[Перевод] Пароходы, часть 2: дальнейшие приключения Изамбарда Кингдома Брюнеля
<< До этого: Пароходы, часть 1: Пересекая Атлантику
Железная империя
Ещё в 1832 году Макгрегор Лэйрд отправил железный корабль «Альбурка» в Африку и вверх по Нигеру — он стал одним из первых судов подобной конструкции, вышедших в открытое море. Но использование железных корпусов во внутреннем судоходстве Британии можно заметить и на несколько десятилетий раньше: оно начиналось с речных барж 1780-х годов. У железного листа прочность на разрыв была гораздо больше, чем у даже дубовой доски той же толщины. Это делало корабль с железным корпусом прочнее, легче и просторнее внутри, чем аналогичное деревянное судно: железо толщиной в 5 сантиметров могло заменить древесину толщиной в 50.[1] К недостаткам железа можно было отнести подверженность коррозии и налипание моллюсков, помехи для компаса и, по крайней мере на первых порах, дороговизну материала.
Как мы уже видели, чем больше корабль, тем меньшую долю его трюма будет занимать топливо;, но «Грейт Вестерн» и «Британская королева» раздвинули границы практически достижимых размеров деревянного корабля (фактически, Брюнель связал корпус «Грейт Вестерна» железными ремнями, чтобы усилить его продольную прочность и предотвратить разрушение при сильном морском волнении). [2] Цена древесины в Британии становилась всё более высокой по мере исчезновения её древних лесов, но для экономичного строительства более массивных кораблей требовалось также и снижение цен на железо, и этот процесс пошёл с 1830-х годов благодаря удивительно простому технологическому изменению.
Плавильщики чугуна давно заметили, что в зимние месяцы их печи производят больше металла из того же количества топлива. Они предполагали, что это происходит благодаря более холодному воздуху, и поэтому к XIX веку основным принципом железоделательного бизнеса стало то, что для достижения максимальной эффективности печи в неё следует подавать холодный воздух с помощью мехов [3].
Но эта «народная мудрость» была неправа; на самом деле всё было совершенно наоборот. В 1825 году инженер каменноугольной шахты в Глазго Джеймс Нейлсон обнаружил, что более горячее дутьё делает печи более эффективными (суть эффекта была в том, что зимний воздух более сухой). Нейлсона попросили проконсультировать металлургический завод в деревне Мюркирк, у которого были проблемы с печью. Он понял, что если нагревать воздух для дутья, он будет расширяться, что в итоге увеличит давление воздуха, поступающего в печь. В 1828 году он запатентовал метод использования печи для нагрева дутьевого воздуха. Он убедил железный завод Клайда принять этот метод, и вместе они совершенствовали его в течение нескольких последующих лет.
Результаты были поразительными. Дутьё при температуре 315°C сократило потребление угля в печи на две трети и увеличило производительность с пяти с половиной тонн чугуна в день до более чем восьми.[4] Вдобавок ко всему, это простое нововведение позволило использовать в качестве топлива обычный уголь вместо (более дорогого) очищенного кокса. В 1750-х годах металлурги перешли на кокс, поскольку при выплавке железа на сыром угле примеси (особенно сера) в топливе делали получавшийся металл слишком хрупким. Но при горячем дутье температура внутри печи была настолько высокой, что сера выходила в шлаковые отходы, а не запекалась в железе. В 1830–40-х годах технология горячего дутья Нейлсона распространилась из Шотландии по всей Британии и привела к быстрому росту производства чугуна с 0,7 миллиона тонн в 1830 году до более чем двух миллионов в 1850 году. Это позволило снизить рыночную цену тонны чугуна вдвое [5].
