Текст книги "Краткая история технологий. Идеи, процессы и устройства, при помощи которых человек изменяет окружающую среду с древности до наших дней"

Считается, что транспортные расходы в Средние века составляли меньшую долю в общих расходах, чем сегодня. Иными словами, промышленная революция позволила больше экономить в производстве, чем при транспортировке. Если такая точка зрения на средневековые условия верна, то тогда понятна стабильность европейских коммерческих предприятий даже в обескураживающих условиях раннего Средневековья и прибыльность коммерческой деятельности XIII и начала XIV века. Однако только в середине XV века, после длительного периода снижения уровня торговли, почти внезапно появился первый корабль, пригодный для долгих географических путешествий и новой заокеанской торговли.

На основе северного торгового корабля кога в Южной Европе создали новый корабль – каракку, имевший черты как северного, так и южного судна. Очевидно, стремились к тому, чтобы он походил на маленькие португальские каравеллы – корабли с треугольными парусами и двумя или тремя мачтами, которые Генрих Мореплаватель примерно с 1415 года отправлял на исследования африканского побережья. Так как кораблестроители региона вокруг Байонна сильнее остальных усовершенствовали каракку, ее решили назвать «атлантическим» кораблем. Самое раннее изображение полностью законченной каракки было на французской печати 1466 года (по сути, это современный парусник).

Рис. 86. Трехмачтовая каракка. С фламандской гравюры конца XV в.

Каракка (рис. 86) строилась с обшивкой вгладь, по южной традиции, но руль размещался на ахтерштевне (как было принято на севере), а румпель входил в корпус корабля через отверстие над главной палубой. Имелась также палуба бака и две или более палуб на корме. Хотя шкафут находился сравнительно низко, в корпусе было достаточно места для грузов, складов, вооружения и экипажа. Каракки увеличивались в размерах: к 1500 году судно водоизмещением 600 тонн считалось обычным; корабль Генриха VIII – «Великая каракка», более известная под названием «Генри Грейс э’Дью» (фр. Henry Grace à Dieu – «Генрих милостью Божьей»), имел водоизмещение 1500 тонн и перевозил 195 орудий и 900 человек.

На трех или четырех мачтах (вторая бизань-мачта вскоре стала вполне обычной) крепились разнообразные паруса. На грот-мачте был большой квадратный грот и небольшой марсель на легкой стеньге, который высился над фалами и поднимался до реи большого квадратного паруса. Фок-мачта, которая была короче и больше, не наклонялась вперед, держала второй квадратный парус. Эти два паруса были движущими. Бизань-мачта или бизань-мачты держали треугольные паруса на носу и на корме, на бушприте находился шпринтовый парус. Малые паруса на обоих концах корабля легко сворачивались и устанавливались и были особенно полезны при маневрировании в узких водных бассейнах.

Описанный корабль считался судном пар-экселанс (фр. par excellence – по преимуществу): в списке кораблей Генриха VIII, составленном в 1546 году, под кораблем понималась каракка. К 1550 году большие торговые галеры венецианцев перестали приносить прибыль. Однако военные галеры с рабами еще долго бороздили Средиземное море. Четыре из них подошли к Ла-Маншу с Испанской армадой только для того, чтобы принять поражение от английской погоды. Следует сказать о галеоне – одном из первых парусников, который был преимущественно военным. Хотя читатели Чарльза Кингсли сразу подумают об испанских галеонах, они были фактически изобретены португальцами; а английский галеон – «Арк Роял» – являлся флагманским кораблем в битве с Испанской армадой.

Галеоны оснащались вооружением, как и другие крупные парусники того времени; их длина была примерно в четыре раза больше бимса. У них были более низкие кастли в носовой и кормовой части, что вместе с относительной узостью прибавляло кораблям скорости; хотя пониженные кастли делали их уязвимее для абордажной команды. Но главное отличие от торгового судна в том, что галеон, на котором не требовалось пространство под грузы, строился с батарейной палубой, выдерживавшей пушки, стреляющие через отверстия в бортах. Таким образом, военно-морская тактика перестала ограничиваться тараном или абордажем. В новую эпоху бортовых залпов военные суда научились держать дистанцию, однако успешное применение оружия по-прежнему зависело от скорости и маневренности кораблей.

