Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия
Глава 11
Оскар Барнак и его «Лейка»
Немногим людям удаётся изобрести, казалось бы, совсем незначительную вещь, которая затем становится причиной настоящей технологической революции и, более того, превращается в вещь культовую и в полном смысле слова великую. Один из таких гениев (а мы в этой книге говорим, прежде всего, о подлинных гениях) немецкий инженер Оскар Барнак, создавший первый в мире узкоплёночный фотоаппарат, известный нам под именем «Лейка».
Ещё в 1904 году Оскар Барнак (годы жизни 1879—1936) разработал прототип шторно-щелевого фотозатвора. Это был простой механизм, состоявший из двух барабанов – ведомого и ведущего. На барабаны наматывались две половинки светонепроницаемой прорезиненной тканевой шторки. Между половинками был оставлен зазор – щель, сквозь которую проникал свет. Намотанные на ведомый барабан, шторки натягивались барабаном ведущим под воздействием ленточной пружины. При срабатывании кнопки спуска, пружина освобождалась и половинки шторки перематывались на ведущий барабан. При этом регулятор выдержек устанавливал зазор между половинками. На ведущий барабан перематывалась первая половинка, затем вторая. И мимо кадрового окна проскакивала щель – зазор между шторками, осуществляя экспозицию светочувствительного материала. При малых выдержках зазор был совсем небольшим. Перемещаясь справа налево (если смотреть со стороны задней крышки фотоаппарата) узкая щель засвечивала плёнку последовательно по всей поверхности кадра от правой границы к левой. Самая короткая выдержка при этом составляла 1/200 или 1/300 секунды, хотя в ранних вариантах она была длинней (и, добавим, стандартный ряд выдержек ещё не устоялся). При самой большой выдержке первая половинка шторки полностью перематывалась на ведущий барабан, а вторая начинала движение только тогда, когда первая уже полностью открывала кадровое окно. То есть в момент выдержки кадровое окно было открыто полностью. А выдержка составляла примерно 1/25 секунды.
Это была вроде бы совсем примитивная конструкция. Но… посмотрите дома – не лежит ли где-нибудь на антресолях старенький «ФЭД» или «Зоркий». Эти узкоплёночные камеры выпускались в СССР в огромных количествах. Может, у вас есть «Зенит» – любой, с матерчатым затвором? Так вот, в этих фотоаппаратах, выпускавшихся до середины 90-х годов прошлого века применяется затвор Барнака образца… 1904 года! Поразительно, не правда ли?
Но это был лишь первый шаг к великой камере, которую мы с полным на то основанием можем назвать камерой века. В 1911 году Оскар Барнак устроился на работу в оптическую компанию Ernst Leitz. Эта компания, названная по имени владельца, выпускала высококачественную оптику самого различного назначения и остро нуждалась в расширении производства. Барнак взялся за разработку принципиально нового фотоаппарата, на который возлагались большие надежды… Нет, не такие уж и большие. Проект держался на убеждённости и упорстве Барнака. Сам хозяин предприятия в проект не особенно и верил.
В 1913 году Барнак вручает хозяину завода первую узкоплёночную камеру. Лейтцу фотоаппарат нравится и он берёт его с собой в путешествие в Америку. Мир впервые видит новую маленькую камеру карманного формата – черную, металлическую, прочную и надёжную, как… как револьвер. Казалось бы – у Лейтца появляется возможность завоевать своей камерой весь мир. Но вмешалась война… Первая серийная Leica – так было решено назвать фотоаппарат (сокращение от слов Leitz и camera) – появилась только в 1924 году. И моментально завоевывает мировое признание! Более того, «Лейка» становится камерой-эталоном, камерой-образцом. Множество оптических компаний вступают в конкурентную борьбу, а то и откровенно копируют находки Барнака. В их числе очень известные компании, которые и сегодня являются ведущими производителями фототехники (теперь уже цифровой).