Имея огромные запасы угля и железа, доступные благодаря мощности паровых насосов (которые сами же производились в Британии из британского железа и работали на британском угле), Британия получила все возможности для удовлетворения спроса, вызванного снижением цен. Большая часть роста производства железа пошла на экспорт, укрепляя торговые связи Британской империи и обеспечивая сырьём индустриализацию остального мира. Лихорадочное строительство железных дорог в Соединённых Штатах и континентальной Европе в середине девятнадцатого века в значительной степени опиралось на британские рельсы из британского железа: например, в 1849 году железная дорога Балтимор и Огайо получила 22 000 тонн рельсов от валлийского торгового концерна. [6] Потребности быстро растущих Соединённых Штатов в железе оказались ненасытными; около 1850 года молодая страна импортировала около 450 000 тонн британского железа в год [7].
Хорошие инженерные решения ухудшают бизнес
О достоинствах железа вскоре задумался и Изамбард Кингдом Брюнель. План «Великой западной пароходной компании» (ВЗПК) по созданию преемника «Грейт Вестерн» начинался достаточно разумно: она собиралась построить немного улучшенный корабль аналогичной конструкции. Но осенью 1838 года Брюнеля и его партнёров вдохновило появление в гавани Бристоля полностью железного канального парохода под названием «Радуга», самого большого из построенных на тот момент. Партнёры Брюнеля, Клэкстон и Паттерсон, отправились на нём в испытательное плавание в Антверпен, и по возвращении все трое мужчин убедились, что строить надо из железа [8].
Как будто этого было недостаточно для одного проекта, в мае 1840 года в гавань Бристоля вошло ещё одно инновационное судно, от которого Брюнель и его помощники снова впали в экстаз. Корабль с метким названием «Архимед», спроектированный Фрэнсисом Пети Смитом, плыл по воде с беспрецедентной плавностью и эффективностью, приводимый в движение винтом, а не вёслами.[9] Любой образованный инженер XIX века знал, что весла тратят огромное количество энергии, толкая воду вниз в передней части колеса и поднимая её в задней. Винтовая тяга, конечно, не была удивительной новой идеей в 1840 году. Как мы уже видели, изобретатели ранних пароходов опробовали практически все мыслимые способы толкать или тянуть судно. В своём очень подробном «Трактате о винтовом движителе» инженер Джон Борн приводит пятьдесят с лишним предложений, патентов или практических попыток использования винтового движителя до Смита [10].
После стольких неудач большинство инженеров-практиков предположили (достаточно обоснованно), что винт никогда не сможет заменить проверенное (хотя и расточительное) гребное колесо. Трудностей хватало с избытком, включая снижение вибрации, эффективную передачу энергии на винт, выбор его формы, размера и угла наклона среди множества потенциальных альтернатив. Но самым главным было создание достаточной тяги: ранние паровые двигатели работали на скромной скорости, совершая полный оборот примерно каждые три секунды. При двадцати оборотах в минуту винт должен был иметь непрактично большой диаметр, чтобы быстро толкать корабль вперёд.
Смит преодолел эту последнюю проблему, создав систему зубчатых передач, позволяющую гребному валу вращаться 140 раз в минуту. Его конструкция гребного винта сначала состояла из полностью спирального винта с двумя оборотами (что создавало чрезмерное трение), а позже — с одним оборотом. Затем, в 1840 году, он переоборудовал «Архимед» более узнаваемым современным гребным винтом с двумя лопастями (по пол-оборота каждая) [11].
Даже с этими улучшениями конструкции Брюнель обнаружил, что шум и вибрация сделали «Архимед» 1840 года «непригодным для жизни» пассажиров.[12] Но он непоколебимо верил в его потенциал. Несомненно, сторонники винта могли бы рассказать о многих его потенциальных преимуществах перед гребным колесом: более низкий центр тяжести, более просторный салон, большая манёвренность в узких каналах и более эффективное использование топлива (особенно при встречном ветре, при котором гребные весла работали на полную мощность, и при боковых волнах, которые поднимали то одно, то другое гребное колесо из воды) [13].