Океанские путешествия на больших и более совершенных кораблях – одновременно причина и следствие улучшения методов навигации, которые не требовались, пока капитаны прокладывали путь вдоль побережья Средиземного моря и северо-западной морской границы Европы. Компаса, карты, навигационного счисления и промера глубины лотом не хватало для выполнения задач, поставленных принцем Генрихом Мореплавателем, когда он приказал своим кораблям идти на юг и на заданной широте повернуть под прямым углом к побережью Африки. Следовало адаптировать астрономические приборы (астролябия уже была почти совершенна) для морских кораблей, дабы определять широту. Время изобретений указать точно нельзя, ибо моряки редко фиксировали подобные события, но есть веские доказательства, что сначала появился морской квадрант; первые расчеты получили в 1456–1457 годах. По гравированной пластине моряк измерял угол подъема Полярной звезды, наблюдая через булавочные отверстия при помощи ватерпаса, проходящего над гравированной шкалой. Измерение корректировалось сравнением изменяющегося положения Стражей – двух звезд в Малой Медведице. По движению Стражей давно отсчитывали время, а в начале XVI века для этих целей появилась ноктурлябия, указывавшая количество часов до или после полуночи. Широту также определяли наблюдением за высотой Солнца в полдень и уточняли ее по печатной таблице ежедневных высот Солнца.

После квадранта появились морская астролябия – модификация астрономического прибора, с которым могли работать только специалисты, и градшток; оба прибора измеряли высоту. Градшток был проще и дешевле, особенно пригождался на достаточно низких широтах и более подходил для определения высоты звезд, чем Солнца. Трансверсаль перемещался туда-сюда вдоль градштока, пока один конец не закрывал горизонт, а другой не указывал на звезду или Солнце: высота отсчитывалась по делениям на градштоке. С 1595 года градшток стал вытесняться квадрантом Джона Дэвиса или английским квадрантом – более точным прибором, одним из преимуществ которого было то, что пользователь вставал спиной к Солнцу, и оно его не ослепляло. За несколько лет до этого английские мореплаватели внедрили лаг и линь – первый крупный вклад англичан в искусство мореплавания. Лаг – деревянный прямоугольный сектор, который бросали с кормы судна; на прикрепляемом к нему лине завязывались узлы через 7 морских саженей. Каждый узел травили с барабана с интервалом в полминуты, отмеряя время песочными часами и получая скорость движения в единицах – 1 морская миля в час. Измерения проводились вне зависимости от направления ветра, а результаты заносились в журнал, позже названный бортовым.

Хотя Северный магнитный полюс перемещался прежде и продолжает перемещаться сейчас, столетнее изменение его положения нанесли на карту в 1702 году и, как следствие, скорректировали корабельный курс. Это, а также совершенствование лага позволило вести навигацию методом навигационного счисления, когда направление и расстояние систематически наносили на карту. Хотя этот метод имел серьезные ограничения (в частности, из-за бокового дрейфа корабля), он был чрезвычайно важен, ибо на судне в открытом море наблюдения за небесными телами иногда не проводились по несколько дней и даже недель. Долготу на море так и не определили – требовался точный хронометр, идеально работающий на борту корабля.

Внутренний транспорт развивался с меньшими сенсациями; возможно, важнее всего было строительство каналов и улучшение речной навигации. Четырехколесная повозка, используемая в средневековой Англии в основном для нерегулярных поездок богачей, стала более распространенной среди народа, как это было давным-давно в Европе; четырехтонная повозка была обычным транспортным средством во времена Шекспира. Ее размеры увеличились позже, однако на основе четырехтонной повозки создали повозку для больших ферм в XVIII веке. Отголосками отдаленного будущего стало появление до 1550 года в горнодобывающей индустрии деревянных рельсов для облегчения перевозок грузов в тяжелых вагонетках.

