Ко времени пребывания в Киллингворте относится начало того периода деятельности Стефенсона, когда, по выражению одного биографа, «его личная жизнь и история железных дорог Англии были так же неотделимы, как душа от тела».
Еще в раннем детстве Джордж мог видеть рельсовую дорогу, проходившую возле лачуги его отца. На толстые поперечные доски были положены два параллельных ряда деревянных брусьев. Вдоль каждого бруса укреплялись металлические полосы, по которым катились вагонетки. Чтобы колеса не съезжали в сторону, полосы имели выступы-закраины, которые направляли движение вагонетки. Эта дорога принадлежала мистеру Блакетту, владельцу богатейших угольных копей в окрестностях Ньюкэстля, и считалась старейшей на всем севере Англии. Она тянулась на протяжении около пяти миль и соединяла Вайламские копи, где Стефенсон родился и начал свою трудовую жизнь, с небольшим поселком Лемингтон, расположенным на берегу реки Тайна. Здесь привезенный в вагонетках уголь перегружался на суда и продолжал свой путь мимо Ньюкэстля к морю.
Вайламская рельсовая дорога не была ни первой в Англии, ни единственной. К тому времени, когда маленький Джорди, исполняя обязанности няньки, оберегал своих маленьких братьев и сестер от мчавшихся мимо вагонеток, рельсовые пути проделали известную эволюцию и получили сравнительно большое распространение в промышленных округах страны. Из трех основных элементов, составляющих современную железную дорогу, — рельсового пути, паровоза и подвижного состава, раньше других возник и получил более или менее законченную форму рельсовый путь.
Деревянная рельсовая дорога и повозка, применявшиеся в рудниках в XVI веке.
Еще древним было известно, что гладкая поверхность дороги оказывает гораздо меньшее сопротивление колесам движущегося экипажа. В некоторых местах, например, на перевалах или на священных дорогах, по которым перевозились статуи богов, до сих пор сохранились желобки, устроенные в каменной одежде дороги. Эти примитивные колесопроводы служили для облегчения движения повозок. Они представляют собой прототип позднейших так называемых колейных рельсовых дорог.
Первые настоящие рельсовые пути появились, по-видимому, на рудниках, где под землей, в крайне неудобных условиях, приходилось перевозить значительные грузы. Рельсы устраивались из продольных брусьев-лежней, по которым груженные углем тележки должны были передвигать лошади. Чтобы колеса не соскакивали в сторону, они имели на ободе широкое углубление. Иногда вместо этого в дне повозки устраивался длинный стержень, который, скользя вдоль особого жолоба, мешал повозке уклониться со своего пути.
Описание такой рудничной рельсовой дороги имеется в одном латинском сочинении известного минералога, врача и физика Георга Агриколы, жившего в первой половине XVI века. «Так как эта повозка, — говорит Агрикола, — издает при движении звук, которой кажется похожим на лай собаки, то рудокопы называют ее собакой».
Деревянные рельсовые дороги постепенно получают распространение в промышленных округах северной Англии и Шотландии также для перевозки грузов на поверхности земли. В 1630 году некий Бомон построил первую рельсовую дорогу в графстве Нортумберлэнд. Она состояла из продольных деревянных брусьев, скрепленных подложенными снизу досками, и служила для перевозки угля от шахты к пристани. Ко всеобщему удивлению одна лошадь могла везти по этой дороге тяжело нагруженную фуру, которую по обыкновенной дороге и несколько лошадей не могли бы сдвинуть с места. К середине XVIII века расцвет каменноугольной промышленности в графствах Нортумберлэнд и Дергем (Durham) много способствовал дальнейшему распространению здесь рельсовых путей. Добытый уголь почти не потреблялся на месте; перевозка такого груза сухим путем при существовавших тогда средствах передвижения была почти невозможна. Уголь приходилось подвозить от шахт к рекам и каналам, где он грузился на суда, доставлявшие его в места назначения. Именно для перевозки угля от места добычи к пристани и применялись здесь рельсовые дороги.
Артур Юнг, посетивший Ньюкэстльские копи во второй половине XVIII века, оставил любопытный отзыв об этих дорогах:
«Город Ньюкэстль содержит, как говорят, 40000 жителей и имеет 500 кораблей (принадлежащих жителям города), из них 400 кораблей служат для перевозки угля…
Дороги, по которым возятся вагоны с углем от шахт к воде, представляют большое сооружение и проведены через все неровности почвы на расстоянии 9-10 миль. Колеи, по которым идут колеса, отмечены кусками дерева, вложенными в дорогу (деревянными рельсами), по ним и бегут колеса вагонов, так что одна лошадь может легко тащить 50–60 бушелей угля. Многие отрасли производства крайне нуждаются в этом улучшении, которое весьма значительно понижает издержки по перевозке».
Tramway — назывались на севере Англии эти деревянные предки современных железнодорожных путей, и это название дошло до нас в близком каждому жителю большого города слове — трамвай.
Деревянные рельсовые дороги имели большие преимущества перед обыкновенными дорогами. Представляя для колеса сравнительно гладкую и твердую поверхность, они значительно уменьшали трение и облегчали перевозку грузов. Однако деревянные брусья изнашивались чрезвычайно быстро, и их часто приходилось менять. Для предохранения от износа поверхность такого деревянного рельса стали покрывать полосами из тонкого железа. Но и это усовершенствование оказалось не вполне удачным. Места, где полосы прикреплялись гвоздями к дереву, быстро расшатывались. Концы полос задирались кверху, по словам очевидцев, «наподобие змеиных хвостов», сами деревянные брусья быстро подвергались гниению. Неудобства, связанные с применением деревянных рельсов, навели на мысль воспользоваться для этой цели более надежным материалом — чугуном[9].
Имеются сведения, что впервые чугунные рельсы были изготовлены еще в 1738 году на одной из копей Уайтчевена в Кемберлэнде. В 1767 году один из совладельцев знаменитого Кольбредельского железнодорожного завода Рейнольдс решил изготовлять рельсы из скоплявшихся на заводе запасов чугуна, который не успевали перерабатывать в ковкое железо. Он изготовлял из чугуна особые корытообразные рельсы, снабженные по краям двумя выступами для удержания колес. Каждый рельс имел около полутора метра в длину и прибивался гвоздями к продольному деревянному брусу — лежню.
Такую же чугунную дорогу построил несколько позже, в 1776 году, Джон Керр на одном из рудников в Шеффильде; при этом он изменил профиль рельса, придав ему вид угольника. Это делало рельсы более прочными по отношению к вертикальной нагрузке, и их можно было укладывать на деревянные поперечины без продольного бруса. Введение рельсовой дороги в Шеффильде вызвало сильные волнения. Рабочие рудников вместе с возчиками руды, которым угрожало разорение, взбунтовались, разрушили дорогу и сожгли рудничные постройки. Сам Джон Керр с трудом спасся от разоренной толпы.
В 1789 году Вильям Джессоп, которому была поручена постройка чугунной дороги на одном из рудников в Лейчестере, ввел важное усовершенствование. Он придал поперечному сечению рельса грибообразную форму, близко напоминающую профиль современного рельса, а закраину перенес на самое колесо в виде так называемой реборды. По такому пути уже не могли двигаться обыкновенные повозки а лишь вагоны со специально устроенными колесами.
Развитие формы железнодорожного рельса: a) корытообразный рельс Рейнольдса; b) угловой рельс Керра, c) рельс Джессона; d) рельс первой немецкой железной дороги, e) рельс, с рыбообразным утолщением; f) современный рельс Виньоля.
Рельс Джессопа оказался гораздо удобнее, так как движение по рельсам с закраинами часто затруднялось из-за загрязнения и засорения их посторонними предметами. Одновременно с развитием самого рельса усовершенствовались и способы их укладки и крепления. Первоначально рельсы укладывались на поперечных деревянных брусьях и досках, напоминавших современные шпалы и изготовлявшихся из старого корабельного леса. В 1800 году Бенджамен Утрам ввел вместо поперечин отдельные каменные опоры — стулья. Они укладывались по концам каждого рельса и должны были дать прочную опору для стыка — места, где соединялись два рельса. Прикрепление рельсов к каменным опорам производилось при помощи особых соединительных подкладок, а продольному профилю рельса для большей прочности была придана рыбообразная форма с утолщением посередине. Этот тип рельса — «рыбье брюхо» — сделался наиболее распространенным на первых дорогах.
