Извилистый путь оптоволоконного кабеля: истоки02.06.2023 21:31

1 мая 1893 года в Чикаго открылась очередная, уже одиннадцатая по счету Всемирная промышленно-торговая выставка викторианской эпохи пара и прогресса. Она была приурочена к 400-летию открытия Колумбом Америки и так и называлась — Колумбова выставка. На берегу озера Мичиган был построен целый город из двух сотен зданий, в том числе 43 выставочных павильонов, а также театров, ресторанов, аттракционов, искусственного катка и т.п. Общая площадь выставки была 2,8 км. (чуть больше, чем площадь ВДНХ в Москве), в ней участвовали 46 стран (в том числе Российская империя), а число посетителей за полгода работы выставки превысило 27 млн.

По ее окончании в октябре 1893 года участники мероприятия подвели итоги продвижения своих экспонатов. Ее инвесторы свели, как говорится, дебет с кредитом: при затратах на строительство в $18,7 млн доход только от продажи входных билетов на выставку составил $25 млн. А посетители выставки подвели свой собственный ее итог: самое яркое впечатление оставили у них всего три вещи — огромное колесо обозрения, лампа накаливания Эдисона размером в человеческий рост и «стеклянное платье» мегазвезды бродвейских театров Джорджии Кейван. Об этих трех чудесах Нового Света так много писали американские и европейские газеты в течение полугода работы выставки, что грех было бы в них не уверовать. 

Что касается колеса обозрения, то оно действительно впечатляло своими размерами: 80 метров высотой, с 36 вагончиками, в каждом — по 40 вращающихся пассажирских кресел (по полдоллара с носа за 20 минут, в течение которых колесо совершало два оборота, один с остановками). Спроектировал и построил колесо инженер Джордж Феррис, а когда на нем прокатилось около 2 млн пассажиров и выставка закрылась, Феррис получил судебный иск от мистера Уильяма Сомерса из Атлантик-Сити, который 3 января 1893 года получил патент США №489238 на вертикальную «Карусель», построенную им, Уильямом Сомерсом, в Атлантик-Сити, на которой в том же 1892 году якобы катался Джордж Феррис. Адвокаты Ферриса и его соинвесторов быстро доказали в суде, что стальное колесо Ферриса и деревянное колесо Сомерса на 16 кресел технологически и конструктивно отличаются так сильно, что если уж говорить об идее вертикальной карусели, то надо начинать с ветхозаветного «колеса Иезекииля» или хотя бы колес обозрения в Османской империи, где таковые были не редкостью. Дело было прекращено. До судебных разбирательств с другими претендентами на патентные права на колесо обозрения — некоего Уильяма Вианда из того же Атлантик-Сити (патент США №512429 от 12 января 1894 года на такое же деревянное колесо, как у Сомерса, и еще троих изобретателей из Цинциннати, Асбери-Парка в Нью-Джерси и Вашингтона, которые словно сговорившись решили запатентовать свои колеса), дело не дошло. Джордж Феррис, который, кстати, свое колесо не запатентовал, скоропостижно скончался от брюшного тифа.

Второе чудо выставки — лампа накаливания высотой 8 футов (вместе с цоколем) венчала «Башню света» в экспозиции компании Томаса Эдисона «Дженерал Электрик». Все патентные коллизии вокруг лампы накаливания Эдисона закончились в начале 1880-х, когда Эдисон в серии судебных разбирательств отстоял свой приоритет на нее (патент США №223898 от 1 апреля 1880 года на принцип действия лампы и еще 21 патент на ее усовершенствования, полученные им в начале 1880-х годов). Но лампы Эдисона освещали только экспозицию Эдисона. Все остальные лампы, освещавшие всю выставку, были тоже лампами накаливания, но производства «Вестингауз электрик», которая выиграла тендер на электрификацию мероприятия. Это было одним из серьезных стратегических поражений Эдисона, сделавшего ставку на постоянный ток, в так называемой «войне токов». На торжественном открытии выставки 1 мая 1893 года президент США Гровер Кливленд включил рубильник и зажег почти сто тысяч ламп, освещавших выставку и питавшихся от многофазных генераторов переменного тока конструкции Николы Теслы.

