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

Говорят, что строки Пушкина «О сколько нам открытий чудных готовит просвещенья дух…» посвящены именно Шиллингу. Они дружили, хотя барон был на 13 лет старше. Разница в возрасте тут роли не играла: оба вращались в довольно узкой прослойке русских интеллектуалов, а Пушкин, будучи полным профаном в точных науках, всегда ими живо интересовался и поражался механическим и электрическим изобретениям. В общем, почва для того, чтобы сойтись, была.

Но я не об этом. Я все-таки о бароне Пауле Людвиге Шиллинге фон Канштадте, балтийском немце по происхождению, родившемся в Ревеле 5 (16) апреля 1786 в семье военного. Отца вскоре перевели в Казань, где он командовал 23-м Низовским пехотным полком, а в 1797 году Павел, как сын военного, поступил в кадетский корпус в Петербурге. Правда, вышел он оттуда не солдатом, а дипломатом, работал в Генштабе, затем перевелся в Коллегию иностранных дел (нынешний МИД) и, поскольку прекрасно владел немецким языком, некоторое время работал в российском посольстве в Мюнхене. Стремительная карьера была обусловлена тем, что мать Павла после смерти супруга повторно вышла замуж за барона Карла Яковлевича Бюлера, влиятельного дипломата, специализировавшегося на русско-немецких отношениях.

В Мюнхене Шиллинг познакомился с известным физиологом и по совместительству лечащим врачом русской миссии Самуэлем Томасом Зёммерингом, который, помимо всего прочего, занимался электрическими опытами. И эта область науки затянула барона раз и навсегда. Стоит отметить, что техника никогда не была его основным полем деятельности. В первую очередь он оставался дипломатом и исследователем: основал литографию для печати географических карт, путешествовал по Востоку, собирая коллекцию тибетского, монгольского и сибирского фольклора, и даже членом-корреспондентом Петербургской академии наук стал вовсе не по электрической, а по литературной части за исследовательские труды в области культуры восточных стран и племен.

А первую серьезную работу по электричеству барон представил в 1812 году, и она была связана с военным делом.

Любые инициативы, способные принести какую-нибудь пользу армии, в России обычно финансировались и поддерживались. Если бы Шиллинг занялся бытовым электричеством, он вряд ли снискал бы успех и славу. Но уже в 1810 году в европейских дипломатических кругах начали вслух говорить о предстоящей войне Франции с Россией, а годом позже намерение Франции напасть было таким же явным, как если бы Наполеон объявил войну официально.

Поэтому свою научную мысль Шиллинг направил на применение электричества в военных целях – и разработал способ электрического подрыва морских мин. Технологию он придумал еще в Мюнхене, а когда в начале войны посольство спешно эвакуировалось в Петербург, предложил ее армейскому ведомству. Устройство было простейшим: мина плавала на воде, солдат из саперного батальона замыкал контакт на берегу, искра по изолированному проводу бежала к мине и подрывала ее. Такой принцип не подходил для открытых вод, но хорошо мог показать себя на реках и озерах, где требовался не очень длинный кабель. При этом именно кабель был основным предметом изобретения: Шиллинг придумал изоляцию из шелка, пропитанного раствором каучука в льняном масле, позволявшую безопасно прокладывать провода под водой.

Технологию Шиллинг показал прямо на Неве, и она была тепло принята, профинансирована и со временем внедрена. Сам Шиллинг в это же время добровольно вступил в действующую армию и боевым офицером дошел до Парижа. Звучит странно, но, находясь на территории государства-агрессора, он плотно общался с действующей Французской академией наук и сдружился с Андре-Мари Ампером и молодым Франсуа Араго. Франция и при Наполеоне в равной мере умудрялась сохранять модный статус среди российской элиты и интеллигенции, так что, придя в Париж солдатом, Шиллинг быстро вернулся к жизни ученого.

В принципе, если читать биографию Шиллинга, становится видно, что большую часть времени он посвящал этнографии и востоковедению. В 1820–1830-х годах он путешествовал с правительственными экспедициями по Бурятии, Восточной Сибири, Монголии и совершил просто-таки этнографический подвиг: собрал крупнейшую в мире коллекцию литературных памятников тибетско-монгольской культуры. В основном он искал оригинальные рукописи, но для пополнения коллекции текстами, существовавшими в единственном экземпляре или передававшимися изустно, он нанял в Кяхте целую артель переписчиков.

