Первые шаги

Необходимость передвижения и перемещения тяжестей познал еще первобытный человек. Первыми его помощниками в этом деле были реки. Сначала дерево, плывущее по течению, затем плот и челн служили нашим далеким предкам средствами передвижения. Для перемещения небольших грузов по суше они пользовались своей собственной силой и силой прирученных животных. Но вьючные животные могли перевозить на себе лишь незначительное количество грузов. Поэтому человек не прекращал поисков новых средств перемещения. Он сделал повозку на деревянных полозьях. Там, где был снег, такую повозку легко тащила лошадь. Если же снега не было, дорогу поливали водой. Но и вода помогала плохо: значительная часть усилий затрачивалась на преодоление трения, которое возникало при скольжении полозьев по земле.

Нужно было искать средство, которое помогло бы избавиться от этого недостатка. И человек нашел его. Это было колесо. То самое колесо, которое принято считать одним из выдающихся изобретений человечества и которое в наши дни, претерпев многочисленные усовершенствования, стало неотъемлемой частью многочисленных машин.

Идею создать колесо подала человеку сама природа. Наблюдая за тем, как ветер гонит травяной шар "перекати поле", как бобры, свалив дерево, катят его к месту "стройки", люди стали подкладывать под полозья круглые бревна. Позже в полозьях стали делать полукруглые вырезы и вставлять в них катки. Катки оказались ближайшими предшественниками сплошного колеса на оси. Возок на таких катках катился почти как на колесах.

Первые повозки на колесах - боевые колесницы - появились за 5 тысяч лет до нашей эры в Западной Азии. Колеса сначала представляли собой поперечные обрубки круглых бревен, потом сбитые деревянными планками ободья. В дальнейшем колеса стали делать со ступицей и спицами, то есть такими, как мы привыкли их видеть.

Благодаря колесу исчезло трение скольжения и вместо него появилось трение качения, преодолевать которое человеку стало во много раз легче. С появлением телег на колесах начали строить дороги. Древние греки строили дороги, состоящие почти на всей своей протяженности из колеи, высеченной в камне. Так возникли первые колейные дороги.

В XVI веке на рудниках появились первые рельсы - гладкие деревянные брусья, уложенные на лежни, зарытые в землю. Телега по таким рельсам катилась легче, чем по земле, и лошадь могла везти значительно больший груз. Но деревянные рельсы были недолговечны, их поверхность очень скоро становилась неровной. Люди искали замену для дерева и нашли: на смену дереву пришел металл.

В 1764 году гениальный русский гидротехник Козьма Дмитриевич Фролов построил на Алтае на берегах двух рек Змеевки и Корбалихи, где раскинулся Змеиногорский рудник, первое в мире полностью механизированное предприятие по добыче и обработке руды. На этом предприятии вагонетки, груженные рудой, перемещались по первым в мире металлическим рельсам. На этом же руднике Фролов сделал первую попытку использовать для передвижения вагонеток механическую силу. Они двигались с помощью вращаемых водой колес, лебедок и канатов.

Рельсовый путь Фролова намного опередил подобные изобретения за пределами России, в частности и "первый рельсовый путь" англичан, который появился на металлургических заводах Дерби в графстве Йоркшир лишь спустя четыре года.

Успех Фролова не был единичным. В 1788 году на Александровском чугунолитейном заводе в Петрозаводске строится под руководством А. С. Ярцова чугунная дорога длиной более 160 метров. Рельсы этого пути были уголковые. По одной, горизонтальной, полке катились колеса тележек, а другая, вертикальная, не позволяла им соскакивать в сторону.

Можно предполагать, что подобные "чугунки" - так называли в то время первые рельсовые пути - существовали в те годы и на других металлургических заводах.

По ровной поверхности чугунных рельсов повозки катились еще лучше, и теперь уже одна лошадь могла везти несколько телег. Так, задолго до изобретения паровоза появился первый железнодорожный поезд.