Более значимое нововведение, во всяком случае для высших слоев общества, – карета, появившаяся в Англии предположительно в 1564 году благодаря кучеру-голландцу Елизаветы I. Наименование транспортного средства (англ. coach – коуч, то есть карета) происходит от названия деревни Кочь (венг. Kocs – вагон) на северо-западе Венгрии, однако неизвестно, что именно изобрели в карете венгры. Крытая карета применялась в Средние века и ранее. Путешественник меньше уставал, однако его иногда тошнило из-за сильной качки – кузов кареты подвешивался на ремнях. У кареты была ходовая часть: передняя ось крепилась к шасси шарниром.

Первыми каретами, двигавшимися по грязным дорогам, управляли форейторы с бичами (их можно увидеть верхом на лошади во время государственных шествий и сегодня); они управляли более скромными каретами начиная с XII–XIII веков. Форейтором (англ. postilion) первоначально называли почтальона (англ. postboy), который возил официальные документы и посылки с почты на почту по дорогам Англии и Европы. Лошадей для этой цели, ехавших со средней скоростью около 16 километров в час, нанимали частные лица.

Рост благосостояния, торговли, прирост населения и колоний в следующие полтора века (1600–1750) не сопровождался особенными достижениями в транспорте. В среднем продолжительность путешествия через Атлантический океан не стала меньше; почти не изменилась скорость континентальных плаваний. Водоизмещение голландского или английского корабля Ост-Индской компании – гордости их флотов вряд ли даже во времена генерала Клайва превышало 800 тонн; такое судно бороздило морские воды одно и более поколений, преодолевая 20 тысяч миль в год, не разрушая корпус и неся достаточно вооружения для защиты судна и груза в непатрулируемых водах. Однако корабли этой серии – «великие суда», как записано в дневнике Пипса, увеличили для большего вооружения; второстепенные задачи передали небольшим и быстрым фрегатам, которые не выдержали бы вражеского бортового залпа в бою. Строительство большого военного корабля, вроде 1500-тонного «Повелителя морей», по инициативе Карла I на корабельные подати дало кораблестроителям всех ведущих морских держав возможность развивать новые устройства, которые позже устанавливали на торговые суда.

В целом предпочитали длинные корабли типа галеона. Палуба обычно занимала все судно от носа до кормы; пониженная корма помогала кораблю легче пережить шторм, поэтому для удобства на корме стали делать коридоры и иллюминаторы. Кабестан, цепной насос, камбуз и подвесные койки в то время имелись на всех кораблях, но главное изменение, больше повлиявшее на военные суда, относилось к размеру мачты и размаху паруса. Четвертую мачту устанавливали реже, но на большом корабле у каждой из трех мачт была стеньга и брам-стеньга; у фок-мачты и грот-мачты были бом-брамсели – итого одиннадцать мачт, как у «Повелителя морей». Площадь паруса увеличилась за счет расположения треугольных фок-паруса и кормового паруса на опорах между мачтами, а лисели увеличивали площадь квадратных парусов в хорошую погоду. Для строительства военного корабля такого размера требовалось около 2 тысяч дубов (50 акров леса, на котором полноценные дубы вырастут не раньше чем через 100 лет). Спуск на воду такого тяжелого судна даже из сухих доков, в которых они обычно строились, был проблематичен, так же как последующее килевание, удаление морских наростов и ремонт (рис. 87).

Корабли проектировались очень тщательно с помощью плаза, на полу которого рисовались в натуральную величину для тимберсов. Оригинальный чертеж разрабатывал мастер-корабел за своим столом (рис. 88) обычно в масштабе одна четвертая дюйма к футу; каждый изгиб тимберса переносился в полный размер на пол плаза с помощью больших разделенных окружностей, называемых лекалами. Хотя растущий интерес к математике и науке, несомненно, помогал определять пропорции и площадь паруса при проектировании, методы оставались почти полностью эмпирическими. Современник Пипса, сэр Энтони Дин, считается первым военно-морским архитектором, сумевшим заранее вычислить точную глубину воды, необходимую для плавания судна. Большинство судов на самом деле рассчитывали по миделю некоторых особенно удачных кораблей, построенных ранее тем же корабелом или фирмой; по аккуратному макетному образцу (многие из которых сохранились) понятно, что кораблестроители прежних времен часто составляли руководящий план работы.