Чугунные дороги получили распространение не только в Англии. Встречались они и в других странах. Появились рельсовые дороги и в России на Уральских заводах. Долгое время применение рельсовых путей ограничивалось потребностями внутризаводского транспорта. Иногда они сооружались для перевозки тяжелых строительных материалов к крупным постройкам или, как вайламская дорога, служили в качестве подъездных путей для подвоза грузов к рекам, судоходным каналам и морским пристаням.
В 1802 году в графстве Суррей была построена рельсовая дорога протяжением около семи миль между Ундсвортом и Кройдоном. В отличие от других подобных дорог она предназначалась для общественного пользования. Она была описана на русском языке неким Л. Вакселом — «коллежским советником и разных ученых обществ членом», в небольшой брошюрке, изданной в 1805 году.
Тот же Ваксел писал вообще об английских рельсовых дорогах:
«Чугунные дороги ныне весьма употребительны в Англии; опыты доказывают, что в некоторых случаях сии дороги предпочтительны каналам и требуют менее издержек, как для соделывания, так и для содержания их. В тех же местах, где невозможно провести канал, оне совершенно заменяют сие неудобство, а иногда бывают гораздо выгоднее».
Но обслуживаемые конной тягой рельсовые пути, при всех их преимуществах, еще не могли заменить ни обыкновенных дорог, ни каналов. Только применение механического двигателя вместо упряжных животных могло превратить рельсовые дороги в надежное, дешевое и быстрое средство сообщения, пригодное для массовых перевозок людей и грузов.
Между тем по мере развития английской промышленности и торговли, по мере превращения Англии в «мастерскую мира», имевшиеся внутренние средства сообщения все менее удовлетворяли своему назначению. Особенно пагубным было дурное состояние дорог. Современники не находили слов, чтобы описать ужасные дороги, соединявшие в XVIII веке наиболее оживленные торговые и промышленные пункты страны.
В лучшее время года большие дороги королевства, по которым перевозились путешественники и товары, представляли собой изрытую глубокими рытвинами и колеями, усеянную булыжниками и валунами поверхность, местами затопленную никогда не просыхающими лужами. Там, где едва проходили караваны вьючных лошадей и можно было сравнительно безопасно проехать верхом, фуры, груженные товарами, и кареты с пассажирами подвергались всяким неожиданностям. Поломки в пути, невозможность разъехаться на узком полотне дороги, по обеим сторонам которого подстерегала глубокая топь, необходимость звать на помощь окрестных фермеров с воловьими упряжками, чтобы вызволить завязший в грязи экипаж, — все это было заурядными явлениями. Улучшению этих путей «разобщения» мало способствовало и дорожное законодательство, начало которому было положено во второй половине XVII века при Карле II.
«Что сказать вам о дорогах этого края? — восклицает Артур Юнг, объездивший в 60-х годах почти все графства на севере Англии. — Они имеют дерзость величать их проезжими дорогами и заставлять вас платить деньги на их содержание… Между Ньюпортом и Кардиффом вы все время едете по каменистым тропинкам, усеянным огромными, величиной с лошадь, камнями и отвратительными ямами… Из всех проклятых дорог, когда-либо позоривших это королевство, ни одна не сравнилась бы с дорогой из Бирликея в Тюльбери: на протяжении двенадцати миль она так узка, что мышь не могла бы разминуться на ней с экипажем»[10].
Начавшееся с прорытием в 1767 году знаменитого Бриджоутерского канала усиленное строительство судоходных каналов и улучшение внутренних водных путей сообщения не могло разрешить создавшегося противоречия между отсталыми средствами сообщения и непрерывно развивавшейся хозяйственной жизнью страны. Рост промышленности, оживление торговых и деловых сношений настойчиво требовали преобразования путей сообщения.
Акведук Бриджуотерского канала.
В 60-х годах XVIII века начинает свою деятельность знаменитый Джон Меткаф — слепой инженер, построивший в течение тридцати лет целую сеть превосходных дорог в графствах Йоркшир и Ланкашир. Главными недостатками английских дорог того времени были нерациональное устройство дорожного полотна, дороговизна постройки, отсутствие регулярного ремонта и систематического ухода. Вновь построенные дороги в короткое время превращались в смесь грязи с камнями, еще менее проезжие, чем обыкновенная грунтовая дорога в самую сильную распутицу. Только в самом конце столетия, благодаря работам самоучки-инженера Тельфорда и знаменитого шотландца Мак-Адама, в Англии начинается систематическое дорожное строительство. В короткое время страна получила сеть хороших шоссейных дорог.
Вызванное бурным развитием промышленности преобразование внутренних путей сообщения в свою очередь повлекло за собой глубокие экономические и культурные сдвиги.
«Ближайшим следствием создания промышленности, — говорит Энгельс, — было улучшение путей сообщения. Дороги в Англии в прошлом столетии были так же плохи, как и в других странах, и оставались такими до тех пор, пока знаменитый Мак-Адам не поставил постройку дорог на научных началах и этим дал новый толчок прогрессу цивилизации. От 1818 до 1829 года в Англии и Уэльсе было проложено 1000 английских миль шоссейных дорог, не считая мелких проселочных дорог, и почти все старые дороги были обновлены по принципу Мак-Адама. В Шотландии ведомство общественных работ построило с 1603 года более 1000 мостов. В Ирландии отдаленные торфяные болота юга, где жило полудикое разбойничье население, были прорезаны дорогами. Благодаря этому стали доступны все отдаленные уголки страны, которые до сих пор были отрезаны от всего мира; в особенности кельтские округа Уэльса, шотландская горная страна и юг Ирландии принуждены были, таким образом, познакомиться с внешним миром и принять навязанную им цивилизацию »[11].
С дальнейшим развитием промышленности, с оживлением внешней и внутренней торговли ни сеть шоссейных дорог, покрывшая территорию Англии, Шотландии и Ирландии, ни каналы, соединившие север с югом и западное побережье с портами Северного моря, не оказались в состоянии справляться со все возрастающим потоком сырья, готовых изделий, пассажиров, перемещавшихся по всем направлениям из одного пункта в другой. О гигантском росте английского товарооборота дают возможность судить следующие цифры.
В середине XVIII века стоимость вывозимых из страны товаров составляла 7,8 миллиона фунтов стерлингов, а ввоз 12,7 миллиона, к 1800 году вывоз возрос в четыре, а ввоз в три раза. К 1815 году стоимость ввоза составляла 33 миллиона фунтов стерлингов, а вывоза 58,6 миллиона. Все чаще слышатся жалобы на медленность передвижения по судоходным каналам, на дороговизну перевозки товаров сухим путем.
Ограниченная в своем применении и дорогая конная тяга даже по рельсовым путям не могла обеспечить ни значительного увеличения объема грузоперевозок, ни скорости движения. Преобразовать сухопутный транспорт мог только новый мощный источник двигательной силы. Таким революционизирующим двигателем явился паровоз — поставленная на рельсы паровая машина.
«…Революция в способе производства промышленности и земледелия, — говорит К. Маркс, — сделала необходимой революцию в общих условиях общественно-производственного процесса, т. е. в средствах сношений и транспорта… Средства транспорта и сношений, завещанные мануфактурным периодом, скоро превратились в невыносимые путы для крупной промышленности с ее лихорадочным темпом производства, ее массовыми размерами, с ее постоянным перебрасыванием масс капитала и рабочих из одной сферы производства в другую и с созданными ею новыми связями, расширяющимися в мировой рынок… В деле сношений и транспорта совершилось поэтому при помощи системы речных пароходов, железных дорог, океанских пароходов и телеграфов постепенное приспособление к крупно-промышленному способу производства»[12].
Важнейшим элементом этой общей картины, данной Марксом, явилось изобретение железных дорог с паровой тягой.
***
Первые попытки применить упругую силу пара для движения повозок и экипажей уходят весьма далеко в прошлое. Они почти так же стары, как и история парового двигателя.
