Все знают, что Кулибин — это великий русский изобретатель, механик, инженер. Его фамилия давно стала в русском языке именем нарицательным. Но, как показал проведенный недавно опрос, всего пять процентов респондентов могут назвать хотя бы одно его изобретение. Как же так? Мы решили провести небольшой ликбез: итак, что же изобрел Иван Петрович Кулибин?
Иван Петрович, родившийся в слободе Подновье близ Нижнего Новгорода в 1735 году, был невероятно талантливым человеком. Механика, инженерное дело, часовой промысел, кораблестроение — все спорилось в умелых руках русского самоучки. Он имел успех и был приближен к императрице, но при этом ни один из его проектов, способных облегчить жизнь простым людям и способствующих прогрессу, не был ни профинансирован должным образом, ни реализован государством. Тогда как развлекательные механизмы — забавные автоматоны, дворцовые часы, самоходки — финансировались с превеликой радостью.
Водоходное судно
В конце XVIII века самым распространенным способом подъема грузов на судах против течения был бурлацкий труд — тяжелый, но относительно недорогой. Существовали и альтернативы: например, машинные суда, приводимые в движение волами. Устройство машинного судна было следующим: оно имело два якоря, канаты которых крепились на специальном валу. Один из якорей на шлюпке или по берегу доставлялся вперед на 800−1000 м и закреплялся. Волы, работающие на судне, вращали вал и накручивали якорный канат, подтягивая судно к якорю против течения. В это же время другая шлюпка везла вперед второй якорь — так обеспечивалась непрерывность движения.
Кулибину пришла в голову мысль, как обойтись без волов. Его идея состояла в использовании двух колес с лопастями. Течение, вращая колеса, передавало энергию на вал — якорный канат накручивался, и судно подтягивало себя к якорю, используя энергию воды. В процессе работы Кулибина постоянно отвлекали заказами на игрушки для царских отпрысков, но он сумел выбить финансирование на изготовление и установку своей системы на небольшое судно. В 1782 году оно, нагруженное почти 65 т (!) песка, показало себя надежным и значительно более быстрым, нежели корабль на воловьей или бурлацкой тяге.
В 1804 году в Нижнем Новгороде Кулибин построил второй водоход, который был вдвое быстрее бурлацких расшив. Тем не менее департамент водных коммуникаций при Александре I отверг идею и запретил финансирование — водоходы так и не получили распространение. Гораздо позже в Европе и США появились кабестаны — суда, которые подтягивали себя к якорю, используя энергию парового двигателя.
Винтовой лифт
Наиболее распространенная лифтовая система на сегодняшний день представляет собой кабину на лебедках. Лебедочные лифты были созданы задолго до патентов Отиса середины XIX века — подобные конструкции действовали еще в Древнем Египте, приводились в движение они тягловыми животными или рабской силой.В середине 1790-х годов стареющая и разжиревшая Екатерина II поручила Кулибину разработать удобный лифт для передвижения между этажами Зимнего дворца. Она непременно хотела лифт-кресло, и перед Кулибиным встала интересная техническая задача. К подобному лифту, открытому сверху, нельзя было прицепить лебедку, а если «подхватывать» кресло лебедкой снизу, она бы доставила неудобство пассажиру. Кулибин решил вопрос остроумно: основание кресла крепилось к длинной оси-винту и двигалось по нему подобно гайке. Екатерина садилась на свой передвижной трон, слуга крутил рукоять, вращение передавалось на ось, и та поднимала кресло на галерею второго этажа. Винтовой лифт Кулибина был закончен в 1793 году, второй же в истории подобный механизм Элиша Отис построил в Нью-Йорке лишь в 1859-м. После смерти Екатерины лифт использовался придворными для развлечений, а затем был заложен кирпичом. На сегодняшний день сохранились чертежи и остатки подъемного механизма.
Теория и практика мостостроения
С 1770-х вплоть до начала 1800-х Кулибин работал над созданием однопролетного стационарного моста через Неву. Он изготовил действующий макет, на котором рассчитал усилия и напряжения в различных частях моста — при том, что теории мостостроения на тот момент еще не существовало! Опытным путем Кулибин предсказал и сформулировал ряд законов сопромата, получивших подтверждение значительно позже. Сперва изобретатель разрабатывал мост на собственные средства, но на финальный макет ему выделил денег граф Потемкин. Модель масштабом 1:10 достигала длины в 30 м.