Третьей главной достопримечательностью выставки в Чикаго было «стеклянное платье» — в переносном, конечно, смысле. Это было платье из штапеля с вплетенными в него стеклянными волокнами. Его в Чикаго словно невзначай продемонстрировала актриса Джорджия Кейван, посетившая Колумбову выставку. Понятно, что видело ее там в этом платье ничтожное число из 27 млн посетителей выставки. Да и далеко не все из них знали о том, что она знаменитость, а если даже знали, то могли не узнать ее в лицо — соцсетей тогда не было. А что касается ее платья, то будь оно действительно стеклянным, то есть прозрачным, скандал был бы действительно громким. Но все было пристойно. Ткань платья была плотной и не блестело всеми цветами радуги, актриса в нем даже отдаленно не походила на елочную игрушку. Однако при ближайшем рассмотрении стеклоткань конца XIX века едва ли оставила бы равнодушной любую женщину, желавшую быть красивой. На ощупь она напоминала шелк и на свету мягко переливалась. Обо всем этом посетительницам выставки и всем остальным дамам Нового и Старого Света рассказали газеты. И ни одна из них не забыла сказать, что ткань на платье она приобрела у E.D. Libbey Glass Company, которая производит этот чудесный материал на одном из своих предприятий в городе Толедо, штат Огайо. 

Компания мистера Либби была известная. Ранее она называлась New England Glass Company), после Гражданской войны была ведущим производителем бутылочного и декоративного стекла в Америке, а в 1892 году была переименована в E.D. Libbey Glass Company по имени ее нового главы Эдварда Драммонда Либби. Эдвард Либби сам имел изобретательский опыт и несколько патентов на технологии декоративного стекла, но кроме этого активно покупал патенты других изобретателей, которые, по его мнению, могли бы помочь расширить линейку продуктов его детища, или самих изобретателей, как это было в случае с Майклом Оуэнсом, который изобрел «аппарат для выдувания стекла» (патент США №534840), кардинально сокративший время и затраты на этот процесс. Ему Либби предложил партнерскую долю в своей фирме. В итоге E.D. Libbey Glass Company стала лидером на рынке стеклянных колб для электрических ламп, автомобильного стекла и стекловолоконного текстиля. Что касается автомобильного стекла, то в дальнейшем этим занялась Libbey-Owens-Ford Company, выигравшая тендер на поставку лобовых стекол для машин Генри Форда. А со стекловолокном так удачно не получилось.

Давно было известно, что чем тоньше стеклянная нить, тем она гибче и устойчивее к излому. В средневековой Венеции стеклодувы со знаменитого острова Мурано вплетали такие нити в парадные одежды дожей, но это было кустарное производство. В эпоху промышленной революции продувкой жидкого стекла паром под сильным давлением получили то, что потом назвали стекловатой, материала, идеально подходившего для теплоизоляции паровых котлов. А в 1880 году Герман Хаммесфар запатентовал «способ производства стеклоткани или материи». В своей заявке на патент он пишет: «Я знаю, что превращение стекла в волокна не ново. И прядение стекла в нити осуществляется у меня хорошо известным способом». Но далее следуют детали, в которых и кроется суть его изобретения, позволяющая производить «стеклоткань или материю, которая в отличие от так называемой стеклоткани, где стекло использовалось в сравнительно небольших количествах, в виде орнаментального узора, полностью или частично состоит из тонкоизмельченного стекла» (патент США №232122 с приоритетом от 5 августа 1880 года)

Про изобретателя известно очень мало. Он родился в 1845 году в Пруссии, был эмигрантом и жил в Питтсбурге — вот и все. К этому можно добавить только один факт, на который, похоже, историки науки и техники пока внимания не обратили. В списках избирателей, то есть американских граждан, впервые его имя появляется в 1880 году. Отсюда можно предположить, что его переезд в США с уже готовым изобретением был связан с надеждой реализовать его здесь более выгодно, чем на родине. Эта надежда Хаммесфара сбылась в 1892 году, когда Эдвард Либби выкупил у него патентные права и отправил изобретателя налаживать оборудование для пряжи стеклоткани на свое головное предприятие в городе Толедо, штат Огайо. Сильно ли разбогател Хаммесфар при этом, можно только гадать, наверное, не очень. Собственного стартового капитала для организации производства «шалей, скатертей, галстуков, шляпок и фактически всех предметов модной одежды», как он писал в своей патентной заявке, у Хаммесфара не было, а первый инвестор на его изобретение нашелся, как уже сказано, только через 12 лет. И этот инвестор здраво рассудил не связываться с от кутюр, а заработать на абажурах из стеклоткани для настольных ламп и торшеров. 