Таким образом, и так уставшие инвесторы компании ВЗПК увидели, что график строительства «Великобритании» ещё раз сдвинулся, на этот раз для установки на неё винта. Как писал историк пароходства Стивен Фокс, «с коммерческой точки зрения, осенью 1840 года компании «Грейт Вестерн» был нужен второй корабль как можно скорее, чтобы конкурировать с недавно созданной линией «Кунард», но это не то, что они получили.[14] Достроенный корабль был спущен на воду в 1843 году, но вышел в трансатлантическое плавание только в июле 1845 года, и на тот момент обошёлся компании уже в около 200 000 фунтов стерлингов. С 98-метровым чугунным корпусом, приводимым в движение 1000-сильным двигателем Модсли и массивным 36-тонным гребным валом, судно заставляло «Грейт Вестерн» казаться карликом. Его полностью железная конструкция создавала впечатление лёгкой паутинки, очаровавшей публику, привыкшую к громоздкому дереву [15].
Спуск «Великобритании» на воду.
Но если её внешний вид впечатлял, то её ходовые качества не оправдали ожиданий. Её гребной винт развалился, двигатель не смог достичь ожидаемой скорости, и она сильно кренилась на волнах. После капитального дорогостоящего ремонта зимой 1845 года, в конце парусного сезона 1846 года она села на мель в заливе Дандрум у берегов Ирландии. Её железный корпус оказался прочнее, чем организация, которая его построила: к тому времени, когда в августе 1847 года судно было спущено на воду, ВЗПК пошла ко дну. Другой концерн купил «Великобританию» за 25 000 фунтов стерлингов, и в итоге она стала курсировать по маршруту до Австралии, работая в основном под парусами [16].
В долгосрочной перспективе Брюнель и его партнёры были правы в том, что железные корпуса и винтовые двигатели превзойдут дерево и весла, но «Великобритания» не смогла доказать это. Новаторская пароходная линия «Инмэн» в 1850 году спустила на воду пароход «Город Глазго» с железным корпусом и винтовым двигателем, который доказал, что идеи, заложенные в «Великобритании», можно превратить в коммерческий успех. Но более консервативная линия «Кунард» отправила своё первое судно с железным корпусом в первый рейс только в 1856 году. Хотя «Персия» была даже больше «Великобритании», 114 метров в длину и 3600 тонн, она всё ещё была оснащена гребными колёсами. Это не помешало ей набрать больше пассажиров, чем любому другому пароходу на то время, и установить рекорд трансатлантической скорости. [17] Только к концу 1860-х годов океанские колёсные пароходы окончательно вышли из употребления.
Пароход «Архимед». Без видимых колёс он выглядел как обычная парусная шхуна, если бы не дымящаяся труба.
Великолепная глупость
На какое-то время Брюнель отошёл от кораблестроения. Затем, в конце 1851 года, он начал разрабатывать планы нового лайнера, который должен был превзойти даже «Великобританию», достаточно большого, чтобы курсировать по маршрутам в Индию и Австралию без остановок для дозаправки на африканском побережье. Остановка для дозаправки топлива отнимала не только время, но и немалые деньги: уголь в Африке стоил гораздо дороже, чем в Европе, потому что для его доставки туда требовалось другое судно [18].
Поскольку новый корабль должен был плыть вокруг Африки, а не в сторону Америки, его окрестили «Грейт Истерн». Чудовищный по всем своим размерам, «Грейт Истерн» можно считать чудовищем только в архаичном смысле «вундеркинд, рождённый вне естественного порядка вещей»; ему не было равных, и у него не было потомства. [19] Учитывая полный провал последней компании Брюнеля по производству паровых лайнеров, не говоря уже о других примерах чрезмерной экспансивности в его прошлом — таких, как проект атмосферной железной дороги, который закрылся в течение года — трудно представить, как он смог убедить новых спонсоров финансировать эту дикую новую идею. Однако ему помог один новый союзник, амбициозный шотландский судостроитель по имени Джон Рассел, которого также постигло разочарование в карьере, и который жаждал возвращения.