Что же, собственно, открыл Барнак за 20 лет конструкторской работы и бесконечных экспериментов, модернизаций, поисков? Самое главное – он использовал в качестве светочувствительного материала киноплёнку, которая к середине 20-х годов выпускалась в гигантских масштабах для нужд кинопромышленности. Это была счастливая находка – для новой камеры не пришлось разрабатывать уникального формата. Но Барнак модернизировал сам формат, никак не меняя плёнку. Он расположил кадр не вертикально, как в киноаппаратах, а горизонтально, увеличив при этом площадь кадра вдвое. В результате на стандартном отрезке плёнки в 165 мм умещалось 36 кадров площадью 36х24 мм. Соотношение сторон 4:3 осталось прежним – это было вторым удачным решением. Дело в том, что это соотношение применяется очень давно в живописи. Круглый кадр в камерах Kodak (в них применась не плёнка, а светочувствительная бумага, отпечатки с которой получали контактной печатью, без увеличения), а затем и квадратный кадр на плёнке шириной 61,5 мм затрудняли композицию. Квадрат, а тем более круг, в живописи применяются крайне редко. И в фотографии они выглядят… неестественно. В качестве нечасто применяемого художественного приёма – куда ни шло, но когда все кадры круглые… Нет, для серьёзной работы не годится. Прямоугольник с соотношением 4:3 идеален с точки зрения композиции.
Далее – к достоинствам нового формата можно смело отнести увеличение площади кадра вдвое. Проблема заключалась в несовершенстве светочувствительных материалов. Целлулоидная подложка и желатиновая эмульсия не позволяли добиться стабильных характеристик и достаточно малого зерна галогенидов серебра. Картинка при большом увеличении выглядела зернистой и не всегда равномерно экспонированной. То, что не было заметно на киноэкране, выявлялось на бумажном отпечатке, особенно при больших увеличениях. Большая площадь кадра улучшила детализацию и приблизила качество фотографий к более распространённым форматным фотопластинкам.
Поначалу профессионалы восприняли новый узкоплёночный формат с некоторым недоверием. В творческой фотографии применялись форматные фотопластинки и плоские плёнки размером от 6х9 до 30х40 см. Ясно, что негативу размером всего 24х36 мм с пластинками конкурировать трудно. При контактной печати с пластинки фотография получается такой точной, резкой, богатой мелкими деталями… Но дорожная пластиночная камера – это здоровенный деревянный ящик и, в лучшем случае, лепестковый центральный затвор, встроенный в объектив или даже надеваемый на него в виде съёмной крышки. А «Лейку» можно было положить в карман брюк – она имела складной объектив и очень прочный корпус. И первыми достоинства «Лейки» оценили фоторепортёры. Потом ею обзавелись и фотохудожники. Появился даже целый жанр сюжетной фотографии, работать в котором с дорожной пластиночной камерой было просто невозможно…
Первая «Лейка» имела шторно-щелевой матерчатый затвор, взводимый отдельной головкой, и диск установки выдержек. Корпус из лёгкого магниевого сплава подвергался глубокому чернению и обклеивался кожей. Объектив со складным тубусом и ирисовым механизмом изменения относительного отверстия – диафрагмой. В качестве визира применялась простая складная рамка, без линз. Плёнка заряжалась через нижнюю крышку, запираемую замками.
Эта первая «Лейка» сегодня встречается в коллекциях и… работает, как часы. Как ни удивительно, но она выпускается до сих пор – малыми сериями, для коллекционеров. И это не копия или коллекционный макет, это абсолютно действующий, работоспособный фотоаппарат (между прочим, стоящий больших денег). И всё же облик первой «Лейки» мало кому известен, кроме специалистов и коллекционеров. Поэтому классической «Лейкой» считают аппараты более поздних выпусков. И эта классика известна всем нам, у кого в доме есть старый фотоаппарат. Дело в том, что советские «Фэды» и «Зоркие», особенно первые, без цифровых индексов или с младшими индексами (например, «Зоркий-2») это точные копии классических «Леек», повторяющие и конструкцию, и дизайн этих великих камер (но, увы, не высочайше качество). Позже эти камеры модернизировались, например, «Фэд-2» напоминает «Лейку» уже более отдалённо. Но по конструкции это та же «Лейка».
Следующей находкой Оскара Барнака была стандартизация оптики. Объективы первых фотоаппаратов подгонялись под конкретную камеру. Этот процесс назывался юстировкой. Но потом Барнак ввёл стандартное резьбовое сочленение объектива с камерой (М39). И любой выпущенный компанией объектив (а их на сегодняшний день даже не сотни – тысячи моделей) подходил к любой из «Леек».