Тем не менее, Колумбова выставка в Чикаго была уж очень соблазнительным случаем, чтобы лишний раз заявить о себе, и газеты сообщили, что несравненная Джорджия Кейван приобрела 12 ярдов уникального «стеклянного штапеля, который производит мистер Либби на своих фабриках в Толедо, чтобы сшить себе для выставки платье, какого ни у кого доселе не было». Штапеля — потому, что его ткут из коротких нитей одной длины (в данном случае полудюймовых, таким был размер волокон стеклянной пряжи у Хаммесфара»). А 12 ярдов (11 метров) — потому, что платье было в пол с пышными буфами на рукавах и прочими рюшками по моде того времени, да и мисс Кейван субтильностью не страдала. Тогда эталон женской красоты был гораздо внушительнее по габаритам, нежели сейчас, в эпоху анорексичных моделей. Мечты Хаммесфара о стеклоткани для «модной одежды», казалось, сбывались. Следом за бродвейской актрисой отрез стеклоштапеля купила у Либби себе на платье инфанта Эулалия Испанская, сестра короля Альфонсо XII, которая прибыла в США на военном крейсере, была принята в Белом доме президентом Гровером Кливлендом, получила почетный титул Дочери американской революции, а потом, посетив выставку в Чикаго, велела отвезти себя к мистеру Либби. Ну как тут было не объявить стекловолокно новым чудом света!

Однако на том все и закончилось. Было еще третье платье из стеклоткани — детское, в котором на следующей американской всемирной выставке в Сент-Луисе в 1904 году появилась внучка изобретателя Хаммесфара (на этой выставке, кстати, было и колесо обозрения Ферриса, перевезенное сюда из Чикаго). Потом внучка вспоминала: «Все, что я помню, так это то, что оно царапалось, и я боялась в нем садиться, чтобы не поломать стеклянные нити». Наверняка были и другие платья, не столь знаменитые, но очень быстро выяснилась их непрактичность, ткань не выдерживала стирки и для одежды была чересчур хрупкой и ломкой. Зато штапель Хаммерфара пользовался популярностью у химиков и аптекарей, он давал сто очков вперед марле и фильтровальной бумаге.  

Германа Хаммесфара сейчас часто называют «дедушкой волоконной оптики» и включают его изобретение в таймлайны оптоволокна. С одной стороны, отрицать это глупо, он действительно заслужил место в истории оптоволоконной физики и техники. Но с другой стороны, если судить объективно, сам Хаммесфар делал ставку на преломление и отражение света стеклонитями для придания переливчатого блеска ткани, в которую они были вплетены. Тогда как оптоволокно работает на основе фундаментального явления волновой физики — полного внутреннего отражения. Иными словами, история стекловолокна, или фибергласа, как его называют на Западе, — это боковая ветвь на эволюционном древе оптоволокна, спин-офф, как сейчас модно говорить, которая привела к своим результатам не только в текстильной, но и практически во всех отраслях промышленности в виде всевозможных материалов — от стекловаты до композитов, без которых современная жизнь кажется немыслимой.

Кстати, о терминологии. Когда инженер Геймс Слейтер в 1933 году изобрел современный метод производства стекловаты, его работодатель — Owens Illinois Glass Company подал на его имя патентную заявку (патент США №2133235). А спустя три года, в 1936 году, на его имя тот же его работодатель подал еще одну патентную заявку на усовершенствованный метод производства стекловаты (патент США №2206058). Только теперь он, работодатель, сменил свое название и именовался Owens-Corning Fiberglas Corporation. Вот тогда-то, во второй половине 1930-годов, в обиход американцев, а затем всех остальных и вошло понятие «фиберглас» (у нас его калька — «стекловолокно»). А фамилия Оуэнс в названиях компаний, между прочим принадлежит тому самому, уже давно покойному инженеру Майклу Оуэнсу, который в конце XIX века вместе с инженером Германом Хаммесфаром в поте лица трудился ради процветания бизнеса мистера Е.Д. Либби. 

О том, какие патентные баталии развернулись уже в XX веке, мы напишем в нашей следующей статье. 

P.S. В нашем телеграм-канале мы разыгрываем бесплатную регистрацию товарного знака и другие призы. Приглашаем принять участие.

О сервисе Онлайн Патент

© Habrahabr.ru