Среда 14 Февраля 2020

Инженеры русского света

Российские ученые внесли выдающийся вклад в становление мировой электротехники, а русское высшее инженерное и электротехническое образование благодаря своей фундаментальности не имело аналогов в мире
Инженеры русского света
Парижская улица, освещенная электрическими свечами Яблочкова (1876 год)
Фотография: gettyimages.com

Говорят, император Николай I любил говорить: «Мы — инженеры». Это было свидетельством авторитета русских инженеров того времени, который они заслужили на строительстве таких сложных технических проектов, как многочисленные дороги, в том числе железные, мосты, порты.

Отечественная инженерная техника и политехническое образование были немногим моложе заграничных. Парижская политехническая школа была основана в 1798 году, Политехническая школа в Берлине — в 1799-м, а Институт инженеров путей сообщения в Санкт-Петербурге — в 1809 году.

К концу XIX века Россия располагала многотысячным корпусом инженеров мирового уровня, аккумулировавших огромный практический, научный и образовательный опыт предыдущих поколений. Авторитет отечественной системы подготовки инженеров в этот период был столь высок, что президент Бостонского (ныне Массачусетского) университета распространил систему подготовки инженеров Императорского высшего технического училища (ныне Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана) вначале на возглавляемый им университет, а затем и на другие высшие учебные заведения Америки.


Высшее электротехническое образование: от практики к фундаментальной теории

Электротехническое образование в России соответствовало мировому уровню науки и техники, развивалось, отвечая потребностям государства и общества, и следовало традициям российской инженерной школы, опираясь на многочисленные достижения науки и быстро развивавшейся электротехнической промышленности.

Первое учебное заведение электротехнического профиля было создано в России в 1874 году, когда Морское ведомство учредило в Кронштадте Минный офицерский класс для подготовки флотских специалистов по электроминному делу и новому тогда торпедному оружию. Это было первое учебное заведение в Российской империи, где электротехника стала предметом изучения и практического применения. Офицеры, поступившие в класс, делились на обязательных слушателей (20 человек) и вольнослушателей (в 1874/75 учебном году их было 70 человек).

На заре века электричества специалисты класса выполнили все наиболее значительные электротехнические работы в России: установку электрического освещения в Кронштадте (1878–1880 годы), освещение Зимнего (1878 год) и Гатчинского (1881-й) дворцов, электрическую иллюминацию московского Кремля (1883 год).

Положение об учреждении и штате первого в Российской империи специализированного Электротехнического института было высочайше утверждено 11 июля 1891 года (первый в США электротехнический факультет при Колумбийском университете в Нью-Йорке открылся не намного раньше, в 1889 году).

magnifier.png Барон Шиллинг фон Канштадт первым достиг практического осуществления идеи о применении электричества для телеграфирования по проводам.

Санкт-Петербургский электротехнический институт был образован на базе трехгодичного Технического училища, которое готовило специалистов для занятия технических и административных должностей в 35 округах Почтово-телеграфного ведомства.

В августе 1891 года состоялся первый прием учащихся в Электротехнический институт четырехкурсного состава.

В статье, посвященной десятилетию образования института, профессор Михаил Андреевич Шателен писал: «Цель наша состоит в том, чтобы каждый студент обладал такими практическими и теоретическими познаниями по электротехнике, чтобы после нескольких месяцев практики из него мог выработаться хороший электротехник».

Для достижения этой цели в институте читался, во-первых, курс теоретической электротехники, в котором излагались разделы учения об электрических и магнитных явлениях, необходимые для сознательного применения электричества на практике. И во-вторых, курс практической электротехники, в котором описывались варианты применения электричества для освещения, передаче работы, в тяге вагонов и так далее. А также теория и устройство всяких электротехнических машин и аппаратов — динамо-машин, альтернаторов, трансформаторов, двигателей.

Прием студентов в российские технические вузы проводился по результатам состязательных (вступительных) экзаменов по математике, физике и русскому языку в объеме гимназического курса. Повышенные требования по математике и естественным наукам и большой конкурс на вступительных экзаменах позволяли преподавать фундаментальные науки — математику, механику, физику и химию — на высоком профессиональном уровне. Это же касалось общеинженерных дисциплин — сопротивления материалов, гидравлики, термодинамики и кинематики. Наряду с этим преподавалось черчение, которое в то время называли «языком инженера», его научные основы, излагаемые в начертательной геометрии, и рисование.