В начале XVIII века великий Ньютон указал на возможность построить самодвижущийся экипаж, используя реактивное действие струи пара, вытекающей из котла, установленного на колесах. Изобретением самодвижущейся повозки с паровым двигателем интересовались близкие друзья Уатта — Эразм Дарвин, дед знаменитого биолога, и Джон Робизон, познакомившийся с Уаттом еще во время пребывания в Глазговском университете, где знаменитый изобретатель начал свою карьеру. Уатт также указывал на возможность сооружения парового экипажа. Но все эти идеи остались неосуществленными.
Первая практическая попытка построить повозку, передвигаемую не упряжной силой животного, а паровым двигателем, связана с именем французского военного инженера Николаем Кюньо. Уроженец Лотарингии, он в молодости оставил родину и в качестве военного инженера искал счастье при дворах драчливых германских князьков и герцогов. Кюньо строил крепости и преподавал военные науки; он же написал большой труд по полевой фортификации. Им было изобретено усовершенствованное кремневое ружье, которое маршал Саксонский ввел для вооружения своих улан. Около 1762 года Кюньо перебрался в Нидерланды и поступил на службу к Карлу — герцогу Лотарингскому, стоявшему во главе управления австрийскими Нидерландами. Здесь он впервые занялся изобретением «паровых дрог», предназначавшихся для перевозки артиллерийских орудий и снарядов.
Не раздобыв в Нидерландах средств для осуществления проекта, Кюньо в 1763 году вернулся на родину. С трудом удалось добиться, чтобы о его проекте доложили военному министру Шуазелю. «Ознакомившись с проектом, — говорится в одном из официальных донесений, — министр Шуазель поручил инженеру Кюньо закончить за счет казны начатую им модель повозки в уменьшенных размерах. Модель была подвергнута испытанию в присутствии самого министра, генерала Грибоваля и множества зрителей. С грузом в четыре человека она легко двигалась по горизонтальной поверхности; было установлено, что не будь повозка подвержена частым остановкам, она в час прошла бы от 1800 до 3000 туазов».
Этот скромный успех обнадежил изобретателя. Особенную поддержку оказал ему генерал Грибоваль, весьма интересовавшийся усовершенствованием артиллерийского дела. По его настоянию Кюньо были отпущены средства для постройки повозки больших размеров. На это изобретение возлагались большие надежды. Оно привлекло всеобщий интерес. Франсуа Башомон, автор известных «Тайных мемуаров», сообщает любопытные сведения о машине Кюньо, испытывавшейся в ноябре 1770 года:
«Несколько времени тому назад много говорилось об огневой машине для перевозки экипажей, а особенно артиллерии, с которой генерал Грибоваль — офицер этого ведомства — производил опыты. Впоследствии эту машину усовершенствовали так, что в минувший вторник она везла во дворе Арсенала тяжелый пушечный лафет и в течение часа сделала одно с четвертью лье. Машина должна взбираться на самые крутые возвышенности и преодолевать препятствия в виде возвышений и углублений почвы».
Эти оптимистические надежды не оправдались из-за неудачной конструкции экипажа и недостатка средств, которыми располагал изобретатель.
«Паровые дроги» Кюньо представляли собой огромную трехколесную телегу. Установленная на ней примитивная паровая машина при помощи сложной зубчатой передачи приводила в движение переднее колесо, снабженное шипами. Впереди, на выступающей железной раме, был подвешен большой круглый котел. Чтобы поправлять огонь и подбрасывать топливо, машинисту приходилось забегать вперед.
Первый паровой экипаж, построенный французским изобретателем Николаем Кюньо в 1769-70 годы. Хранится в Парижской Национальной консерватории (музее) искусств и ремесел.
Замечательные работы Кюньо на несколько лет предшествовали изобретению усовершенствованного парового двигателя Уатта. Французский инженер вынужден был воспользоваться так называемой атмосферной или «огневой машиной», применявшейся на угольных копях и рудниках. Такие машины были крайне неуклюжи, тихоходны, очень тяжелы, расходовали огромное количество пара и топлива. Эти недостатки не замедлили обнаружиться. Повозка Кюньо могла двигаться непрерывно всего несколько минут. Затем следовала остановка из-за недостатка пара. Изобретатель не предусмотрел необходимости непрерывного снабжения машины водой и топливом. Неудачной оказалась и сама конструкция. Переднее колесо служило также для изменения направления экипажа. Приходившаяся на него большая нагрузка крайне затрудняла управление им. При первом же опыте повозка наехала на стену и опрокинулась.
Неудача положила конец испытаниям. Вскоре Шуазель был смещен. Изобретатель лишился могущественного покровительства. Его дальнейшая судьба была довольно печальна. Некоторое время Кюньо пользовался небольшой пенсией, выхлопотанной ему Грибовалем, но затем лишился ее и впал в глубокую нищету. Повозка же Кюньо была передана на хранение в один из парижских музеев.
Кюньо исполнилось шестьдесят два года, когда Наполеон случайно узнал о его паровой повозке, предназначавшейся для перевозки пушек. Глубокий знаток артиллерийского дела, понимавший, какое большое значение имеет подвижность артиллерии, особенно артиллерии крупных калибров, он заинтересовался этим изобретением. Была назначена специальная комиссия от французского Института, высшего ученого учреждения страны, для изучения вопроса о возможности усовершенствования паровой телеги. Комиссия дала неблагоприятный отзыв. Повозка снова была водворена в музей, где этот первый в мире паровоз хранится и поныне.
Немного позже Кюньо созданием механического экипажа занялся выдающийся американский изобретатель, «американский Уатт» — Оливер Эванс. Эванс, правильнее — Ивенс (Evans), родился в 1755 году в небольшом городке Ньюпорт в штате Делавар. Его родители имели небольшое фермерское хозяйство. Молодой Эванс предпочел променять сельское хозяйство на ремесло. Четырнадцати лет он поступил в обучение к каретному мастеру, у которого пробыл несколько лет. К этому времени относятся его первые попытки изобрести механический экипаж, который можно было бы приводить в движение без помощи животных. Однако практических результатов в этой области Эвансу удалось добиться значительно позже, когда он занялся усовершенствованием паровой машины и попытался этот двигатель поставить на экипаж.
Совершенно независимо от европейских изобретателей, Эванс ввел в производственную практику так называемые паровые машины высокого давления и цилиндрические котлы с внутренней жаровой трубой.
В 1786 году Эванс начал хлопоты о получении патента на изобретенный им паровой автомобиль, где он намеревался применить паровую машину высокого давления, работающую без конденсации, с выпуском отработанного пара непосредственно в атмосферу. Однако идея построить паровой самодвижущийся экипаж оказалась настолько преждевременной, что патентное управление признало проект Эванса нелепой фантазией и отказалось выдать соответствующий патент.
Тем не менее Эванс оставался пламенным сторонником применения паровой машины в качестве двигателя для судов и экипажей. Еще задолго до появления парохода, паровоза и парового автомобиля Эванс предвидел, какой огромный переворот произведет паровая машина в этих отраслях транспорта. В одном из своих проектов в 1770 году он писал: «Я не сомневаюсь, что мои машины будут гнать суда по реке Миссисипи против течения и двигать экипажи по дорогам на благо страны… Наступит время, когда в паровых экипажах можно будет передвигаться из города в город со скоростью птицы…»
В сентябре 1804 года Эванс обратился к одной транспортной компании с проектом, в котором пространно изложил все выгоды применения паровых экипажей по сравнению с обыкновенными упряжными повозками; эта идея не была оценена по достоинству; компания отклонила его проект. В том же 1804 году, по поручению городского управления Филадельфии, Эванс построил свою знаменитую паровую землечерпалку. Эта землечерпалка явилась одновременно пароходом и первым автомобилем, построенным в Америке. Паровая машина, установленная внутри корпуса землечерпалки, при помощи системы приводов вращала колеса, на которых было установлено все сооружение. При движении по воде эта же машина должна была вращать гребное колесо. За двойственную как бы землеводную природу это изобретение Эванс окрестил названием Oructer Ampnibolis.
Паровая землечерпалка американского изобретателя Оливера Эванса, могущая передвигаться по суше и по воде (1801 г.).
Значение изобретения Эванса и правильность выдвинутой, им идеи были признаны не сразу. Смелость и оригинальность его проектов, шедших вразрез с общепринятыми взглядами, доставили изобретателю много неприятностей, разочарований и даже унижений. Только значительно позже современники Эванса воздали должное его заслугам. В постановлении американского парламента о продлении патента Эванса он был назван «благодетелем отечества» и «американским Уаттом».
