Текст книги "100 великих научных достижений России"

Мосты и цемент Белелюбского

Механик, материаловед, проектировщик и строитель мостов, педагог, пропагандист русских научных достижений; заслуженный профессор, заведующий кафедрой строительной механики, ректор Петербургского института инженеров путей сообщения; начальник первой в России механической лаборатории по испытанию сопротивления материалов (Государственной испытательной станции); действительный член Академии художеств; председатель Мостовой комиссии при Инженерном совете МПС; основатель и редактор журнала «Цемент, его производство и применение»; председатель бюро «Съездов русских техников и заводчиков по цементному, бетонному и железобетонному делу»; президент Международного общества испытания материалов; учредитель Общества вспомоществования недостаточным студентам и Общества изыскания средств для технического образования женщин; доктор-инженер Нonora causa Высшей технической школы в Берлине; почетный член Общества гражданских инженеров во Франции и Бетонного института в Англии; лауреат медали Эдинбургской выставки 1890 г., высшей награды Парижской выставки 1900 г., а также участник еще 6 международных выставок в Чикаго, Стокгольме и Париже, Николай Аполлонович Белелюбский (1845–1922) является автором более 50 трудов по цементам и мостостроению. Белелюбский – глава первой научной школы русских мостостроителей, спроектировал и построил более 100 мостовых сооружений.

Мост Н.А. Белелюбского через реку Мста в Боровичах

Первый русский полный «Курс строительной механики», написанный профессором Н.А. Белелюбским в 1885 г., на много десятилетий стал классическим учебником для студентов и настольной книгой специалистов, а напутствие педагога своим ученикам актуально и ныне: «Вы – будущие инженеры. Нет прекрасней доли. Вы будете проектировать и строить мосты. Это дело на века. Ищите лучших конструкций, приемов и способов строительства. Но не забудьте одного – быть хозяином своих строек. Не владельцами, а хозяевами, ибо строите для государства, для народа. Стройте рачительно, бережно, экономно, прочно. И ново. Каждое время приносит свою полезную новизну, каждый инженер должен сделать в своей практике шаг вперед. Во всяком случае, он должен хотеть это сделать, иначе он не инженер, не хозяин своего дела».

Николай Аполлонович был хозяином своих слов и своих дел: как говорил, так и жил – «деятельность его была широка и многогранна. Современники говорили, что Николай Аполлонович не человек, а целое министерство, а то и два»); за полвека «в России не было построено ни одного моста, в проектировании, сооружении или экспертизе которого не принимал бы участия Белелюбский». И ни к одному из его сооружений ни время, ни люди не предъявили претензий, ни один мост не разрушился сам по себе!

При этом надо заметить, что в заслугах ученого, конструктора, инженера и педагога в двух неразрывно связанных направлениях его деятельности – мостостроении и изучении цементов – невозможно выделить главные – их не разорвать, они будто скреплены цементом, да и не хватит места в очерке. Посему, не вникая в суть научных достижений мостостроителя, остановимся хотя бы на перечне его нововведений, а также на конкретном воплощении новаций в конструкциях самых знаменитых мостов.

Применив в пролетных строениях мостов литое железо, Белелюбский первым отметил его высокие качества по сравнению со сварочным. После подробного изучения механических свойств и особенностей обработки этого железа, ученый, несмотря на противодействие со стороны МПС, внедрил его в отечественное мостостроение, создал на него технические условия (ТУ), легшие затем в основу зарубежных ТУ.

Проведя сравнительные испытания считавшегося в ту пору лучшим английского цемента и отечественного, Белелюбский доказал, что наши цементы по своему качеству ничем не уступают заморским. Одновременно ученый выдал рекомендации по выбору песка, выработал номенклатуру вяжущих веществ, провел исследования шлаковых цементов и русской пуццоланы (активная минеральная добавка из смеси вулканического пепла, пемзы, туфа и т. п.). Возглавив комиссию для выработки норм и ТУ по приемке и испытанию цементов, Николай Аполлонович успешно справился и с этой работой. Авторитет ученого в решении любых «цементных» вопросов был столь велик, что его – мостостроителя – много лет избирали вице-председателем, а затем и председателем бюро Съездов русских техников и заводчиков по цементному, бетонному и железобетонному делу.

