Большой путь мы уже прошли по следам огня, но нет-нет и возвратимся к нашему предку — древнему человеку.
И сейчас придется о нем вспомнить.
Много дела было у человека на земле. И копать нужно, и рубить, и пни выкорчевывать, и тяжести носить, и строить, и земляные валы возводить — да мало ли что еще! А вся сила, которой человек располагал, была только силой его собственных рук. Как же такими слабыми средствами совладать с могучей природой?
Человек стал пользоваться орудиями. Сначала просто подбирал подходящие палки, сучья, коряги, потом начал их обтачивать. Затем пошли в дело обточенные камни, а там добрался он и до металла.
Очень облегчили его работу прирученные животные — они перевозили тяжести: появилась вьючная сила. Позднее ослы, быки, лошади стали силой упряжной. Когда человек сам вскапывал свой участок земли, прокормиться с семьей он не мог. Приходилось кочевать. Когда же человек научился запрягать лошадь, он перешел к жизни оседлой.
Потом люди приспособили себе в помощники ветер: заставили его вертеть мельничные крылья. Ветряные мельницы появились в Персии, а оттуда распространились по Европе.
Ну, а на воде ветер еще раньше начал работать для людей: надувал паруса финикийских и египетских судов.
Еще раньше, чем ветер, люди взяли в работу воду: додумались до водяного колеса.
Правда, сначала это колесо не было двигателем. Но колеса, поднимавшие из реки воду для орошения полей, работали еще у ассирийцев и вавилонян. Знали такие колеса в Египте, Индии, Китае.
Нижняя часть колеса была погружена в реку. Ковши, насаженные на обод, черпали воду. Колесо поднималось, ковши опрокидывались — и вода по желобу бежала на поля. В Египте и сейчас работают такие колеса — сакийе. А вертело колесо упряжное животное: бык, конь или осел.
Но там, где вода текла быстро, колеса сами начинали вертеться от силы течения. Поняв, как это происходит, люди приделали к колесу лопасти, а позднее присоединили к нему мельницу и стали в ней молоть зерно.
Раньше зерно терли в каменных ступках, и занимались этим женщины. Чтобы наготовить муки на лепешки для большой семьи, нужно было долго трудиться. Женщины вставали затемно.
Древнегреческий поэт Антипатр Фессалийский описал работу водяной мельницы в стихах:
«Сомкните глаза свои, о женщины! Спите безмятежно. Напрасно будет петух возвещать вам наступление утра. Эос поручила вашу работу нимфам».
Чтобы все было тебе понятно в этом отрывке, скажу, что Эос была богиней утренней зари. «Младая, с перстами пурпурными», как о ней говорили поэты. Утром она проносилась по небу в колеснице, запряженной белыми крылатыми конями, возвещая миру, что скоро появится брат ее — пресветлый Гелиос, солнце. У римлян богиня утренней зари звалась Авророй.
А нимфы — это божества сил природы, живущие в воде, в горах, в лесу. У нимф были разные названия: нереиды — морские, наяды — речные, ореады — горные, дриады — лесные.
Итак, нимфы трудились, перемалывая зерно. А женщины хоть по-прежнему не могли поздно вставать — ведь у них и другой работы было немало! — все же от одной из них, однообразной и утомительной, действительно избавились.
Когда стала развиваться промышленность, другого двигателя, кроме водяного, у людей не было.
От водяного колеса двигался и ткацкий станок с «самолетным» челноком. Деревянные «погонялки» ударяли по челноку и перебрасывали его на другую сторону ткущейся полосы ткани. Он как бы сам перелетал взад и вперед, потому и назывался «самолетным».
Больших плотин, чтобы сильно поднимать напор воды в реках, тогда еще строить не умели и колеса были маломощными. Два-три десятка станков они еще двигали, а больше осилить не могли.
Росли города, росла и промышленность. Но сильно редели леса: их вырубали на топливо, для выплавки металлов.
Конечно выручал человека уголь. Ты знаешь, что он стал очень важным и нужным продуктом, «хлебом промышленности». Но те запасы угля, что были близки к поверхности, быстро истощались. Стали добираться до глубоких пластов, рыть шахты. А в них скоплялась вода, выступая из-под земли, ее нужно было откачивать.
