Русский дедушка Гиперлупа

Мало кто сегодня знает, что идея сверхбыстрого транспорта была выдвинута более века назад в Российской империи ученым и изобретателем Борисом Петровичем Вейнбергом. Причем Вейнберг не только придумал его, но и построил миниатюрную модель «вакуумного поезда».

Старт томской эпопеи

Борис Вейнберг родился 20 июля 1871 года в Петергофе. В 1889-м он окончил с золотой медалью гимназию в Санкт-Петербурге и поступил на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета. Там его ждало знакомство с великим русским ученым — Дмитрием Ивановичем Менделеевым. «Как лектор Менделеев оставил во мне и многих моих товарищах неизгладимое впечатление. Неизгладимость эта обусловливалась, с одной стороны, обаянием научного авторитета творца периодической системы, с другой стороны — исключительностью тех условий, при которых Менделеев читал нам лекции в конце весеннего семестра, но главным образом зависела она от поразительного лекторского таланта покойного», — вспоминал Борис Петрович. Впоследствии Менделеев стал его научным руководителем, и Вейнберг поддерживал с ним тесные отношения вплоть до смерти Дмитрия Ивановича в 1907 году. По воспоминаниям близких, Вейнберг до конца жизни не расставался с трудами своего учителя.

После окончания университета Вейнберг преподает в Санкт-Петербургском горном институте. В 1899 году он становится приват-доцентом Новороссийского университета в Одессе. Там он начинает свои исследования по льду, результатом которых стала защита в 1906 году докторской диссертации на тему «О внутреннем трении льда».

Весной 1909 года ему поступает предложение занять должность профессора кафедры физики Томского технологического института (ТТИ). Приняв его, Вейнберг уезжает в Томск, где проведет пятнадцать лет. Как раз в это время в Российской империи появляется совершенно новое для того времени дело — воздухоплавание. И Борис Петрович вместе с местными энтузиастами предлагает руководству ТТИ создать в институте кафедру воздухоплавания. Модели самолетов нужно испытывать — и он обращается в Томскую городскую думу с просьбой выделить участок на окраине Томска для строительства аэротехнической лаборатории и аэродрома. Участок дали, а вот кафедру воздухоплавания создать не получилось: в Министерстве народного просвещения отказали, сославшись на нехватку денег. Но Вейнберга это не остановило, и в 1910 году в Томске появляется второй в России воздухоплавательный кружок — первый тогда был в Москве, его основал Николай Жуковский.

В работе кружка Вейнберга участвовали будущие знаменитые отечественные авиаконструкторы Николай Камов и Михаил Миль, были налажены контакты с братьями Райт, французом Блерио и другими зарубежными коллегами. Участники читали лекции по аэродинамике, основам воздухоплавания, физике, материалам и другим дисциплинам, связанным с летным делом. В феврале 1911 года по чертежам студента-технолога Федора Завадского был сконструирован первый в Сибири летательный аппарат — двухместный планер, вскоре поднявшийся в небо.

Безвоздушный электрический путь

Интерес к магнетизму Борис Петрович проявил еще в годы учебы в Санкт-Петербурге, об этом свидетельствуют как его ранние студенческие работы, так и магистерская диссертация под названием «Влияние среды на электрические магнитные взаимодействия». Но по-настоящему серьезно он стал работать над этой темой в Томске, когда в 1910 году был назначен членом Российской магнитной комиссии. Там он занимался исследованиями общей картины распределения магнитного поля по всей поверхности земного шара.

Работа с магнитами и натолкнула Вейнберга на идею создания магнитной дороги. Как-то раз на одной из лекций он показал студентам, как металлический сердечник втягивается соленоидом. «Этот опыт, — писал Борис Петрович, — навел меня на мысль об идеальном безвоздушном электрическом пути, по своему принципу совершенно отличном от привычных способов сообщения». Свою роль сыграли и длительные поездки по Сибири, когда он был вынужден преодолевать большие расстояния с черепашьей скоростью.

Идея создания поезда, который двигался бы за счет магнитных полей, витала в воздухе еще в начале XX века, но реализовывать ее на практике никто не торопился.

Первым эксперименты с магнитным полем и созданием модели «летающего поезда» начал Борис Вейнберг. Летом 1911 года к нему на практику попал будущий профессор Томского государственного университета Владимир Кузнецов. «Посредине комнаты находилось кольцо из толстой медной трубы. Диаметр кольца около 5‒6 метров, диаметр трубы около 30‒40 сантиметров. В нескольких местах на трубе были надеты катушки из изолированной проволоки и на трубе были помещены большие электромагниты. От этих катушек и электромагнитов шло в страшном беспорядке большое количество проводов», — вспоминал впоследствии Кузнецов. Воздух из трубы пока не выкачивался. Запускаемый туда при помощи пускового соленоида вагон весом около десяти килограммов легко подхватывался электромагнитами и продолжал полет по кругу, не касаясь ее стенок.

