Kitobni o'qish: «Мир инженера Шухова. Как работает мозг изобретателя»

Научно-популярное издание

Библиотека «Глазами инженера»

Для младшего и среднего школьного возраста В соответствии с Федеральным законом № 436 от 29 декабря 2010 года маркируется знаком

Переводчик М. Кульнева

Редактор Е. Деревянко

Главный редактор Лана Богомаз

Руководитель проекта Ирина Останина

Арт-директор Поля Плавинская

Литературный редактор Елена Аверина

Научный редактор Екатерина Минина

Корректор Зоя Скобелкина

© Айрат Багаутдинов, текст, 2023

© ООО «Альпина Паблишер», 2023

* * *

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

Предисловие для взрослых

Знаменитая Шуховская башня на Шаболовке – шедевр русского инженерного искусства. При ее строительстве впервые были использованы популярные сегодня перекрытия-оболочки. Она – памятник истории, грандиозное сооружение, выстроенное в молодой советской республике вопреки хозяйственной разрухе времен Гражданской войны. Она – символ российского радио и телевидения. Ведь именно Шуховская башня стала первой в России телевышкой.

В 2021 году Шуховская башня отметила столетний юбилей. Любое сооружение ветшает, если не используется человеком. Да, башня уже не нужна как опора для радио- и телепередатчиков. Но она необходима как памятник, она должна рассказать людям и о своем великом создателе Владимире Шухове, и о том, как работают сетчатые оболочки, которые сегодня сооружают во всем мире, но только не на их родине, в России.

Рассказывать обо всем этом важно в первую очередь детям – будущим инженерам и архитекторам, которые в скором времени станут определять облик нашего мира.

Пытаясь рассуждать на простом и понятном для детей языке на такую непростую тему, как инженерные открытия, я и сам лучше понял творчество Шухова. Поэтому вам, дорогие взрослые, я рекомендую читать эту книгу вместе с детьми: так вы найдете новые темы для совместного обсуждения и лучше поймете некоторые сложные вещи.

Прежде чем приступить к своему рассказу, я хотел бы поблагодарить правнучку моего героя Елену Максимовну Шухову. На опубликованные ею материалы из семейного архива и семейное предание я в значительной степени и опирался. Создателя фонда «Шуховская башня» Владимира Федоровича Шухова хочу поблагодарить за возможность прикоснуться к личным вещам моего героя. Книга, которую вы держите в руках, не стала бы возможной без общения и сотрудничества с этими людьми.

Предисловие для детей

Вот представьте: вы легли спать и проснулись в мире, где никогда не жили инженеры. Первое, что вы увидите: вокруг нет ни одного города и даже ни единого дома. Вы пытаетесь срочно узнать, что стряслось! Но нет телефона, интернета, телевидения, радио, газет – никакого способа связаться с кем-то. Нет даже дорог, по которым можно было бы проехать. А если бы дороги и были, то на чём же ехать? Ведь нет ни машин, ни поездов, ни самолётов, ни кораблей. Да что там, нет даже колеса!

К счастью, это только сон. В нашем мире было много прекрасных инженеров. Одни создавали дома и дороги, другие – машины и самолёты, третьи – компьютеры и телефоны. Получается, что вся наша жизнь, всё, что нас окружает, всё, чем мы пользуемся каждый день, – сделано инженерами. Вот так они и строят нашу жизнь.

А были инженеры, которые строили всё и сразу, для которых инженерия была волшебным ключиком, открывавшим двери в любую область человеческой жизни. Они могли с одинаковым успехом сегодня построить дом или башню, завтра – паровой котел, а послезавтра – нефтяной насос. Таких людей можно было бы назвать гениальными инженерами, но получится масло масляное: ведь слово «инженер» происходит от латинского (это язык древних римлян) ingenium («ингениум»), что в вольном переводе означает попросту «гений». Поэтому каждый инженер – это немножечко гений.

Моя книга рассказывает как раз об одном таком гении, который родился более ста лет назад. Звали его Владимир Шухов. Каждый россиянин слышал о Шуховской (её ещё называют Шаболовской) башне, которая была первой в стране радио-, а потом и телевышкой. Вы узнаете и о других творениях инженера Шухова: о перекрытиях и павильонах, нефтяных хранилищах и танкерах, нефтеперерабатывающих заводах и паровых котлах, платформах для пушек и многом другом. Но главное, что мне хотелось бы рассказать вам, – это то, как работала мысль инженера Шухова и как он решал стоявшие перед ним задачи – важнейшие задачи своего времени.

Родом из детства

Владимир Шухов родился в 1853 году в городке Грайворон Курской губернии. Сегодня Грайворон находится в Белгородской области, здесь очень гордятся Шуховым. Его именем названы улица и парк, в местной школе есть музей, посвящённый инженеру, а в парке установлен его памятник.

Детство Шухова прошло в усадьбе Пожидаевка, у бабушки, посвятившей себя воспитанию внуков. Маленький Володя очень любил мастерить разные штуки. Семейное предание гласит, что однажды он устроил фонтан, используя ключевую воду и старые трубы. А в другой раз соорудил водяную мельницу, поставив на ручье маленькую плотину.

Кто мог тогда подумать, что пройдёт двадцать лет и Владимир Шухов спроектирует уже не игрушечный фонтан, а первый российский нефтепровод! А ещё он создаст лучшие паровые котлы, которые заменят водную тягу и будут приводить в движение заводы по всей стране.

Вот что случается с теми, кто любит в детстве изобретать!

Механика земная и небесная

Отец Володи Шухова, Григорий Петрович, был человеком хорошо образованным и имел широкий круг общения. Среди его знакомых был астроном и директор Николаевской морской обсерватории Карл Кнорре. Приезжая по служебным делам в Николаев, Григорий Петрович часто бывал у Карла Христофоровича. В одну из таких поездок он взял с собой сына.