Если поблизости была река, воду откачивали при помощи того же водяного колеса. Оно работало, как и сакийе. От колеса шла длинная цепь с ковшами, спускаясь в шахту, и ковши зачерпывали воду. Поднимаясь на поверхность, цепь выносила наполненные ковши и опрокидывала их в желоб. Там, где реки не было, приспособили работать лошадей. Они вертели большие колеса, которые назывались «ступальными». В огромном полом барабане, без дна и крышки, безостановочно ходила лошадь и двигала колесо. Но из глубоких шахт и этим способом выкачивать воду было трудно.
Металлургические заводы приходилось строить поблизости от рек, чтобы иметь возможность пользоваться водяным колесом. Ведь ты уже знаешь, что силой таких колес качали мехи, подающие воздух в печи. От колес работали и толчеи — огромные ступы для толчения руды.
В России в XVIII веке прославился изобретатель Фролов. Он строил на реках возле металлургических заводов высокие плотины, проводил водные каналы и устанавливал такие громадные колеса, что их называли «слоновыми».
Но в то время, когда Фролов возводил свои гигантские сооружения, люди задумывались над огневым двигателем.
Ведь ветер и вода уже отдавали человеку свою силу. А непокорный огонь пока приносил только тепло. Конечно, он освещал и согревал, варил и обжигал, накалял и плавил. Но как превратить его могучую силу в движение, чтобы помочь промышленности?
Особенно заманчивой казалась эта идея там, где были угольные шахты. Тебе понятно почему? Из-за топлива, конечно. Уголь добывается тут же, не надо его привозить издалека. А двигатель очень нужен: ведь воду из шахт приходится все время откачивать.
Мысль об огненной машине занимала французского врача Дени Папена. Смолоду он увлекался физикой и механикой, делал опыты и мечтал создать машину, которая будет двигать корабли, без парусов и гребцов.
Папен сделал особый вид котла, так и названного «папеновым». В этом герметически закрытом сосуде при большом давлении пара варилась пища. Чтобы пар, скопляясь, не разорвал котел, Папен придумал предохранительный клапан. Хоть это было только добавочное приспособление, но именно этот клапан и прославил впоследствии Папена. До сих пор на паровые котлы ставят такие клапаны, правда измененные и улучшенные.
Изготовил в конце концов Папен и огненную машину, о которой давно мечтал. Это была очень примитивная машина. Вода кипятилась в самом цилиндре. Пар поднимал поршень. А потом приходилось цилиндр охлаждать и ждать, пока поршень опустится.
Под конец жизни в 1807 году Папену удалось построить судно с паровой машиной. Медленно, с трудом, оно поплыло по реке Фульде в Германии. Но недолгой была радость изобретателя. Владельцам парусных судов не могла, конечно, понравиться новинка — судно без парусов. Придравшись к тому, что у Папена не было пропуска для дальнейшего плавания, они разрушили его корабль.
Со жгучей болью смотрел Папен, как ломали его создание. Это страшное для него событие совсем подорвало силы изобретателя.
Он уехал в Англию, пробовал снова построить паровую машину, но денег не было, а из разных учреждений, куда Папен обращался за помощью, он только получал ответы вроде таких:
«В ходатайстве об отпуске средств из казны ее величества королевы на фантастические проекты Дени Папена отказать. Проекты не согласованы с волей господа бога, противны человеческому разуму и самой природе».
Так и умер Папен в полной безвестности и горькой нужде.
Машина его была верна по идее, но по исполнению сейчас кажется очень странной. Зачем ему нужно было нагревать воду в самом цилиндре? Гораздо проще делать это в отдельном котле, да и такой котел самим же Папеном был придуман очень хороший.
Так мы думаем сейчас, а в те времена, в XVIII веке, создатели паровых машин работали еще неуверенно, многого не знали и продвигались к своему открытию словно впотьмах, ощупью и очень медленно.
Но надобность в паровой машине люди уже понимали, хоть не все, конечно.
Особенно нужна была паровая машина в Англии. Хлеба там сеяли мало, получали его из других стран за промышленные изделия. Значит, промышленность надо было развивать, требовался уголь, а шахты заливает вода. Чем ее откачивать?
Английский кузнец Томас Ньюкомен очень интересовался огненными машинами. Первая модель у него была почти такая же, как у Папена. Правда, котел он поставил отдельно.
Работал Ньюкомен в компании с Томасом Севери. У этого инженера тоже было изобретение: паровая машина — насос для откачивания воды из шахт. Работала она плохо, и ею пользовались очень мало. Но вместе Ньюкомен и Севери создали паровой насос, пригодный для работы на шахтах.
