В День науки принято говорить о формулах, открытиях и изобретениях, но за ними всегда стоят конкретные люди, вспомнить о которых мы предлагаем сегодня. Многие идеи, предложенные этими первооткрывателями, и сегодня остаются частью нашей жизни, хотя в свое время казались дерзкими и даже невозможными.
Как и их коллеги по всему миру, российские ученые и изобретатели XVIII–XX веков создавали технологии, которые меняли мир — транспорт, энергетику, медицину — да, в сущности, и само представление о будущем. Кто-то начинал как самоучка в провинциальной мастерской, кто-то работал в лабораториях и университетах, кто-то родился и вырос в российской глубинке, кто-то приехал в Россию из-за границы, чтобы здесь работать. Но всех их объединяло одно — упорство и способность видеть дальше существующих возможностей, опережая научный уровень своей эпохи на десятилетия. Сегодня, в День российской науки, мы расскажем о российских изобретателях и ученых, чьи разработки проложили дорогу современным технологиям в самых разных сферах — от отопления и электричества до ледоколов и космоса.
Иван Кулибин — «нижегородский Архимед»
Сегодня это имя знакомо практически всем и даже стало нарицательным для особо смекалистых изобретателей: «Ну, ты просто Кулибин». Иван Петрович Кулибин родился в 1735 году в селе Подновье рядом с Нижним Новгородом и с детства проявлял живой интерес к механике и конструированию. Первой его страстью стало часовое дело. Во время визита Екатерины II в Нижний Новгород мастер работал над часами в форме яйца с автоматическим механизмом. Наработки так впечатлили императрицу, что она велела привезти готовые часы в Петербург. В 1769 году Кулибин стал заведующим механической мастерской Академии наук.
По-настоящему прорывным для технологий того времени стал проект одноарочного деревянного моста через Неву, разработанный Кулибиным в 1772 году. Сама концепция арки была не нова, однако уникальность проекта была в беспрецедентном масштабе — подобные мосты длиной 300 метров были чем-то немыслимым для XVIII века. При этом Кулибин придерживался научного подхода. Он построил реальную модель в масштабе 1:10 и испытал ее под огромными нагрузками. Руководство академии наук также подтвердило точность расчетов, однако проект так и не был реализован из-за отсутствия подходящих технологий строительства. Первый 300-метровый одноарочный мост был построен только в начале XX века в Санкт-Петербурге.
А в 1791 году Иван Кулибин представил «самокатку» — трехколесный экипаж, объединивший в себе узлы, которые спустя век вошли в базовое оснащение автомобиля. «Самокатка» приводилась в движение нажатием на педали, которые через систему механизмов передавали энергию на коленвал, маховик и колеса. Революционным решением также была коробка передач — промежуточные шестерни разного диаметра позволяли облегчать усилие нажатия при подъеме в гору и достигать большей скорости на ровной дороге. Была у «самокатки» и тормозная система — один из рычагов прижимал колодки к ободьям колес, замедляя их ход.
В том же 1791 году Иван Кулибин создал один из первых в мире высокотехнологичных протезов. Его «механическая нога» имела конструкцию с шарнирами в области колена и голеностопа. Функцию мышц и сухожилий выполнял комплекс стальных пружин. Сжимаясь и разжимаясь в зависимости от веса, они облегчали процесс ходьбы. В коленном шарнире была предусмотрена система безопасности: когда нога полностью выпрямлялась, срабатывала защелка, предотвращающая внезапное сгибание. Офицер Сергей Непейцын, испытывавший протез Кулибина, мог ходить по лестнице и танцевать на балах. К слову, позже он принял участие в Отечественной войне 1812 года.
Семён Корсаков — пионер информационных технологий
Семен Николаевич Корсаков родился в 1787 году в Херсоне и принадлежал к старинному дворянскому роду. Его отец был военным инженером, получившим образование в Оксфорде.