Когда в начале 1890-х гг. в строительстве появился новый материал – железобетон, Белелюбский стал его страстным пропагандистом. Тщательно изучив новый строительный материал, ученый в 1905 г. организовал комиссию по выработке ТУ для железобетонных работ на основе опыта отечественного строительства и к 1908 г. разработал и утвердил первые нормы. Помимонаучных и организационных мер, Николай Аполлонович первым в нашей стране применил железобетон на строительстве мостов, позволивший ему увеличить длину пролетов и разнообразие мостовых конструкций.

Отдельной заслугой материаловеда Белелюбского стала возглавляемая им с 1878 г. механическая лаборатория Института инженеров путей сообщения, преобразованная затем за величайшие заслуги перед отечественной наукой и техникой в Государственную испытательную станцию. Удивительно, но ученый в одиночку (еще с одним помощником) в этой единственной в России лаборатории умудрился исследовать и описать для нужд МПС механические и физические (выветриваемость) свойства почти всех русских строительных материалов! Эта лаборатории стала первым в России местом испытаний сопротивления материалов. Многие результаты исследований Белелюбского легли в основу норм испытаний строительных материалов, рельсов и пр. у нас и за рубежом. Потомкам испытатель оставил громадную коллекцию каменных материалов со всей страны с характеристикой их механических свойств. Ныне эта лаборатория носит имя своего создателя.

Ну и, наконец, о главном детище Белелюбского – мостах. Их Николай Аполлонович спроектировал больше ста, в том числе величайший для своего времени по протяженности и совершенству конструкции Сызранский мост через Волгу, соединивший железнодорожную сеть центра России с Заволжьем и Сибирью; двухъярусный мост через Днепр возле Днепропетровска, разрушенный во время Великой Отечественной войны; Обской мост, связавший два самых крупных и значимых участка Транссиба – Западно-Сибирскую и Средне-Сибирскую железные дороги и послуживший основанием города Ново-Николаевска (Новосибирска)…

Все мосты строителя хороши сами по себе, но во многих ученый заложил еще и новшества, которые стали непременным атрибутом последующих мостовых конструкций у нас и на Западе.

Так, заменяя деревянные конструкции старых мостов металлическими, Белелюбский разработал способ быстрой замены без перерыва движения; впервые в мировой практике предложил конструкцию свободных поперечных балок, стал возводить уникальные насыпи и строить мостовые опоры кессонным способом; существенно улучшил конструкции металлических пролетных строений; впервые применил свободное шарнирное опирание поперечных балок на балансиры, за что был удостоен медали на Эдинбургской выставке в 1890 г.; предложил метод расчета отверстий больших мостов, принятый с тех пор в международной практике мостостроения.

Последним и крупнейшим из мостов Белелюбского, сооруженных в России (были и за рубежом), стал Симбирский (Николаевский) мост (1916) с длиной каждого из 12 пролетов 158,4 м и общей длиной (с учетом подходящей к нему эстакады) 2810 м (четвертое место в мире по длине). На строительстве этого сооружения применялась новейшая техника: кессоны, опускные колодцы, экскаваторы…

Очерк хочется завершить словами академика Г.П. Передерия: «Н.А. Белелюбский своей деятельностью, особенно в области мостостроения, стяжал себе мировую известность. Такая слава редко выпадает на долю инженера, и даром она не дается. Нужно родиться с талантами и задатками, с такой колоссальной энергией, какими обладал Н.А. Белелюбский. Нужно направить эту энергию на большое общественное дело, нужно суметь его довести до успешного конца, и тогда слава приходит как дань благодарности современников и последующих поколений людей».

Отец и сын автоматической сварки под флюсом

У отца и сына, Евгения Оскаровича (1867–1953) и Бориса Евгеньевича Патонов (род. 1918), у каждого своя судьба, хотя оба занимали по очереди одну и ту же неофициальную должность – главного сварщика страны. Их объединяло не только прямое родство и дело жизни – автоматическая сварка под флюсом, не только громадный вклад в развитие российской науки и техники, но даже звания, должности и заслуги перед Отечеством. Каждый из них – ученый в области сварки, педагог, руководитель научной школы, государственный деятель, депутат Верховного Совета СССР; профессор, академик, член многих академий и научных обществ мира, директор Института электросварки АН УССР в Киеве, автор сотен научных трудов, монографий, открытий; лауреат престижных премий, кавалер двух орденов Ленина, Трудового Красного Знамени и других высших отечественных и иностранных орденов и медалей, Герой Социалистического Труда.