Рис. 87. Килевание в Батавии. С голландского рисунка, 1699 г.

О кораблях XVIII века мы знаем благодаря сохранившимся чертежам. Рулевое колесо появилось примерно в 1705 году; марсели стали больше по сравнению с нижними прямыми парусами; новый тип паруса, известный как бом-кливер, заменил шпринтовый парус на носу. Еще интереснее, что в мире чаще всего строили большие корабли, хотя голландцы делали суда мельче и шире, чтобы торговать в Зейдер-Зе. Такая тенденция к стандартизации привела к почти идеальному сочетанию конструкции и маневренности в паруснике.

Пока дерево оставалось основным материалом, максимальный размер кораблей ограничивался 2 тысячами тонн древесины на их строительство. Увеличивать пытались только линейный корабль, за которым на значительном расстоянии шло купеческое судно для дальней и опасной торговли. Основная часть торгового флота каждого морского государства состояла из гораздо меньших судов: в 1800 году средний тоннаж английских торговых судов был не более 100 тонн. Здесь, как и в строительстве рыболовных судов, долго лидировали голландцы. В первой половине XVII века благодаря флейту (нидерл. fluitschip) цену на перевозку товаров удалось снизить на 30–50 процентов по сравнению с той, что предлагали англичане и французы; когда приняли Навигационные акты, флейты хитро англизировали, и огромное количество этих кораблей ходило под английским флагом.

Рис. 88. Кораблестроители эпохи Тюдоров за работой. Из английской рукописи конца XVI в.

Такой трюк с голландским судостроением имел благоприятные последствия. Затраты на строительство сократились за счет преобладания низких процентных ставок в Голландии и хорошо организованного голландцами контроля рынка древесины и других корабельных арсеналов в Норвегии и на балтийских землях. Ручной труд сократился благодаря ветряным лесопилкам и большим грузоподъемным механизмам; последние особенно впечатлили эмиссаров Кольбера. Голландцы строили качественные корабли, ибо научились справляться с собственными проблемами внутреннего судоходства: у них было тридцать девять типов лодок для рек и каналов. Они создали корабль с очень большим трюмом, узкими очертаниями и легкими тимберсами (нормальная нагрузка равнялась 200–500 тоннам), тремя короткими мачтами, а также «завалом борта» для снижения нагрузки и ветрового сопротивления выше ватерлинии. За исключением аварийных ситуаций, в которые эти корабли иногда попадали, они были настолько быстрее старых судов, что отправлялись в дополнительное плавание в балтийские земли в течение года; кроме того, они перевозили упрощенный такелаж, не имели орудий, а экипаж был в два раза меньше обычного.

С развитием науки улучшились морские приборы. Следует упомянуть работу астронома Эдмунда Галлея, который в 1686 году опубликовал первую ветровую диаграмму пассатов и муссонов, а в 1699–1702 годах составил карту общих девиаций магнитного компаса. Это было самое первое изометрическое отображение, которое дважды корректировалось в следующем веке, когда стали доступны более совершенные средства наблюдения. Квадрант и квадрант Дэвиса были значительно улучшены методом, предвосхищенным Исааком Ньютоном и продемонстрированным в Королевском обществе Джоном Хэдли в 1731 году. Метод предполагал использование октанта, на котором изображение Солнца или звезды отражалось зеркалом на второе зеркало, уже наведенное на горизонт; угловое наблюдение высоты над уровнем моря велось в телескоп, движущийся по градуированной шкале. Основное преимущество октанта в том, что он не реагировал на качку. Результаты адмиралтейских испытаний 1732 года показали, что погрешность прибора Хэдли составляет максимум 2 градуса. Одновременно и независимо от Хэдли Томас Годфри из Филадельфии разработал аналогичный прибор, а Калеб Смит в Великобритании сконструировал прибор с призмами вместо зеркал – ценное преимущество, учитывая нехватку качественных зеркал, хотя его изобретение в остальном уступало прибору Хэдли. С увеличением шкалы октант превратился в секстант.

