Джеймс Бёрк - Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Новое свойство воздуха стали активно использовать. В 1653 году французский ученый Дени Папен изобрел пневмопочту — контейнер с письмом или грузом перемещался по трубе под действием сжатого воздуха. В 1785-м возникла идея поднимать затонувшие суда с помощью накачанных воздухом поплавков. Таким образом были подняты несколько кораблей, затонувших у Балаклавы 178 — 150 . Тогда же появились и первые водолазы.

Известие об одном конкретном способе применения сжатого воздуха сильно помогло освоению Дальнего Запада США. В 1857 году началось строительство первого тоннеля под Альпами 179 — 137 из Северной Италии в Савойю, которая в то время тоже была итальянской, поскольку принадлежала королю Сардинии. Тоннель должен был соединить железнодорожные системы Италии и Северной Европы и тем самым сэкономить время поездки из Парижа в Турин на восемнадцать часов, ускорить доставку грузов из Средиземноморья в страны по другую сторону Альп, увеличить поток туристов на итальянскую Ривьеру и, наконец, сократить маршрут путешествия из Индии в Британию.

Успех строителей этого тоннеля (он пролегал под горой Мон-Сенис и соединял города Мондан и Бардонеккья) вдохновил многих на еще более грандиозные планы. Одним прекрасным днем в американском городе Питтсбурге молодому человеку очень понравилась продавщица журналов и он купил у нее целую подписку. В первом же номере он прочитал о том, что в Монсенисском тоннеле впервые использовалась новинка — пневматические буры для горной породы, которые увеличили эффективность работы в двадцать раз.

Юношу звали Джордж Вестингауз. Как всякий американец, он прекрасно знал, с каким риском сопряжены поездки по железной дороге 180 — 26 , 74 . Каждый месяц в газетах появлялись статьи об очередной леденящей кровь катастрофе перегруженного грузового или, того хуже, пассажирского поезда по причине неудачного торможения на крутом склоне. В то время в каждом вагоне поезда ездил так называемый тормозной кондуктор, который в случае необходимости должен был вручную привести в действие тормоз, причем одновременно со своими коллегами в других вагонах. Знаменитый случай с Кейси Джонсом — типичный пример того, к каким последствиям приводили тогда аварии на железной дороге [12]. По поводу другого крушения один из журналистов того времени писал: «Еще один так называемый инцидент произошел на железной дороге «Эри». Десятки людей погибли и сгорели заживо, многие остались калеками на всю жизнь. Не видать нам безопасных путешествий, пока какого-нибудь благочестивого, богатого и всеми любимого железнодорожного начальника не вздернут за убийство».

Вестингауз сообразил, что проблему тормозов можно решить при помощи сжатого воздуха. В 1869 году он запатентовал пневматический железнодорожный тормоз, который в модифицированном виде используется и в современных поездах. В этой автоматической системе через весь состав проходит магистраль со сжатым воздухом, а каждый вагон оборудован запасным воздушным резервуаром. Давление воздуха удерживает в отведенном положении поршень тормозного цилиндра. Как только давление в этой системе падает, при штатном торможении или в случае аварии, поршень отпускается и приводит в действие тормозные колодки. Изобретение имело оглушительный успех. К 1876 году тормоза Вестингауза были установлены на 15 569 локомотивах и 14 055 вагонах. Остановочный путь оборудованного такой системой поезда весом сто три тонны на скорости сорок восемь километров в час составлял всего сто пятьдесят метров — в три раза короче, чем у поездов с тормозами прежнего образца.

Благодаря своему изобретению Вестингауз познакомился с одним гением из Хорватии, который каждую неделю надевал новый красно-черный галстук, использовал носовые платки только по одному разу и выбрасывал, ненавидел бильярдные шары и квартировал в гостиничном номере вместе с голубями. Однако к нему мы вернемся позже. Тормоза Вестингауза резко сократили вероятность крушений, и поезда стали ходить быстрее и чаще. Теперь было важно обеспечить должный контроль движения на железных дорогах. В 1880 году Вестингауз начал скупать патенты систем сигнализации, а в 1882 году в Питтсбурге основал компанию «Юнион сигнал энд свитчинг» 181 — 26 , 74 . Для передачи сигналов вдоль железнодорожной трассы он попробовал было использовать сжатый воздух, но трубы замерзали на морозе. Выходом из положения стало электричество — по задумке инженера, электрический ток приводил в действие клапан, и сигнал подавался сжатым воздухом.

Так Вестингауз занялся передачей электричества. Главной проблемой в этом деле был постоянный ток. В 70-е годы XIX столетия электричество вырабатывалось при помощи якорного кольца, обвитого медной проволокой, которое вращалось между полюсами магнита, представлявшего собой железный брусок, также обвитый проволокой. В такой самовозбуждающейся динамической системе (отсюда термин «динамо-машина») вращение якоря вызывает ток в навитой на брусок проволоке, и брусок становится магнитом — возникает магнитное поле. Поскольку якорь во время вращения пересекает разнонаправленные силовые линии магнитного поля, его обмотка генерирует электрический ток то в одном, то в другом направлении. Для преобразования такого тока использовался выпрямитель, который поочередно снимал с обмотки разнонаправленный ток и подавал в выходную цепь постоянный однонаправленный ток.

Сложность заключалась в том, что постоянный ток низкого напряжения (например, для осветительных лампочек) можно было передавать по толстому и дорогому медному проводу всего на километр с небольшим, то есть с таким интервалом на линии электропередачи нужно было устанавливать дополнительные генераторы. Без выпрямителя генератор давал переменный ток, который при высоком напряжении передавался по тонкому проводнику на большое расстояние. Если бы напряжение (условно говоря, «давление») генерируемого тока можно было бы повысить посредством трансформатора, а в точке потребления снова понизить, то географические ограничения на передачу тока были бы сняты. Ток можно было генерировать не только при помощи катушек (они часто разрушались от быстрого вращения), но и с использованием магнитов. Таким образом, задача состояла в том, чтобы найти источник энергии для вращения магнитов с очень большой скоростью, которая необходима для генерирования тока высокого напряжения.

В 1888 году Вестингауз встретил того самого любителя голубей из Хорватии, Николу Теслу, который как раз придумал такой генератор переменного тока. Его идея была блестящей. Если на две или несколько наборов катушек подать ток в виде отдельных последовательных импульсов, ток в них будет не совпадать по фазе. При каждом импульсе тока образуется серия последовательных магнитных полей, которые и вращают магнит, причем теоретически с неограниченной скоростью. В 1895 году Вестингауз на основе изобретения Теслы спроектировал целую генерирующую систему, которая победила в конкурсе для электростанции на Ниагарском водопаде.