Русский физик немецкого происхождения Эмиль Хрис­ти­а­но­вич Ленц
Русский физик немецкого происхождения Эмиль Хрис­ти­а­но­вич Ленц
Фотография: gettyimages.com

Студенты, прошедшие полный курс обучения, подвергались испытаниям по программам и правилам того министерства, в ведении которого они находились: например, Электротехнический институт входил в ведение Министерства внутренних дел, поэтому состав его выпускной экзаменационной комиссии лично утверждался министром внутренних дел. Успешно выдержавшие экзаменационные испытания удостаивались советами институтов звания инженера 1-го или 2-го разряда, в зависимости от полученных баллов, и имели право «носить особый знак Высочайше утвержденного образца».

В 1904–1905 годах профессора Владимир Федорович Миткевич (Санкт-Петербург) и Карл Адольфович Круг (Москва) заложили и ввели в практику не имеющую мировых аналогов дисциплину «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ), придавшую отечественному электротехническому образованию значительно большую фундаментальность, нежели европейскому либо американскому.

Впоследствии дисциплину ТОЭ (сейчас она называется «теоретическая электротехника») стали преподавать во множестве других стран, а отечественная литература по этому направлению всегда считалась классической.

Многие профессора и преподаватели высших технических учебных заведений совмещали научную и преподавательскую деятельность с практической производственной в качестве руководителей и соисполнителей технических проектов, консультантов и советников. Связь с производством не только способствовала повышению материального достатка, но и давала возможность творческой самореализации.


От вольтовой дуги до телевидения

Электротехническое образование в России было столь успешным, потому что опиралось на существенные достижения отечественной электротехнической науки.

magnifier.png Академик Эмилий Христианович Ленц впервые сформулировал чрезвычайно важное положение, в котором устанавливалась общность и обратимость магнитоэлектрических и электромагнитных явлений

Основоположником русской электротехнической школы дореволюционной научной общественностью был признан профессор физики Санкт-Петербургской медицинской хирургической академии Василий Владимирович Петров (1761–1834), который в 1802 году, независимо от английских ученых Уильяма Николсона и Энтони Карлейля, открыл электролиз. Он же впервые наблюдал вольтову дугу и высказал предположение о ее возможном использовании для освещения. Английский ученый Хэмфри Дэви провел эксперименты с вольтовой дугой и опубликовал их результаты в Philosophical Magazine на десять лет позже, в 1812 году, хотя слава первооткрывателя явления досталась именно ему.

Барон Шиллинг фон Канштадт первым достиг практического осуществления идеи о применении электричества для телеграфирования по проводам. Публичная демонстрация практически пригодного прибора для передачи сообщений с помощью электрических сигналов состоялась 21 октября 1832 года в его квартире на Царицыном лугу в Петербурге. Через несколько лет подобные аппараты были сконструированы Вильгельмом Вебером и Карлом Фридрихом Гауссом в Германии, Чарльзом Уитстоном и Уильямом Куком в Англии, а в 1840-е годы появился телеграф Морзе, который получил повсеместное распространение.

Фотография: gettyimages.com // Военный концерт, освещаемый электрическим светом с Зимнего дворца (1873 год)
Военный концерт, освещаемый электрическим светом с Зимнего дворца (1873 год)
Фотография: gettyimages.com

В 1833 году русский академик Эмилий Христианович Ленц впервые сформулировал чрезвычайно важное положение, в котором устанавливалась общность и обратимость магнитоэлектрических и электромагнитных явлений: открытого Гансом Христианом Эрстедом в 1819 году механического воздействия электрического тока на магнитную стрелку и электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831-м.

В сформулированном Ленцем положении была заложена основа принципа обратимости электрических машин. Он первым установил правило определения направления индуцированного тока, выражающего фундаментальный принцип электродинамики — принцип электромагнитной инерции.

Член Петербургской академии наук Борис Семенович Якоби в 1840 году написал работу «Гальванопластика или способ по данным образцам производить медные изделия из медных растворов с помощью гальванизма».

Немецкий и русский физик-изобретатель Борис Семёнович Якоби
Немецкий и русский физик-изобретатель Борис Семёнович Якоби
Фотография: gettyimages.com

Гальванопластика нашла чрезвычайно важные сферы применения в промышленности и в воспроизведении предметов изящных искусств. Русское правительство выдало за это изобретение Якоби премию в размере 25 000 рублей, а Академия наук присудила ему Демидовскую премию в 5000 рублей. Эти огромные по тому времени деньги Якоби по большей части потратил на приобретение оборудования для физического кабинета Академии наук. Он не только внес вклад в установление единиц измерения силы тока и сопротивления, но и был одним из зачинателей метрологии как научного направления.