Далее – совмещение головок взвода затвора и перемотки плёнки, сблокированной с простым механическим счётчиком кадров. Введение в конструкцию дальномера и оптического видоискателя. В довоенных «Лейках» это были два независимых прибора. Заглядывая в окуляр дальномера и вращая кольцо объектива, фотограф наводил фокус – делал резкими сюжетно важные детали. Затем, заглядывая в окуляр видоискателя он строил композицию кадра. В поздних моделях эти два прибора были объединены. Затвор получил замедлитель и просто стал более точным. Самая короткая выдержка достигла 1/1000 секунды, а самая длительная – 1 секунды за счёт механизма удержания второй шторки.
Довоенные и послевоенные «Лейки» исправно трудятся до сих пор. С ними выросло несколько поколений фоторепортёров, фотохудожников и конструкторов фототехники. Сам Барнак умер на пике славы, не успев сделать многого из того, что сделали позже его последователи… Остановимся на двух характеристиках знаменитой «Лейки» – на её беспрецедентном и безупречном качестве и на стоимости камер этой марки.
Качество «Лейки» вовсе не миф. Регулировка, юстировка, ремонт – эти слова большинству владельцев «Леек» не известны вовсе. В том-то и дело, что последователям великих немецкий механиков, японским умельцам, понадобились десятилетия, чтобы достичь такой же точности в производстве фотоаппаратов. Современные цифровые камеры, в которых нет ни плёнки, ни механизма её транспортировки, тем не менее являются потомками камеры Барнака. Скоростные ламельные затворы были изобретены в ходе совершенствования шторно-щелевого затвора. Механизм фокусировки, диафрагмирования, эргономика камер (то есть удобство работы с ними – расположение кнопок и переключателей), металлическое шасси – во всём этом можно узнать черты той старой антикварной камеры. Хотя, спору нет, блестящего прошлого узкоплёночного дальномерного фотоаппарата уже не вернуть (да и нужно ли). А «Лейка» остаётся среди знаменитых производителей до сих пор. Она выпускает и узкоплёночные камеры для профессионалов, и отличные цифровые фотоаппараты. В последние годы компания активно сотрудничает с Matsushita, выпускающей фотоаппараты под маркой Panasonic. Объективы этих камер несут гордую марку Leica…
Что же касается высокой стоимости, а она и в самом деле очень высока, стоимость плёночной классики (разумеется, новой камеры) около 3 тысяч евро, то здесь бытует одна легенда. Якобы фашистский диктатор Гитлер лично распорядился, чтобы стоимость хорошего фотоаппарата равнялась средней заработной плате немецкого бюргера. Так это на самом деле или нет, неизвестно. Но цена любой «Лейки» – плёночной или цифровой, современной или антикварной – только кажется завышенной. Это элитная аппаратура, которая оправдывает любые затраты… Не станем же мы жаловаться на запредельную стоимость автомобилей «Роллс-Ройс»? Как и эти автомобили, классические плёночные камеры Leica – подлинное произведение искусства. Отсюда и цена.
Глава 12
Дизельный двигатель
История изобретения дизельного двигателя связана с одной загадочной трагедией. Дело в том, что сам изобретатель двигателя Рудольф Дизель в 1913 году погиб при невыясненных обстоятельствах. Стоит лишь посмотреть вокруг. Двигатели Дизеля (их гораздо более совершенные потомки, конечно) работают в тепловозах, на речных и морских судах, в строительной и военной технике, на грузовых и легковых автомобилях… Но всё же мы называем эти моторы именем изобретателя. Возможно, в этом и есть торжество исторической справедливости.
Рудольф Дизель родился в 18 марта 1858 года в Париже, в семье эмигрантов из Германии. В 1970 году юный Рудольф вместе с родителями переезжает в Англию, куда их депортировали из-за начавшейся войны между Францией и Пруссией. Оттуда, из Англии, молодой Дизель отправляется на историческую родину в Германию – на учёбу. Из Аугсбурга он перевёлся в Мюнхен, в Высшую техническую школу, которую закончил с отличием, получив диплом инженера по холодильным установкам.