Тут произошел случай, на первый взгляд забавный, но очень важный по существу.
В машине Ньюкомена работали два крана. Если открывали один, в цилиндр входил пар и поднимал поршень. Тогда открывали второй кран — в цилиндр попадала холодная вода, охлаждала его, пар снова конденсировался, то есть обращался в воду, и поршень шел вниз.
Сохранился рассказ о том, что у Ньюкомена работал мальчик Гемфри Поттер. Он не был ни инженером, ни механиком — обыкновенный подросток. Целыми днями открывал и закрывал краны и очень скучал от однообразной работы. А солнце, как водится, светило, и ребята галдели на улице, у них шла какая-то шумная игра.
И вот Гемфри соединил проволоками ручки обоих кранов с коромыслом — балансиром машины. Балансир ходил вверх и вниз, следуя за поршнем, и так, качаясь, натягивал то одну проволочку, то другую. Краны начали открываться и закрываться сами.
Куда побежал Гемфри Поттер, сделав свое приспособление, на речку или к товарищам, мы не знаем. Не знаем даже, правдив ли этот рассказ. «Был ли мальчик? Может, мальчика-то и не было?» — как пишет Горький в одной из своих книг. Вполне допустимо, что Ньюкомен сам придумал усовершенствование. Но сразу стало ясно, что работа идет гораздо ритмичнее и скорее, чем тогда, когда ее делал рабочий. Ведь человек не автомат: то устанет, то зазевается, то нос нужно почесать. А тут коромысло знай себе качается. Получился самый настоящий автомат.
Это изобретение прочно вошло в жизнь.
Однако, для того чтобы машина Ньюкомена работала, нужно было столько топлива, что пятьдесят лошадей непрерывно подвозили уголь к топке котла. Только богатым шахтовладельцам была доступна такая дорогая откачка воды, хотя и они ужасались расходу угля. Но другой машины не было. Приходилось мириться.
А в России на Алтае, где было много рудников и плавильных печей, один человек тоже задумал построить огненную машину. Работал он в Барнаульском горном управлении, и звали его Иван Иванович Ползунов.
Это был человек необыкновенный. Солдатский сын, бедняк, Ползунов учился только в горнозаводской школе и уже с четырнадцати лет должен был идти работать.
Но не было в натуре Ползунова тех свойств, о которых с горечью сказал Пушкин: «Мы ленивы и нелюбопытны». Ползунов хватал, ловил знания с жадностью, где только мог. После дня тяжелой работы на заводе, чуть отдохнув дома, садился он за книги по химии, физике, механике. Он умел хорошо чертить, прекрасно знал горное дело, мог разобраться в любом заводском механизме.
Большого уважения заслуживают такие люди.
Ты приходишь из школы в теплый, чистый дом, и мама или бабушка наливает тебе в тарелку горячий суп. У тебя, кроме уроков, нет других обязанностей. И то тебе подчас трудно сесть заниматься. Все отвлекает. Ты то играешь с котенком, то решаешь, что нужно обязательно сейчас очинить все карандаши, то убежишь во двор к ребятам. Никак не можешь заставить себя взяться за дело. А много ли ты читаешь из того, что не задано, по собственному интересу?
Я тебя не упрекаю и не собираюсь читать тебе нотаций, я просто хочу, чтобы ты подумал, сравнил себя с такими людьми, как Ползунов.
Очень слабый здоровьем, всегда заваленный работой и, наверно, не всегда сытый, он учился с таким усердием и так много знал, что на него обратило внимание даже тупое барнаульское начальство. Его послали, как толкового человека, с обозом серебра в Петербург.
Там Ползунов бывал в Академии наук, смог познакомиться с книгами, каких не было в Барнауле. Заинтересовала его ломоносовская теория тепла и холода. Знал он и о работах Папена, Ньюкомена и Севери.
Мысль об «огневой машине» «для пользы народной» овладела Ползуновым. Как нужна была эта машина его родине, Алтаю! Пора, пора заменить водяное колесо машиной, которая будет приводиться в действие паром.
Ползунов ставил опыты, разрабатывал одно решение за другим, чертил, вычислял. Его проект, представленный начальству, был очень веско обоснован.
Строил машину Иван Иванович с большим трудом. То начальство начинает сомневаться, получится ли что-нибудь путное, то сердится, что стоит машина дорого, то решает, что расход топлива будет чересчур велик, то вносит в проект нелепые «поправки»...