Спустя год свою модель поезда на магнитной подушке, так называемого летающего поезда, разработал француз Эмиль Башеле. В 1914 году он приехал в Лондон, где и продемонстрировал свой проект мировой общественности, вызвав колоссальный интерес. «Летающий поезд» Башеле имел электродинамическую подвеску, работая за счет «электродинамического отталкивания» — по всему пути под дорогой устанавливались электромагниты переменного тока, под воздействием которых вагон, имеющий алюминиевое дно, поднимался на нужную высоту, не соприкасаясь при этом с дорогой. Чтобы обеспечить движение, француз предлагал использовать тянущий пропеллер или же соленоиды в виде колец, которые расставлялись вдоль всего пути. Таким образом он рассчитывал достигнуть скорости 500 км/ч. «В нашем понимании электричества мы еще маленькие дети, но мы движемся уверенными темпами. Наступает время летающих железных дорог. Пассажиры пока не смогут летать через пространство. Но перевозка товаров на скорости 300 миль в час — десять часов от Нью-Йорка до Лондона — скоро станет прорывом в торговле и промышленности всего мира», — в июне 1914-го рассказывал журналистам Башеле.

Поезд Вейнберга имел электромагнитный подвес: вагоны двигались с помощью магнитных сил, — но он ставил своей задачей серьезно увеличить скорость поезда, для чего требовалось устранить сопротивление среды и силу трения о путь. Согласно его проекту, вагоны должны были двигаться в специально построенной трубе, из которой выкачивался весь воздух. Снаружи нее устанавливались мощные электромагниты, обеспечивающие притяжение вагонов, одновременно не давая им упасть. Чтобы еще больше облегчить движение, их предполагалось делать одноместными сигарообразными капсулами длиной два с половиной метра. Помимо находившихся в положении лежа пассажиров там был запас кислорода, аппараты для поглощения углекислоты и освещение. В одном из вариантов вагона наверху и внизу были приделаны колеса, в случае проблем с силой притяжения вагон просто вставал бы на них и катился дальше.

Сама дорога состояла из двух труб — двух путей. Помимо вагонов и магнитов имелись системы автоматических и сигнальных приборов. Вся система работала так: для запуска вагонов в трубу использовались соленоидные устройства — гигантские катушки длиной около трех километров, основной задачей которых было снижение перегрузки при наборе скорости. Далее вагоны с пассажирами скапливались в специальной закрытой камере, находящейся в самом начале трубы. Затем их подвозили к пусковому устройству, которое «выстреливало» их в трубу. По расчетам Вейнберга и его сотрудников, пропускная способность двутрубного пути составляла бы 15 тысяч пассажиров или 10 тысяч тонн в сутки в одном направлении. В конце пути также находился соленоид, основной задачей которого было торможение скорости вагонов.

«Лабораторные опыты, которые я производил последние два-три года, показали полную возможность разогнать при помощи соленоидов со сравнительно небольшим числом витков и пользуясь довольно слабыми токами вагон около десяти килограмм весом внутри медной трубы диаметром 25 сантиметров, подхватить его с полу электромагнитами во время движения и заставить двигаться далее, не касаясь стенок, а также сворачивать его с пути», — описывал свой эксперимент Борис Вейнберг. Экспериментальный вагон двигался со скоростью 6 км/ч, сам же Борис Петрович в случае реализации проекта рассчитывал на достижение скорости 1000 км/ч.

Однако, столкнувшись с невозможностью создать вакуум в таком большом объеме и на большом расстоянии, Борис Петрович приходит к выводу, что сначала можно было бы и отказаться от использования вакуумной трубы, построив «облегченный» электромагнитный путь. «В этом варианте вагон катился бы по ровному полотну, но давил на него лишь малой долей своего веса, большая часть которого компенсировалась бы притяжением магнитов, расположенных над вагоном. Еще более доступным, по мнению Бориса Петровича, мог бы быть “подвесной электромагнитный путь”, в котором вагон катился бы по потолку, прижимаемый к нему магнитами и электромагнитами с силой, слегка превышающей его вес. Более того, по экономическим соображениям, а также в целях безопасности Борис Петрович предлагает на первом этапе отказаться и от вакуумной трубы. Потеря же скорости из-за трения и сопротивления воздуха, неизбежная при реализации этих “облегченных” вариантов магнитной дороги, могла бы быть компенсирована при периодическом включении втягивающих соленоидов», — пишет доктор физико-математических наук Галина Островская.