Вместе они построили удивительное судно: при длине 210 метров и весе более 22 000 тонн оно превосходило по размерам все другие корабли, построенные до этого времени, а также все корабли, построенные в течение всего XIX века. Теоретически он мог бы перевозить 4 000 пассажиров и 18 000 тонн угля или груза, и на нём были установлены как гребные колеса, так и гребной винт, последний приводился в движение самой большой паровой машиной, когда-либо построенной, мощностью 1600 лошадиных сил. Брюнель умер от инсульта в 1859 году, так и не увидев выхода корабля в море. Это и хорошо, потому что он потерпел ещё более жестокую неудачу, чем «Великобритания». Он был медленным, слишком сильно кренился, плохо маневрировал и требовал огромного количества труда и топлива. [20] После недолгой службы владельцы продали его с аукциона новым покупателям с огромными убытками — как и «Великобританию». Однако мы увидим, что в будущем «Грейт Истерн» ещё сыграет ключевую роль в расширении британской имперской и её торговой мощи.
Судно «Грейт Истерн» в гавани в Уэльсе в 1860 году. Обратите внимание на трёхмачтовый корабль «нормального размера» на переднем плане для масштаба.
Я задержался на карьере Брюнеля так долго не потому, что его действия имели беспрецедентное значение для истории эпохи пара (это не так), а потому, что его характер и амбиции очаровывают меня. Он смело внедрял инновации, однако редко так эффективно, как его более осмотрительные сверстники, такие как Сэмюэл Кунард. Большая часть его карьеры — хотя, конечно, не вся — состоит из бесславных неудач. А на что вы, уважаемый читатель, обратите своё внимание, на славу или неудачи, зависит от того, насколько ваша душа склонна к романтике.
Примечания
[1] Christopher Claxton, History and Description of the Steam-Ship Great Britain (New York: J. Smith Homans, 1845), 22.
[2] История о кораблях-сокровищницах Чжэн Хэ длиной в 140 м сегодня знакома многим, но деревянный корпус, построенный по таким размерам с использованием известных средневековых технологий судостроения, в море развалился бы. Источником информации об этих исключительных размерах является история династии Мин, написанная более двух веков спустя после факта, и поэтому факты в ней почти наверняка завышены (намеренно или случайно). Sally K. Church, «Zheng He: An Investigation into the Plausibility of 450-ft Treasure Ships,» Monumenta Serica 53 (2005), 37–38.
[3] Charles K. Hyde, Technological Change and The British Iron Industry, 1700–1870 (Princeton: Princeton University Press, 1977), 146.
[4] Hyde, 151; Alan Birch, The Economic History of the British Iron and Steel Industry, 1784–1879, (New York: Augustus M. Kelly, 1968), 181–183.
[5] Hyde, 151–52, 156–57, 163–64.
[6] Birch, 219–221.
[7] Birch, 227. Эти цифры различают значения в источнике для чугуна и прутового железа (кованого железа, произведённого из чугуна, включая и рельсы).
[8] Fox, Transatlantic, 144, 147.
[9] Rolt, Isambard Kingdom Brunel, 264.
[10] John Bourne, A Treatise on the Screw Propeller (London: Longman, Brown, Green and Longmans, 1855), 8–27.
[11] Edgar C. Smith, A Short History of Naval and Marine Engineering (Cambridge: Cambridge University Press, 1938), 64–65, 70; Bourne, A Treatise on the Screw Propeller, 88.
[12] Fox, Transatlantic, 149.
[13] Claxton, History and Description of the Steam-Ship Great Britain, 25–26.
[14] Fox, Transatlantic, 149.
[15] Fox, Transatlantic, 150–53.
[16] Fox, Transatlantic, 153–155; Brunel, The Life of Isambard Kingdom Brunel, 281–82.
[17] Fox, Transatlantic, 162–63.
[18] Fox, Transatlantic, 155, 159–160.
[19] Katharine Park and Lorraine J. Daston. «Unnatural Conceptions: The Study of Monsters in Sixteenth- and Seventeenth-Century France and England,» Past and Present 92 (August 1981), 20–54.
[20] Fox, Taransatlantic, 160–61, 165–66.