Почти одновременно с Эвансом, в 80-х годах XVIII века, уроженец Шотландии Вильям Саймингтон, имя которого связано с историей изобретения первых паровых судов, построил небольшую действующую модель паровой повозки. Он с успехом демонстрировал ее в 1784 году профессорам Эдинбургского колледжа, но дурное состояние шотландских дорог заставило Саймингтона отказаться от мысли осуществить свое изобретение в большом масштабе. Одновременно с Саймингтоном изобретением паровой повозки занялся искусный Вильям Мердох — ближайший помощник знаменитого Уатта. В 1784 году он построил небольшую трехколесную паровую повозку. Машина имела один цилиндр, расположенный вертикально и вставленный до половины внутрь котла. Котел подогревался небольшой горелкой, подвешенной снизу. Движение поршня передавалось задним колесам при помощи балансира, шатуна и коленчатой оси. Переднее колесо служило для изменения направления.
Действующая модель паровой повозки, построенная Вильямом Мердохом в 1784 году, хранится в лондонском «Музее Знаний».
Об этом изобретении Мердоха сохранился забавный анекдот. Однажды население небольшого рудничного городка Редрута, где в это время Мердох работал по поручению компании, было взбудоражено сенсационным сообщением: в поселке объявился черт. Ужасного посланника преисподней обнаружил сам приходской пастор — очевидец, заслуживающий самого полного доверия. Возвращаясь поздно вечером восвояси, почтенный служитель церкви уже приближался к дому, как навстречу ему устремилось ужасное чудовище. Небольшое по размерам, оно издавало оглушительное шипение, изрыгало пламя и дым. Дьявол уже собирался броситься на свою жертву, но пастор успел пробормотать молитву и осенить себя крестом. Обескураженный житель ада промчался мимо.
Многие искренне верили этому рассказу и, припоминали свои грешки, чувствовали себя не совсем спокойно. Другие прозрачно намекали, что пастор безусловно видел черта, но это странное свидание имело место исключительно благодаря искусству, с которым супруга местного шерифа приготовляла грог. Всем было известно, что пастор был завсегдатаем в доме шерифа и что редрутские блюстители законов человеческих и законов божеских не любили вести свои душеспасительные беседы за пустым столом. Только немногие посвященные знали истину: огненный черт был паровой повозкой, которую Мердоху вздумалось испытать на ровной и хорошо утоптанной дороге, ведущей к церкви.
Мердох предлагал заняться дальнейшим усовершенствованием своего изобретения, но этому воспротивился сам Уатт. Он не желал, чтобы его наиболее талантливый помощник отдавал свои силы изобретению, практическую реализацию которого, при данном уровне техники, он справедливо признавал весьма проблематичной. Об этих занятиях Мердоха Уатт не без досады писал своему компаньону Болтону:
«Вы увидите, что эта машина отнимет много времени, чтобы сделать ее хоть в какой-нибудь степени сносной. Для меня было бы весьма неосмотрительным бросить дела и сосредоточить на ней свое внимание».
Несколько позже Уатт окончательно запретил Мердоху заниматься паровой повозкой:
«Я крайне жалею, что Мердох еще занимается паровой повозкой. Я о ней придерживаюсь прежнего мнения и мне не осталось ничего иного, как пресечь эти бесплодные попытки».
Уатт был прав в своем предвидении. Прошло около полувека прежде, чем появились практически пригодные паровозы и паровые кареты. Все делавшиеся до сих пор попытки достроить паровой экипаж, не выходили за пределы опытов, притом опытов, кончавшихся неудачей, разочарованием и материальным ущербом.
***
Первый, кто действительно создал паровой экипаж, впервые в истории сухопутного транспорта перевозивший грузы силой пара, был знаменитый инженер и изобретатель Ричард Тревитик[13]. Его цилиндрические котлы с внутренней жаровой трубой, под именем «котлов Тревитика», быстро вытеснили примитивные кастрюлеобразные котлы и так называемые сундучные котлы Уатта. Введение новой конструкции котла впервые позволило перейти к применению пара повышенного давления, тогда как Уатт в своих машинах применял крайне низкое давление, не превышавшее двух-трех атмосфер, Тревитик сразу перешел к давлению порядка семи-восьми атмосфер. В своих машинах высокого давления Тревитик отказался от применения конденсатора и ввел работу «на выхлоп», т. е. с выпуском отработавшего пара непосредственно в атмосферу. Применение более высокого давления позволило уменьшить размеры котла и машины, а устранение конденсатора сделало ее еще более легкой и портативной. При той же мощности машины Тревитика занимали гораздо меньше пространства, чем двигатели Уатта, и обладали значительно меньшим весом на единицу мощности. Эти усовершенствования открыли перед паровым двигателем новые области применения там, где использование громоздких машин низкого давления было неудобно, а иногда и вовсе невозможно.
После нескольких предварительных опытов Тревитику впервые пришла мысль заняться изобретением парового экипажа для движения по рельсам. Поводом к этому послужило следующее вполне истинное и не лишенное юмора обстоятельство. Около 1803 года Тревитик познакомился и завязал деловые отношения с некиим Самуэлем Гемфри, богатым владельцем железоделательных заводов в Пенидарене. Здесь широко применялись для перевозки грузов рельсовые чугунные дороги. На этих дорогах употреблялась конная тяга, не допускавшая значительного увеличения перевозок. Тревитику, живо интересовавшемуся всякой технической проблемой, пришла идея соорудить паровой самодвижущийся экипаж, поставить его на рельсы и заставить его перевозить груженые вагонетки. Так родилась идея паровоза.
Чертеж действующей модели паровой повозки, построенной Тревитиком в 1797 году, которая ныне хранится в лондонском Музее знаний.
Первый паровой автомобиль Тревитика построенный в г. Кемборне в 1801 г.
Паровая карета Тревитика, демонстрировавшаяся в Лондоне в 1803 г.
По внешнему виду первый паровоз Тревитика, бывший также и первым в мире, весьма отличался от своих нынешних потомков. Сохранилась копия с подлинного чертежа этого паровоза. Он имел четыре колеса и один горизонтально расположенный цилиндр. Шток поршня далеко выдавался вперед и поддерживался специальным кронштейном. Диаметр цилиндра составлял восемь с половиной дюймов (212 мм) при длине хода поршня в четыре с половиной фута (1370 мм) и сорока рабочих ходов в минуту. Движение поршня передавалось всем четырем ведущим колесам при помощи шатуна, кривошипа и системы зубчатых колес. Чтобы облегчить прохождение шатуна через мертвые точки, изобретатель был вынужден применить маховое колесо. Котел имел цилиндрическую форму и так называемую обратную жаровую трубу; при этом топка была расположена спереди паровоза. Весил паровоз в рабочем состоянии около шести тонн.
Чертеж первого паровоза Тревитика.
В этом паровозе Тревитик применил горизонтальное расположение цилиндра и усиление тяги в котельной топке при помощи выпуска отработанного пара в дымовую трубу. Подобное расположение цилиндров и такой же метод форсирования (усиления) тяги применяется в настоящее время на всех без исключения паровозах, но оба эти важные изобретении были забыты изобретателями, работавшими после Тревитика, и заново осуществлены Стефенсоном.
Кольцевая дорога-аттракцион, построенная Тревитиком в 1808 г., и действовавший на ней паровоз «Catch Me Who Can».
Почин, сделанный корнваллийским изобретателем, не остался бесплодным. Его работами была доказана практическая возможность устроить паровой экипаж, движущийся как по обыкновенным дорогам, так и по рельсам. В 1811 году Джон Бленкинсоп, владелец Мидльтонских копей, решил попытаться применить паровую тягу на принадлежавшей ему рельсовой дороге. Предприимчивый шахтовладелец обратился с заказом к известному предпринимателю и инженеру Метью Муррею.
При постройке паровоза было решено внести в его конструкцию некоторые особенности. Еще при испытании паровозов Тревитика наблюдалось так называемое буксование: ведущие колеса вращались, а паровоз не трогался с места. Причина этого часто наблюдающегося явления заключается в том, что сопротивление, которое паровозу нужно преодолеть, превосходит силу сцепления между рельсами и ободами колес. Однако правильное объяснение было найдено не сразу. Тревитик, с успехом применяя гладкие колеса на обыкновенных рельсах, рекомендовал для усиления сцепления ввести дополнительное колесо, снабженное шипами, которые цеплялись бы за проложенную вдоль рельсов деревянную планку.