Все расчеты моста были представлены Академии наук и проверены знаменитым математиком Леонардом Эйлером. Выяснилось, что расчеты верны, а испытания модели показали, что мост имеет огромный запас прочности; его высота позволяла парусным судам проходить без каких-либо специальных операций. Несмотря на одобрение Академии, правительство так и не выделило средств на строительство моста. Кулибин был награжден медалью и получил премию, к 1804 году третья модель окончательно сгнила, а первый постоянный мост через Неву (Благовещенский) был построен лишь в 1850-м.
В 1810-х годах Кулибин занимался разработкой железных мостов. Перед нами проект трехарочного моста через Неву с подвесной проезжей частью (1814). Позже изобретатель создал проект более сложного четырехарочного моста.
В 1936 году был проведен экспериментальный расчет кулибинского моста современными методами, и выяснилось, что русский самоучка не сделал ни одной ошибки, хотя в его время большинство законов сопромата были неизвестны. Методика изготовления модели и испытаний ее с целью силового расчета конструкции моста впоследствии получила широкое распространение, к ней в разное время независимо приходили различные инженеры. Также Кулибин первым предложил использовать в конструкции моста решетчатые фермы — за 30 лет до запатентовавшего эту систему американского архитектора Итиэля Тауна.
По мосту через Неву
Несмотря на то что ни одно серьезное изобретение Кулибина так и не было оценено по‑настоящему, ему повезло значительно больше, чем многим другим русским самоучкам, которых либо не допускали даже на порог Академии наук, либо отправляли восвояси со 100 рублями премии и рекомендацией больше не лезть не в свое дело.
Знаменитый однопролетный мост через Неву — как он мог бы выглядеть, если бы был построен. Его расчет Кулибин выполнял на моделях, в том числе в масштабе 1:10.
Самобеглая коляска и другие истории
Нередко Кулибину, помимо действительно изобретенных им конструкций, приписывают множество других, которые он действительно совершенствовал, но не был первым. Например, Кулибину очень часто приписывают изобретение педальной самокатки (прообраза веломобиля), в то время как такую систему создал на 40 лет раньше другой русский инженер-самоучка, а Кулибин был вторым. Рассмотрим некоторые из распространенных заблуждений.
Самобеглая коляска Кулибина отличалась сложной системой привода и требовала от водителя значительных усилий. Это был второй в истории веломобиль.
Итак, в 1791 году Кулибин построил и представил Академии наук самодвижущийся экипаж, «самобеглую коляску», по сути являвшуюся предшественницей веломобиля. Она была рассчитана на одного пассажира, а в движение машину приводил слуга, стоящий на запятках и поочередно давящий на педали. Самобеглая коляска некоторое время служила аттракционом для знати, а затем затерялась в истории; сохранились только ее чертежи. Кулибин не был изобретателем веломобиля — за 40 лет до него аналогичную по конструкции самобеглую коляску построил в Петербурге другой изобретатель-самоучка Леонтий Шамшуренков (известный в частности, разработкой системы подъема Царь-колокола, которая так и не была использована по назначению). Конструкция Шамшуренкова была двухместной, в более поздних чертежах изобретатель планировал построить самоходные сани с верстомером (прообразом спидометра), но, увы, не получил должного финансирования. Как и самокатка Кулибина, самокатка Шамшуренкова до наших дней не дошла.
Знаменитые часы-яйцо, сработанные Кулибиным в 1764—1767 годах и подаренные Екатерине II на Пасху 1769 года. Во многом благодаря этому подарку Кулибин возглавил мастерские при Петербургской академии наук. Ныне хранятся в Эрмитаже.
Протез ноги
На рубеже XVIII—XIX вв.еков Кулибин представил Санкт-Петербургской Медико-хирургической академии несколько проектов «механических ног» — весьма совершенных по тем временам протезов нижних конечностей, способных сымитировать потерянную выше колена (!) ногу. «Испытателем» первого варианта протеза, сделанного в 1791 году, стал Сергей Васильевич Непейцын — на тот момент поручик, потерявший ногу при штурме Очакова. Впоследствии Непейцын дослужился до генерал-майора и получил у солдат прозвище Железная Нога; он вел полноценную жизнь, и не все догадывались, почему генерал чуть-чуть прихрамывает. Протез системы Кулибина, несмотря на благоприятные отзывы петербургских медиков во главе с профессором Иваном Федоровичем Бушем, был отвергнут военным ведомством, а серийное производство механических протезов, имитирующих форму ноги, позже началось во Франции.