Благодаря созданному Е.О. Патоном в 1934 г. специализированному Научно-исследовательскому институту электросварки город Киев стали называть в мире «столицей электросварки».

Ничего удивительного в том не было, так как Россия является родиной и даже «страной электросварки». Именно русский физик-экспериментатор, профессор, корреспондент Петербургской АН В.В. Петров в 1802 г. открыл явление электрической дуги и в своей книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (1803) описал способы изготовления вольтова столба, явление электрической дуги и возможность ее применения для электроосвещения, электросварки и электропайки металлов. Через 80 лет наш изобретатель Н.Н. Бенардос изобрел электрическую сварку с применением угольных электродов (1882). Затем другой изобретатель Н.Г. Славянов в первый раз применил дуговую сварку металлическим (плавящимся) электродом под слоем флюса (1888). Профессор В.Ф. Миткевич впервые в мире предложил применять трехфазную дугу для сварки металлов (1905).

Уже в советское время член-корреспондент АН УССР К.К. Хренов также впервые в мире осуществил дуговую сварку под водой (1932), а отец и сын Патоны разработали целый ряд технологий автоматической сварки под флюсом (Е.О. Патон, 1939), в космосе и под водой (Б.Е. Патон, вторая половина XX в.), чем, собственно, довели этот метод соединения материалов, сооружения мостов и герметизации земных, космических и подводных аппаратов до совершенства.

(Сварочным флюсом называют материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки, химической очистки соединяемых поверхностей и улучшения качества шва – буру, борную кислоту, хлориды, фториды.

Памятник на могиле Е.О. Патона в Киеве

При электрошлаковой сварке флюсы еще выделяют тепло при прохождении через них электрического тока и нагревают свариваемые детали.) Создание Института сварки стало знаменательной вехой в развитии электросварки вообще, но не началом творческого пути Е.О. Патона. Впервые электросваркой Евгений Оскарович занялся уже, можно сказать, «на пенсии» – в 1928 г., когда его, заведующего кафедрой мостов, известного своими работами по вопросам статики сооружений, расчета и конструирования железных мостов, коллеги стали называть «Батей», и весь мир знал его как автора более 50 проектов железных клепаных мостов.

Занявшись исследованиями прочности и эксплуатационной надежности сварных конструкций, Е.О. Патон в 1929–1938 гг. сформулировал главные положения по технологическим основам дуговой сварки, теоретически и экспериментально доказал высокую техническую и экономическую эффективность замены клепаных металлоконструкций сварными, а болтов, гаек и прочих креплений сварным швом. Новая технология была внедрена на 20 заводах, производящих вагоны, котлы, балки для мостов и другие ответственные конструкции. Надежность метода была проверена на более чем 100 сварных мостах, среди которых один из крупнейших в мире (1543 м) – первый в мире цельносварной 26-пролетный мост через Днепр в Киеве (1953). Во время монтажа мостовых конструкций было сварено 10 668 м швов. По своему научному значению, по мощи инженерной мысли и по культурно-эстетическому значению в мировой истории этот мост равен Эйфелевой башне в Париже. Ныне это грандиозное сооружение носит имя Е.О. Патона.

С началом Великой Отечественной войны 75-летний «Батя» эвакуированный вместе со своими немногочисленными сотрудниками в Нижний Тагил, в один из уральских танкоградов под № 183, под открытым небом, в лютые морозы, в невероятно сжатые сроки разработал и внедрил технологию автоматической скоростной (до 10 раз производительнее других методов) сварки броневых корпусов тяжелых танков KB, средних Т-34 и легких Т-60 и Т-70. С момента прибытия завода до рождения лучшего танка Второй мировой войны Т-34 прошло менее двух месяцев.

«За годы войны общая длина “патоновского шва” составила 6000 километров!» Этот шов впервые в истории сварки стал прочнее основного металла и не разрушался даже при прямом попадании в него снаряда. На установках Патона варили не только танки, но и авиационные бомбы, пушки, трубы и др.