После получения диплома в 1880 году Дизель получил предложение от немецкого физика Карла фон Линде (годы жизни 1842—1934, который работал в те годы над установкой для сжижения воздуха. Рудольф Дизель переехал в Париж и приступил к исследованиям в лаборатории французского филиала предприятия Линде. Дизель занялся исследованием состояния газов при резком сжатии и расширении. Эти эксперименты навели Дизеля на мысль о двигателе внутреннего сгорания, в котором не было бы системы зажигания вообще. При резком сжатии воздуха, он раскаляется до такой температуры, что способен поджечь топливо-воздушную смесь без искры. Но… легко сказать, как сделать? Воздух сжать в металлическом цилиндре можно, как сжать топливную смесь, чтобы воспламенение не произошло раньше времени?
Экспериментируя сначала с различными горючими газами, а потом и с жидкими видами топлива, Дизель разработал первую конструкцию своего мотора. В 1890 году Линде перевёл молодого инженера в Берлин. Здесь Дизель показал свои расчёты Линде, получил его одобрение и продолжил исследования, результатом которых стал патент, зарегистрированный в 1892 году. Тем не менее практическое воплощение оказывается делом весьма трудным – первую действующую модель Рудольф Дизель смог построить только в 1897 году. Это был двигатель мощностью в 25 лошадиных сил, работающий на тяжёлом жидком топливе. Право на производство нового двигателя приобретают машиностроительные предприятия Аугсбурга и фирма Круппа. Спрос на дизельные двигатели превзошёл все ожидания. Моторы заказывают судостроительные верфи, производители другой техники. Дизель становится богатым человеком и продолжает работу над совершенствованием своего изобретения…
А работать было над чем. Дизельный двигатель имеет две разновидности – двухтактную и четырёхтактную. В первом случае полный рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала и двух полных ходов поршня вверх и вниз. При ходже поршня вниз из камеры сгорания удаляются продукты сгорания топлива и цилиндр заполняется свежим воздухом. При ходе поршня вверх воздух сжимается, раскаляется и, когда поршень достигает верхней мёртвой точки, в камеру сгорания под огромным давлением впрыскивается порция жидкого топлива. Топливо смешивается с горячим воздухом, воспламеняется, расширяющиеся газы толкают поршень вниз – цикл повторяется. При четырёхтактном цикле полный цикл совершается за два оборота коленчатого вала и четыре хода поршня вверх-вниз. Расширяющиеся газы толкают поршень вниз, при обратном движении вверх открывается выпускной клапан и отработавшие газы удаляются из внутренней полости цилиндра. Затем при втором ходе вниз открывается впускной клапан и полость цилиндра заполняется свежим воздухом. При втором ходе вверх поршень сжимает воздух, раскаляя его. В верхней мёртвой точке в камеру сгорания впрыскивается порция жидкого топлива. Цикл повторяется… В обоих случаях кроме длинноходного цилиндра и поршня, создающих высокую степень сжатия воздуха, из-за чего воздух в цилиндре и раскаляется до высокой температуры, нужен топливный насос высокого давления и форсунка, через которую жидкое топливо впрыскивается в камеру сгорания.
Этот насос требует особо точной сборки, поскольку жидкость практически несжимаема и при высоком давлении плунжера на жидкость, топливо выдавливается через зазоры между деталями. Кроме того, давление, создаваемое этим насосом, должно быть не меньше, чем давление воздуха в камере сгорания (а порядка 20 атмосфер). Поэтому к деталям топливного насоса предъявляются повышенные требования прочности и эффективности. Дизель способен работать на тяжёлых фракциях нефти и даже на мазуте и сырой нефти. Но при этом топливо должно обладать высокой смазочной способностью, текучестью и однородностью. Лучшими показателями обладает соляровое масло, которое к тому же дешёво в производстве, поскольку является побочным продуктом при переработке нефти для получения легкого топлива – бензина и керосина. Но и соляровое масло (его мы называем в обыденной жизни «соляркой») не идеально – при низких температурах она становится вязкой и даже застывает, словно желе. При этом трубопроводы системы питания дизеля должны быть всегда заполнены жидким топливом. Как только в топливопровод попадает воздух, система перестаёт работать – вместо подачи под высоким давлением жидкости, насос начинает сжимать воздух… Это лишь некоторые проблемы, с которыми пришлось столкнуться Дизелю. Добавьте к этому высокопрочные сплавы, способные выдержать высокие температурные и механические нагрузки, сложности в конструировании форсунок, клапанов – и станет ясно, как же непросто было этому человеку.