Отслужив военную службу, Семен Корсаков устроился в Министерство внутренних дел, где почти всю последующую жизнь работал со статистикой. Обрабатывая колоссальные массивы данных, Корсаков понял, что человеческий мозг не справляется с такими объемами информации и ему нужен некий «усилитель».
Семена Корсакова можно назвать одним из пионеров программирования и создания компьютерных систем, причем не только в России, но и в мире. В 1832 году он представил свои «интеллектуальные машины» для автоматизированного поиска и сравнения данных. Они состояли из 2 ключевых элементов: баз данных и поисковых запросов.
- Базы данных представляли собой перфорированные деревянные таблицы, где в заголовках столбцов указывались объекты, а в строках — их признаки. Например, если столбец соответствовал болезни «грипп», то в ячейках строк с симптомами «высокая температура» и «кашель» пробивались отверстия, а в ячейке «тошнота» — нет.
- Функцию поисковых запросов выполняли считывающие устройства — планки с подвижными металлическими штифтами, которые накладывали на таблицу и вели вдоль столбцов. Когда она оказывалась над столбцом с полностью соответствующими признаками, например, все симптомы соответствовали болезни, штифты проваливались вниз, и планка плотно прилегала к табличке.
Кроме того, Корсаков создал устройство для нечеткого поиска, которое могло находить не только полные, но и частичные совпадения. В этом случае друг напротив друга размещались 2 таблички: с искомым и хранимым содержанием. Если штифты проходили через отверстие в одной карте, но встречали сопротивление в другом, значит, признак соответствовал только одному набору.
Когда Семён Корсаков презентовал свои изобретения в Академии наук, комиссия отреагировала на них крайне скептически, сочтя автоматизацию поиска бессмысленной «игрушкой». Один из ученых заявил: «Корсаков потратил слишком много разума, чтобы научить других обходиться без разума». Сегодня опыт Сергея Корсакова считается первой попыткой применения перфокарт в информатике (прим. ред.: в ткацком деле перфокарты применялись с 1804 года). В 1940-х годах перфокарты стали ключевым способом ввода программного кода в ЭВМ.
Франц Сан-Галли — человек, подаривший домам тепло
Франц Карлович Сан-Галли родился в Пруссии в городе Каммин (прим.ред. ныне называется Камень-Поморски и принадлежит Польше) в 1824 году. После смерти отца семнадцатилетний Франц пошел работать на оптовое предприятие, которое торговало товарами из России. Спустя два года, когда в одном из ее российских филиалов понадобился молодой энергичный помощник, Франц отправился в чужую страну. Поселившись в Санкт-Петербурге, он вскоре женился и получил российское подданство, а в 1851 году решил открыть свое дело. Заняв 1000 рублей на старт предприятия, он прошел путь от хозяина крошечной мастерской по изготовлению каминов и металлических кроватей на Лиговском проспекте до владельца чугунолитейного и механического заводов в Санкт-Петербурге, двух магазинов на Невском проспекте и торгового центра в Москве на Кузнецком мосту, который и сейчас носит его имя — Пассаж Сан-Галли.
В 1855 году Франц изобрел первый в мире радиатор отопления и тут же на своем предприятии начал производство чугунных батарей. К слову, расхожий термин «батарея», которым мы чаще всего пользуемся в разговорной речи для обозначения отопительного устройства, придумал также Сан-Галли.
За счет своей высокой теплоемкости при небольшой занимаемой площади, а также благодаря тому, что мало подвержены коррозии даже при низком качестве теплоносителя, в качестве которого используется горячая вода, чугунные радиаторы идеально подошли для систем центрального отопления в зданиях с большим количеством этажей. Еще одним их преимуществом была их высокая теплоинерционность, благодаря которой при включении/отключении отопления температура в помещении изменяется более плавно. Во многих старых домах до сих пор можно увидеть еще советские, а кое-где даже дореволюционные чугунные радиаторы, что говорит об их надежности и долговечности.