Ричард Тревитик (1771–1833).
Муррей пошел гораздо дальше Тревитика. Построенный им паровоз имел четыре колеса с гладкими ободами; они служили лишь для поддержания веса котла и машины. Ведущее колесо было расположено сбоку паровоза. На окружности его имелись большие зубцы. При вращении колеса они захватывали за зубчатую металлическую рейку, проложенную рядом с рельсами.
Машина имела не один, как у Тревитика, а два цилиндра. Это было большим шагом вперед. Можно было отказаться от применения неудобного и тяжелого махового колеса: для преодоления мертвых точек достаточно было рассчитать положения поршней так, чтобы, когда один из них находился в конце своего хода, другой развивал бы наибольшую работу. Это было достигнуто простым смещением обоих кривошипов на угол, равный 90°. Для уменьшения тепловых потерь оба цилиндра были введены внутрь котла, имевшего форму короткого цилиндра, в середине которого проходила жаровая труба. На одном конце ее помещалась топка, на другом — дымовая труба.
Паровоз, построенный Мурреем, был назван именем заказчика — «Бленкинсоп» (Blenkinsop). В августе 1812 года он совершил свою первую поездку. При весе в пять тонн паровоз мог развивать скорость около шести километров в час, везя при этом поезд весом в сто тонн. При уменьшении веса до двадцати тонн он мог развить невиданную для того времени скорость — шестнадцать километров в час.
Паровоз «Blenkinsop», 1812 г.
«Бленкинсоп» честно нес свою службу в продолжение более двадцати лет, перевозя уголь от Видльтона на один из железоделательных заводов в Лидсе, на расстояние около шести километров. Это был первый паровоз, регулярно обслуживавший железнодорожную линию. Благодаря зубчатому сцеплению происходили сильные толчки и оглушительный металлический грохот. Тем не менее, этой железной дорогой пользовались не только для доставки угля, но и для перевозки пассажиров. В 1816 году ее осматривал путешествовавший за границей будущий русский император Николай I. Возможно, что именно это любопытное зрелище побудило его впоследствии отнестись положительно к проекту введения железных дорог в России.
Более печальной оказалась участь второго паровоза, построенного по тому же типу. Из-за неправильного устройства передаточного механизма, паровоз при испытании не смог тронуться с места. «Либо он пойдет, либо я лягу костьми», — воскликнул машинист. Закрепив неподвижно предохранительный клапан, он стал поднимать давление пара. В результате котел лопнул. К счастью, машинисту не пришлось «лечь костьми» — он отделался лишь ушибами и испугом.
Неясность вопроса о возможности применять гладкие колеса на гладких же рельсах привела другого изобретателя — Брунтона к еще более оригинальному проекту. В 1813 году на одном из железнодорожных заводов в Дербишире им был построен «Механический путешественник» — один из наиболее странных, предков современного паровоза. Паровоз имел четыре колеса. Они поддерживали цилиндрический котел, напоминавший котел Тревитика. Две «ноги»-толкачи были укреплены на отдельных кронштейнах на заднем обрезе котла. Они состояли из двух штанг и могли сгибаться в точке их сочленения. Шток горизонтально расположенного парового цилиндра был прикреплен к одному из рычагов. При работе машины шток выдвигался и, выпрямляя рычаг, заставлял паровоз двигаться вперед. При обратном движении штока он как бы огибал «ногу» и волочил ее за паровозом. Наверху котла было расположено горизонтальное зубчатое колесо, сцепляющееся с двумя зубчатыми планками; из них одна была прикреплена к тому же толкачу, что и поршневой шток, а вторая — к другому толкачу. При работе поршня первая планка следовала в своем движении за движением поршня, а вторая перемещалась сама и увлекала второй толкач в противоположном направлении. Таким образом, пока один толкач, упираясь в землю, двигал паровоз, другой подтягивался к машине и затем повторял движение первого. «Механический путешественник» Брунтона при испытании «ходил» со скоростью около четырех километров в час.
«Механический пешеход» Брунтона.
В письме на имя редактора одного английского журнала изобретатель сообщил об успешных опытах со своим локомотивом и выразил надежду, что ему удалось достичь скоростей гораздо больших, чем у применявшихся до тех пор паровозов. Дальнейшие опыты окончились катастрофой — взрывом котла паровоз был совершенно разрушен, несколько человек оказались убитыми. Это были первые жертвы первой железнодорожной катастрофы.
Так, тернистым путем разочарований, в упоении самых смелых надежд, шли настойчивые поиски решения задачи, грандиозность которой еще никем не предугадывалась.
Изобретение Брунтона часто рассматривается как смешное заблуждение, как проявление совершенно нелепой идеи. Это не совсем верно. В своем проекте неудачливый изобретатель исходил из определенных теоретических соображений и по-своему пытался разрешить вопросы, которыми до него занимались другие.
Изобретение локомотива было не только чисто конструктивной задачей надлежащего приспособления и усовершенствования самого двигателя; для инженерной мысли того времени это составляло также значительную теоретическую проблему. Действительно, до изобретения паровоза и парохода техника транспорта знала лишь такие источники движения, как тяга человека или упряжного животного, давление ветра на парус, отталкивающее усилие весел о воду и т. д. Вопрос о точке опоры самого двигателя и о точке приложения действующей силы не представлял здесь теоретических затруднений. Иначе обстояло дело, когда попытались поставить паровую машину на колеса с тем, чтобы она приводила в движение самое себя.
Основы теоретической механики были в то время уже достаточно разработаны. В частности, было общеизвестно, что всякая изолированная система физических тел, находящаяся под действием лишь внутренних сил, не может перемещаться в пространстве, для этого необходимо приложить силу извне[14]. Между тем давление пара в котле паровой машины, утвержденной на самом экипаже, можно рассматривать, как силу внутреннюю по отношению к данной системе. Естественно возникал теоретически вполне законный вопрос — возможно ли вообще при помощи этого давления добиться перемещения экипажа в пространстве, даже в том случае, если давление будет направлено на вращение колес. Этот вопрос оказался проблемой отнюдь не только теоретической. Он был тесно связан с практическими затруднениями, которые сразу же встали перед первыми изобретателями паровоза.
Еще Тревитик наблюдал буксование первых своих паровозов, а Бленкинсоп для устранения этого явления предложил свою зубчатую железную дорогу. Только дальнейшее изучение условий работы паровоза указало путь для правильного решения. Оригинальную попытку Брунтона подражать лошади Маркс рассматривает именно, как результат недостаточности теоретических и практических знаний.
«До какой степени старая форма средства производства господствует вначале над его новой формой, показывает, между прочим, даже самое поверхностное сравнение современного парового ткацкого станка — со старым, современных раздувальных приспособлений на чугуноплавильных заводах — с первоначальным беспомощным механическим воспроизведением обыкновенного кузнечного меха, и, быть может, убедительнее, чем все остальное, — первая попытка построить локомотив, сделанная до изобретения теперешних локомотивов; у него было в сущности две ноги, которые он попеременно поднимал, как лошадь. Только с дальнейшим развитием механики и с накоплением практического опыта форма машины начинает всецело определяться принципами механики и потому совершенно эмансипируется от старинной формы того орудия, которое теперь развивается в машину »[15].
Идея «ногастого» локомотива была оставлена не сразу. В 20-х годах, уже после того как гладкоколесные «Пыхтящий Билли» и стефенсоновский «Блюхер» перевозили на английских копях значительные грузы, французский инженер Форсен-Герман снова выдвинул проект паровоза, снабженного толкающими рычагами. Эта попытка лишь обогатила хранилища парижского Музея искусств и ремесел двумя моделями шагающих локомотивов. Непригодность и нецелесообразность этого принципа для рельсового пути была уже достаточно доказана.