В конце концов, Рудольф Дизель утратил право на лицензионные отчисления за свои двигатели. Другие конструкторы взялись за совершенствование новых двигателей и с правились с этим делом лучше первого изобретателя. Финансовое благосостояние Дизеля пошатнулось. А 29 сентября 1913 года на борту почтового парохода «Дрезден» произошла катастрофа. Во время перехода через пролив Ла-Манш Рудольф Дизель бесследно исчез. Тело его так и не было найдено…
Это тёмная история. Историки выдвигают целых три причины гибели немецкого изобретателя. Самое простое объяснение – пароход потерпел крушение, Дизель свалился за борт и утонул. Вторая причина – самоубийство из-за серьёзных финансовых затруднений. Да, возможно, это и так. Но существует и третья версия трагических событий. Обратим внимание на время, когда произошла трагедия – до начала мировой войны оставалось менее года. Страны Европы стремительно вооружались. Закладывались новые корабли, в том числе и подводные лодки, в которых дизель был основным двигателем, использовавшимся для движения в надводном положении и для заряда аккумуляторов… В это время появились слухи, что Дизель собирается предложить новый вариант двигателя, лишённый множества недостатков оригинального мотора. Это и послужило причиной устранения немецкого инженера… Ни подтвердить, ни опровергнуть эту версию невозможно. Гибель Рудольфа Дизеля осталась одной из тайн новейшей истории.
Между прочим, недооценка изобретения Дизеля соотечественниками стала одним из стратегических просчётов Гитлера, которые и привели к разгрому немецкого фашизма. Дело в том, что на большинстве фашистских танков стояли бензиновые двигатели. На советских Т-34, наоборот, использовались дизельные моторы. В условиях бездорожья, зимой, при затруднённом тыловом обеспечении и с учётом трудностей с производством бензина (немцы не получили доступа к нефтеносным месторождениям и даже вынуждены были производить синтетический заменитель бензина) заправлять танки соляркой оказалось проще, чем подвозить к танковым соединениям дефицитный и дорогой высокооктановый бензин. В результате гитлеровские танковые силы сидели на голодном пайке, а советские танки заправлялись тем, на чём работали обычные тракторы – соляркой.
И ещё – дизель получил широкое распространение в ХХ веке, но не сразу. Тракторы и локомобили (стационарные двигатели, установленные на колёсное шасси, прицепы с мотором, применявшимся для привода молотилок и другой сельскохозяйственной техники) начала 30-х годов, к примеру, были не дизельными, хотя работали на тяжёлых сортах жидкого топлива. В некоторых из них применялись двигатели с огромным рабочим объёмом и калильным зажиганием. Сжатая топливо-воздушная смесь поджигалась специальным стержнем, который перед запуском мотора специально разогревали паяльной лампой или горелкой. После запуска двигателя зажигание осуществлялось за счёт остаточного нагрева этой «пассивной свечи». К дизельным моторам эти примитивные тракторные двигатели ни коим образом не относились.
Глава 13
Титаник
Трагедия, разыгравшаяся в 610 километрах к юго-востоку от острова Ньюфаундленд в Атлантическом океане в ночь с 14 на 15 сентября 1912 года вошла в историю, как одна из самых страшных катастроф ХХ века. Обстоятельства крушения огромного пассажирского парохода «Титаник» известны нам достаточно детально – из множества фильмов, телесериалов, документальных и художественных книг. Гибели «Титаника» посвящён знаменитый фильм американского кинорежиссёра Дж. Кэмерона. На съёмки этого фильма, на компьютерную реконструкцию трагедии, создание полноразмерной модели и интерьеров, на глубоководные съёмки реальных обломков корабля было потрачено 200 миллионов долларов – фильм «Титаник» остаётся одним из самых дорогих фильмов. Но и главный герой этой картины, пароход по имени «Титаник», был во многих отношениях самым-самым…
Идея строить очень большие корабли пришла в голову ещё древним римлянам. На рубеже новой эры на верфях Древнего Рима строились многопалубные галеры, способные брат на борт сотни людей. Выгода была очевидно – за один рейс большой корабль перевозил множество пассажиров, большой отряд вооружённых легионеров или большую партию груза.