В марте 1914 года, за полгода до того, как в июне свой «летающий поезд» продемонстрировал в Лондоне Башеле, Вейнберг начинает активную популяризацию своего проекта, путешествуя по стране с циклом лекций под названием «Движение без трения». Он побывал в Ачинске, Канске, Томске, Иркутске, Семипалатинске, Красноярске и Санкт-Петербурге. И везде его выступления вызывали немалый интерес у широкой публики. «Не могу забыть впечатления, которое произвел на холодную петербургскую публику этот смелый и оригинальный проект, когда в конце марта текущего года изобретатель в блестящей лекции нарисовал перед слушателями картину будущей борьбы с пространством. Поезда, несущиеся в пустоте, без рельсов, без трения, без локомотивов, свободно и быстро, как планеты в мировом пространстве… Проект реален при всей своей фантастичности. Он технически неуязвим, разработан до мелочей…», — вспоминал известный русский математик, физик и популяризатор науки Яков Перельман.

Этот проект почти на столетие опередил технические возможности своего века, вызвав большой интерес как в России, так и на Западе: в 1914 году в Сибирь приехали кинематографисты из США, снявшие фильм под названием «Сибирское чудо» о профессоре Вейнберге и его уникальном поезде, окрестив его «сибирским магнитопланом». К сожалению, Вейнберг не запатентовал свое изобретение, поэтому идея поезда на магнитной подушке впоследствии была реализована на Западе, а не в России.

Борис Петрович планировал продолжать свою работу и дальше, но Первая мировая война смешала исследователям все карты. Экспериментальная установка была разобрана — воюющая страна остро нуждалась в меди. Кроме того, как отмечал Владимир Кузнецов, разработанный Вейнбергом проект был очень затратен с финансовой точки зрения (150‒220 тысяч рублей за одну версту в ценах того времени, по оценкам Бориса Петровича) и технически трудно реализуем. Свою роль сыграло и то, что после окончания Первой мировой войны ударными темпами стала развиваться гражданская авиация, которая на долгие десятилетия вперед решила проблему скоростных перевозок людей на большие расстояния. Так что про магнитный поезд на время пришлось забыть.

 Тайны ледников и рукотворные снежинки

Борис Петрович был весьма разносторонним ученым. Ему выпала честь стать основоположником российской гляциологии — науки, изучающей все формы льда, находящиеся как на земной поверхности, так и под ней. В 1909 году в Одессе была опубликована его работа под названием «Снег, иней, град, лед и ледники», которая, по мнению крупнейшего российского исследователя академика Владимира Котлякова, является «первой русской монографией по гляциологии».

Благодаря изучению льда он смог создать и обосновать физическую теорию ледников. Суть ее он формулирует следующим образом: «Ледник, скользя, как одно целое тело, по руслу, вместе с тем деформируется, как вязкая жидкость, изменяя количество заключенной в нем воды в зависимости от давления. Быстрота скольжения определяется наклоном русла и силами внешнего трения между льдом и руслом, а быстрота деформаций — наклоном и формой русла и силами внутреннего трения льда». В 1905 году Борис Петрович посетил тирольский ледник Хинтерейсфернер, где выполнил теоретический расчет коэффициента внутреннего трения льда и сравнил его с результатами своих экспериментальных измерений, в целом подтвердив высказанные им в своих работах тезисы.

Как и в других отраслях науки, в гляциологии Вейнберг проявил себя не только как ученый, но и как изобретатель. В 1909 году он создал прибор для консервирования града, состоявший из одного внешнего и двух внутренних коаксиальных цилиндрических сосудов. Во внешний закладывался град, а во внутренние — специальные охлаждающие смеси. Благодаря этому прибор можно было использовать в любое время года. В 1912 году Вейнберг изобрел еще один, как сказали бы сейчас, девайс: электрический бур для сверления отверстий во льду. Его собирались использовать для исследования русла ледников. Впоследствии этот инструмент послужил основой для создания термобуров, которыми сейчас сверлят льды в Антарктиде.

КЕПС и Институт исследования Сибири

За годы жизни в Томске Вейнберг способствовал реализации права женщин на получение высшего образования. В 1910 году вместе с профессорами Сапожниковым, Зубашевым и Карташевым он инициирует открытие в Томске Сибирских высших женских курсов (СВЖК), затем он стал их директором. Туда принимались выпускницы семиклассных женских гимназий и епархиальных училищ. Обучение было платным — 120 рублей в год. На курсах преподавался широкий круг дисциплин: богословие, математика, физика, ботаника, химия, зоология и другие. СВЖК были закрыты в 1920 году, когда власти РСФСР разрешили женщинам поступать в университеты наравне с мужчинами.

