В День российской науки, 8 февраля, в Ильинском сквере начала работу выставка Политехнического музея «Плюс/Минус». Темой экспозиции стали российские изобретения, напрямую связанные с теплом и холодом. История изобретений рассказывается с помощью комиксов авторства современных иллюстраторов. Мы попросили сотрудников Политеха рассказать подробнее об изобретениях и узнали, кто придумал сварку, почему пена тушит нефть и как придумали батареи и центральное отопление.
От аэросаней до пенного огнетушителя: 5 важнейших российских изобретений

Аэросани Неждановского (художница София Коловская)

Сергей Сергеевич Неждановский (1850−1940) в юности заинтересовался воздухоплаванием, а позднее — зарождавшейся в то время авиацией. Закончив физмат МГУ, он проектировал летательные аппараты, во многих случаях серьезно опередив свое время: придумал несущий винт с приводом от реактивных сопел на законцовках лопастей, а также идею безфюзеляжного самолета («летающего крыла»). Но строить большинство из них, даже в виде макетов, не собирался, в основном чертил «в стол».

Однажды Сергей Неждановский решил испытать прототипы двигателей и пропеллеров. Вместе с Николаем Жуковским, основоположником гидро- и аэродинамики, он построил металлическую раму, на которую ставился опытный двигатель. Рама была оснащена полозьями, чтобы можно было оценивать тягу, а привычного для современных аэросаней кресла не было — ведь на подобном устройстве и не думали ездить люди.

В 1905 году журнал «Воздухоплаватель» опубликовал описание испытательного стенда Неждановского, при этом журналисты предложили использовать устройство в качестве транспортного средства. Статью увидел Юлий Меллер, владелец крупного автозавода «Дукс». Именно он стал инициатором создания массового «лыжного автомобиля» (название «аэросани» придумали позже). Совместно с инженером Докучаевым, Юлий Миллер разработал аэросани «Дукс», которые в 1908 году с триумфом представили публике. Вскоре начался бум: аэросани стали создавать по всей стране.

В 1911 году Императорское Российское автомобильное общество даже устроило гонку на замерзшей Средней Невке, которая подтвердила, что аэросани справедливо имеют репутацию быстрого транспорта с хорошей проходимостью. Позднее, в советское время, аэросани стали символом освоения районов Севера в XX веке.

Аэросани Неждановского

Радиатор Сан-Галли (художница Варвара Гранкова)

Принявший российское подданство немец Франц Карлович Сан-Галли разработал первый эффективный радиатор центрального отопления. Его конструкция используется и по сей день. До Сан-Галли основными способами отопления были печи и камины.

Юный немец с итальянской фамилией, Франц Сан-Галли, оказался в Санкт-Петербурге в 19 лет по служебной надобности. В России Франц работал на литейно-механическом заводе Бёрда — сначала помощником бухгалтера, но быстро продвинулся по службе. В 1853 году он занял денег и основал собственную механическую мастерскую по изготовлению металлических изделий. Бизнес не имел успеха, Франц не мог отдать долги. В отчаянной попытке спасти дело Сан-Галли поехал в Европу — изучать рынок, знакомиться с новинками. В Европе он увидел книгу французского физика Жана Пекле по прикладной термодинамике, которая и подсказала решение задач, которое позднее принесли Сан-Галли славу и успех.

В 1855 году компании Сан-Галли удалось получить первый крупный заказ: создать систему отопления для императорской оранжереи в Царском селе. Предыдущие конструкции систем центрального отопления были ужасно неэффективны. Радиаторы представляли собой обычные трубы, по которым текла горячая вода, они отдавали воздуху слишком мало тепла.

Сейчас это кажется логичным: если нужен радиатор большей мощности, то выбрать вариант с большим количеством секций. Но именно Сан-Галли стал первым, кто понял, как увеличить эффективность теплоотдачи. Первая версия батареи выглядела как толстая труба с многочисленными дисками, но Сан-Галли много работал над усовершенствованием конструкции, и вскоре его радиаторы стали похожи на хорошо знакомые нам ребристые чугунные батареи. Изобретение имело большой успех, Сан-Галли умер уважаемым гражданином и богачом, в 1908 году.

Радиатор Сан-Галли

Ледокол (художники Богдан Тимченко и Владислав Исламов)

На протяжении многих столетий северные порты, реки и моря зимой становились непригодны для навигации, покрываясь непроходимым для судов льдом. Михаил Бритнев родился в 1822 году в купеческой семье в Кронштадте и получил хорошее образование: после коммерческого училища в Санкт-Петербурге отправился в Великобританию изучать корабельное дело. Вернувшись на родину, он преуспел в торговом и ссудном делах, но вскоре занялся судостроением. В 1862 году он столкнулся с проблемой: зимой море вокруг острова Котлин замерзало, и навигация прекращалась.

Кронштадский военный инженер Николай Эйлер предложил свой проект. За основу он взял броненосную канонерскую лодку «Опыт», на носу установил десять кранов (мачт). С высоты нескольких метров с них могли сбрасывать на лед перед судном 40-пудовые чугунные гири, висевшие на цепях. Лодку также оснастили мощным носовым тараном, а ниже ватерлинии — выдвижными шестами, к которым можно было крепить мины для подрыва наиболее тяжелого льда.

