100 великих научных достижений России - Виорель Ломов

Техника, оружие

«ОГНЕННАЯ МАШИНА» ПОЛЗУНОВА

Механик, конструктор, строитель, изобретатель; шихтмейстер (горный чиновник XIV класса Табели о рангах, наблюдающий за шахтами) Колывано-Воскресенских заводов (Алтай), командир Чарышской флотилии, комиссар (заместитель управляющего по хозяйственной части) Колыванского завода, единственный в российской истории «механик в чине инженерного капитана-поручика» (звание учреждено специально для Ползунова Екатериной II), Иван Иванович Ползунов (1728–1766) прославился многими усовершенствованиями, облегчавшими труд рабочих, в частности, «пильной мельницей» – лесопилкой, приводимой в движение водой. Выдающимся научным достижением пионера русской теплотехники стала впервые сформулированная им идея создания универсального теплового двигателя (1763), а также строительство по собственным чертежам первой паровой машины – «плавиленной фабрики» (1764–1766).

Живи Д. Уатт в России, а И. Ползунов в Англии, началом промышленной эры в мире считался бы не 1784, а 1766 г., Ползунов получил бы патент, а Уатт сгинул вместе со своей машиной в вечности, не оставив потомкам даже своего портрета. Вот только Россия и в этом раскладе осталась бы все равно ни с чем. Хорошо еще, что сохранились документы и свидетельства очевидцев одного из первых русских изобретений мирового уровня, которые могут как-то утешить нашу историческую гордость.

Судьба Ползунова сложилась и счастливо, и трагически. Солдатский сын своими трудами выбился в люди, стал «вашим благородием», был замечен императрицей; успел в 38 лет стать первостатейным ученым и изобретателем, создать и построить грандиозную для тех лет паровую машину, но не успел испытать ее и запустить в серию.

Но обо всем по порядку.

Модель паровой установки И.И. Ползунова

В 1761 г. на Барнаульский завод, при котором находилась канцелярия Колывано-Воскресенских заводов (бывших Демидовских), прямо подчинявшаяся «Кабинету ее величества», приехал новый начальник заводов, горный специалист, организатор и руководитель горнозаводского производства на Алтае А.И. Порошин. С собою генерал-майор привез, как сейчас сказали бы, пакет модернизационных мер, одобренных Екатериной II. Естественно, «для улучшения заводов» Порошину понадобились хорошие специалисты.

Нашлись такие. Среди них своим образованием (полученным большей частью за счет самообразования) и несомненным инженерным талантом выделялся шихтмейстер Иван Иванович Ползунов, горнорудный специалист широкого профиля. В свои 33 года он уже отличился в проектировании дорог и строительстве переправ, пристаней, крепостей; проектировании и переоборудовании медеплавильного и иных заводов; при отладке технологии стекольного завода; на строительстве лесопилки и золотопромывальной фабрики; в руководстве рудовозной флотилией и даже какое-то время в управлении Колыванским заводом и прилегающим к нему округом.

Схема одноцилиндрового паро-атмосферного двигателя английского изобретателя Т. Ньюкомена подвигла Ползунова на собственное творчество. Загоревшись идеей сконструировать некое подобие этого парового насоса, и тем самым «преодолеть рабскую зависимость горнозаводского производства от водяного колеса» (заводы вынуждены были ставить на реках, как правило, вдали от горнорудных шахт), инженер разработал собственный проект «огненной машины» и положил на стол Порошину в 1763 г. чертежи и пояснительную записку. При этом Ползунов преследовал еще одну цель: облегчить каторжный труд заводских рабочих.

Генерал рассмотрел пионерный проект паро-атмосферной двухцилиндровой машины, дал ему добро и отправил в столицу на высочайшее утверждение. Помимо «огненной машины», работавшей по принципу сдвоенного паро-атмосферного цикла, установка включала еще котел. Машину предполагалось заключить в специально построенный трехэтажный сарай. Как ученый Ползунов впервые сформулировал зависимость оптимальной работы двигателя от температуры воды, конденсирующей пар. «Действие эмволов (поршней) и их подъемы и спуски тем сделаются выше, чем в фанталах (фонтанах) будет вода холоднее, а паче от такой, которая близ пункта замерзания доходит, а еще не сгустеет и от того во всем движении многую подаст способность». Сие определение есть один из законов термодинамики, высказанный русским ученым чуть ли не за век до формирования этой науки.