Помимо того, в 1813 году, будучи офицером действующей армии, Шиллинг доложил царю о необходимости устройства в России литографической мастерской. Литография, новая на тот момент технология, позволяла копировать оригинальные рисунки и карты. Александр I оценил доклад и поручил Шиллингу организацию литографии по образцу немецкой, в Маннгейме. В заключительную фазу войны Россия вступила уже с современными картами, отпечатанными литографическим методом.

Еще Шиллинг, будучи сотрудником цифирной экспедиции Министерства иностранных дел, плотно занимался практической криптографией. Для армии и дипломатических миссий он разработал несколько биграммных шифров – так называется метод, при котором шифруются пары из двух букв (в ранних версиях – идущие подряд, в поздних – произвольные, заданные алгоритмом). В ряде источников указывается, что именно Шиллинг и изобрел такие шифры, но это, конечно, неправда, биграммы описывал еще основоположник криптографии как научного направления немецкий монах и лексикограф Иоганн Тритемий в начале XVI века. Другое дело, что Шиллинг разработал метод быстрого шифрования, специальную наборную решетку, механическим образом меняющую пары знаков, а заодно показал, что зашифрованный биграммой текст можно без потери смысла дополнить случайным набором букв в хаотическом порядке. Это не помешает расшифровке при наличии ключа, но серьезно усложнит взлом.

В общем, личностью он был исключительно разносторонней. А теперь я обращусь к самому известному изобретению Павла Шиллинга – электрическому телеграфу.

Вернемся к доктору Самуэлю Томасу Зёммерингу. Его опыты с электричеством были хорошо известны в Германии, и 1809 году баварский король Максимилиан I то ли предложил, то ли приказал ученому создать телеграф, который сможет, в отличие от используемого в те времена сигнально-оптического, работать в любую погоду. Наиболее известной в Европе в то время была система братьев Шапп, представлявшая собой сеть башен, на крышах которых устанавливались сигнальные семафоры. Каждый состоял из опоры и трех подвижных друг относительно друга деталей, образовывающих в общей сложности 196 различных визуальных комбинаций, хорошо заметных на расстоянии от 12 до 25 километров в зависимости от рельефа.

Зёммеринг был хорошо знаком с уже проводившимися опытами в области электрической телеграфии, и, в частности, он общался с каталонским физиком Франсиско Сальва-и-Кампильо. За 15 лет до того Кампильо демонстрировал в Барселоне систему из 35 проводов, проложенных в изоляционном кожухе и соответствующих знакам алфавита. Концы проводов были погружены в прозрачные склянки с раствором кислоты. При замыкании провода в соответствующей емкости начинался процесс разложения и выделялись пузырьки кислорода. Принимающий сообщение смотрел, где именно «пузырит», и записывал букву. Зёммеринг усовершенствовал систему и сократил количество проводов до 24, но прокладка и изоляция даже такого количества проводов на большие расстояния оказалась дорогостоящим и ненадежным делом – изобретателю удалось достигнуть максимального удаления лишь в 3 километра.

1 – источник тока (вольтов столб); 2 – клавиатура; 3 – магнитные стрелки; 4 – провод обратной связи; 5 – вызывное устройство

Среди друзей Шиллинга был еще один великий ученый – Андре-Мари Ампер. В 1824 году он писал о теоретической возможности создать телеграф с использованием гальванометров. То, что электрический ток имел свойство воздействовать на магнитную стрелку, до того момента использовалось лишь для изучения его свойств, но не в практических целях. Шиллинг же, соединив идеи Зёммеринга и Ампера, построил телеграф. Как оказалось, полностью рабочий.

Впервые он представил свою конструкцию 9 (21) октября 1832 года в собственной квартире в доме Офросимовой на Царицыном лугу (ныне – Марсово поле, дом 7). Его прибор работал следующим образом. Станция передачи была оснащена клавиатурой, подобной пианинной; различные сочетания клавиш замыкали разные цепи. Восемь проводов вели от клавиатуры к приемной станции. Один замыкал цепь звонка, знаменующего начало передачи. Еще один служил для обратного тока. Остальные шесть применялись для передачи сообщения.