Михаил Бритнев — прародитель ледоколов
Будущий судостроитель и владелец литейного и механического заводов Михаил Осипович Бритнев родился в 1822 году. Судьба юноши, выросшего в купеческой семье в Кронштадте — городе-крепости, городе-порте и военно-морской базе — была предопределена: пытливый ум и изобретательность Михаила нашли применение в морском деле.
Одной из его первых оригинальных идей стало использование плавучих портовых кранов для разгрузки судов. Следуя примеру кронштадтского судовладельца, такое погрузо-разгрузочное оборудование стали применять и в других российских портах.
Но самой значимой работой Михаила Бритнева стало переустройство спасательного буксира «Пайлот» в первый паровой ледокол. Идея оборудовать подобное судно возникла у Бритнева в связи с необходимостью продлить в холодное время года навигацию по Финскому заливу из его родного Кронштадта в Ораниенбаум (ныне Ломоносов) и Санкт-Петербург. Эти транспортные нити в середине XIX столетия были крайне важны для всех трех городов, по ним производились пассажирские и почтовые перевозки. Суть технической доработки, придуманной Бритневым, заключалась в изменении угла наклона носовой части судна. Она была срезана под углом 20° к килю, что позволило «Пайлоту» при движении буквально заползать на тонкий молодой лед, который тут же ломался под тяжестью корабля. Первое испытание прошло в апреле 1864 года.
Изобретение кронштадтского судостроителя не только позволило продлить навигацию на Финском заливе на несколько недель, но и было выкуплено германскими судовладельцами в суровую зиму 1870—1871 годов, когда навигация на Эльбе буквально остановилась из-за замерзания Гамбургского порта. Эту же идею взяли на вооружение другие северные европейские страны, а также США и Канада. В 1897 году вице-адмирал Степан Макаров, вдохновившись успехом идеи Бритнева, инициировал работы по созданию ледокола для использования в зимний период в акватории Санкт-Петербурга и для навигации в водах Северного Ледовитого океана по Северному морскому пути. Так благодаря прогрессивным идеям кронштадтского изобретателя Михаила Бритнева в российских водах появился первый в мире арктический ледокол «Ермак».
Павел Яблочков — инженер, осветивший Европу
Павел Николаевич Яблочков родился в Саратовской губернии в 1847 году. Уже в десятилетнем возрасте Павел удивлял родителей страстью к конструированию и изобретению весьма полезных в хозяйстве устройств. Так, во всей округе крестьяне применяли землемер, придуманный сообразительным барчуком, и конструкцию для подсчета оборотов колеса телеги, позволяющего вычислять пройденный гужевым транспортом путь — неким подобием современного одометра. В 1858 году родители решили отправить смышленого отпрыска на учебу в гимназию в Саратове, где его взяли сразу во второй класс. А спустя пять лет в 1863 году Павел Яблочков поступил в Николаевское инженерное училище в Санкт-Петербурге. Заведение было военным, и по окончании Яблочков получил чин инженера-подпоручика. Затем была учеба в Электротехнической военной школе в Кронштадте. Но военное дело мало интересовало Павла, зато очень интересовала электротехника. После трех лет обязательной службы Яблочков уволился в запас и наконец занялся тем, что его больше всего привлекало с детства — изобретательством. Только теперь его работы были посвящены электрическому освещению. Сегодня наиболее известен Яблочков изобретением дуговой лампы — «свечи Яблочкова», которые в 1880-х гг. широко использовали в Европе для освещения улиц и театральных фойе. Однако помимо осветительных ламп Яблочковым было сделано еще много интересного и полезного. Например, такое важное устройство, как трансформатор переменного тока тоже изобрел Павел Яблочков. Толчком к этому послужило стремление Яблочкова усовершенствовать системы освещения. Он работал над способом «дробления электрической энергии». Схема, которую для этого придумал Яблочков с использованием индукционных катушек, смогла «обеспечить раздельное электропитание нескольких осветительных приборов с разной силой света от единого источника электричества». Так записано в патенте, полученном Павлом Яблочковым в Париже. Патент был выдан 30 ноября 1876 года, что считается днем появления первого трансформатора переменного тока. Изобретенная Яблочковым система «дробления электрической энергии» с применением трансформаторов легла в основу принципа работы современной электрической сети с главными элементами: первичный двигатель–генератор–линия передачи–трансформатор–приемник.