Развитие рельсового транспорта в России продолжалось. В 1806 году сын Фролова Петр Фролов, которого по праву называют пионером рельсового транспорта, идя по стопам отца, предложил проект постройки чугунных дорог. По его замыслу чугунные дороги должны были дополнить естественные водные пути и каналы. Проект не нашел поддержки, его автор смог лишь добиться разрешения на постройку опытной дороги протяженностью 1867 метров. И в 1810 году первая в России рельсовая дорога с конной тягой вошла в строй. Она отличалась от приспособленных к рельефу местности английских дорог тем, что была строго горизонтальной благодаря постройке моста, виадука и выемки. На дороге были уложены чугунные рельсы с выпуклой поверхностью катания. Чугунные же ободья повозок имели желобчатую поверхность. Рельсы посредством приливов на их концах укреплялись на продольных деревянных брусьях и вместе с ними укладывались на шпалы.

Состав из трех вагонеток тянула одна лошадь, перевозя за день до 65 тонн руды. Путь в оба конца занимал полтора часа. Фролов применил также поворотный круг для перемещения состава на боковые ветки. Транспортировка такого количества руды по грунтовой дороге потребовала бы 25 лошадей. Начальство с удовлетворением отметило, что на Змеиногорской дороге "Выгода к перевозке руд против обыкновенной перевозки столь очевидна, что делает честь основателю оной". Дорога превосходила все подобные сооружения, имевшиеся в то время за рубежом. Лишь спустя 17 лет подобная дорога была построена в Америке. Тем не менее фроловские проекты больших рельсовых дорог так и не были осуществлены.

Рельсовые пути на Змеиногорском руднике и Александровском заводе, конная "чугунка" Петра Фролова были первыми прообразами железных дорог наших дней.

В то время промышленность бурно развивалась: строились фабрики, открывались новые рудники и шахты, крепло сталелитейное производство. Развивающейся промышленности уже не хватало энергии, которую давали сила падающей воды, ветер и мускулы лошади. Жизнь настоятельно требовала создания новых, более сильных двигателей, не зависящих от стихии.

Такой двигатель дал людям наш соотечественник, горный мастер Иван Ползунов. Сын солдата, Ползунов родился в Екатеринбурге в 1728 году. Закончив заводскую школу, работал "механическим учеником".

В 1745 году семнадцатилетний Ползунов попадает на Алтай, на Колываново-Воскресенские заводы. Здесь в центре алтайской горнорудной промышленности он остро почувствовал требования производства, запросы которого вода как источник энергии уже не могла удовлетворять. И Ползунов решил "пресечь водяное руководство". Чтобы осуществить свой замысел, он задумал построить "огненную машину", которая была бы "способной по воле нашей, что будет потребно справлять".

Шло время. Многочисленные расчеты, схемы и опыты, бессонные ночи, проведенные над чертежами, заполнили жизнь изобретателя. Наконец, в 1763 году проект паровой машины был готов.

Три года понадобилось Ползунову на то, чтобы с двумя юношами-учениками построить огромную, высотой с трехэтажный дом, машину. В 1766 году она была готова.

Подробные рабочие чертежи, сохранившиеся до наших дней, рассказывают нам об устройстве и работе первой в мире паровой машины. Для получения пара вода подогревалась в склепанном из медных листов котле. Через специальные распределительные устройства пар поступал в два трехметровых цилиндра, поршни которых были соединены с коромыслами. Эти коромысла приводили в движение меха, нагнетавшие воздух в рудоплавильные печи, а также водяные насосы, питавшие водой котел.

Так на Алтае построили машину, которой было суждено стать неотъемлемой частью железных дорог.

В то время вряд ли кому могла прийти мысль, что паровой двигатель, созданный гениальным русским изобретателем, станет сердцем многочисленных машин. Еще невероятнее могла показаться мысль, что подобный двигатель разместится на тележке и потащит за собой целую вереницу груженых вагонеток.

Прошло почти полвека, прежде чем человек поставил паровую машину на колеса и заставил ее перемещать грузы.

Первые прототипы будущего паровоза появляются в начале XIX века. В то время еще плохо были изучены законы сцепления колес с рельсами, и люди думали, что колеса самодвижущейся повозки будут скользить по гладкой поверхности рельса, вращаясь на одном и том же месте. Поэтому человек стал работать над созданием таких приспособлений, которые могли бы помочь повозке передвигаться по гладким рельсам.

Появляется паровоз с зубчатыми колесами; они при вращении зацеплялись за зубья рейки, уложенной вдоль пути. Но зубья оказались плохими помощниками - часто ломались, и поэтому от них пришлось отказаться.