Телеграфный аппарат (вид сбоку)

Приемная станция состояла из шести мультипликаторов, которые, по сути, были несколько усложненными гальванометрами: при замыкании одного из проводов соответствующий гальванометр реагировал на электрическое поле и вращался на нити. А над каждым из гальванометров был прикреплен круглый флажок с лицевой черной и оборотной белой сторонами. Соответственно, Шиллинг мог удаленно, пуская ток в том или другом направлении, развернуть любой из флажков, получив одно из сочетаний шестизначного кода (при отсутствии тока кружки стояли ребром). Например: белый-черный-черный-белый-белый-белый. Почему их было шесть? Дело в том, что Шиллинг разработал шестизначный код для отображения всех букв алфавита, а заодно и цифр – по сути, прообраз азбуки Морзе, только последний привел всю систему к более компактному двузначному коду.

Демонстрация первого телеграфа была примечательна тем, что на ней присутствовал император Николай I и текст, переданный из одной комнаты в другую, он составил лично. В общем, Шиллинг практически сразу получил царское благословение.

А в 1833 году финский физик Иоганн Яков Нервандер, работавший в Петербурге, предложил градуированный гальванометр, то есть прибор, позволяющий фиксировать точное отклонение стрелки, а не просто факт такового. Шиллинг тут же взял это на вооружение и к 1835 году разработал вторую (на самом деле не известно какую по счету: он совершенствовал систему много раз) версию телеграфного аппарата, в котором станции соединялись уже всего двумя проводами. Звонок начала трансляции здесь звенел от первого замыкания передаточного провода, дальше начиналась сама передача. В зависимости от комбинации клавиш подавался определенный ток, а стрелка единственного гальванометра приемного аппарата отклонялась на заданную величину. Она имела 36 возможных положений, соответствующих 36 буквам русского алфавита. Впрочем, ничто не мешало изменить шкалу под любые другие знаки.

Шиллинг не скрывал своего прибора. Он демонстрировал его публично, в том числе в Берлине на съезде немецких естествоиспытателей в 1835 году. Его системой заинтересовались, и в 1836-м британское правительство сделало барону официальное предложение работать над телеграфом в Англии. Но к тому времени Шиллинг уже получил заказ от Адмиралтейства на соединение телеграфной линией двух корпусов огромного комплекса и от предложения англичан отказался. Адмиралтейский телеграф стал первой в истории электрической системой, передающей информацию на расстояние не в качестве эксперимента, а с самой что ни на есть практической целью.

Следующий заказ изобретатель получил сразу после технической проверки Адмиралтейской линии: правительству понадобился телеграф между Петергофом и военно-морской базой в Кронштадте. Проект прокладки проводов в каучуковой изоляции по дну Финского залива был составлен и в мае 1837 года одобрен высочайшим указом. Тогда же Шиллинг предложил крепить провода на столбах, закрепляя их на керамических изоляторах.

Но в это самое время Павла Львовича начала мучить злокачественная опухоль. Операцию по ее удалению провел сам Николай Федорович Арендт, лейб-медик Николая I, но неудачно. 6 августа 1837 года Арендт потерял еще одного великого пациента (всего за полгода до этого у него на руках скончался Александр Сергеевич Пушкин).

Инженера, который мог бы продолжить работы Шиллинга, в России, к сожалению, не нашлось. Проект был свернут. Первым коммерческим электрическим телеграфом стала система, разработанная британцами Уильямом Фотергиллом Куком и Чарльзом Уитстоуном на базе системы Шиллинга. Это не скрывалось: Кук указывал, что исходником его схемы было изобретение Шиллинга, о котором он узнал из лекций немецкого физика Георга Вильгельма Мунке в Гейдельбергском университете. Первая демонстрация системы Кука-Уитстоуна прошла 25 июля 1837 года на железнодорожной линии между Лондоном и Бирмингемом – Шиллинг тогда уже лежал на смертном одре. В том же году запатентовал свою схему Сэмюэл Морзе.

