Все они ведут свою родословную от созданного русским ученым Борисом Семеновичем Якоби «электромагнитного бота», отправившегося «навстречь невских вод в Санкт-Петербурге 13 сентября 1838 г.» В тот день перед полуднем от Петропавловской крепости отошел гребной катер с бортовыми гребными колесами. На середине Невы весла были убраны, завращались колеса, и катер начал двигаться против течения. Над ним не клубился дым, не пыхтела паровая машина — колеса бесшумно вращала «магнитная машина», питаемая током батареи гальванических элементов. Катер развивал скорость около 1,5 уз. Так было положено начало испытаниям не только первого в мире судна с электродвижением, но к первого в мире транспортного средства, использующего для передвижения силу электричества.
История создания «электромагнитного бота» такова.
В апреле 1834 г. в Кенигсберге немецкий инженер-строитель Мориц Герман Якоби демонстрирует модель «магнитного аппарата», как он вначале называл свой электродвигатель вращательного движения. Вращение полностью электромагнитного (без постоянных магнитов) горизонтального двигателя осуществлялось с помощью намагничивания горизонтально расположенных стержней, находящихся на боковой станине и вращающемся диске и обмотанных тонкой изолированной медной проволокой. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через «коммутатор» (переключатель полюсов электромагнитов). Мощность этого двигателя составляла всего 0,02 л. с.
В ноябре 1834 г. Якоби написал об этом аппарате в Париж, а ! декабря рассказал на заседании Академии наук в Петербурге. Уже 3 декабря (вот оперативность!) мемуарего «О применении электромагнетизма для приведения в движение машин» был опубликован Парижской Академией наук.
Следует напомнить, что все теоретические предпосылки к созданию электродвигателя были известны в науке с 1821 г., когда великий английский ученый Майкл Фарадей осуществил «магнитные вращения» провода с током вокруг магнитного полюса и наоборот.
Известие об изобретении Якоби «магнитной машины» попало в европейскую прессу раньше академической публикации и возбудило большой интерес. Ее приняли даже за изобретение нового вечного двигателя, о котором так мечтали многочисленные изобретатели всех веков.
В 1835 г. Якоби был приглашен в Дерптский (ныне Тартуский) университет для преподавания архитектуры. Тогда-то В. Я. Струве и П. Л. Шиллинг сообщили о его двигателе министру финансов графу Е. Ф. Канкрину — так русское правительство узнало о новом типе двигателя. Якоби охотно поехал в Россию, которую сразу же признал своим новым отечеством, где и прожил всю остальную часть жизни. В 1842 г. стал членом Петербургской Академии наук. В России он женился, имел четырех детей; в 1848 г. принял русское подданство. В возрасте 34 лет стал называться Морицем Семеновичем, а потом, пожалуй, уже после смерти, — Борисом.
В университете он горел желанием построить невиданную электрическую машину. Это побудило Якоби написать в июле 1837 г. подробное письмо президенту Петербургской Академии наук и министру народного просвещения графу С. С. Уварову о своем изобретении. В нем он также призывал не допустить, чтобы его «новое отечество лишилось славы сказать, что Нева раньше Темзы или Тибра покрылась судами с магнитными двигателями». По докладу Уварова императору Николаю I в июле 1837 г. была утверждена «Комиссия для применения к движению машин электромагнитной силы по способу профессора Якоби», в которую вошли известный мореплаватель вице-адмирал И. Ф. Крузенштерн (председатель), академики М. В. Остроградский, Э. X. Ленц, А. Я. Купфер, П. Н. Фусс, полковник Корпуса горных инженеров Н. Г. Соболевский (строитель первых камских пароходов), генерал-майор Корпуса морских инженеров С. О. Бурачек.
Назначение моряка председателем Комиссии и введение в ее состав специалистов по судостроению объяснялось тем, что Николай I особенно интересовался использованием электродвигателя взамен паровой машины для движения судов. Сам Уваров также был убежден в достижимости этой цели. В письме Крузенштерну он писал о цели работ Комиссии — замене паровой машины другим «удобнейшим, безопаснейшим и несравненно менее издержек требующим снарядом».
На проведение опытов было выделено 50 тысяч рублей. Трудно найти в истории русской науки другой пример столь очевидного и быстрого благоприятствования. Работе сразу был дан размах небывалый, государственный.