Посещение обсерватории оказало на маленького Владимира Шухова огромное впечатление. Он влюбился в таинственный мир звёзд и планет и решил: когда он вырастет, станет астрономом!

При жизни Шухова не только дети, но и многие взрослые мечтали о космосе. И эта мечта двигала вперёд науку и технику. Идею о том, что человек должен освоить космическое пространство, первым предложил скромный московский библиотекарь и философ Иван Фёдоров. Вдохновлённый этой идеей, над проблемой полёта в космос бился школьный учитель из Калуги, философ и мечтатель Константин Циолковский. Несколько десятилетий спустя инженер Сергей Королёв претворил эту мечту в жизнь: в 1957 году на околоземную орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли, а в 1961-м в космосе оказался первый человек, Юрий Гагарин.

Благодаря освоению космоса сегодня мы имеем спутниковую связь и интернет, можем узнать прогноз погоды на следующий месяц, а установленный в телефоне навигатор приведёт нас точно по адресу. Так мечта о полётах на другие планеты преобразила наш, земной, мир.

Есть такая наука – механика. Она изучает, как взаимодействуют друг с другом различные тела. Так вот, в космосе они взаимодействуют гораздо сильнее, чем на Земле: огромные звёзды притягивают друг друга и планеты, образовывая звёздные системы и галактики. Взаимодействие небесных тел изучает наука, которая называется небесная механика.

Владимир Шухов так и не стал астрономом, но его инженерные конструкции всё-таки полетели в космос. Сегодня корпуса ракет делают из прочных диагональных сеток, придуманных Шуховым больше ста лет назад.

Огни большого города

Когда Владимиру Шухову исполнилось десять лет, он переехал из тихой Пожидаевки в Санкт-Петербург и поступил в гимназию.

В те времена Петербург был столицей России и жизнь здесь била ключом. Подростка Шухова, привыкшего к тихому провинциальному быту, должно быть, поразил размах модернизации, происходившей в это время в столице. К тому моменту в Петербург пришли уже четыре железнодорожные линии, был построен первый чугунный мост через Неву, устроен городской водопровод и пущен конный трамвай.

В те годы в 5-й петербургской гимназии, где учился Шухов, математику и физику преподавал выдающийся учитель Константин Краевич. Он был настолько известным педагогом, что император Александр II пригласил его преподавать физику своим младшим сыновьям, великим князьям Сергею и Павлу.

Семейное предание сохранило историю из школьной жизни Шухова. Как-то в четвёртом классе, на уроке геометрии, Краевич вызвал его к доске и попросил доказать теорему Пифагора. А Шухов взял да и вывел собственное доказательство. Учитель внимательно выслушал юношу, а затем сказал:

Урок этот Шухов запомнил на всю жизнь. Уже взрослым человеком, создавая новаторские строительные конструкции, он подчёркивал, что опирается на опыт русских зодчих прежних веков.

Университеты

Учёба в университете в конце XIX века стоила денег, а семья Шухова жила небогато. Он искал место, где можно было бы учиться, как тогда говорили, «на казённый кошт», то есть за счёт государства. Таким местом стало Императорское московское техническое училище. Семнадцатилетний Шухов переехал в Москву.

В те годы училище это было одной из лучших в стране технических школ. В нём работали крупные учёные – например, «отец русской авиации» Николай Жуковский. Будучи старше Шухова всего на несколько лет, он стал не только его учителем, но и товарищем на всю жизнь.

Почётным членом Педагогического совета училища был великий учёный Пафнутий Чебышёв. Он открыл много математических законов, а ещё занимался теорией механизмов – наукой о том, как заставить машины работать лучше.

При училище создали небольшой механический завод и мастерские, в которых студенты работали четверть своего учебного времени. Будущие проектировщики, они должны были во всех подробностях понимать, как рабочие на заводах станут изготавливать придуманные ими машины и механизмы.

Такая система – когда студенты учат теорию и одновременно проходят практику в мастерских – вызвала восхищение у преподавателей Америки и Европы.

Первое изобретение

Во второй половине XIX века люди уже вовсю добывали нефть. Получали из неё в основном керосин, который использовался в лампах и фонарях для освещения домов и улиц. После выработки керосина оставалась густая чёрная масса – мазут, который порой просто выбрасывали! Это было, во-первых, глупо, ведь его можно было бы тоже пустить в дело, а во-вторых, это вредило природе.

Неужели же его нельзя было сжечь – например, вместо угля в паровом двигателе? Дело тут вот в чём: если мазут или любое другое горючее налить в бак и начать сжигать, то гореть будет только его поверхность. Такое горение будет медленным и даст мало тепла.

Что необходимо?

Придумать способ эффективно сжигать отходы перегонки нефти.

Что предложил Шухов

За эту задачу и взялся Владимир Шухов в 1874 году, ещё будучи студентом училища. Он понимал, что для хорошего горения мазута нужна большая площадь его соприкосновения с воздухом. А для этого лучше всего превратить его в воздушную взвесь, то есть в мельчайшие капельки, распылённые в воздухе. Поскольку таких капелек во взвеси очень много, то и общая площадь горения очень велика.

На этом принципе работает форсунка Шухова. Горячий пар смешивается с мазутом – так получается взвесь, которая хорошо горит. Точно так же работает форсунка в двигателе автомобиля – только тут она распыляет бензин с помощью воздуха.

Шухов не был первым, кто придумал форсунку. Но именно его модель оказалась так хороша, что Дмитрий Менделеев поместил это скромное, на первый взгляд, изобретение на обложку своей книги «Основы фабрично-заводской промышленности».