Прожектор
В 1779 году увлекавшийся оптическими приборами Кулибин представил петербургской публике свое изобретение — прожектор. Системы отражающих зеркал существовали и до него (в частности, использовались на маяках), но конструкция Кулибина была значительно ближе к современному прожектору: одна-единственная свеча, отражаясь от размещенных в вогнутой полусфере зеркальных отражателей, давала сильный и направленный поток света. «Чудесный фонарь» был положительно принят Академией наук, расхвален в прессе, одобрен императрицей, но остался лишь развлечением и не был применен для освещения улиц, как полагал Кулибин изначально. Сам мастер впоследствии изготовил ряд прожекторов по индивидуальным заказам кораблевладельцев, а также сделал на базе этой же системы компактный фонарь для кареты — это принесло ему определенный доход. Мастера подвело отсутствие защиты авторского права — каретные «кулибинские фонари» начали массово делать другие мастера, что сильно обесценило изобретение.
Фонарь-прожектор, созданный в 1779 году, так и остался технической диковинкой. В быту — в качестве фонарей на экипажах — применялись лишь его уменьшенные версии.
Что еще сделал Кулибин?
— Наладил работу мастерских при Петербургской академии наук, где занимался изготовлением микроскопов, барометров, термометров, подзорных труб, весов, телескопов и множества других лабораторных приборов. — Отремонтировал планетарий Петербургской академии наук. — Придумал оригинальную систему спуска кораблей на воду. — Создал первый в России оптический телеграф (1794 год), отправленный в Кунст-камеру в качестве диковинки. — Разработал первый в России проект железного моста (через Волгу). — Сконструировал рядовую сеялку, обеспечивающую равномерный посев (не была построена). — Устраивал фейерверки, создавал механические игрушки и автоматоны для развлечения знати. — Отремонтировал и самостоятельно собрал множество часов разных компоновок — настенных, напольных, башенных.
Вечный двигатель
Об изобретениях самого Ивана Кулибина написано немало. Но биографы всегда старались обойти вниманием его работу над вечным двигателем, которая, казалось, не красит гениального механика.
Мысль заняться изобретением чудо-двигателя зародилась у Кулибина в начале 70-х годов XVIII века, когда он служил механиком при Петербургской академии наук. Опыты над вечным двигателем отнимали у него не только время и силы, но и немалые личные средства, заставляя влезать в долги.
В те времена закон сохранения энергии еще не был точно обоснован. Кулибин не имел солидного образования, и ему, механику-самоучке, трудно было разобраться в этом непростом вопросе. Люди, окружавшие его, также не могли помочь. Одни не умели ясно объяснить его заблуждение. Другие сами не были убеждены в том, что энергия из ничего не берется и никуда не исчезает. Наконец, третьи сами верили, что вечный двигатель возможен, и побуждали Кулибина продолжать поиски.
К числу последних относился, например, известный писатель и журналист Павел Свиньин. В своей книге о Кулибине, изданной в 1819 году, спустя год после смерти Ивана Петровича, он, имея в виду кулибинский вечный двигатель, писал: «Жаль, что не удалось ему кончить сего важного изобретения. Может быть, он был бы счастливее своих предшественников, останавливавшихся на сем камне преткновения; может быть, он доказал бы, что вечное движение не есть химера механики...»
Удивительно, но работу Кулибина по изобретению вечного двигателя поддерживал даже великий Леонард Эйлер.' «Любопытно заметить, - писал Свиньин, - что Кулибин поощрен был к сему открытию знаменитым математиком Эйлером, который на вопрос, какого он мнения насчет вечного движения, отвечал, что почитает его существующим в природе и думает, что оно обретется каким-нибудь счастливым образом, подобно откровениям, почитаемым до того невозможными». И Кулибин всегда обращался к авторитету Эйлера, когда ему приходилось защищать идею вечного двигателя от критиков.
В «Известиях» академии была напечатана статья «Совет мечтающим об изобретении вечного или бесконечного движения». В ней говорилось: «Изобресть непрерывное движение совсем невозможно... Сии бесполезные исследования крайне вредны потому наипаче (особенно), что от них многие семейства разорились и многие искусные механики, которые могли бы оказать обществу знанием своим великие услуги, потеряли, достигая до решения сей задачи, все свое имение, время и труды».