Вскоре Якоби получил приглашение приехать в Петербург и вести опытную работу по применению своего изобретения. При этом ему повышали оклад с 2500 рублей до 12 тысяч рублей в год. Он переехал на жительство в Петербург в августе 1837 г. Якоби понимал, что начинает работу небывалого масштаба. Он писал: «Изобретение всякого нового двигателя и даже хотя бы усовершенствование существующих конструкций может рассматриваться не просто как любопытное открытие, а как событие мирового значения».
К 1838 г. Якоби разработал судовой вариант электродвигателя, расположив неподвижные и подвижные электромагниты в одной горизонтальной плоскости. Объединение усилий нескольких таких двигателей на одном валу увеличивало размеры электродвигателя только в вертикальном направлении, и поэтому он мог свободно разместится на боте. Подвижная часть представляла собой крестообразно расположенные стержневые электромагниты, укрепленные на вертикальном валу; неподвижная часть состояла из двух электромагнитов, размещенных по окружности в виде полуколец. Собирая на одном валу усилия нескольких десятков подобных двигателей, можно было получать большие мощности. Созданный вариант двигателя был двухвальным.
Такой электродвигатель Якоби изготовил за период с января по август 1838 г. К сентябрю того же года было закончено переоборудование подобранного Бурачеком бота. Он представлял собой обычный восьмивесельный катер (длина 7,5 м, ширина 2,3 м. осадка — около 0,65 м).
Как уже отмечалось выше, первые успешные опыты с двигателем подобной конструкции мощностью около 0,25 л. с., установленном на боте, были проведены Якоби 13 сентября 1838 г. Электромагнитная «двигательная машина» занимала площадь 0,27 м2. Гальваническая батарея состояла из 320 двухжидкостных элементов Даниэля (стеклянная банка с раствором серной кислоты, в которую вставлялась банка из слабо-обожженной глины, заполненная раствором медного купороса с цинковыми и медными электродами соответственно), размещенных вдоль бортов катера. Во время испытаний электрод с 12 пассажирами на борту двигался по Неве несколько часов как по течению, так и против него.
Достигнутые успехи были весьма велики и могли возбуждать дальнейшие радужные надежды. Надеждами увлекся даже Фарадей, который в августе 1839 г. писал Якоби: «Я душевнейшим образом желаю, чтобы Ваши большие труды получили высокую награду, которую они заслуживают... Как подумаю только об электромагнитной машине на «Грейт Вестерне» или «Бритиш Куин» и отправки их этим способом в плавание по Атлантическому океану или даже в Ост-Индию! Какое это было бы славное дело!».
К следующим испытаниям, состоявшимся 27 июля 1839 г., был построен новый катер (длина 8 м, ширина 3 м, осадка 0,75 м), гребные колеса на котором сместили к корме (на первом катере они находились настолько близко к носу, что он «зарывался» в воду). Была также заказана новая гальваническая батарея и двигательная машина, для чего от Министерства финансов было получено 16 кг очищенной платины. Платина была необходима для 69 двухжидкостных элементов Грове с платиново-цинковыми электродами.
Но вот новая машина, состоящая из 40 элементарных электродвигателей на двух валах, была готова и смонтирована на катере. Опыты, начатые в августе 1839 г., расценили вначале как успех — мощность двигателя достигла приблизительно 0,75 л. с., при этом скорость бота составила 3 уз. Однако, обнаружилось, что мощность новой батареи превышала энергоемкость двигателя настолько, что раскалялась проводка, тлела изоляция; менее надежно работал и коммутатор новой конструкции.
Суммируя опыты 1839 г., Крузенштерн констатировал, что «...они продолжают носить лабораторный характер и окончательно судить о новом двигателе можно будет лишь тогда, когда электрод может двигаться со скоростью, немногим уступающей аналогичному паровому катеру».
В 1841 г. на катер (1839 г. постройки) установили более мощный (уже трехвальный) электромагнитный двигатель и еще более сильную батарею. Однако испытания 1841 г. не дали ожидаемых результатов.
Работы по применению «магнитной машины» для движения судов зашли в тупик. Исследования ученых уже в более поздний период показали, что причиной малой мощности этой и всех других электромагнитных машин, действие которых основывалось на беспрерывной смене полюсов, являлось то, что именно такой принцип создавал значительные силовые противодействия их движению. Якоби и члены Комиссии убедились, что при современном состоянии науки большего они сделать уже не смогут. Поэтому 28 ноября 1842 г. по указанию властей Комиссия была закрыта «впредь до открытия какого-либо нового пути, могущего вести к усовершенствованию приложения магнитной силы к движению судов».
