Глава 12. Русский свет
К гордости русского народа должен быть на скрижалях истории культуры отмечен тот факт, что инициатива применения электрического освещения, как вольтовой дугой, так и калильными лампами, принадлежит русским изобретателям Яблочкову и Лодыгину; поэтому малейшие подробности всей эпопеи зарождения электрического освещения должны быть дороги, интересны и отрадны каждому русскому сердцу, и наш долг перед теми, кто положил начало столь распространенному теперь электрическому освещению, показать их работы и выяснить их право на это великое открытие.
Почтово-телеграфный журнал № 2, 1900 г.
Возвращаясь к творческому наследию академика Ленца, нужно признать, что главным достижением русского ученого было открытие закона превращения энергии электрической в тепловую. Именно энергетический метод в исследовании электрических явлений и интересует нас в наследии академика Ленца. Ведь именно таким образом получили первые объяснения удивительные свойства дуги Петрова, уверенно расплавлявшей и резавшей металл. А еще профессор Ленц был автором целого ряда замечательных учебников по физике, по которым учились все выдающиеся ученые второй половины XIX века: Д. И. Менделеев, А. Г. Столетов, П. Н. Лебедев, А. С. Попов и, конечно же, выдающиеся изобретатели – электротехники А. Н. Лодыгин и П. Н. Яблочков.
Историки науки уже очень давно спорят о том, кто же самый первый изобрел столь привычную нам электрическую лампочку накаливания. Однако, так или иначе, история этого удивительного по простоте и распространенности электрического прибора тесно связана с именами ровесников, коллег, партнеров и конкурентов, знаменитых русских изобретателей Александра Николаевича Лодыгина (1847–1923) и Павла Николаевича Яблочкова (1847–1894). Ведь именно Лодыгин первым предложил использовать обязательный элемент всех современных ламп накаливания, вольфрамовую нить, и закручивать ее в виде спирали. Не менее важно, что Лодыгин первым стал создавать вокруг раскаленной нити разреженное пространство, откачивая из ламп воздух, чем и увеличил срок их службы во много раз. Еще более прогрессивным было изобретение Лодыгина, направленное на увеличение срока службы ламп – наполнение их инертным газом.
Лодыгин несколько лет работал в Париже, а в 1888 году приехал в Америку, где устроился на ламповый завод Вестингауза, о котором шла речь раньше. В 1890 году он получил патенты на лампы накаливания с молибденовой и вольфрамовой проволокой, которые приобрела компания General Electric. В этот период интерес Лодыгина оказался направлен на применение электричества в металлургии, он занимался вопросами промышленной электротермии.
В 1900 году уже известный ученый, предприниматель и изобретатель Лодыгин принял участие во Всемирной Парижской выставке, представив свои мощные лампы накаливания с нитями накала из тугоплавких металлов. Именно в этот период он рассказал о своих планах по развитию второго важного направления своей изобретательской деятельности, связанной с разработкой электрических печей сопротивления и мощных индукторов для плавки металлов, мелинита, стекла, закалки и отжига стальных изделий, получения фосфора, кремния. Несколько позже ему даже удалось построить завод по электрохимическому получению вольфрама, хрома и титана.
В 1907 году семья Лодыгиных после серии удачных и не очень инновационных проектов переехала в Россию. Александр Николаевич привез целую серию изобретений в чертежах и набросках. Среди схем разнообразнейших осветительных ламп здесь нашлись и новые способы приготовления сплавов, варианты электропечей, электродвигателей, а также электроаппараты для сварки и разрезания металлов. Так удивительная электроразрядная дуга Петрова, о которой мы рассказывали в прошлой главе, впервые получила «рабочую специальность» и начала практически применяться в самых разных областях промышленного производства.
В дальнейшем Лодыгин снова расширил зону научного поиска. Он преподавал в Электротехническом институте, работал в строительном управлении Петербургской железной дороги и участвовал в разработке проектов электрификации ряда губерний. После начала Первой мировой войны Лодыгин даже начал заниматься разработкой боевого летательного аппарата вертикального взлета.
Не найдя признания и понимания своих проектов на родине, Лодыгин вернулся в Америку, где его интересы все более сосредоточивались на применении электричества в металлургии и на различных вопросах промышленной электротермии.