Много было всяких придирок и препятствий. Ползунов вконец измучился. Он храбро боролся за свое изобретение, но слабое здоровье его становилось все хуже. На прозрачном лице по вечерам ярко горел болезненный румянец.
Машина Ползунова состояла из парового котла и двух цилиндров. Пар толкал поршни в цилиндрах, а их движение цепями и шкивами передавалось воздуходувным мехам.
Этот двигатель работал гораздо лучше, чем машина Ньюкомена, и, главное, он действовал непрерывно, а этого до сих пор не достиг ни один изобретатель.
Начальство как будто и сознавало, что Ползунов сделал очень интересное изобретение, но понять всю ценность и новизну двигателя не могло. И это непонимание огорчало и волновало Ивана Ивановича больше всего.
Только лишь одну неделю не дожил Ползунов до пуска машины на заводе. Умер он от «жестокого гортанного кровотечения», как значилось в казенном рапорте.
Машину пустили в ход ученики Ползунова— Левзин и Черницын. Она качала мехи, подающие воздух в плавильную печь, и работала так хорошо, что быстро оправдала свою стоимость. Только действовала она недолго. Стал течь котел, обнаружились другие неисправности, заниматься ремонтом никто не стал. Машину забросили.
Вот какой печальный конец был у этого замечательного изобретения...
В том же, 1763 году, когда Ползунов подал начальству свой проект и подробные расчеты машины, в Англии механику Джемсу Уатту предложили усовершенствовать машину Ньюкомена. Принадлежала она колледжу в Глазго. При этом учебном заведении была механическая мастерская. Там и работал Уатт. Он приводил в порядок приборы, подаренные колледжу каким-то богачом, брал заказы на починку музыкальных инструментов — словом, был «мастером на все руки».
День клонится к вечеру. Занятия в колледже кончились, но не все студенты и профессора расходятся. Многие спускаются вниз в подвал, в мастерскую.
Это настоящий клуб. Здесь спорят, перебивая друг друга, пожилой профессор и безусый студент. Здесь рассказывают смешные истории и дружно смеются, обсуждают научные вопросы и ставят опыты. И механик не отстает от своих ученых друзей. Этот бледный, серьезный молодой человек знает так много, что все удивляются его образованности. А ведь окончил он только среднюю школу.
Отец Уатта — приходский судья, в то же время работал как архитектор и как корабельный мастер. У него была своя мастерская судового оборудования. Он столярничал, слесарничал, работал за кузнеца. Морские инструменты Уатта славились точностью и чистотой отделки. Вел он и кое-какие торговые дела. Никогда этот человек не сидел без работы, всегда был занят.
И сын его Джемс рос трудолюбивым и старательным. Он изучил все работы в мастерской отца и мог справиться с любым заказом. Вот только школьный учитель на него жаловался. Вместо школы мальчик часто отправлялся на берег реки и там... играл с товарищами, подумал ты? Очень ошибаешься. Он изучал геометрию.
Всегда были, и теперь есть, и, надо надеяться, будут мальчики, которые хотят знать то, чему их не учат. А в школе, где учился Джемс, геометрию не проходили. Он и занимался этой наукой сам, без помощи взрослых. Изучал он и физику и давно интересовался силой пара.
Помню давным-давно виденную в каком-то журнале картинку.
Красивый, но несколько болезненный с виду юноша внимательно смотрит на чайник, стоящий на очаге. Крышка чайника слегка приподнята, и над ней поднимается струйка пара. Здесь же, по-видимому в кухне, занимается какими-то делами женщина в чепце и украдкой смотрит на юношу. К картинке подпись: «Джемс Уатт наблюдает за действием пара».
Действительно ли привлекла внимание Уатта подпрыгивающая крышка чайника, не могу сказать. В некоторых его биографиях говорится, что однажды, спасаясь от дождя, он зашел в прачечную и был изумлен тем, что густые клубы пара, заполнявшие помещение, вырывались в открытую дверь и мгновенно исчезали в холодном воздухе, словно их никогда и не было.
К тому времени, когда Уатт взялся за механизм Ньюкомена, он уже много читал про огневые машины, даже проделывал кое-какие опыты.
Он знал, что ньюкоменовская машина работает медленно, неравномерно, со страшным шумом, а топлива пожирает столько, что «прокормить» ее можно лишь там, где много угля. Знал и то, что многие изобретатели бились над улучшением этого двигателя, но ничего у них не выходило.