Вслед за паровозом с зубчатыми колесами появляется паровоз с ...ногами, похожий на гигантского кузнечика. Вот что рассказывают об этом паровозе историки.

В один из июльских дней 1813 года жители небольшого английского городка неподалеку от Лондона были созваны на заводской двор. В глубине двора виднелись широкие ворота сборочной мастерской. Когда ворота распахнулись, собравшиеся увидели три вагонетки, груженные углем, сзади которых стоял котел на колесах. Из котла торчала широкая труба. К днищу котла было пристроено нечто такое, чего еще никто никогда не видел, - две механические ноги, длинные, как у жирафа.

Раздался свисток. Машина громко запыхтела, гуще повалил дым из трубы, и странный механизм сзади котла зашевелился. Одна из ног переступила по направлению к выходу, уперлась в полотно рельсового пути и как бы напряглась, отталкиваясь от него. В тот же момент колеса пыхтящего котла начали медленно катиться по рельсам, и поезд из трех вагонеток тронулся с места. Не успели котел и вагонетки остановиться, как тут же поднялась вторая нога, сделала еще шаг, уперлась в полотно и толкнула котел с вагонетками дальше.

Но не суждено было этому необычному шагающему паровозу благополучно закончить свой путь. Спустя несколько минут, когда поезд уже преодолел два десятка метров, раздался взрыв - лопнул котел. За свои ноги этот паровоз получил название "шагающей машины".

Пока строили новую "шагающую машину" с более прочным котлом, было сделано очень важное открытие. Ученые на основании опытов пришли к выводу, что ни зубчатые колеса с рейками, ни ноги паровозу не нужны.

Почему же паровоз смог передвигаться по гладкой поверхности рельсов? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте посмотрим на рельс и колесо через сильный микроскоп. Мы увидим, что поверхности и рельса и колеса пилообразны. Благодаря этому они и цепляются друг за друга. Под действием силы тяжести неровности вращающихся колес паровоза упираются в неровности рельсов, стремясь оттолкнуть их назад. Так как рельсы прочно закреплены, то сдвигаются не они, а колеса паровоза.

Но вернемся к паровозу.

Идея построить паровоз заинтересовала англичанина Блаккета. Однако все его попытки применить паровую тягу на шахтах оказались неудачными.

На копях в те времена работал Джордж Стефенсон. Любопытный, отзывчивый на всякое техническое новшество, он присутствовал при испытании паровозов, изучал их устройство. В неуклюжих и тяжелых машинах, передвигающихся с небольшими скоростями, его опытный и проницательный глаз практика увидел скрытую силу. Изо дня в день крепла у Стефенсона уверенность в том, что он смог бы сделать такую машину, которая будет безотказно работать вместо лошади.

Весной 1813 года один из владельцев Клингвортских копей лорд Лавенсворт получил письмо, в котором машинный мастер Стефенсон предлагал заменить лошадей "ходячими машинами". Автор письма сам брался построить их и просил лишь средств на покрытие расходов. Стефенсон получил согласие, а вместе с ним и необходимые деньги.

Спустя год паровоз был готов. Он имел четыре колеса диаметром 90 сантиметров и котел длиной 2,4 метра. Машина состояла из двух цилиндров. Движение поршней передавалось колесам при помощи зубчатой передачи. 25 июля 1815 года паровоз испытали. По словам очевидца, он мог "тащить, помимо собственной тяжести, восемь груженых повозок, общим весом около тридцати тонн со скоростью четыре мили в час" (английская миля - 1609 метров). В том же году Стефенсон создает второй паровоз, а в 1816 году - третий. Он строит не только паровозы, но и дороги. 18 ноября 1822 года при огромном стечении зрителей была открыта Геттонская железная дорога длиной 12,8 километра, построенная по его проекту.