А. Н. Лодыгин (1847–1923).
В этот период под его руководством было построено и пущено в ход несколько заводов для производства феррохрома, ферровольфрама, ферросилиция и др. Последние годы в Америке Лодыгин занимался исключительно конструированием электрических печей. Он построил крупнейшие электропечные установки для плавки металлов, мелинита, руд, для добычи фосфора и кремния. Им были построены печи для закалки и отжига металлов, для нагрева бандажей и других процессов. Большое число усовершенствований и технических нововведений было им запатентовано в Америке и в других странах. Промышленная электротермия многим обязана Лодыгину как пионеру этой новой отрасли техники.
Рассказывая о творческой активности выдающихся русских электроинженеров и техников конца позапрошлого и начала прошлого столетий, невозможно обойти и такой непростой вопрос, как война приоритетов. Здесь, нам кажется, надо сделать несколько существенных замечаний. Разумеется, общие принципы построения электрических ламп накаливания были известны и до Лодыгина. Но именно он пробудил громадный интерес к построению источников света, действующих на принципе накаливания проводника током, у последующей плеяды выдающихся ученых. Построив серию усовершенствованных ламп, Лодыгин впервые превратил их из опытного физического прибора в практическое средство освещения, вынес ее из физического кабинета и лаборатории и показал широкие возможности применения для освещения. Он доказал преимущества применения металлической, в частности вольфрамовой, проволоки для изготовления тела накала и таким образом положил начало производству современных, гораздо более экономичных ламп накаливания, чем угольные лампы раннего периода.
П. Н. Яблочков (1847–1894).
Здесь нужно сделать еще одно отступление и напомнить, что Лодыгин подготовил почву для последующих успехов Яблочкова и, несомненно, оказал сильнейшее влияние на Эдисона и Свана, которые, пользуясь плодами трудов Лодыгина и Яблочкова, превратили этот прибор в предмет широкого коммерческого потребления. Не стоит скрывать, что заимствованию, переходящему в технический плагиат, подверглись такие конструкторские элементы, как материал и форма тел накала лампы, методика устранения продуктов сгорания, способы удаления кислорода из баллона, приемы уплотнения места вводов и пр. Сложность и важность подобных технологических вопросов подчеркивает, что и в настоящее время они являются предметом интенсивных инженерных разработок и научных исследований.
Эдисон поступил в высшей степени безнравственно, продемонстрировав неразборчивость в средствах достижения материальных благ. Зная о безуспешных попытках Лодыгина получить дорогостоящий американский патент, он не только бесцеремонно присвоил его изобретение, но и тут же начал работать над его усовершенствованием, одновременно заявляя свой приоритет для данного типа ламп накаливания.
Не менее грустна судьба открытий и другого выдающегося русского электротехника Павла Николаевича Яблочкова.
Об удивительных опытах Лодыгина по освещению улиц и помещений электрическими лампами накаливания Яблочков узнал в кружке электриков-изобретателей и любителей электротехники при московском Политехническом музее. Будучи поражен красотой технических решений своего знаменитого коллеги, он все же решил идти своим путем и заняться усовершенствованием мощных дуговых ламп. Яблочкову удалось спроектировать несколько весьма оригинальных схем прожекторов, и он открыл в Москве мастерскую физических приборов. Там он вместе с опытным электротехником Глуховым занимался усовершенствованием аккумуляторов и динамо-машин, проводя опыты по освещению большого пространства мощными прожекторами. При этом основное свое внимание он уделял работам с дуговыми лампами.
В 1875 году, во время одного из многочисленных опытов по электролизу, параллельно расположенные угли, погруженные в электролитическую ванну, случайно коснулись друг друга. Тотчас между ними вспыхнула электрическая дуга, на короткий миг залившая ярким светом стены лаборатории. Именно в эти минуты у изобретателя и возникла идея более совершенного устройства дуговой лампы без регулятора межэлектродного расстояния. Так родилась идея будущего «русского света», или свечей Яблочкова.