Впоследствии телеграф множество раз совершенствовался, новые системы появлялись как независимо, так и с опорой на более ранние разработки, в том числе и на изобретение Павла Шиллинга. В России дело великого ученого продолжил спустя несколько лет после его смерти Борис Якоби (главу про него вы найдете в части V этой книги).

Телеграф в нашей стране запустила компания Siemens & Halske в 1852 году с легкой руки главноуправляющего путей сообщения и публичных зданий графа Петра Андреевича Клейнмихеля, доверявшего исключительно иностранным подрядчикам.

Глава 10
Пчелы в рамке
История улья

Рамочный улей – это великое изобретение. Вы скажете: «Да неужели? А автомобиль? А компьютер? А телефон, в конце концов?» Разумеется. Но вы покупаете в магазине свежий мед, добавляете его в чай, намазываете на булку или просто едите прямо из банки благодаря конкретному человеку – Петру Ивановичу Прокоповичу.

Впрочем, нельзя сказать, что это только лишь его заслуга. Улей, как радио и самолет, – плод одновременного и совместного труда целого ряда выдающихся инженеров и пчеловодов. Собственные конструкции разборных рамочных ульев в разное время создали также поляк Ян Дзержон и американец Лоренц Лорен Лангстрот. Но это было позже.

Пчеловодство появилось еще в каменном веке. Изначально оно было диким, то есть первобытные люди просто собирали мед в естественных местах обитания пчел. Затем стало бортевым, когда для роя в стволе дерева выдалбливалось специальное дупло – борть. В дупла устанавливались так называемые снозы – кресты, позволяющие разместить и укрепить соты. Мед стекал в нижнюю часть дупла, где проделывалось дополнительное отверстие – должея – для удобного сбора продукта. Этот способ был распространен вплоть до Средневековья, когда появились первые пасеки. У борти есть явные недостатки: в каждом дереве дупло не выдолбишь, в целом лесу найдется дай бог 10–15 подходящих стволов, да к тому же они могли значительно отстоять друг от друга.

Первые пасеки делались колодными. Пчел содержали в глиняных или деревянных колодах – неразборных ульях. Первые такие ульи выросли из бортей: участки стволов с дуплами просто выпиливали и собирали в одном месте. Независимо от материала и конструкции, неразборные ульи имели один главный недостаток: изнутри они полностью застраивались сотами, и для изъятия меда нужно было уничтожить улей, разрубив его. При этом пчелиная семья погибала, и в новую колоду приходилось заманивать другой рой.

В XIX веке, когда экономика стала играть более значительную роль, нежели в Средние века, перед пчеловодами встала сложная задача: разработать многоразовые ульи, то есть такие, которые не нужно разрушать для извлечения меда, а потом заново строить и заселять каждый сезон. Эту задачу независимо друг от друга решили русский, поляк и американец. Но русский был первым.

Идея Прокоповича состояла в том, что деревянный улей-ящик делился на два отсека. Отсек для расплода оставался свободным, и пчелы строили там свои соты как обычно. А вот отсек медосбора представлял собой систему рамок. Любую из них можно было, как выдвижной ящик из стола, извлечь, чтобы собрать с нее мед, воск и другие полезные продукты, а затем вставить обратно. Остальная часть улья не страдала, и пчелы заново отстраивали на зачищенной рамке медовые соты.

Эту систему Прокопович разработал в 1814 году. Много лет спустя, в 1838-м, поляк Ян Дзержон придумал улей, позволяющий разместить рамки в обоих отсеках, что давало возможность контролировать пчелиный расплод. Тот же Дзержон сконструировал более совершенный рамочный улей с оптимальным расстоянием между полками-рамками (38 миллиметров) и запатентовал его в 1848-м. Еще позже, в 1852 году, американец Лоренц Лорен Лангстрот, опираясь на разработку Дзержона, создал модель улья, которая используется повсеместно и сегодня, – это 8 или 10 типовых рамок высотой по 38 миллиметров.