Между тем из-за крайней необходимости определить долготу на море в Великобритании создали Совет по определению долготы, уполномоченный награждать в размере 20 тысяч фунтов «лицо или группу лиц, которые определят долготу в море». Это произошло в 1714 году – через семь лет после бедствия британского флота на Сицилии, когда потерю флагмана со всем экипажем объяснили неумением флагманского штурмана флота рассчитать точную долготу. Но только в 1762 году хронометр Джона Харрисона, его знаменитый «№ 4», справился со всеми предъявляемыми требованиями, и проблема точного определения долготы на море решилась. Через девять лет уменьшенный вариант этого прибора был у капитана Кука в его втором большом плавании, когда он наносил на карту острова южной части Тихого океана.

Развитие дорожной сети и транспортных средств тесно связаны между собой. В Англии при правлении Карла I какое-то время запрещали дилижансы, дабы защитить дороги общего пользования от износа. На гораздо больший период законом ограничивалась минимальная ширина железной покрышки (одно время она равнялась 40 сантиметрам), а в середине XVIII века популяризировали широкие колесные транспортные средства, освободив их от сборов на заставах. В то время средняя ширина колеса составляла 23 сантиметра, но, чтобы обойти правила, делали колеса с косой заточкой, в которых только примерно 8 сантиметров касались дороги. Тяжелые грузы перевозила восьмитонная повозка с двенадцатью лошадьми – единственное транспортное средство, конкурировавшее с речной баржей и конным вьючным обозом. В такой повозке ездили бедняки. В век аристократии технический прогресс в основном удовлетворял потребности и амбиции богачей. С 1665 года качка на шероховатой дороге уменьшилась благодаря пружинам, которые поддерживали корпус кареты на С-образных полосах закаленной стали; начали появляться легкие двухколесные транспортные средства для дальних поездок. С XVII века соперником городской кареты был портшез. Во время градостроительства XVIII века мощеные улицы и площади становились протяженнее и появлялись причудливые средства передвижения, вроде тити-виски, в котором молодой Иеремия Бентам отправился из Лондона в Париж, и «ночного горшка» (фр. pot de chambre), в коем он, по-видимому, туда прибыл.

Развитие транспортных средств зависело от качества дорожных покрытий. Непосредственно перед началом промышленной революции в этом вопросе лидировала Франция (Англия конкурировать с ней не могла). В XVII и начале XVIII века в Англии появилась рельсовая дорога, которая в самой примитивной форме была у немецких шахтеров 30–60 лет назад. Сначала немцы устанавливали под вагонетку штырь, перемещавшийся вдоль канавки в доске, чтобы передние колеса двигались по прямой (рис. 89), но не исключено, что до конца XVI века уже использовались деревянные фланцевые колеса (рис. 90). Англичане впервые применили рельсы в угольной шахте в 1597–1598 годах; пути для вагонеток с деревянными «наклонными рельсами» построили быстро: торговля каменным углем стремительно росла, и большая его часть перевозилась на конной тяге на большие расстояния – от шахты к реке или морю. Колесо вагонетки катилось в пазу по принципу движения по античной колейной дороге, но после изменилась форма и рельса, и колеса.

Рис. 89. Шахтерская вагонетка со штырем для движения по желобчатому основанию. Агрикола, 1557 г.

Рис. 90. Трансильванская угольная вагонетка с фланцевыми колесами. Примерно XVI в.

Между тем в Великобритании эпохи Даниэля Дефо, экономика которой известна гораздо лучше, чем у любой европейской страны, были регионы, в которых даже аристократы ездили верхом, а не в каретах, а бедняки ходили пешком. На быстрых лошадях перевозили свежую рыбу из Лайм-Реджиса в Лондон, но большая часть продукции поставлялась в столицу с птицефабрик Норфолка, а также из скотоводческих районов Шотландии и Уэльса. Для дальних перевозок вдали от рек лучшим перевозчиком грузов оставались вьючные лошади. Цена отправляемого в Лондон каменного угля – источника жизни новой эры – по-прежнему была в шесть раз выше отпускной цены в шахте.