Бритнев же решил действовать другим методом. Он позаимствовал идею у проверенной столетиями конструкции — поморских кочей. Обводы этих небольших мореходных деревянных судов, распространенных на русском Севере и со средних веков в Сибири, позволяют вползать на лед без повреждений, избегая опасности быть затертыми между льдин. Бритнев переоборудовал купленный в Англии винтовой буксир «Пайлот» по образцу кочей, срезав нос ниже ватерлинии под углом примерно 20 градусов. 22 апреля 1864 года «Пайлот» вышел в Финский залив, продемонстрировав совершенно новый принцип хождения во льдах. Приводимый в движение паровой машиной мощностью всего лишь 60 л.с., «Пайлот» просто наползал на лед, и затем ломал его собственной тяжестью.

Ледокол

В 1866 году состоялось состязание двух конструкций, в котором «Пайлот», несмотря на значительно меньшие размеры и мощность машин, продемонстрировал превосходство. «Опыт», несмотря на свои 195 л.с. мощности и наличие чугунных чушек на цепях, в итоге просто застрял во льду. Вскоре по схеме Бритнева стали строить более мощные ледоколы и в России, и в других странах. Принцип, подсмотренный Михаилом Бритневым у поморских мореходов, оказался настолько удачным, что в общих чертах он применяется до настоящего времени.

Пенный огнетушитель (пена для тушения пожара, художник Никита Хомутов)

В конце XIX века начался бум нефтедобычи, сразу же проявилась серьезная проблема: нефтяные пожары невозможно погасить водой.

Выпускник Санкт-Петербургского Политехнического университета, инженер-химик Александр Лоран большую часть своей жизни провел в Баку. В конце XIX — начале XX века Баку стал родным городом десятков нефтедобывающих компаний. Лоран неоднократно становился свидетелем чудовищных пожаров на нефтепромыслах и гибели людей от ожогов. Он задумался, существует ли способ потушить горящую нефть.

По одной из легенд, стоя на берегу Каспия, Лоран заметил, что пена прибоя, накатываясь на лужи с горящей нефтью, гасит их. По другой — идея пришла ему в голову, когда в его лаборатории загорелась банка с нефтью и он выплеснул туда первое что попалось ему под руку — пиво из бутылки. Так или иначе, в 1902 году Лоран впервые получил химическую пену, а в 1903 году провел первую публичную демонстрацию своего изобретения: в яму налили нефть, подожгли, а потом изобретатель залил ее пеной, которая погасила огонь.

Лоран предложил два метода создания пены. Первый — химический, путем смешивания двух растворов, щелочного (например, бикарбоната натрия) и кислоты. К одному из них добавлялось вспенивающее вещество, например, лакрица. При смешивании жидкостей образовывалась обильная пена. Состав для получения химической пены в честь автора был назван «Лорантин».

Пенный огнетушитель

Второй способ — механический, вспенивание под давлением с помощью газа, который не поддерживает горения. Огнетушители «Эврика», производство которых наладил Лоран, отличались высокой эффективностью и пользовались большой популярностью. А изобретение Лорана — химическая, а позже механическая пена для пожаротушения — получило распространение во всем мире, спасло сотни тысяч жизней.

Электродуговая сварка (художник Дмитрий Феоктистов)

Без электросварки невозможно представить себе современное строительство или крупное производство. Электросварка значительно быстрее, надежнее и дешевле этих методов.

В 1802 году профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Василий Петров впервые (на 6 лет раньше знаменитого Хэмфри Дэви) наблюдал такое явление, как устойчивая электрическая дуга. Это был первый шаг к дуговым источникам освещения и к электросварке, которая, впрочем, появилась только спустя 80 лет.

Вторым героем истории стал изобретатель Николай Бенардос. В 1870-х он заинтересовался электричеством, и в 1879 году он поступил на работу к своему доброму знакомому — знаменитому электротехнику Павлу Яблочкову. В лаборатории Яблочкова Бенардос неожиданно обнаружил, что с помощью электрической дуги можно соединять металлические листы. В лампах («свечах Яблочкова») дуга горела между двумя угольными электродами. Бенардос же в качестве одного из электродов использовал железный лист. Раскаленный лист при этом можно было сваривать с другими деталями, разрезать на части (Бенардос придумал не только сварку, но и дуговую резку). Именно это изобретение, случайно сделанное в парижской лаборатории Яблочкова, стало главным экспонатом выставочного стенда на Международной электрической выставке 1881 года и получило золотую медаль.

Сварочные аппараты Бенардоса «Электрогефест», производство которых было налажено на деньги петербургского купца Ольшевского, получили широкое распространение по всему миру.

Электродуговая сварка

Еще один шаг до почти современной технологии электросварки сделал Николай Славянов. В конце 1880-х он познакомился с «Электрогефестом» и стал внедрять сварочное оборудование у себя на производстве. Сразу же обнаружился главный недостаток технологии: с помощью сварки угольным электродом невозможно было соединить разнородные металлы или некоторые стали. Славянов решил проблему, заменив угольный электрод на электрод из плавкого материала, а чтобы защитить поверхность сварки от окисления, он использовал флюс. Технология Славянова не просто расплавляла края стальных деталей для соединения, а создавала между соединяемыми поверхностями прочный слой металлического наплава — сварной шов.

В 1893 году Славянов продемонстрировал свой способ сварки на Всемирной выставке в Чикаго. Главным экспонатом стал знаменитый «стакан», составленный из сваренных между собой слоев колокольной бронзы, томпака, никеля, стали, чугуна, меди и нейзильбера. Позднее процесс сварки многократно усовершенствовали, но именно два русских инженера — Бенардос и Славянов — заложили основы технологического процесса, распространенного ныне во всем мире.

Выставку «Плюс/Минус» можно бесплатно увидеть в Ильинском сквере до 10 апреля.