В 1942 г. третьим изданием вышла книга Е.О. Патона «Скоростная автоматическая сварка под слоем флюса», которая стала пособием по внедрению этого метода на всех предприятиях СССР. В других странах автоматическая сварка под флюсом броневых сталей была освоена уже после войны.

Благодарную память о Евгении Оскаровиче сохранили не только тысячи танкистов, но и весь наш народ. Ученый стал символом служения Родине. Может, поэтому так актуальны его слова, сказанные в лихую годину:

«Человеку не дано самому судить о том, как он выполняет свой долг. Истинным судьей в этом является только народ. Но одно я знал твердо: всего себя, без остатка, я отдаю работе, стараюсь жить так, чтобы всегда прямо и честно смотреть в глаза советским людям. В те минуты я снова пожалел о том, что большая часть моей жизни, мои молодые годы прошли в затхлой, деляческой атмосфере царской России, в обстановке, где труд не считался делом чести, а был только средством к существованию».

При напряженной 12–14-часовой работе в цехах (директор участвовал в монтаже и освоении каждой сварочной установки на протяжении всего пускового периода) Е.О. Патон не прерывал своих занятий по разработке технологии сварки специальных сталей и исследованию физических основ горения дуги под флюсом, свариваемости металлов, созданию производства сварных труб, сосудов, машин различного назначения, созданию нового класса сварных конструкций.

Впервые в мире разработав комплексную программу развития сварочного производства, основав новейшие сварочные технологии и создав знаменитую школу мостостроителей, Евгений Оскарович передал свое дело и институт в руки Борису Евгеньевичу Патону. Сын достойно продолжил и развил научные исследования отца.

Им лично и под его руководством была проведена масса исследований процессов автоматического и полуавтоматического сваривания под флюсом, разработаны теоретические основы создания автоматов и полуавтоматов для дугового сваривания и сварочных источников питания. Были разработаны и внедрены системы кибернетического управления и сварочные роботы. На новый уровень вышло изучение металлургии сваривания, усовершенствование существующих и создание новых металлических материалов. Была создана новая отрасль – специальная электрометаллургия, в которой нашли применение новейшие методы сварки – электрошлаковый, плазменно-дуговой и электронно-лучевой переплавы.

При Б.Е. Патоне к освоенным сварочным технологиям добавились новые – используемые при сооружении хирургических, космических, подводных аппаратов, при проведении сварочных работ в безвоздушном пространстве и под водой. Все это стало неотъемлемой частью судостроения, производства уникальных сосудов высокого давления для энергетики и химической промышленности, кожухов доменных печей, высотных башенных конструкций, крупногабаритных узлов для морских судов, гидрогенераторов, сварных труб для магистральных газо– и нефтепроводов и др.

Открытия Патонов в области сварки сделали возможным блочное строительство жилых домов, благодаря чему подавляющее большинство малоимущих слоев населения развитых стран получило возможность заиметь собственное жилье. Особенно великое значение это имело для стран социалистического лагеря. Эти методики в строительстве жилья применяются и по сей день.

В конце очерка так и подмывает произнести перифраз:

«Все ж может собственных Патонов земля Российская рождать!»

Средний танк Кошкина Т-34

Инженер, конструктор бронетехники, политработник; участник Первой мировой и Гражданской войн в составе Красной Армии; замначальника танкового КБ завода № 185 (Ленинградского завода им. С.М. Кирова); начальник КБ танкового отдела «Т2» завода № 183 (Харьковского паровозостроительного завода); кавалер ордена Красной Звезды, лауреат Сталинской премии (посмертно) «за разработку конструкции нового типа среднего танка» (Т-34), Герой Социалистического Труда (посмертно), Михаил Ильич Кошкин (1898–1940) создал танк Т-34.

По мемуарам генерал-полковника германской армии Х. Гудериана и фельдмаршала Э. фон Манштейна, командующих танковыми группами и танковыми корпусами, одной из главных причин поражения Германии в войне против СССР стал танк Т-34. Кому, как не танкистам, оценивать танк, да еще вражеский!