Параллельно Вейнберг создал сибирскую школу физики твердого тела. В ее рамках он заложил основы новой науки — гелиотехники. Кроме того, в 1909 году он начал руководить созданной при лаборатории физики Томского технологического института метеорологической станцией. В 1911‒1915 годах он организовал цикл исследований ледяного покрова реки Томь — спустя тридцать лет полученные знания помогут проложить Дорогу жизни в блокадный Ленинград через Ладожское озеро. Совместно с будущим лауреатом Нобелевской премии по физике Николаем Семеновым он организует постоянно действующий научный семинар — как тогда говорили, «собеседования» по физике и смежным отраслям знания. В них могли принимать участие как студенты, так и преподаватели. Всего в течение двух лет работы было проведено 35 заседаний.

Надо сказать, что Вейнбергу удалось поднять изучение физики в Томске на очень высокий уровень. В 1927 году будущий лауреат Нобелевской премии по физике Николай Семенов, уже живя в Ленинграде, писал: «Можно смело сказать, что из всех провинциальных центров в СССР Томск стоит на первом месте по своему значению и своими работами в области физики…».

В 1915 году при Императорской академии наук создается Комиссия по изучению естественных производительных сил России (КЕПС) во главе с Владимиром Ивановичем Вернадским. Ее членом был приглашен стать и Вейнберг, который для обеспечения своей деятельности создал Институт исследования Сибири. Главной целью института было провозглашено комплексное изучение природы, экономики и общественной жизни Сибири для эффективного использования всех имеющихся ресурсов края. В рамках деятельности института организовались геодезические, магнитные и метеорологические измерения, а также ряд экспедиций, в том числе в Обскую и Тазовскую губу.

Когда началась Первая мировая война, Борису Петровичу была предложена работа в США — в качестве специалиста по приемке военных заказов от Главного артиллерийского управления. Там он пробыл два года. В августе 1917-го он возвращается в Россию и окунается в бурную политическую жизнь ставшего уже практически родным Томска. В октябре 1917-го его избирают гласным Томской городской думы, а в июне — ее председателем. На открывшемся в январе 1919 года Учредительном съезде Института исследования Сибири, где Вейнберг выступил с докладом «Краткий очерк магнитных исследований Сибири и ближайшие их задачи и возможности», его избирают заместителем директора. Но уже летом 1920-го Институт исследования Сибири был закрыт большевиками «ввиду отсутствия средств».

После победы в Гражданской войне советская власть обращает пристальное внимание на науку. В стране начинается создание разветвленной сети научно-исследовательских центров. В 1923 году при ТТИ создается Институт прикладной физики, в котором Борис Петрович занимает должность заместителя директора. На этом посту он занимается вопросами физики твердого тела.

Ленинградский период

В 1924 году Вейнберг перебирается из Томска в Ленинград. Там он становится директором Главной геофизической обсерватории, где продолжает свои занятия физикой, занимаясь обработкой и интерпретацией наблюдений, теорией вероятности, а также математической статистикой. В то же время он не прекращает занятия магнетизмом: в 1927 году им был изобретен прибор для измерения напряженности магнитного поля.

Тогда же Борис Петрович начинает активно заниматься совершенно новой для того времени темой — использованием солнечной энергии. Еще в 1914 году в своей лекции «Движение без трения» он заговорил о грядущем исчерпании широко используемых в то время угля и леса. «Лет через двести-триста запас каменного угля будет почти исчерпан — и каменноугольный период жизни человечества с каменноугольными копями, с покрытыми угольною пылью углекопами и кочегарами, с коптящими небо трубами паровозов, пароходов и фабрик, с закопченными машинистами канет в вечность и должен будет смениться лучисто-солнечным периодом в жизни человечества, периодом, когда человечество будет непосредственно утилизировать лучистую энергию солнца», — говорил он. По его мнению, это заставит людей задуматься о получении энергии из солнца и ветра. «На смену ныне дешевого топлива придет дешевая тепловая энергия, полученная от лучистой энергии солнца», — подчеркивал Борис Петрович.

С 1927 года он руководит работами по гелиотехнике в СССР, разрабатывая модели солнечных паровых котлов, опреснителей и других устройств. Совместно с сыном Всеволодом создает один из лучших на тот период проектов солнечного двигателя.

В 1930-е годы Советский Союз начинает широкомасштабное освоение Арктики. Как специалист по льдам, в этом принял активное участие и Вейнберг. Вместе с учениками он составляет магнитные карты и каталоги для полярных областей, проводит исследования.