Дмитрий Ивановский — ученый, открывший мир вирусов
Дмитрий Иосифович Ивановский родился в 1864 году в Петербургской губернии. Учился в Санкт-Петербурге. Окончив физико-математический факультет университета, остался работать на кафедре ботаники. Еще во время учебы в университете Ивановский ездил в экспедиции в Крым и другие южные регионы страны для изучения заболеваний, уничтожающих урожай табака. Поэтому впоследствии главными научными интересами Дмитрия Ивановского стали микробиология и патофизиология растений. По окончании университета молодого ученого по-прежнему увлекало изучение болезней табака. Точнее, даже одной из них, а именно мозаичной болезни. Посвятив себя исследованию этой, казалось бы, очень узкой проблемы, Ивановский сделал открытие, значение которого для развития биологии, медицины, ветеринарии и фитопатологии трудно переоценить — он открыл вирусы. Изучая мозаичную болезнь табака в течение пяти лет, ученый понял, что природа патогена, вызывающего это заболевание, не является бактериальной, как он предполагал изначально. Распространенный в то время метод фильтрования через специальный фильтр, имеющий поры меньше размера бактерий, не срабатывал — через тщательно отфильтрованный сок зараженного образца инфекция также легко передавалась другим растениям. Следовательно, бактерии не могли быть причиной заболевания. Существование патогенов, отличных от уже известных бактерий и микроскопических грибков, предполагал еще Луи Пастер. Когда он не смог найти агент, вызывающий бешенство и допустил, что им является нечто меньшее по размеру, чем бактерии — то, что невозможно увидеть в образцах под микроскопом. А Ивановский в оптический микроскоп разглядел и сделал зарисовки необычных кристаллоподобных тел в зараженных клетках табака. Это были скопления вирусов, которые в советское время получили название «кристаллы Ивановского».
В 1892 году ученый опубликовал в журнале «Сельское хозяйство и лесоводство» результаты своих пятилетних исследований — статью «О двух болезнях табака». Этот год считается датой открытия вирусов, статья — началом вирусологии, а Дмитрий Ивановский — основоположником этого раздела микробиологии.
Открытие вирусов позволило впоследствии понять причины возникновения и распространения таких чрезвычайно опасных для человека и животных заболеваний, как бешенство, оспа, энцефалит.
Александр Лоран — химик, потушивший пожары
В 1849 году в Кишиневе родился будущий изобретатель пены для огнетушителя Александр Георгиевич Лоран. Его дед Жан Лоран в начале XIX века перебрался из Лозанны в Одессу, где стал преподавать в Ришельевском лицее. Александр получил образование сначала в этом же лицее, а затем уехал в Париж, чтобы изучать химию, которой интересовался с детства. Вернувшись из Европы, Лоран поступил на службу в одну из школ Баку. Поблизости находилось множество нефтяных месторождений и вовсю развивалась добывающая промышленность. Молодой химик неоднократно наблюдал, как на буровых возникали пожары, тушение которых было крайне трудной задачей. Следя за сложнейшей, опасной и малорезультативной работой пожарных, Александр стал задумываться над составом жидкого вещества, которое могло бы успешно справляться с пламенем над горящей нефтью. Нужно было придумать раствор, который был бы легче воды и мог растекаться сверху по горящей жидкости, чтобы перекрыть доступ кислорода — окислителя, обязательного для процесса горения. Лоран решил, что получить такой раствор можно, смешивая порошки бикарбоната натрия (NaHCO3) и сульфата алюминия (Al2(SO4)3) с водой в генераторе пены. В результате получался раствор мелких пузырьков — химическая пена, на 80% состоящая из углекислого газа (CO2), на 19,7% из воды и на 0,3% из пенообразующего вещества. Пену изобретатель назвал «Лорантина» и провел с ней серию удачных испытаний на горящих нефтяных резервуарах в 1902-1903 годах. Спустя три года Лоран запатентовал свое детище и стал выпускать в Санкт-Петербурге огнетушители с применением химической пены под брендом «Эврика». Химическая пена Лорана и сейчас используется в огнетушителях, претерпев незначительные изменения в виде стабилизирующих добавок для продления сроков эксплуатации и снижения коррозии корпуса устройства.