Гудериана советский танк ввел в транс уже на десятый день войны: «Очень тревожные донесения о качестве русских танков… Превосходство материальной части наших танковых сил, имевшее место до сих пор, было отныне потеряно и теперь перешло к противнику. Тем самым исчезли перспективы на быстрые решающие победы».

В 1942 г. командование танковых войск Германии распространило «Инструкцию для всех частей Восточного фронта по борьбе наших танков с русским Т-34». Вот выдержка из нее: «Т-34 быстрее, более маневренный, имеет лучшую проходимость вне дорог, чем наши Pz.Kpfw.III и Pz.Kpfw.IV. Его броня сильнее. Пробивная способность его 7,62 см орудия превосходит наши 5 cm KwK и 7,5 cm KwK40. Удачное расположение наклонных бронелистов увеличивает вероятность рикошета… Поскольку Т-34 быстрее немецких танков, он может выбирать дистанцию открытия огня».

А это донесение с фронта: «Хорошо известная проходимость танка Т-34 в действительности ошеломляющая. Танк проходит через топи и болота, непроходимые для людей, врывается на наши позиции».

Через 20 лет после окончания войны западногерманский журнал «Soldat und Technik» лишь подтвердил мнение противника о нашей «тридцатьчетверке»: «В июне 1940 года сошел с конвейера первый серийный советский танк Т-34. Этот танк, бесспорно, был подлинным шедевром в истории развития военной техники. В нем удачно сочетались технические элементы быстроходного крейсерского танка с высокой неуязвимостью, присущей танку непосредственной поддержки пехоты. Появление Т-34 на Восточном фронте летом 1941 года было неожиданностью для немецких войск».

После первого года войны в Испании (1936–1939), где советские танки БТ-5 и Т-26 показали свое превосходство над немецкими Pz.I и Pz.II, но были чрезвычайно уязвимы под огнем противотанковых орудий, руководство СССР поставило перед танкостроителями задачу создания быстрой маневренной машины высокой проходимости с надежной броней и мощным вооружением. Речь шла в первую очередь о самом массовом – среднем танке.

М.И. Кошкин

Учеными и конструкторами были предложены два типа машин: колесно-гусеничный танк А-20 и чисто гусеничный А-32 (Т-32). Не зная, какому типу отдать предпочтение, разрабатывали сразу оба типа. Работы велись на первом этапе на Ленинградском заводе им. С.М. Кирова (№ 185), а затем на Харьковском паровозостроительном заводе (№ 183).

В создании танка были задействованы десятки выдающихся конструкторов, технологов, ученых, занимавшихся комплексом вопросов от металлургических до баллистики: А.А. Морозов, М.И. Таршинов, Н.В. Барыков, Н.И. Груздев, А.В. Калоев, А.И. Воробьев, Н.Н. Гусев, А.Я. Дик, И.Ф. Вархрушев, В.С. Ананьев, Н.А. Кучеренко и др.

В ходе государственных испытаний в сентябре 1939 г. на полигоне под Москвой предпочтение было отдано танку Т-32. Опыт боев финской кампании также говорил в пользу гусеничной машины. Было принято решение усилить ее бронирование (до 45 мм), вооружить 76,2-мм пушкой и начать выпуск новой модификации.

Серийное производство танков Т-34 началось в октябре 1940 г. Начальником КБ – главным конструктором 183-го завода был назначен А.А. Морозов, продолживший дело своего предшественника – создателя танка Т-34 М.И. Кошкина.

«Основы конструкции танка Т-34 заложил и разработал Михаил Ильич Кошкин, – вспоминал позднее Морозов. – Этому замечательному конструктору мы, в первую очередь, обязаны появлением такого совершенного типа танка, каким является Т-34».

Стоит ли говорить, что главный конструктор отвечал за все – за качество и своевременность работ, за «мелоовку», которая могла сыграть решающую роль не только в бою, но и при испытаниях, и, главное, за выбор модели. Для начальника КБ этот выбор порой был равнозначен выбору жизни или смерти.

По воспоминаниям дочери конструктора Е.М. Кошкиной, «отец всю жизнь мечтал именно о танкостроении. Еще в период своего участия в Первой мировой он видел свалку английских танков, и уже тогда у него зародилась мысль, что и русский мужик может создать танк ничуть не хуже и даже во много раз лучше этих».