С интересом присматривается к этим попыткам, тщательно собирает сведения о новых изобретениях Блакетт — владелец Вайламских копей, на которых Стефенсон начал свою трудовую жизнь. Талантливый организатор, ловкий общественный деятель, издатель небольшой газеты «Глобус», он принадлежал к тому новому типу капиталистов-предпринимателей, которых выдвинула эпоха промышленного переворота. Вербовавшиеся из самых различных слоев населения, они явились первыми организаторами только что народившейся машинной индустрии. Утонченные эксплоататоры, талантливые организаторы, стремившиеся прежде всего к победе над конкурентами и приумножению своих богатств, многие из них, подобно Веджвуду, Болтону, Аркрайту, Вилькинсоиу, явились смелыми новаторами в области технического прогресса.
Блакетт видит, как выгодна фабриканту замена рабочего машиной. Он на опыте мог убедиться в преимуществах парового двигателя перед конными воротами, вододействующими колесами, ветряными мельницами, которые еще применяются для обслуживания разных механизмов на более отсталых предприятиях.
В настоящее время, — рассуждает Блакетт, — когда все сельскохозяйственные продукты ежедневно повышаются в цене, применение лошадей для перевозки угля ложится тяжелым накладным расходом. Пусть даже, как говорят многие, поставленная на колеса паровая машина не сможет двигаться быстрее лошади, но ведь прокормить-то этого огневого коня, здесь, на копях, где уголь очень дешев, ничего не стоит. А машина всегда сможет перевезти груз больший, чем самая сильная лошадь, не говоря уже о заморенных клячах, работающих в копях.
К этому времени Вайламская дорога была заново перестроена — деревянные брусья с железными полосами были заменены чугунными рельсами. И Блакетт решается возобновить свою попытку[16]. Вместе с Вильямом Гедли, главным смотрителем байламских копей, Блакетт обсуждает проект будущего паровоза.
Если ввести паровоз Бленкинсопа, то на всем протяжении дороги придется укладывать зубчатую чугунную рейку. Это повлечет лишний расход до 8 тысяч фунтов стерлингов. Конструкция Брунтона безусловно нецелесообразна. Наиболее удобным было бы применить паровоз с гладкими колесами. Но для этого необходимо убедиться на опыте, достаточно ли сцепление гладких колес с гладкими рельсами.
Экспериментальная тележка, построенная Блакеттом и Гедлеем в 1812 году, для изучения вопроса о сцеплении между гладкими рельсами и гладкими ведущими колесами паровоза.
Для окончательного решения этого спорного вопроса была построена опытная тележка. При помощи педалей и зубчатой передачи колеса ее приводились во вращение людьми, помещающимися на самом экипаже.
На тележку был положен груз железа, равный приблизительно весу паровоза. К ней прицепили несколько вагонов, нагруженных углем, число которых увеличивали до тех пор, пока колеса не начали буксовать. Таким образом на опыте было доказано, что паровоз с гладкими колесами в состоянии вести груженый поезд определенного веса по гладким рельсам не только на горизонтальном пути, но и на небольших подъемах. Эта тележка силами местных мастеров была превращена в паровоз. На ней установили чугунный котел, два паровых цилиндра. Паровоз оказался совершенно негодным из-за слабой производительности котла. Он беспрестанно останавливался и в конце концов был пущен на слом.
Настойчивый Блакетт не был разочарован и этой неудачей. Совместно с Гедли он спроектировал новый паровоз, который и был построен в мастерских при Вайламских копях. Его закончили в мае 1813 года. Котел, склепанный из железных листов, имел так называемую обратную жаровую трубу; благодаря этому устройству путь горячих газов значительно удлинялся и производительность котла повышалась. Два вертикальных цилиндра были установлены по бокам, снаружи котла. При помощи балансиров движение поршней передавалось ведущим колесам посредством шатунов и зубчатой передачи.
При испытании паровоз работал довольно удовлетворительно. Главным его недостатком был признан шум, производимый отработавшим паром, выпускаемым из цилиндров прямо в дымовую трубу. «Пыхтящий Билли» — метко окрестили машину местные углекопы. От владельцев лошадей стали поступать многочисленные жалобы: машина своим шумом пугает лошадей, необходимо запретить пользование ею. Тогда Блакетт распорядился, чтобы при каждой встрече с лошадьми паровоз останавливался и терпеливо выжидал, пока пугливые животные удалятся на некоторое расстояние. Впоследствии паровоз был снабжен особым резервуаром-расширителем, откуда пар выходил в дымовую трубу постепенно и без шума.
Гораздо более серьезным оказался другой недостаток. Паровоз имел всего четыре колеса и был настолько тяжел, что постоянно ломал хрупкие чугунные рельсы. Приходилось возить с собой запасные рельсы на случай поломки. Через два года эксплоатации было решено паровоз переделать. Он был снабжен восемью колесами. Этим уменьшалось давление на каждую пару колес. Для облегчения прохода по кривым рама была сделана не сплошной, а состоящей из двух отдельных тележек. В таком виде «Пыхтящий Билли» работал до 1830 года, когда чугунные рельсы были заменены железными и паровоз был переделан снова на четырехколесный.
Паровоз «Пыхтящий Билли» (Puffing Billy).
Почти одновременно с «Пыхтящим Билли» Блакетт приобрел еще один паровоз. От распространенного уменьшительного названия дилижансов и общественных карет «Дилли» эта машина получила прозвище «Вайламский Дилли». Оба паровоза работали до 60-х годов прошлого века и в настоящее время сохраняются в музее.
Паровоз «Вайламский Дилли» (Wylam Dilly).
Вайламские паровозы были на языке у всех местных жителей. Смотреть на них приходили рабочие самых отдаленных шахт. О диковинных машинах рассказывали самые невероятные небылицы. Одни считали эту затею просто глупой и разорительной, другие находили ее вредной, даже преступной, третьи считали весьма опасной, и только немногие видели в ней какой-то практический смысл.
Стефенсон, отзывчивый на всякое техническое новшество, не мог, разумеется, не заинтересоваться выдумкой Блакетта. Он не раз приходил в Вайлам, присутствовал при испытании паровозов, рассматривал их устройство, делился своими впечатлениями. Он видел, как неуклюжи и тяжеловесны машины, как медленно они передвигаются. Недаром все так издеваются над Блакеттом, говоря, что лучше пускать деньги просто на ветер, чем в трубу какой-то несуразной машины. Ни для кого не секрет, что с появлением «железного коня» несчастным лошадям работы только прибавилось. При каждой порче машины они должны были не только доставлять на место назначения вагонетки, но и тащить своего горе-конкурента в мастерскую.
Но как в неуклюжих движениях уродливого, полуголого птенца проницательный глаз угадывает могучие взмахи крыльев красавца-орла, так и Стефенсону чудится послушная и безграничная сила, скрытая в этой смешной машине. Опытным глазом рабочего-практика он видит, что многие неполадки можно легко и быстро устранить. Стоит лишь взяться за дело. Если бы он располагал средствами, он сумел бы сделать эту машину вполне пригодной, он в этом уверен.
Весной 1813 года лорду Равенсворту — одному из трех участников компании, владевшей Киллингвортскими копями, вручили письмо. Некто Стефенсон — машинный мастер из Киллингворта, уже много лет работающий на копях его светлости, почтительно излагал свой проект — заменить дорогостоящих лошадей «ходячими машинами». Постройку этих паровых лошадей автор письма брал на себя; необходимы были только средства на покрытие всех расходов. Он просил разрешить построить в виде опыта одну-две «ходячие машины», гарантировал их полный успех и преимущества над лошадьми. Его светлости без сомнения известно, какими преимуществами над парусными кораблями обладают недавно появившиеся в Англии паровые суда. Нет ни малейшего сомнения, что замена лошади паровой машиной принесет такие же выгоды.
Рассматривая письмо, тщательно переписанное рукой клерка-профессионала, и подпись, выведенную неуклюжей рукой малограмотного человека, лорд Равенсворт задумался. Да, он припоминает имя этого мастера; члены компании и управляющий копями много говорили об устраненных им наклонных плоскостях, при помощи которых ускорялась и удешевлялась откатка добытого угля; он остроумно использовал избыточную мощность паровой подъемной машины, приспособив ее для производства одновременно нескольких операций. Много говорилось также о превосходном содержании порученных ему машин. Ведь именно благодаря этому талантливому инженеру-самоучке Киллингвортские копи считались образцовыми по своему благоустройству. Когда для нового издания «Британской энциклопедии» понадобилась статья об устройствах различного рода шахтных машин, ее автор предпочел лично посетить и осмотреть копи в Киллингворте. Да, на этого человека можно положиться. Его идея действительно может принести выгоду. Теперь принято обзаводиться машинами, вкладывать средства в промышленные предприятия. Кроме того, забавна сама мысль устроить механического коня. Его светлость с удовольствием вспоминает свою скаковую конюшню, может быть, со временем станут устраивать бега — состязания таких машин.