В 1850 году Якоби создал первый в мире синхронный телеграфный аппарат, печатающий буквы на бумажной ленте. Этот аппарат, использовавшийся на линии С.-Петербург — Царское Село, был строго засекречен, а в 1855 году англичанин Давид Юз получил патент на аналогичное устройство, повторяющее все принципы аппарата Якоби.

Якоби сконструировал один из первых в мире электродвигателей постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. В 1838 году этот двигатель (0,5 кВт), питавшийся от аккумуляторной батареи, был испытан на Неве для приведения в движение лодки (восьмивесельный бот) с пассажирами.

magnifier.png Впервые «свеча Яблочкова» была использована в 1877 году для освещения парижского универсального магазина «Лувр». В 1879 году «свечами Яблочкова» были освещены набережная Темзы, доки и другие общественные места Лондона

В 1840 году Якоби организовал при Главном военном инженерном училище электротехническую школу по подготовке военных специалистов-гальванеров в области использования подводных мин. Во время Крымской войны (1853–856) под его руководством Кронштадт был огражден подводными минами с изолированными медными проводами, их пороховые заряды воспламенялись с помощью индукционных катушек. Один из кораблей англо-французской эскадры на такой мине подорвался, и остальные в полной растерянности покинули Финский залив.

В 1856 году гальваническая команда была преобразована в Техническое Гальваническое заведение, состоявшее при корпусе военных инженеров. Считается, что это чуть ли не первый в континентальной Европе научный, конструкторский и учебный центр, ведающий применением электричества в военных целях.

Большое значение для развития электрического освещения имело изобретение в 1876 году Павлом Николаевичем Яблочковым электродуговой лампы без регулятора («электрической свечи»). Она была устроена очень просто, отличалась удобством и надежностью в эксплуатации. Впервые «свеча Яблочкова» была использована в 1877 году для освещения парижского универсального магазина «Лувр». После этого электроосвещение стало применяться в других магазинах, театрах, на главных улицах и площадях Парижа. В 1879 году «свечами Яблочкова» были освещены набережная Темзы, доки и другие общественные места Лондона.

<
>

Еще одна крупнейшая заслуга Яблочкова состояла в изобретении в 1878 году первой работающей модели трансформатора электрического тока. Чтобы оценить значение этого изобретения, достаточно сказать, что без трансформаторов было бы невозможно передавать электроэнергию на большие расстояния и там, вдали, снова превращать ее в свет, в тепло или в механическую работу.

Изобретения Яблочкова заложили основу для развития электроосвещения и вывели электротехнику на новый уровень. Известный американский инженер и предприниматель Джордж Вестингауз считал, что «успехи электрического освещения Яблочкова в 1878 году в Париже послужили исходной точкой превращения электротехники в новую отрасль промышленности».

А первая лампочка с угольным стержнем в стеклянной колбе была изобретена Александром Николаевичем Лодыгиным в 1873 году. В 1873–1874-м изобретатель неоднократно демонстрировал свои лампы сначала в Технологическом институте, а затем устроил временное освещение в Петербурге на Васильевском острове и в Галерной гавани. В 1874 году за создание электрической лампы накаливания Российская академия наук присудила Лодыгину Ломоносовскую премию.

Список изобретений Лодыгина очень велик. В него входят электрические индукционные печи и печи сопротивления, сварочные аппараты, аккумуляторы, электрические приборы, извлечение из руд алюминия и других металлов, электровертолет, скафандр и многое, многое другое.

В 1880 году инженер Федор Аполлонович Пироцкий впервые осуществил движение по рельсам настоящего двухъярусного электрического моторного вагона. Результаты своей работы он представил в 1881 году на Международной электрической выставке в Париже, где экспонировал схему электрической железной дороги. В 1884 году в Брайтоне (Англия) по схеме Пироцкого была построена электрическая железная дорога с питанием от одного из рельсов протяженностью семь верст.

Физик, изобретатель телевидения, автор первых опытов по телевидению Борис Львович Розинг
Физик, изобретатель телевидения, автор первых опытов по телевидению Борис Львович Розинг   
Фотография: visualrian.ru

Первой в истории линией высоковольтной электропередачи переменного тока стала линия Лауфен — Франкфурт, построенная в 1891 году по проекту русского инженера и политэмигранта Михаила Осиповича Доливо-Добровольского. Он же сконструировал вполне удовлетворяющий требованиям практики тип двигателя переменного тока с вращающимся полем, и с тех пор трехфазный переменный ток получает широкое распространение для моторной тяги на фабриках и заводах по всему миру. Можно без преувеличения сказать, что с появлением асинхронного двигателя многофазного тока задача электрического распределения силы в большом масштабе была решена окончательно.