Новый танк Кошкина, еще не под своим знаменитым именем, а как Т-32, был представлен на Ивановской площади Кремля представителям правительства. Вождю понравилась машина, и он назвал ее «первой ласточкой». Танк прошел успешные испытания в Подмосковье, в том числе обстрел почти в упор из 45-мм противотанковой пушки, не пробившей танковую броню, а также лихо преодолел финские противотанковые препятствия на линии Маннергейма (Карельский перешеек). После испытаний «Сталин сказал отцу: “Крести свой танк”. Но тот не стал давать ему свое имя, а предложил назвать просто по порядковому номеру». Порядковым номером стал 34-й.

Михаилу Ильичу не довелось увидеть свое детище на полях сражений, он умер от пневмонии в неполные 42 года. Простудился конструктор во время весеннего прогона танка по маршруту Харьков – Москва, когда ему пришлось самому вести танк, потрепанный предшествующими 2500-километровыми испытаниями, на ходу дорабатывать отдельные узлы, не спать сутками и к тому же спасать из ледяной воды утонувшую машину.

Творческая биография конструктора бронетехники уложилась в чрезвычайно короткий, 6-летний промежуток времени – начиная с 1934 г. после окончания Ленинградского политехнического института, в который он как «парттысячник» был зачислен по личному распоряжению С.М. Кирова, и до 25 сентября 1940 г.

В танковом КБ 185-го завода Кошкин быстро поднялся с должности рядового конструктора до заместителя главного конструктора. За участие в создании среднего танка с противоснарядным бронированием Т-46—5 (Т-111) конструктор получил орден Красной Звезды.

Возглавив в 1937 г. КБ на 183-м заводе, Кошкин чуть ли не круглосуточно принимал участие во всех конструкторских и испытательных работах, защищал на кремлевском «ковре» в жесточайших спорах с военными и проектировщиками других танков свое детище – гусеничный Т-32 (хотя он же строил и гусенично-колесный А-20), а еще умудрялся спасать от огульных обвинений своих коллег. «Для этого он каким-то образом прорывался в Кремль и говорил лично со Сталиным».

Что же было принципиально нового в конструкции Т-34? Прежде всего, это гусеничная концепция танка, исключавшая чрезмерно сложную систему передачи, а также наклонные бронеплиты, из-за рикошета удваивавшие эффективную толщину брони.

Прекрасно зарекомендовали себя длинноствольные орудия Л-11 и Ф-34, кинетическая энергия снарядов которых была в несколько раз больше, чем у снарядов немецких танковых пушек.

Существенно поднимал мобильность танка мощный (500 л. с.) дизельный двигатель В-2 (до этого были бензиновые), значительно увеличивший запас хода машины и уменьшивший опасность в пожарном отношении. (К слову, на Западе танковые дизельные двигатели стали производить лишь в конце 1950-х гг.)

Весьма удачной была ходовая часть, состоявшая из пяти опорных катков большого диаметра, что увеличивало опору гусеничной ленты на грунт, и наклонно расположенных пружин подвески. Положительную роль сыграло удаление редуктора для ведущих колес.

Одним из достоинств был обтекаемый силуэт машины, чрезвычайно затрудняющий поражение снарядом.

Танк конструировался и выпускался в обстановке строжайшей секретности и стал для немцев первым и, наверное, главным сюрпризом войны (если не считать еще «катюш») на Восточном фронте.

В ходе войны конструкция танка неоднократно совершенствовалась, но это были уже другие этапы славной жизни «тридцатьчетверки».

Ныне в российской прессе и литературе муссируется тема, что Т-34 – вовсе и не «оружие Победы» (как будто вместо него есть другое!), а «средненький» танк, уступавший по многим статьям немецкому танку Т-IV. Ну что тут можно сказать, когда не замечают очевидных фактов, один из которых красноречиво продемонстрировал сам Гитлер. Танк Т-34 был германскому руководству что кость в горле. Кошкин даже после смерти был объявлен фюрером его личным врагом. Могилу Михаила Ильича, похороненного в Харькове на городском кладбище, в 1941 г. уничтожили летчики люфтваффе целенаправленной бомбардировкой – это было сделать куда проще, чем победить на полях сражений «тридцатьчетверку».