Константин Циолковский — самоучка, прочертивший космические маршруты
Константин Эдуардович Циолковский считается отцом-основателем всей современной космонавтики. Он родился в 1857 году в селе Ижевское близ Рязани. В 9-летнем возрасте Константин переболел скарлатиной, из-за чего практически полностью потерял слух. Школьное обучение превратилось в колоссальную проблему, но с 16 лет Циолковский стал ежедневно посещать библиотеку и самостоятельно освоил программу высшей школы, сделав акцент на математике и физике. Именно тогда его начали посещать первые идеи об освоении космического пространства.
Начиная с 1880-х годов Константин Циолковский полностью посвятил себя научным исследованиям и экспериментам, уделяя особенное внимание свойствам газов. Параллельно он изучал сотни произведений научной фантастики и философских работ, посвященных космическим путешествиям. В 1897 году была выведена знаменитая формула Циолковского, определяющая взаимосвязь между начальной и конечной массой ракеты (прим. ред.: с топливом и без него), скоростью истечения топливных газов и изменением скорости ракеты. В наши дни формула Циолковского остается базовым инструментом как при выведении спутников на орбиту Земли, так и при запуске аппаратов на окраины Солнечной системы.
В 1903 году Константин Циолковский опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в которой представил научному сообществу не только свою формулу, но и проект космического корабля. Он называл его «ракетным поездом» ( прим. ред: впоследствии за подобными конструкциями закрепился термин «многоступенчатая ракета»). Согласно концепции, отработавшие топливо части ракеты должны отбрасываться при полете, чтобы облегчить конструкцию для достижения космических скоростей.
Константин Циолковский вывел космонавтику из области фантазий в область точных математических расчетов в те времена, когда братья Райт еще только делали свои пробные полеты. Помимо теоретического обоснования космического полета, Циолковский заложил научные основы для технологий, ставших реальностью спустя десятилетия. Среди них можно отметить использование жидкого топлива, шлюзовые камеры для выхода в открытый космос и системы жизнеобеспечения орбитальных станций. Мировое признание пришло к Циолковскому на закате жизни — в 1930-х годах его труды легли в основу первых осторожных проектов, впоследствии развившихся до государственных космических программ.
Ипполит Романов — отец электробуса
Ипполит Владимирович Романов родился в 1864 году в Тифлисе (прим. ред: ныне столица Грузии г. Тбилиси). Ранние годы его жизни пришлись на то время, когда электричество воспринималось обществом скорее как некая магическая сила, а не привычная форма энергии. Получив хорошее техническое образование в Санкт-Петербурге, Романов посвятил себя исследованиям в области электротехники, уделяя особое внимание ее практической части. Одной из его целей было создание достаточно легких аккумуляторов для эффективной работы с электромоторами.