Двигатель предназначался «для подачи воздуха в плавильные печи к воздуходувным мехам и для приведения в действие поршней водяных насосов, подающих воду в верхний бассейн для питания фонтанов внутри цилиндров в момент конденсации пара». Дополнительно двигатель мог приводить в действие рудодробилки и другие механизмы, а также совершать вращательные движения с помощью кривошипного механизма.

Ответ из Петербурга пришел через год. «Механикусу» Ползунову был пожалован чин капитана-поручика и награда в 400 руб. (которой лауреат так и не дождался), а дальнейшую судьбу перекладывал на решение местных властей. Ползунов тем временем за год разработал проект второй очереди: конструировал теплосиловую станцию на 15 плавильных печей, и Порошин дал команду – строить на Барнаульском заводе первую в мире универсальную теплосиловую установку, требующую громадных затрат, соизмеримых со строительством нового завода. Руководить строительством мог лишь один Ползунов, технически грамотных помощников у него не было. Вместо 76 положенных по штату работников, в том числе 19 мастеров, инженеру «от щедрот» дали четырех учеников, двух отставных мастеровых да четырех солдат-охранников. Через какое-то время дали еще несколько крестьян. Не было станков, инструментов, не хватало металла и материалов. Не сделали обещанный по кооперации семисотведерный литой котел, и его пришлось делать самому конструктору, вынужденно тонкостенным. Пришлось выкручиваться, для экономии средств и ускорения работы совершенствовать установку, что в другое время и в другом месте обернулось бы не одним патентом. Надо ли говорить, что, занимаясь всем на свете, днюя и ночуя на строительстве, сутками на ледяной стуже, Иван Иванович подорвал свое здоровье, подхватил скоротечную чахотку и за неделю до назначенных испытаний скончался в возрасте 38 лет.

23 мая (5 июня) 1766 г. 11-метровую машину мощностью в 40 л. с., впервые целиком построенную из металла, испытали юные ученики Ползунова Дмитрий Левзин и Иван Черницын. После пяти успешных испытаний добрым словом помянули великого изобретателя, не допустившего ни одного слабого места в установке, и 7 августа запустили машину в эксплуатацию.

Машина проработала не на полную мощность 43 дня, после чего дал течь котел. Казалось бы, отремонтируй и продолжай дальше! Тем более, что только за полтора месяца чистая прибыль составила 11 016 рублей 10,25 копейки, на которую можно было построить еще полторы такие машины или полтора горнорудных завода.

Увы, без Ползунова некому было продвигать его детище. Да и дармовых рабочих рук хватало. Пятнадцать с половиной лет «огненная машина» ржавела, после чего по указу властей ее разломали.

Чертежей и пояснительной записки Ползунова не осталось. Так же как и могилы гениального изобретателя.

В 1784 г. Д. Уатт получил патент на аналогичный ползуновскому универсальный тепловой двигатель, с которого и принято ныне отсчитывать промышленную эру.

ПРИБОРЫ, МЕХАНИЗМЫ, СООРУЖЕНИЯ КУЛИБИНА

Нижегородский посадский, механик, инженер, конструктор, изобретатель, художник, поэт, скульптор, композитор; заведующий механической мастерской Петербургской АН; кавалер Золотой медали императрицы Екатерины II на Андреевской ленте, Иван Петрович Кулибин (1735–1818) является создателем многих приборов, механизмов и сооружений, опередивших век. Кулибин – родоначальник приборостроения в России.

Кулибин, являвший собой редкое сочетание разнообразных талантов, создал немало замечательных приборов, механизмов, сооружений, которыми гордится наша наука, техника, искусство. Недаром высокообразованные современники Кулибина сравнивали русского уникума с Л. да Винчи, хотя и называли «механиком-самоучкой». К их словам стоит добавить: уровня Дж. Уатта, М. Фарадея, Дж. Стефенсона, Б. Франклина – точно таких же механиков-самоучек, не имевших даже школьного образования. Можно заметить еще, что механика Л. Эйлера и механика Кулибина – всего лишь две стороны одной и той же науки, в первом случае выраженной в математических символах, а во втором – воплощенной в металле, дереве и стекле. И тут никуда не уйдешь от дефиниции: «Практика – критерий истины». Истина же в том, что «сотворения премудростей диковинных» Кулибина стали не просто музейными экспонатами или историческими описаниями, а великими научными достижениями России эпохи, когда отечественная наука только-только создавалась. Общаясь с лучшими учеными того времени – Л. Эйлером, С.К. Котельниковым, Н.И. Фуссом, В.Л. Крафтом, С.Я. Румовским и др., Кулибин получал от них консультации и необходимые книги и делал свое дело на уровне современной ему науки.