Непреклонно веря в будущее железных дорог, Стефенсон добился сооружения первого в мире паровозостроительного завода. На этом заводе были построены три паровоза для первой в мире железной дороги общественного пользования. Она проходила между двумя английскими городами Стоктоном и Дарлингтоном. В день открытия жители близлежащих селений и городов с раннего утра огромными толпами направлялись к дороге. Там они увидели 33 вагона. Впереди вагонов стоял паровоз. По условному сигналу он тронулся в путь, увлекая за собой огромный состав. Вот как описал это событие один из помощников Стефенсона:

"Сцена, имевшая место утром 27 сентября 1825 года, не поддается никакому описанию. Многие принимавшие участие в этом историческом событии всю ночь не смыкали глаз и были на ногах. Всеобщая бодрость и веселость, счастливые лица одних, изумление и испуг других разнообразили эту картину.

В назначенный час процессия тронулась. В голове поезда следовал паровоз "Движение", управляемый создателем его - Стефенсоном; за паровозом следовали шесть вагонов с углем и мукой; вслед за ними - вагон, где помещались со своими экипажами директора и владельцы дороги; затем двадцать угольных вагонов, приспособленных для пассажиров и переполненных ими, и, наконец, шесть вагонов, нагруженных углем. Впереди паровоза следовал верховой с флагом.

По обеим сторонам дороги стояла огромная толпа народа, многие бежали за поездом; другие верхом на лошадях следовали за ним по сторонам пути. Путь имел небольшой уклон к Дарлингтону и в этом месте Стефенсон решил испытать скорость паровоза; дав сигнал и очистив путь, он увеличил скорость хода до пятнадцати миль (двадцать четыре километра) в час. Когда поезд прибыл в Дарлингтон, оказалось, что в вагонах было 450 пассажиров, а вес поезда составлял 90 тонн".

Газета "Тайме", описывая это "необычайно любопытное зрелище", с восторгом сообщала, что "всадники на лошадях пытались следовать за вагонами, но вскоре вынуждены были отстать".

Регулярная эксплуатация дороги началась на следующий же день.

В наши дни изобретателем паровоза справедливо считают Стефенсона. Но сам Стефенсон в свое время был несколько другого мнения. "Паровоз, - сказал он, - изобретение не одного человека, а целого поколения инженеров-механиков". И он был прав. Усилиями многих талантливых изобретателей поставленная на колеса паровая машина приобрела дошедшие до наших дней формы паровоза, а примитивные рельсовые дороги копий и заводов превратились в пути сообщения массового пользования.

В России представителями этого замечательного поколения были уральские крепостные механики Ефим Алексеевич и его сын Мирон Ефимович Черепановы. В своем письме известному уральскому заводчику Демидову 27 марта 1828 года Ефим Алексеевич писал: "Сколько позволяют силы ума моего, стараюсь неослабно заводить машины для пользы заводов, для облегчения сил трудящихся". Эти слова вместе с сыном он подкреплял делами.

Перед тем как приступить к постройке "сухопутного парохода" (так называли в то время паровоз) и первой русской железной дороги с паровой тягой, Ефим Черепанов и его сын Мирон имели уже большой опыт постройки многих паровых машин, разнообразных двигателей и станков для заводов и приисков.

Первый русский паровоз, строительство которого было закончено в 1833 году, имел горизонтальный цилиндрический котел длиной 1676 миллиметров, диаметром 914 миллиметров. Котел опирался на деревянную раму, поддерживаемую четырьмя колесами одинакового диаметра. Под котлом между передними колесами горизонтально были размещены два цилиндра длиной 229 и диаметром 178 миллиметров каждый. Сила пара, воспринимаемая поршнями цилиндра, приводила в движение колеса второй коленчатой оси паровоза. К паровозу прицепляли "специальный фургон" для запасов древесного угля и воды. Машинист управлял машиной со специальной площадки, расположенной у топки. Паровоз, длина которого составляла 2,6 метра, передвигался по колесопроводам (в те времена так называли рельсы) и возил на открытых вагонетках около 3,5 тонн груза со скоростью 16 километров в час.

Дорога имела колею шириной 1645 миллиметров. Длина этой первой русской железной дороги с паровой тягой составляла сначала 854 метра, а затем была доведена до одного километра.

Испытания первого паровоза дали хорошие результаты, и уральские механики, несмотря на консерватизм царских чиновников, продолжали трудиться над его усовершенствованием. В 1835 году они построили второй паровоз, который был намного сильнее первого: он мог везти до 17 тонн груза.