В начале ХХ века, когда были разработаны мощные паровые двигатели, появились новые сплавы для строительства прочных корпусов, наработан большой опыт в расчёте обводов, кораблестроительные компании приступили к проектированию сверхбольших пароходов. В кораблях большого водоизмещения (напомним, водоизмещение равно весу гружённого судна, выраженного в тоннах) нуждались вооружённые силы. С начала ХХ века основой морской мощи мировых держав стали линейные корабли или линкоры. Огромные бронированные корпуса, мощные машины, до 150 корабельных орудий, включая орудия главного калибра – от 280 до 457 мм (здесь внутренний диаметр ствола) и экипаж до 2800 человек – эти величественные корабли могли обстреливать вражеские объекты, отстоящие от побережья на десятки километров, были грозной силой и утратили свою роль только с развитием подводного флота. Против подлодок скоростные, но очень неповоротливые линкоры могли противопоставить только толщину брони. В походах их охраняла целая флотилия эскадренных эсминцев, что в условиях войны на море представлялось непозволительным расточительством сил.
В больших кораблях нуждался торговый флот. Такие крепнущие державы, как Россия и США, усиливали свою экономику за счёт экспорта товаров и сырья. И основные торговые пути пролегали по морям и океанам.
Наконец, в развитии транспортных путей для пассажирских перевозок нуждались две ведущие мировые державы – Англия, имевшая на Североамериканском континенте зависимые территории (Канада) и Соединённые Штаты, нуждавшиеся в постоянном притоке эмигрантов из Европы. Освоение новых территорий на континенте, строительство новых городов, рост производства – всё это требовало притока рабочей силы. Доступный путь для путешествия в Америку был только один – морем. Но обычный пароход за один рейс мог перевезти не более пары сотен человек, а сам путь занимал более недели.
И вот, английский промышленник Морган и его партнёры по судовой компании «Уайт Стар» заказали строительство серии из трёх гигантских пароходов-близнецов. Строительство велось в Белфасте. Первым был заложен пароход «Олимпик», вторым – «Титаник». Третий пароход, построенный позже остальных, получил название «Британик».
Проект выглядел грандиозным ещё тогда, когда на стапелях закладывались лишь остовы корпусов. Длина корпуса достигала 269 метров (все три судна немного друг от друга отличались, размеры указаны для «Титаника»). Ширина – 28,2 метра. Водоизмещение полностью оснащённого корабля превышала 46 300 тонн (по другим данным 66 тысяч тонн). А паросиловая установка придавала четырёхтрубному гиганту (то есть паровых котлов было тоже четыре) максимальную скорость в 25 узлов – до 45 километров в час!
В 1910 году со стапеля в Северной Ирландии сошёл первый пароход серии – «Олимпик». И… сразу врезался в дамбу. Затем аварии последовали одна за другой. Самой серьёзной стало столкновение «Олимпика» с английским крейсером «Хоук», после которого пароход пришлось вернуть в док для серьёзного ремонта. «Олимпик» быстро приобрёл дурную славу корабля-неудачника. Когда владельцы объявили первый выход корабля в море, желающих совершить путешествие оказалось так мало, что рейс пришлось отменить. Ни одна страховая компания не взялась застраховать гигантский корабль. И только что построенное современное судно не принесло владельцам никакого дохода.
Морган и его компаньоны меняют тактику. В 1911 году на воду спущен «Титаник» – второй корабль серии. На этот раз за ходом испытаний, достройкой и оснащением, на которые ушёл целый год, с подачи владельцев следит пресса. Каждый шаг выверяется до мелочей, а неприятные случайности попросту исключаются. «Титаник» великолепен. Широкомасштабная рекламная компания принесла свои плоды – билеты на первый трансатлантический рейс корабля (а это был первый рейс вообще) раскуплены задолго до момента отплытия. «Титаник» был застрахован на астрономическую по тем временам сумму в миллион фунтов стерлингов. Восхваляются достоинства парохода – его принципиальная непотопляемость, высокая скорость, независимость от штормов и устойчивость к качке. Роскошь кают первого класса превращают корабль в высококлассную гостиницу на море. А многочисленные помещения второго и третьего класса позволяют взять на борт рекордное количество пассажиров – более 1500 человек. Вместе с командой общее число перевозимых кораблём людей достигло 2200 человек.