы Михаилом Сердюковым. Скорее всего, Ползунов построил ее по инженерным книгам, которые пачками выписывал из Петербурга.
У водяного колеса долгая и заслуженная история: впервые начали его использовать еще в Вавилоне, а в России оно не утрачивало популярности до самой революции — в 1917 году в России «трудились» 46 тысяч водяных колес, суммарная мощность которых составляла около 40% от всей мощности промышленных источников энергии (как ни крути, а есть, за что благодарить дедушку Ленина с его лозунгом об электрификации всей страны). Однако недостатки этого приспособления были очевидны еще в XVIII веке: строить заводы и фабрики можно было только вблизи крупных рек, что накладывало ограничения на масштабы производства, вдобавок создавая дополнительные расходы на транспортировку материалов — руды, дров и т.п.
Однако вода способна двигаться не только в русле реки — с помощью огня ее можно было заставить бежать по трубам с огромной силой. Помыслы Ползунова заняла «огненная машина», которая могла бы заменить водяное колесо. «Сложением огненной машины водяное руководство пресечь и его, для сих случаев, вовсе уничтожить, а вместо плотин за движимое основание завода ее учредить так, чтобы она была в состоянии все наложенные на себя тягости, каковы к раздуванию огня обычно к заводам бывают потребны, носить и, по воле нашей, что будет потребно, исправлять» — так он определит свою задачу в «прожекте», который увенчает его имя славой.
Схема парового насоса Севери, 1702 год
Сооружение колосса
Здесь требуется уточнение — первым Ползунов изобрел двухцилиндровую паровую машину непрерывного действия. Дело в том, что просто паровые машины создавались с самого начала XVIII века, и изобретение Ползунова не возникло на пустом месте. Он, конечно же, не мог не знать о паровом насосе системы англичанина Томаса Севери, который Петр I в 1717 году закупил для снабжения водой фонтанов Летнего сада. Машина Севери была беспоршневой — при помощи нагнетания пара она двигала воду по трубам, создавая струи. А вот пароатмосферная машина другого англичанина (опять же Томаса, кстати) — Ньюкомена — уже была однопоршневой. Давление пара в ней было невысоким, и работать она могла только насосом, зато именно она определила дальнейший путь развития паровых машин. Кстати, одна из машин Ньюкомена работала в 1720-е годы на рудниках близ Кëнигсберга. Все эти паровые насосы, использовавшиеся в основном для откачки воды из шахт, описывались в книгах о рудном деле, которые были доступны в России — там приводились их чертежи, по которым можно было понять принцип их действия.
Именно эти разработки и послужили Ползунову базой для его собственных чертежей. В 1763 году он представил их в Колыванско-Воскресенскую канцелярию. Чиновники на себя ответственность брать не стали и переслали бумаги в столицу. Проект паровой машины рассматривался Кабинетом Ее Величества. Ползунову повезло — «прожект» попал в руки президенту Берг-коллегии, занимавшейся горной промышленностью, весьма образованному человеку Ивану Шлаттеру. Тот дал высочайшую оценку изобретению Ползунова: «сей его вымысел за новое изобретение почесть должно», доложив о нем императрице Екатерине Второй. Резолюция по «прожекту» была принята через год: императрица восхитилась найденным Ползуновым решением, распорядилась произвести его в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика», наградить 400 рублями, а главное — благословила на сооружение машины, приказав «людей давать столько, сколько у него работы случится».
К весне 1766 года Иван Ползунов с четырьмя учениками построил машину на Барнаульском заводе на Алтае. Она имела поистине циклопические размеры — была высотой с трехэтажный дом, а некоторые детали весили 2,5 тонны. Работала она так: вода нагревалась в котле, склепанном из металлических листов, и, превратившись в пар, поступала в два трехметровых цилиндра. Поршни цилиндров давили на коромысла, которые соединялмсь с мехами, раздувавшими пламя в рудоплавильных печах, а также с водяными насосами-распределителями. Наличие двух поршней позволяло сделать процесс работы непрерывным. Была предусмотрена автоматическая подача в котел подогретой воды.
Вот только сам Ползунов в действии свое детище так и не увидел — более года трудясь над чертежами, а затем над самой машиной, изобретатель подорвал свое здоровье и подхватил чахотку, лекарства от которой в те времена не было. Он скоропостижно скончался 6 (27) мая 1766 года в возрасте всего 38 лет.
Паровая машина из музея Барнаула.
Уатт не виноват
Машину запустили уже без Ползунова, в августе того же года. Она работала в течение 43 суток, днем и ночью, обеспечивая плавку металла в рудоплавильных печах. За это время она не только окупила затраты на свое строительство — 7200 рублей, но и дала сверх этого 12 тысяч рублей прибыли.
Однако преждевременная смерть изобретателя отразилась на судьбе его детища самым прискорбным образом — когда в ноябре того же года возникли течи из цилиндров и самого котла машины, ученики инженера безуспешно пытались устранить проблему, оборачивая поршни берестой. Будь Ползунов жив, он, конечно же, понял бы, что первый блин вышел комом и нужно не ремонтировать старую, а строить новую машину, конструкция которой могла бы выдерживать длительный нагрев. Ученики его авторитетом не обладали, и убедить заводское начальство построить новый паровой двигатель им не удалось. Остановившийся гигант простоял на заводе 14 лет, а потом его разобрали и увезли. Место, где он стоял, фабричный люд прозвал «ползуновским пепелищем».
Споры о том, кого же считать первооткрывателем двухцилиндровой паровой машины — Ползунова или Уатта — ведутся в нашей стране уже несколько десятилетий. «Уаттовцы» упирают на то, что детище Ползунова, так же как разработки, на которые он опирался, не была универсальной паровой машиной: во-первых, особенности теплотехнического цикла не позволяли сделать ее более компактной, чтобы использовать для более тонких операций, во-вторых, Ползунов, в отличие от Уатта, не разработал передаточного механизма, который превращал бы возвратно-поступательное движение во вращательное. Что и говорить, четвертая из моделей Уатта, запатентованная им в 1782 году и отвечавшая всем этим требованиям, действительно была функциональнее. Однако эти усовершенствования не были чем-то сложным — если бы Ползунов не умер так рано, он едва ли остановился бы на изначально придуманной им модели.
Проблема, конечно, была не только в этом — в отличие от Великобритании, в России в те времена культура изобретательства была развита слабо. Разработки Ползунова продолжить было некому. Не следует забывать и о том, что научные открытия делают исследователи, но востребованными они становятся благодаря экономическому развитию. В Англии бурно развивался промышленный капитализм, и конкурирующие между собой заводы быстро приняли на вооружение паровую машину, увидев ее перспективы. В России капитализм развивался медленно и притом экстенсивно — природные богатства и огромная неосвоенная территория позволяли не слишком задумываться об эффективности труда. Вот почему даже паровой двигатель Уатта, который не стоило большого труда скопировать и сделать в России, стал получать признание в нашей стране лишь в середине следующего, XIX века. А Ползунов так и остался талантом-одиночкой, чье изобретение оказалось нужно не более, чем эолипил Герона Александрийского.