В 1899 году именно Ипполит Романов создал экологичный и бесшумный транспорт — первый российский электромобиль. Электрический кэб, который за внешний вид и звуковой сигнал в народе ласково прозвали «кукушкой», был полностью функционирующей машиной. Примерно половину от массы в 750 кг составлял облегченный аккумулятор, в то время как масса самых легких зарубежных аналогов превышала тонну. «Кукушка» Романова развивала скорость 37 км/ч и могла проехать 60 км на одном заряде, превосходя по этим показателям большинство автомобилей с бензиновыми двигателями.
В 1901 году Ипполит Романов разработал проект электрического омнибуса (прим. ред.: многоместный большой экипаж на конной тяге, на котором за небольшую плату перевозили пассажиров) — далекого предшественника современных электробусов. Транспортное средство было рассчитано на 15 сидячих и 2 стоячих пассажирских места. Аккумуляторные блоки располагались под сиденьями, что улучшало управляемость машины. Инновационными решениями стали также подвеска с многоступенчатой амортизацией и пневматические шины, которые отвечали за плавность хода на брусчатке и грунте.Несмотря на успешные испытания, проекты электрического кэба и омнибуса были закрыты на ранних стадиях. Петербургская дума потребовала от Романова внести залог в 500 000 рублей для подготовки инфраструктуры (прим. ред.: около 1 млрд рублей в пересчете на современные деньги). Таких средств у изобретателя не было, а найти инвесторов, которые захотели бы вложиться в электрические диковинки, оказалось непосильной задачей. Серийно электромобили и электробусы ограниченно производили с 1950-х годов, однако обыденностью они стали только в XXI веке.
Олег Лосев — советский изобретатель на пути к полупроводникам, транзисторам и светодиодам
Олег Владимирович Лосев родился в 1903 году в Твери, в семье отставного штабс-капитана. В возрасте 14 лет, будучи учеником средней школы, он посетил публичную лекцию, посвященную передовым достижениям в радиотехнике. Эта область буквально очаровала юного Олега и стала основой его будущего научного пути. Из-за своего дворянского происхождения Лосев не смог поступить в советский вуз и устроился на работу в Нижегородскую радиолабораторию, где сначала получил должность посыльного, а затем стал младшим научным сотрудником. Работая в «спартанских» условиях, без доступа к современному оборудованию и материалам Лосев сделал свои великие открытия, изменившие мир.
В 1922 году Олег Лосев проводил исследования кристаллических детекторов и обнаружил, что при подаче определенного напряжения они могут не только принимать, но и усиливать, и даже генерировать радиосигналы. Так молодой инженер изобрел кристадин — первый в мире полупроводниковый радиоприемник, заложивший фундаментальную основу для становления теории полупроводников. Благодаря открытию Лосева впоследствии появились транзисторы, без которых не смогла бы работать вся современная электроника и любые системы беспроводной связи.
Продолжая эксперименты с твердыми телами, в 1924 году Олег Лосев увидел в микроскоп, что в месте контакта металлической иглы с кристаллом карбида кремния возникает крошечная зеленоватая искра. Измерив температуру, он понял, что наблюдает не свечение от нагрева, а квантовый эффект — прямое превращение электричества в видимый свет, впоследствии названное электролюминесценцией. В 1927 году он представил световое реле — ранний прототип светодиодов, спустя десятилетия изменивших сферы электрического освещения и производства всевозможных дисплеев.
Вскоре после изобретения своего реле Олег Лосев открыл емкостный фотоэффект, прямо противоположный электролюминесценции, — преобразование света в электричество в полупроводниках (прим. ред.: ранее фотоэффект наблюдали исключительно в металлах). Он выявил, что ток возникает мгновенно, в пределах 0,1 микросекунды, и лучше всего эффект проявляется под воздействием ультрафиолетового излучения. Опыты Лосева поспособствовали развитию фотоэлектрических преобразователей из полупроводников, благодаря которым работают панели современных солнечных батарей.
Авторы текста Наталья Сидорова, Иван Стефанов
Изображение на обложке: Ai-generated