Прежде всего Уатт решил проверить, почему у машины такая плохая отдача. Затрат на нее идет много, а полезной работы мало.
Плохо пригнаны части, ненадежны соединения — вот в чем дело, решил Уатт.
Он собрал машину заново, все надежно соединил, смазал, но лучше работать она не стала.
Попробовал бронзовый цилиндр заменить деревянным — все то же.
Множество опытов проделал Уатт и наконец понял, в чем несовершенство машины.
«Я пришел к твердому заключению, — писал он, — чтобы сделать хорошую паровую машину, нужно, чтобы цилиндр был всегда так же горяч, как входящий в него пар. Но, с другой стороны, конденсация пара для образования вакуума должна происходить при температуре не выше 30 градусов».
Это было верно. Ведь в машине Ньюкомена в цилиндр после каждого хода поршня вспрыскивалась холодная вода, чтобы пар сконденсировался, стал снова водой. Но при этом цилиндр весь, охлаждался, и нужно было очень много горячего пара, чтобы опять его разогреть.
Уатт разделил цилиндр на две части: горячую, куда впускался пар, и холодную, где пар конденсировался. Цилиндр все время оставался горячим, а конденсатор холодным. Расход топлива сразу сократился.
Изобретатель получил на свою машину патент, но работать над ней продолжал. Вскоре его машину стали использовать не только на угольных шахтах для работы насосов.
Так же, как Ползунов, Уатт приспособил к ней передачу. В цилиндре поршень ходил вверх и вниз, а для мельниц и ткацких станков нужно было вращательное движение, и Уатт изобрел шатунно-кривошипный механизм.
В точиле уличного точильщика или в ножной швейной машине нога работника тоже ходит вверх и вниз, как поршень в цилиндре паровой машины. Но к подножке прикреплен шатун — палка на шарнире. А другой конец шатуна надет на кривошип, который соединен с колесом. Примерно такое устройство применялось и в старинной прялке.
Уатт усовершенствовал этот механизм и приспособил его к паровой машине. Так был создан универсальный, то есть всеобщий, паровой двигатель, который мог делать все: вертеть колесо, двигать мельницу, станок, качать мехи, толочь руду. А как только появился хороший двигатель, возникли и паровые мельницы, и паровые насосы, и шахтные подъемники. На ткацких и прядильных фабриках стали работать не десятки, а сотни станков и тысячи веретен. Кончилась зависимость предприятия от реки и плотины.
Еще долго занимался Уатт изобретательством. Он придумал и паровой молот, и паровое отопление, и счетную машину, и много всевозможных аппаратов и приспособлений.
Последние годы жизни изобретатель провел мирно и спокойно. Его уважали и ценили. Среди его друзей были замечательные люди, в том числе писатель Вальтер Скотт.
На памятнике Уатту написано: «Увеличил власть человека над природой».
Отрадно знать, что заслуги талантливого и трудолюбивого человека были на этот раз оценены справедливо. Но глубоко жаль тех, кто не увидел при жизни торжества своей идеи, кто умер, истратив все силы в неравной борьбе, как Ползунов и Папен.
Паровой машине, если считать от появления ползуновской, сейчас немногим больше двухсот лет. Она совершенно преобразила промышленность всего мира. Этот первый огненный двигатель пытались ставить даже на самолеты, но, конечно, он оказался слишком тяжелым для воздушных машин.
В XIX веке изобрели двигатель внутреннего сгорания. Здесь топливо сгорало не в топке, а в самом цилиндре. Ясное дело, что дрова и уголь для этого не годились.
Изобретатель Ленуар предложил делать машины, работающие на горячем газе. Изобретатель Отто — на бензине. Дизель — на нефти.
Такие двигатели легче, компактней. У них нет котла и топки.
А в конце прошлого столетия появилась паровая турбина. В ней работает не цилиндр с поршнем, а колесо с лопатками. Пар из котла идет к соплам — узким трубкам. Вырываясь из сопел с большой силой, струи пара ударяют в лопатки и заставляют колесо вращаться. Паровая турбина — двигатель огромной мощности. Он очень быстроходен. На электростанциях стоят турбины, делающие до 3000 оборотов в минуту.
А от вращения турбины вращается и генератор, вырабатывая электрическую энергию. Век пара сменился веком электричества. Но и для того, чтобы создать электрическую энергию, которая везде и во всем нам помогает, опять-таки нужен старый друг человека — огонь!

ОГЛАВЛЕНИЕ