Испытания следующего электрокатера в нашей стране состоялись лишь спустя четыре десятилетия. Поздней осенью 1883 г. в Выборгском заливе по заданию Морского министерства начались опыты со шлюпкой (длина 6,1 м, ширина 2 м), на которой Кронштадтская мастерская электромашин установила двигатель массой 0,5 т и 53 аккумулятора общей массой 2,2 т. Однако мощность батареи оказалась недостаточной — скорость электрокатера не превышала 4,75 уз. и то лишь в течение 45 мин.
Электродвижение с точки зрения корабела
Приводим выдержки из записки, прочитанной в конце 1838 г. членом «Комиссии» известным русским кораблестроителем Степаном Онисимовичем Бурачком (1800—1876):
В летописях практической механики не было еще примера, чтобы какой-нибудь движитель, только что придуманный, был сразу удовлетворительно применен к движению машины. Самые грубые осязательные движители требовали постепенных попыток, требовали тысячи умов для решения вопроса, удовлетворительного со всех сторон. Если ко всему этому взять еще в рассуждение, что природа и законы электромагнетизма до сих пор так мало известны, что эта невидимая сила едва уловима в ее действиях и путях, то по всей справедливости можно сказать, что труды Комиссии, высочайше учрежденной для приложения электромагнетизма к движению машин, при первом опыте увенчались успехом слишком достаточным. Большая шлюпка с 10 часов утра до 5 вечера двигалась посредством электромагнетизма. Правда, ход ее был не блистательный, но был — вопрос решен.
Весьма важен вопрос: будет ли электромагнетизм более выгодным движителем корабля? Без малейшего сомнения!
Перечисляя недостатки парусного вооружения (такие, как «зависимость хода корабля от ветра»), автор считает главным то, что "паруса как сложная машина почти удваивают число людей на корабле, а люди для Государства всего дороже во всех отношениях".
«Паровая машина, несмотря на все ее совершенства, никогда не будет выгодным движителем военного корабля, машина и уголь вытеснят артиллерию (т. е. занимают слишком много места. — В. Б.), не говоря о том, что на большом волнении гребные колеса сильно страдают и дурно действуют.» (В примечании приводятся любопытные данные по расходам: «Парусность с оснасткою и запасом на кампанию обходится для 100-пушечного корабля в 215 099 руб. Для придания кораблю той скорости, какую он получает от парусов, надлежало бы поставить на нем машину силою, по меньшей мере, в 1200 лошадей. Полагая 1000 руб. на одну паровую лошадь, механизм корабля обошелся бы в 1 200 000 руб.; в то же время он занял бы больше половины всего пространства корабля!»)
«Издержки на первую электромагнитную машину, по новости устройства, по непривычке к нему художников и мастеровых, занимавшихся ее исполнением, по множеству разнообразных опытов и переделок, которых она потребовала, слишком велики, по сравнению с тем, когда она сделается вещью общей. Скажу только, что гальванический прибор никак не дороже парового: и чего бы, впрочем, он не стоил, но если он с каждого корабля убавит 200—300 матросов, то он уже будет слишком дешев.
Со стороны простора (т. е. по занимаемому в корабле полезному объему — В. Б ) смело можно сказать, что гальванический движитель, судя по первому опыту, далеко оставляет за собою ветер и пар. Один взгляд на шлюпку показывает, что весь механизм занял место только четырех гребцов...
Итак, приложение электромагнетизма к кораблю (одновременно с применением предложенного С. О. Бурачком водометного движителя. — В. Б.) поведет к существенному преобразованию, упрощению и усовершенствованию корабельной архитектуры, морской тактики, науки кораблеправления, корабельного хозяйства и сократит издержки казны. Правда, морская служба много потеряет романтического интереса, но зато будет несравненно ближе к своей цели — наименьшими средствами производить наибольшее действие.
Несомненно и то, что первый опыт не может и не должен оставаться тайною, по крайней мере, надолго. Европа и Америка внимательно смотрят на все, что где-либо делается, и не замедлят воспользоваться нашим открытием. Они точно так же поймут вышеперечисленные выгоды и приведут их в исполнение. Русские так счастливо ступили шаг вперед, — жаль если останутся позади!»