Дело Стефенсона было выиграно. При личном свидании он окончательно убедил аристократа-шахтовладельца в целесообразности своего предложения. Разрешение было дано, были отпущены необходимые средства. С большим трудом были изготовлены необходимые чертежи. Постройку машины поручили простому кузнецу, она производилась здесь же, в мастерских при копях. Стефенсон сам принял участие в работе. Ему особенно пригодились его практические ремесленные навыки, уменье обращаться как со сложным часовым механизмом, так и с громоздкими подъемными воротами и шахтными машинами. Отдавая дань политическим настроениям и всеобщему восхищению успехами, одержанными прусским полководцем Блюхером над французскими войсками, Стефенсон назвал свой паровоз именем популярного генерала.
Паровоз имел четыре колеса, диаметром по 0,9 метра. Котел, снабженный одной жаровой трубой, имел в длину 2,4 метра. Машина состояла из двух вертикальных цилиндров, помещенных почти рядом и введенных в котел до половины своей высоты. При помощи зубчатой передачи движение поршней передавалось обеим парам колес.
Машину испытывали 25 июля 1815 года на участке дороги, имевшем небольшой подъем. По словам очевидца, она оказалась в состоянии тащить, помимо собственной тяжести, восемь груженых повозок общим весом около тридцати тонн, со скоростью четыре мили в час, а затем продолжала работать регулярно.
Первое детище Стефенсона было неуклюже, крикливо и непослушно. Применение зубчатой передачи вызывало оглушительный металлический визг, зазоры между зубцами, которые по мере сноса зубцов все увеличивались, были причиной сильных толчков и ударов. Производительность котла оказалась весьма слабой; из-за недостатка пара часто происходили остановки. Тем не менее, ни сам Стефенсон, ни его знатный покровитель разочарованы не были. Было решено построить новый паровоз, учтя все недостатки первой машины. Если при постройке «Блюхера» Стефенсон подражал другим, копируя во многом уже известные ему конструкции, то теперь, уверенный в своих силах, он не страшится проявить инициативу и вносит ряд нововведений.
«Блюхер» — первый паровоз, построенный Стефенсоном в 1814 году.
Стремясь обеспечить за собой материальные выгоды, которые, быть может, принесет его изобретение, Стефенсон решает взять патент на новую конструкцию паровоза. Не имея средств на оплату необходимых расходов, он пригласил участвовать в этом деле Ральфа Додда, который и внес причитающуюся сумму.
Главный смотритель шахты Додд хорошо помнил, как Стефенсон посрамил инженеров и опытных мастеров при установке старинного «огненного» насоса. Он верил в способности Стефенсона и надеялся получить выгоду, помогая ему. В качестве компаньона Додд выговорил себе часть патентной премии, которую должны были вносить лица, пожелавшие применить паровозы такого устройства. Патент не принес никаких выгод — срок его истек гораздо раньше, чем началась усиленная постройка паровозов, но внесенные усовершенствования оказались очень удачными и вполне целесообразными.
Новый паровоз был готов в марте 1815 года. Стефенсон отказался от применения быстро изнашивающейся, вызывающей шум и толчки зубчатой передачи. Шатуны непосредственно сочленяются с ведущими колесами, как у всех современных паровозов. Помимо устранения зубчатой передачи, Стефенсон сделал в новом паровозе и другие изменения. Цилиндры были расположены не посредине, а по концам котла, непосредственно над коленчатыми осями. Оси были соединены с дышлом с таким расчетом, чтобы сохранить постоянное взаимное смещение кривошипов под прямым углом. Колеса тендера, представлявшего собой небольшую двухколесную тележку, были для увеличения сцепления соединены с парой ведущих колес при помощи бесконечной зубчатой цепи. Эта система впоследствии была Стефенсоном оставлена.
«Машина этой конструкции, — писал Николь Вуд, — была испытана на Киллингвортской рельсовой дороге 6 марта 1815 года и работала превосходно».
Успех, достигнутый Стефенсоном, обеспечил ему дальнейшее покровительство лорда Равенсворта и необходимые средства. Он приступает к постройке третьего паровоза. Новая машина получает название «Киллингворт». Внешним видом она напоминает предыдущую машину — такое же расположение цилиндров, сходное устройство котла и передачи к ведущим колесам. Обе оси соединялись между собой при помощи бесконечной цепи, перекинутой через насаженные на оси барабаны. Важным нововведением было применение паровых рессор. Они представляли собой четыре вертикальных цилиндра, присоединенных к котлу; вставленные в цилиндры поршни опирались на оси. Таким образом достигалось значительное смягчение толчков и ударов. Впоследствии это устройство было заменено металлическими рессорами. «Киллингворт» оказался вполне удачной конструкцией и послужил прототипом всех первых паровозов, построенных Стефенсоном. В продолжение сорока лет он возил уголь от Киллингворта к пристани на реке Тайна.
Уже при испытании своих первых паровозов Стефенсон установил, что их успешная работа во многом зависит от состояния пути. «Путь и локомотив — это муж и жена, — говорил он шутя, — если среди них разлад, то все пойдет прахом». Действительно, частые поломки и порча рельсов объяснялись не только скоростью движения и значительным весом паровоза, но также и плохим состоянием пути. Рельсы укладывались весьма небрежно, стыки расходились, получались выбоины и искривления. Они вызывали сильные толчки, вредившие паровозу и ускорявшие разрушение пути. Кроме того, первые рельсовые пути прокладывались по неровной местности, имели слишком крутые повороты и т. д. В этом и скрывалась причина частой поломки рельсов, паровоза, схода вагонов с рельсов и бесцельной траты мощности двигателя.
Стефенсон прежде всего принял меры, чтобы путь проходил по возможности вполне горизонтально и чтобы на неровной местности подъемы и спуски не были слишком крутыми. Разбалтывание рельсовых стыков вызывалось отчасти тем, что рельсы были весьма коротки. Изменяя свое положение, они придавали пути волнистый вид. Удлинение чугунного рельса было невозможно из-за хрупкости материала. Стефенсон нашел в высшей степени простой и остроумный выход. Концам рельсов придавалась скошенная форма так, что при соединении один рельс заходил за другой. При движении колесо, находясь еще на одном рельсе, успевало вкатиться на скошенный конец другого; этим достигалось плавное движение без толчков, и путь делается более устойчивым.
Тридцатого сентября 1816 года Стефенсон взял патент на это изобретение. Как и раньше, для внесения патентных пошлин он должен был пригласить компаньона. Таким компаньоном оказался мистер Лош из Ньюкэстля — владелец чугунолитейного завода. Он был непрочь поживиться за счет чужого изобретения. В этот патент был включен ряд усовершенствований, сделанных в самом паровозе, — замена хрупких чугунных колес железными, упругие опоры котла и продувание паром топки для усиления тяги.
Начало занятий Стефенсона паровозом совпало с важными внешнеполитическими событиями, вселявшими гордость в каждого англичанина и дававшими как будто повод всем слоям населения надеяться на лyчшee будущее, лелеять самые радужные мечты о процветании и благосостоянии страны… 18 июня 1815 года возле мирного бельгийского селения Ватерлоо разыгралось грандиозное сражение. Победа соединенной англо-прусской армии ознаменовала окончательное крушение наполеоновской диктатуры. Вторично отрекшийся от престола Наполеон вступил на палубу английского военного корабля «Беллерофонт», чтобы, по его собственным словам, «подобно древнему Фемистоклу искать убежища у очага своих исконных врагов». Через несколько дней из Портсмутской гавани, в сопровождении целой эскадры, отплыл к затерянному среди безбрежного океана крохотному островку другой корабль «Нортумберленд». Он увозил в изгнание объявленного пленником союзных держав «генерала Бонапарта».