О том, читал ли эту статью Кулибин, никто не знает. Известно только, что несмотря на мнение Академии наук он со свойственным ему упорством продолжал работать над вечным двигателем с уверенностью, что даже эта задача будет рано или поздно решена.
Кулибин разработал целый ряд моделей своей машины. За основу он взял старую идею, известную еще со времен Леонардо да Винчи, а именно: колесо с перемещающимися внутри него грузами. Последние должны были все время занимать положение, нарушающее равновесие, и вызывать, казалось бы, безостановочное вращение колеса.
За рубежом тоже работали над созданием вечного двигателя. Кулибин внимательно следил за этими работами по доходившим до него сообщениям. А однажды, в 1796 году, согласно повелению Екатерины II, ему довелось даже рассматривать и оценивать один из таких иностранных проектов. Это был вечный двигатель немецкого механика Иоганна Фридриха Гейнле.
Иван Петрович не только «с наивозможным тщанием и прилежностью» изучил чертеж и описание иноземного перпетуум-мобиле, но и сделал его модель. Она состояла из двух перекрещивающихся трубок с мехами, наполненными жидкостью. При вращении такого креста жидкость по трубкам перетекала бы из одних мехов в другие. Равновесие, по мысли изобретателя, должно было теряться, и вся система - приходить в вечное движение.
Модель двигателя Гейнле, конечно, оказалась неработоспособной. Проводя с ней опыты, Кулибин, как он писал, «не нашел желаемого в том успеху». Но это нисколько не поколебало его веру в сам принцип вечного движения.
Осенью 1801 года Иван Петрович возвратился из Петербурга на родину, в Нижний Новгород. Он и здесь не оставил свои безуспешные поиски вечного движения. Прошло много времени, наступил 1817 год. И вот однажды в столичной газете «Русский инвалид» за 22 сентября Кулибин прочел заметку, прозвучавшую для него подобно грому. В заметке сообщалось, что некий механик Петере из Майнца «изобрел, наконец, так называемое вечное движение (perpetuum mobile), которого тщетно изыскивали в продолжение многих веков».
Далее описывался сам двигатель, имевший вид колеса диаметром 8 футов и толщиной 2 фута: «Оное движется собственною силою и без всякой помощи пружин, ртути, огня, электрической или гальванической силы. Скорость оного превосходит вероятие. Если прикрепить его к дорожной карете или коляске, то в течение 12 часов проехать можно 100 французских миль, взбираясь притом на самые крутые горы».
Это известие (разумеется, ложное) привело старого изобретателя в неимоверное волнение. Ему показалось, что Петере присвоил его идеи, похитил его любимое детище, которому он, Кулибин, отдал многие десятилетия напряженного труда. С лихорадочной поспешностью он начал обращаться ко всем, имевшим власть и влияние, в том числе и к царю Александру I.
Тогда отставлена была далеко в сторону осторожность, забыта секретность. Теперь Кулибин откровенно писал, что давно работает над созданием «машины вечного движения», что уже недалек от разрешения этой задачи, но ему требуются средства на продолжение заключительных опытов. В «просительных записках» он напоминал о своих прежних заслугах и высказывал желание вернуться на службу в столицу, чтобы заняться постройкой железного моста через Неву, а главное, продолжить создание вечного двигателя.
Просьба Кулибина о разрешении вернуться в Петербург в деликатной форме была отклонена. Строительство железного моста посчитали слишком дорогим. О вечном двигателе промолчали.
До последних дней Ивана Петровича не оставляла дорогая ему мечта о «машине вечного движения», мечта-тиран, как назвал ее один из биографов Кулибина. Болезни все более одолевали его. Мучили одышка и «другие нездоровое». Он теперь редко выходил на улицу. Но и в постели, в подушках, просил положить рядом чертежи «машины вечного движения». Даже по ночам, в бессонницу, изобретатель снова и снова возвращался к этой роковой машине, делал какие-то исправления в старых чертежах, чертил новые.
Иван Петрович Кулибин скончался 30 июля (по старому стилю) 1818 года в возрасте 83 лет, умер тихо, словно уснул. Семья его осталась в крайней бедности. Чтобы похоронить мужа, вдове пришлось продать настенные часы, да старый друг Алексей Пятериков добавил небольшую сумму. На эти деньги и предали земле великого изобретателя.