Доливо-Добровольский одним из первых пришел к выводу, что при передаче энергии на несколько сотен километров при напряжении свыше 200 кВ целесообразно осуществлять генерирование и распределение энергии переменным током, а передачу — постоянным током высокого напряжения. Линия постоянного тока в начале и в конце должна подсоединяться к преобразовательным подстанциям, на которых устанавливаются ртутные выпрямители.

Спору о том, кто изобрел радио, Александр Попов или Гульельмо Маркони, уже больше ста лет, как и о том, пришли ли они к одной мысли независимо друг от друга. В 1897 году Маркони получил британский патент «Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в передающем аппарате». В том же году он учредил (при поддержке британского почтового ведомства) Беспроводную телеграфную компанию, которая добилась выдающихся успехов в производстве и продаже радиотелеграфного оборудования по всему миру.

magnifier.png Розинг собрал приемное телевизионное устройство, которому не требовалась механическая развертка изображения: ее заменило растровое движение катодного луча

В общих чертах, как считают многие специалисты, приемник Маркони воспроизводил «телефонный приемник депеш» Попова, а передатчик — «вибратор Герца», усовершенствованный французом Эдуардом Брэнли («датчик радиоволн», или «когерер»). В 1899 году Попов добавляет в схему приемника «головные телефоны» (в просторечье — «наушники»). В свою очередь Маркони в 1900 году патентует «синтонную настройку» возможность передачи и приема радиосигнала одной радиостанцией, но в разных частотных диапазонах.

Встречались ли когда-нибудь Попов и Маркони лично и как они друг к другу относились, доподлинно неизвестно, хотя на эту тему в историографии истории электроники существует несколько более или менее правдоподобных версий. В 1909 году Маркони (совместно с Карлом Брауном) получил Нобелевскую премию по физике «в знак признания заслуг в развитии беспроволочной телеграфии». Такую же премию мог получить и Попов, но тремя годами раньше он скончался от кровоизлияния в мозг в возрасте 46 лет.

В 1907 году профессор Санкт-Петербургского университета Борис Львович Розинг усовершенствовал изобретенную десятью годами ранее катодную трубку Брауна, сделав из нее прибор, способный воспроизводить движущееся изображение. На основе новой трубки Розинг собрал приемное телевизионное устройство, которому не требовалась механическая развертка изображения: ее заменило растровое движение катодного луча.

Модель приемной электронной телевизионной трубки, созданной Борисом Розингом
Модель приемной электронной телевизионной трубки, созданной Борисом Розингом
Фотография: visualrian.ru

Новый «способ электрической передачи изображений» был запатентован российским ученым в 1908–1910 годах в России, Англии и Германии. Свои результаты в разработке электронной системы телевидения Розинг продемонстрировал в 1911 году известным петербургским физикам Миткевичу, Лебединскому и Покровскому. В постановке опытов Розингу помогал студент Санкт-Петербургского технологического института Владимир Козьмич Зворыкин, будущий «отец американского телевидения», автор фундаментальных изобретений в области электроники.

Успехи, достигнутые российской электротехнической школой и системой инженерного образования, были восприняты советской наукой и высшей школой. Уже первый советский план электрификации, известный как план ГОЭЛРО, был подготовлен специалистами дореволюционной закалки. Как с удовлетворением отметил бывший профессор Института инженеров путей сообщения (и других технических вузов), а затем эмигрант Степан Прокофьевич Тимошенко, приехавший в СССР в конце 1950-х, «мое впечатление состоит в том, что, в принципе, Россия почти полностью вернулась к образовательной системе, которая существовала перед коммунистической революцией. Традиции старой школы оказались очень сильными, и с помощью остатков старых преподавательских кадров было возможно привести в порядок инженерное образование, разрушенное во время революции».

 

Статья подготовлена на основе рукописи книги «Предпосылки и основные этапы развития единой электроэнергетической системы (ЕЭС) СССР», которую предоставил нашему журналу известный историк российской промышленности Николай Симонов, разрешив использовать ее для публикаций

 

*Доктор исторических наук.

**Подготовка журнального варианта.

Темы: Среда

Еще по теме:
07.07.2020
США убедили крупнейшую тайваньскую компанию по производству процессоров перенести производство в Америку, а Конгресс гот...
06.07.2020
К концу июня в акселератор было подано 463 заявки на участие, 145 человек в настоящее время проходят программу обучения....
06.07.2020
Конкуренция или сотрудничество: какую модель технологического развития выбрать России? Мы продолжаем дискуссию, начатую ...
03.07.2020
Нефтегазовую отрасль ждет непростой период восстановления. В среднем по отрасли годовые инвестиции могут уменьшиться на ...
Наверх