Победоносное окончание долгой и изнурительной войны было встречено в Великобритании с радостью, облегчением и надеждой всеми слоями населения. Купец ожидал возобновления оживленной торговли, которая еще так недавно велась с европейскими странами; промышленник надеялся на увеличение сбыта изделий своего предприятия; землевладельцы, опасавшиеся падения ренты, считали себя застрахованными от убытка хлебными законами; наконец, рабочие всех отраслей производства надеялись на повышение прожиточного уровня, на улучшение своего материального положения. Ведь им постоянно твердили, что именно война была источником всех пережитых невзгод — дороговизны, голодовок, нищенской платы, безработицы.
Действительность не оправдала этих надежд. Английскую промышленность и торговлю охватил после войны болезненный кризис. Армию и флот перевели на мирное положение — исчезли эти ненасытные и наиболее платежеспособные потребители. Отрезанные во время войны и пробавлявшиеся контрабандой, европейские страны успели обзавестись собственной промышленностью. Кроме того, истощенные и разоренные непрерывными войнами, они слишком бедны, и уже не в состоянии поглощать избытки английской продукции. Внутри страны гигантский национальный долг и налоговые реформы ложатся тяжелым бременем на широкие слои населения. Ряд предпринимателей и торговцев разоряется. Солиднейшие дельцы и компании объявляют о своем банкротстве; чтобы сохранить свою прибыль, фабрикант снижает заработную плату. Высокие цены на хлеб и прочие продукты питания не обнаруживают тенденции к снижению. Сокращение производства и высвобождение огромного контингента людей, занятых в армии и военном флоте, увеличивают безработицу.
Замирает промышленность, замирает торговля. С новым ожесточением вспыхивают бунты, восстания и волнения в среде рабочего люда.
«Прошлою зимою, — лаконически сообщает один радикальный автор, — произошла забастовка; ей положили конец обычные средства: палка констебля, штык, тюрьма».
Патентуя конструкцию своего паровоза, Стефенсон рассчитывал, что его изобретение найдет широкое применение и даст ему известные материальные выгоды. Действительно, его паровозы быстро и дешево перевозили вагонетки с углем на Киллингвортских копях. Удобство и экономия, получаемые от этого, были очевидны. Все позволяло надеяться, что и другие лица рискнут вложить известный капитал в постройку рельсовой дороги с паровозной тягой. Но местные заводчики и шахтовладельцы так же, как и широкие промышленные и торговые круги, не проявляли особенного интереса к этому нововведению. Застой в делах, удаленность Нортумберлэндских копей от политических, торговых и промышленных центров страны было причиной того, что работы киллингвортских паровозостроителей оставались незамеченными.
Разочарованный в своих надеждах, Стефенсон возвращается к старому проекту — покинуть родину и отправиться искать счастья за океаном, в Америку. Теперь он не думает о мирной жизни и безмятежном труде фермера. Ему больше улыбается сделаться предпринимателем, заняться эксплоатацией какого-либо нового изобретения. Он предлагает мистеру Бореллю — владельцу небольшого литейного, завода — поехать с ним. Они организуют компанию и займутся постройкой пароходов. Стефенсону уже приходилось видеть паровые суда на родном Тайне. В Северной же Америке, с ее огромными просторами и полноводными реками, паровому судоходству обеспечен быстрый успех. Стефенсон уже окончательно склонился к мысли эмигрировать. Но в это время в жизни Стефенсона произошло два важных события, побудившие его отказаться от принятого было решения.
Прошло уже пятнадцать лет, как Стефенсон овдовел. Новые заботы, неустанный труд и исцеляющее время зарубцевали, казалось, неизлечимую рану. Стефенсону скоро исполнится сорок лет, сын его уже вырос и на верном пути, он сам обеспечен, а одиночество так тягостно. Стефенсон решает вступить во. второй брак. Элизабет Гиндмарш — дочь богатого вайламского фермера, когда-то гордо отвергла робкие ухаживания скромного машиниста. Теперь она охотно принимает предложение солидного человека, занимающего почетную должность и пользующегося всеобщим уважением. Элизабет Гиндмарш оказалась такой же надежной подругой на его пути к окончательному успеху, какой была Фанни в начале его карьеры. Кроме вторичной женитьбы, было еще одно обстоятельство, заставившее Стефенсона отказался от поездки в Америку.
Весной 1819 года он получил предложение, которое воскресило его надежды. Владельцы Геттонских копей в соседнем графстве Дергем, знакомые с килингвортской дорогой и с «ходячими машинами» Стефенсона, обратились к нему с предложением взять на себя постройку рельсовой дороги с паровой тягой, длиной около восьми миль (12,8 км), которая должна была соединить копи с пристанью на реке Уир.
Постройка этой дороги представляла ряд трудностей. Она пролегала по весьма волнистой местности, причем нужно было перевалить через Уорден-Ло — один из наиболее высоких холмов в этой области. Стефенсон по опыту знал преимущества горизонтального направления пути, но компания не располагала средствами для производства необходимых земляных работ. Не соглашалась она и на удлинение линии для обхода мест с наиболее неблагоприятным рельефом. Все же Стефенсон, не колеблясь, принял приглашение Геттонской компании. Заручиться разрешением владельцев Киллингвортских копей ему удалось без труда: лорд Равенсворт и его сиятельные компаньоны даже гордились, что «их» мастер будет руководить постройкой крупнейшей в королевстве рельсовой дороги. Такой длинной рельсовой дорогой не могло похвастаться ни одно предприятие в Англии.
Постройка этой, для своего времени, гигантской, а по нашим масштабам миниатюрной дороги продолжалась около трех лет. Профиль дороги был крайне труден, и Стефенсон понимал, что попытка применить его несовершенные паровозы для обслуживания крупных подъемов не может быть успешной, она только скомпрометирует «железного коня» и его строителя. Он разбивает все протяжение линии на несколько участков. В двух местах с наиболее крутыми подъемами две стационарные паровые машины по шесть лошадиных сил втаскивали поезда из груженых вагонеток на вершину перевала; в пяти пунктах были устроены самодействующие наклонные плоскости, наподобие бремсберга: спускаясь с уклона, груженые вагонетки своим весом втаскивали по противоположному скату порожние вагонетки; остальная часть пути обслуживалась паровозами.
Паровоз Стефенсона, построенный для Геттонских копей в 1822 году и работавший до 1903 года.
Для этой линии Стефенсоном было построено пять паровозов по образцу «Киллингворта». Они передвигались со скоростью около четырех миль в час и могли везти поезд из пятнадцати-семнадцати вагонеток весом более шестидесяти тонн. Один из этих паровозов работал непрерывно в продолжении восьмидесяти лет. В 1903 году он был снят с линии и в настоящее время сохраняется как памятник своему строителю.
Паровоз типа «Киллингворт» в современном музее.
Восемнадцатого ноября 1822 года при огромном стечении зрителей состоялось открытие Геттонской дороги. В торжественной обстановке первая партия угля отправилась новым путем от копи к месту погрузки на корабль. Заведывание дорогой и технический надзор за ней были поручены брату строителя Роберту Стефенсону, сумевшему кое-как выбиться из простого углекопа в надсмотрщики.
Дорога успешно завершена. Пробег груженых вагонов до места назначения совершается с невиданной для того времени быстротой. Значительно снизились расходы на перевозку угля и издержки на содержание необходимого количества лошадей.
Этот успех ободряет Стефенсона. Он надеется, что примеру Геттонской компании последует и другие шахтовладельцы Дергема и Нортумберлэнда. Он оказался прав. Все настойчивее доходят слухи, что компания торговцев и предпринимателей затевает постройку рельсовой дороги между Стоктоном и Дарлингтоном — двумя небольшими городами в графстве Дергем. Один из этих городов расположен в центре богатой Ауклендской долины, а другой — удобный порт недалеко от впадения реки Тиз в Северное море.
Эти слухи живо интересуют Стефенсона. Если они справедливы, то ни в коем случае нельзя упустить благоприятного случая. Он решается лично отправиться в Дарлингтон и вступить в переговоры с инициаторами предприятия. Николь Вуд, старый сослуживец Стефенсона по Киллингворту, с некоторых пор сделавшийся пламенным поклонником рельсовых дорог и паровозов, соглашается сопровождать его, обещает свою помощь и поддержку.