Однако несмотря на высокие по тому времени качества русского паровоза, его создатели были незаслуженно забыты. Правящие круги царской России похоронили гениальное творение замечательных русских изобретателей - уральских механиков.

Рис. 1. 'Сухопутный пароход' Черепановых

Ярким примером широко бытовавших в то время настроений может служить статья, опубликованная в журнале "Полезные сведения", которая называлась "Мысли русского крестьянина-извозчика о чугунных дорогах и пароходных экипажах между Петербургом и Москвою": "Дошли до нас слухи, что некоторые наши богатые господа, прельстясь заморскими затеями, хотят завести между Питером и Москвою и Нижним чугунные колеи, по которым будут ходить экипажи, двигаемые неведомою силою, помощью паров..." Заканчивалась статья предупреждением: "Но русские вьюги сами не потерпят иноземных хитростей, занесут, матушки, снегом колеи, в шутку, пожалуй, заморозят и пары. Да и где взять такую уйму топлива, чтобы вечно не угасал огонь под ходунами-самоварами!"

Редактор журнала, поддерживая автора статьи, заявил, что железнодорожное дело в России "совершенно невозможно, очевидно бесполезно и крайне невыгодно". Но передовые люди того времени хорошо понимали значение железных дорог, их роль в развитии общества и прогресса.

Вот что писал государственный деятель Н. С. Мордвинов: "Я утверждаю, что без железных дорог, ускоряющих движение, Россия каждый год все более и более удаляется от цивилизации и прогресса".

А известный инженер путей сообщения П. П. Мельников, в будущем ставший у руля управления всем транспортом России, говорил: "Ничто не может так содействовать просвещению, как возможность скорых и дешевых путешествий, приобретаемая усовершенствованными системами". Именно в железных дорогах он видел одну из таких систем передвижения.

В 1837 году открывается для общего пользования первая в России опытная железная дорога длиной 25 километров, соединяющая Петербург с Царским Селом (г. Пушкин) и Павловском. Желто-голубые поезда, состоящие из вагонов-карет, первое время приводились в движение лошадьми. Паровозы, приобретенные за границей, появились несколько позже и носили громкие названия "Богатырь", "Слон", "Лев", "Проворный", "Орел", "Сокол", "Россия". В это же время появились и первые изготовленные из латуни железнодорожные билеты, которые народ прозвал "жестянками".

Интересен тот факт, что лошади применялись в качестве движущей силы на других появившихся позже железных дорогах. Их использовали для передвижения и сортировки вагонов на грузовых станциях, для формирования составов. А когда железные дороги протянулись на юг, было предложено использовать на них... волов. Авторы обосновывали свое предложение тем, что волы сильнее лошадей, им не нужны конюшни, прокорм волов стоит дешевле и, кроме того, от них можно получить после того, как они отработают свое время, не только шкуру, но и мясо. Особенно выгодны, по мнению авторов этого предложения, волы могли быть при перевозках на небольшие расстояния таких грузов, как хлеб, соль, различные строительные материалы.

Рис. 2. Открытие железной дороги между Петербургом и Москвой

Железная дорога между Петербургом и Царским Селом долгое время была единственной в царской России. Лишь после длительной и упорной борьбы между сторонниками и противниками железных дорог в 1843 году было начато строительство железной дороги Петербург - Москва протяженностью 650 километров. В ее строительстве активное участие приняли видные инженеры П. П. Мельников, Н. О. Крафт, Н. И. Липин и многие другие сторонники железнодорожного транспорта. Мосты Петербургско-Московской дороги проектировал и строил Д. И. Журавский.

Первого ноября 1851 года самая большая в мире по протяженности двухпутная железная дорога была открыта, и по ней из Петербурга в Москву отправился "народный" поезд. Первая русская магистраль, являющаяся в наше время частью Октябрьской железной дороги, начала работать.

Петербурго-Московская магистраль была крупнейшим инженерно-техническим сооружением середины XIX века. Она была построена под руководством русских инженеров. Опыт, приобретенный на этой стройке, сыграл большую роль в развитии железнодорожного строительства, способствовал экономическому и общественному развитию России.

Полтора столетия прошло с тех пор. Неузнаваемо изменились за это время железные дороги и особенно разительно в нашей стране, ставшей за годы Советской власти поистине великой железнодорожной державой.