Сложно сказать, был ли Дзержон знаком с ульями системы Прокоповича. Скорее всего, был. В середине XIX века значительная часть российских пчеловодов уже использовали рамочные ульи, в то время как их коллеги в остальном мире по-прежнему пользовались колодами. Дзержон жил в Силезии, которая на тот момент была частью Пруссии, но имела тесные связи с польскими землями, входившими в состав Российской империи. С очень высокой вероятностью можно предположить, что он понял, каким образом можно усовершенствовать улей Прокоповича, во время одной из поездок по «русской Польше». (Если кто-то забыл, я напомню, что с 1795 по 1918 год Польши на карте не существовало, ее земли разобрали окружающие государства.)

Части улья Прокоповича

Поскольку Дзержон был всемирно известным ученым – не только пчеловодом-практиком, но и биологом, – его работы публиковались на многих языках и читались ведущими пчеловодами мира. Видел их и Лангстрот. К слову, именно Дзержон открыл партеногенез (рождение трутней из неоплодотворенных яиц) у пчел и существование маточного молочка.

Но вернемся к Прокоповичу.

Петр Иванович Прокопович родился 10 июля 1775 года в достаточно обеспеченной семье священника в селе Митченки Конотопского уезда (ныне это Украина). Учился в Киевской духовной академии, служил в егерском полку, но ввиду слабого здоровья был вынужден покинуть армию. В 1798 году он вернулся в родное село и какое-то время работал на пасеке, которую содержал его брат. Петр влюбился в пчел и понял, что должен посвятить им свою жизнь.

Надо сказать, он был очень неплохим бизнесменом. На армейские сбережения он купил десятину земли в селе Пальчики неподалеку от Митченок, построил дом, начал разводить пчел. В 1801 году пожар уничтожил его хозяйство, но Прокопович не сдался, отстроил все заново и концу 1800-х уже имел огромную пасеку с 300 семьями.

Изобретение рамочного улья (точнее, как говорил сам изобретатель, втулочного) подстегнула медовое производство: в 1814 году Прокопович имел 6000 пчелиных семей, а к 1830-му – более 10 000, то есть владел самой большой пасекой в мире! В первую очередь это объяснялось тем, что он минимизировал расходы на ульи и не убивал семьи при извлечении меда, то есть дело у него шло значительно быстрее и продуктивнее, чем у коллег.

С 1820-х годов много времени Прокопович отдавал и научной работе. В 1827 году появились его публикации о пчеловодстве, а в 1828-м он основал первую в России и мире пчеловодную школу, превратив разведение пчел из семейного дела в доступную для всех профессию. Школа работала дольше полувека и подготовила в общей сложности более 600 специалистов. Обучение там длилось два года, и поначалу основную массу учеников составляли крепостные крестьяне, за которых платили помещики. Неграмотным в пчеловодной школе заодно преподавали чтение и письмо.

Сам Петр Прокопович умер в достатке и довольствии в 1850 году, будучи обладателем крупнейшего в мире пчелозавода и школы пчеловодства. Он написал и опубликовал более 60 исследовательских работ по биологии пчел и способам их разведения, внес множество усовершенствований как в систему своего улья, так и в другие технические элементы пчеловодства. В частности, он раньше бразильца Ганемана начал применять так называемую разделительную решетку, позволяющую изолировать матку и ограничить ее яйцеклад. Другое дело, что Прокопович не получал привилегий (патентов) на свои разработки и потому зафиксировать этот факт довольно трудно.

Степан Петрович, его сын, возглавлял школу и хозяйство до своей смерти в 1879 году. К сожалению, он не имел законных детей-наследников, и его имущество частично ушло с молотка, частично было растащено крестьянами окрестных хозяйств, а школу попросту закрыли.

Наследие Прокоповича до сих пор остается предметом исторического спора. Невозможно доказать, что Дзержон пользовался разработками Прокоповича, – и невозможно доказать обратное. Сегодня мировая общественность придерживается следующей позиции: она признает Прокоповича первоизобретателем рамочного улья, но утверждает, что Дзержон создал свою систему независимо от русского пчеловода и что именно от Дзержона она распространилась по всему миру. Но в душе, конечно, хочется подыграть Прокоповичу и связать его изобретение с дальнейшими разработками поляка. Давайте так и сделаем.