Обустройство ладожской трассы

22 июня 1941 года началась Великая Отечественная война. По замыслу Гитлера, одним из направлений удара вермахта стал Ленинград. Немецкие войска наступали очень быстро, и уже в конце августа 1941 года ими была перерезана последняя из железных дорог, окружавших город, а 8 сентября, с падением Шлиссельбурга, были закрыты все сухопутные пути к нему. Началась блокада города.

Единственный путь, связывавший Ленинград с Большой землей, Ладожское озеро, был в неработоспособном состоянии: суда и баржи, находившиеся на Ладоге в тот момент, в большинстве своем были уничтожены немецкими авиацией и артиллерией.

Борис Вейнберг решил остаться в заблокированном Ленинграде. Ему предлагали уехать в Томск или Йошкар-Олу, но он отказался. В октябре 1941 года Ставка Верховного главнокомандования поставила перед ним задачу определить возможность движения тяжелой техники по льду Ладожского озера. «В ноябре Борис Петрович должен был дать заключение о возможности перевозок автомобильным транспортом по льду Ладожского озера. По данным многовековых наблюдений, надежный ледовый покров на Ладоге устанавливается только в январе. Конечно, он оказался в очень трудном положении — в это время тысячи людей умирали от голода. До января ждать было нельзя», — рассказала внучка профессора Вейнберга доктор физико-математических наук Галина Всеволодовна Островская. Основываясь на многолетних наблюдениях за состоянием ладожского льда, он предложил в качестве времени начала автомобильных перевозок ноябрь 1941 года и не ошибся — именно тогда ударили сильные морозы и начал формироваться прочный ледяной покров, по которому можно было пустить технику.

Чтобы лед быстрее замерзал, он предложил использовать технологию искусственного намораживания — пролив ледяной поверхности водой. «В книге Бориса Петровича “Лед” я нашла, что такое искусственное намораживание. Физический принцип, лежащий в основе этого метода, заключается в разнице температур льда на верхней и нижней его поверхностях. Снизу, где проходит граница льда и воды, температура близка к нулю, там очень медленно идет замерзание. Наверху температура равна температуре воздуха, которая может быть существенно ниже нуля. Так оно фактически и было в ноябре 1941 года. Поэтому при проливе льда водой замерзание будет проходить быстрее», — поясняет Галина Всеволодовна.

Он же придумал, каким образом это можно делать. «По версии моего отца (Всеволода Борисовича Вейнберга, сына Бориса Петровича. — “Стимул”), Борис Петрович предложил пробурить отверстия вдоль трассы. При движении лед под машиной проседал, и из отверстий на полотно дороги выливалась вода и там же застывала, — рассказала Галина Всеволодовна. — Эта идея мне очень понравилась — простая и гениальная. Однако была ли она реализована, мне неизвестно».

Кроме того, он мог предложить использовать буера — скоростные легкие лодки, оснащенные мачтой с парусами и способные скользить по льду на особых металлических коньках: с ними Вейнберг был хорошо знаком еще в Томске. Объединенные в единую сеть, буера могли обеспечить доставку грузов от западного до восточного берегов Шлиссельбургской губы за 20‒30 минут. Их ключевым преимуществом была способность двигаться по гораздо более тонкому льду, чем могут тяжелые грузовые машины.

Сам Вейнберг писал из блокадного Ленинграда родным о своих делах так: «Сделал наблюдение, что, пожалуй, никогда время не летело так быстро, как теперь: не успеешь оглянуться, как день-другой-третий прошли… Думаю, что эта скорость течения времени объясняется, по крайней мере лично у меня, интенсивностью работы: в условиях, в которых находится страна и, в частности, Ленинград, как-то особенно хочется работать, работать и еще работать… Я рад, что мое здоровье не дрейфит: недавно я даже ходил (машины не достали) на одно совещание по актуальному ледовому вопросу (предварительно дал большой письменный отзыв на представленную работу)».

Его вклад в дело строительства трассы был оценен по достоинству. В начале 1970-х годов известному томскому краеведу Игорю Трофимовичу Лозовскому удалось побеседовать с оставшимися в живых участниками строительства Дороги жизни метеорологом Яковом Иоселевым и физиком Наумом Рейновым, которые «с большой теплотой вспоминали Бориса Петровича Вейнберга, высоко оценили ту помощь, которую он оказал им советами и рекомендациями».

К сожалению, Борису Петровичу Вейнбергу не удалось дожить до Победы. Он умер от голода в своей квартире 18 апреля 1942 года. Точное место его захоронения неизвестно до сих пор.