Не достигнув коммерческого успеха на родине, Яблочков отправился во Францию, где упорно продолжал разрабатывать дуговую лампу без регулятора. В 1876 году он завершил разработку первого варианта конструкции своей электрической свечи и получил на нее французский патент. Этот день стал исторической датой, поворотным пунктом в истории развития электроосвещения и светотехники, звездным часом русского инженера и изобретателя.
Свеча Яблочкова оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем угольная лампа Лодыгина, не имела ни механизмов, ни пружин. Она представляла собой два стержня, разделенных изоляционной прокладкой, причем каждый из стержней зажимался в отдельной клемме подсвечника. На верхних концах зажигался дуговой разряд, и пламя дуги ярко светило, постепенно сжигая угли и испаряя изоляционный материал. Яблочкову пришлось очень много работать над выбором подходящего изолирующего вещества и над методами получения подходящих углей. Позднее он даже пытался менять окраску электрического света, прибавляя в испаряющуюся перегородку между углями различные минеральные соли.
В апреле 1876 года в Лондоне Лондонская выставка физических приборов. Свою «электрическую свечу» на ней экспонировал и Яблочков. Он установил на невысоких металлических постаментах четыре устройства, обернутые в асбестовые прокладки, и подвел к ним ток от динамо-машины.
После включения напряжения обширное помещение залил очень яркий, необычный голубоватый свет, приведший в бурный восторг многочисленных посетителей выставки. Так Лондон стал местом первого публичного показа нового источника света на основе дуги Петрова. Успех свечи Яблочкова превзошел все ожидания. Мировая печать, особенно французская, английская, немецкая, пестрела заголовками: «Вы должны видеть свечу Яблочкова»; «Изобретение русского отставного военного инженера Яблочкова – новая эра в технике»; «Свет приходит к нам с севера – из России»; «Северный свет, русский свет – чудо нашего времени»; «Россия – родина электричества»…
Свечи Яблочкова появились в продаже и начали расходиться в громадном количестве, выпускаемые несколькими предприятиями, десятками тысяч ежедневно. Каждая свеча стоила сравнительно дешево и горела около полутора часов; по истечении этого времени приходилось вставлять в фонарь новую свечу. Впоследствии были придуманы фонари с автоматической заменой свечей.
Почти одновременно с Англией свечи Яблочкова вспыхнули в Париже и Берлине. Новое электрическое освещение с исключительной быстротой появилось в Испании, Португалии, Бельгии и Швеции. В Италии им осветили развалины Колизея и центр Рима, в Греции – Фалернскую бухту, в Австрии – Центральный городской парк и площадь для гуляний. Яркие огни «русского света» вспыхнули в Сан-Франциско, Филадельфии, Рио-де-Жанейро и Мехико. Появились они в Дели, Калькутте, Мадрасе, даже короли и шахи спешили наперебой осветить «русским светом» свои дворцы.
Фонарь и держатель для свечей Яблочкова.
В октябре 1878 года свечи Яблочкова наконец-то достигли родины изобретателя. Ими были освещены казармы Кронштадтского учебного экипажа, а спустя некоторое время «русский свет» вспыхнул в Большом театре.
Ни одно из изобретений в области электротехники не получало столь быстрого и широкого распространения, как свечи Яблочкова. Это был подлинный триумф русского инженера.
В эти годы Яблочкову удалось сделать много ценных изобретений. Так, он сконструировал первый генератор переменного тока, который, в отличие от постоянного тока, обеспечивал равномерное выгорание угольных стержней в отсутствие регулятора. Он первым разработал трансформатор, преобразующий постоянный ток в переменный, для нужд производства, и впервые использовал статистические конденсаторы в цепи переменного тока. Открытия и изобретения позволили Яблочкову первому в мире создать систему «дробления» электрического света, то есть питания большого числа свечей от одного генератора тока, основанную на применении переменного тока, трансформаторов и конденсаторов.
После возвращения из Франции Яблочков был восторженно встречен и сразу же занялся проблемой распространения электрического освещения. Однако его финансовое предприятие с течением времени потерпело крах из-за недобросовестного администрирования и сильной конкуренции со стороны массового производства усовершенствованных американских ламп накаливания Эдисона, полностью вытеснивших дуговые лампы. Все это заставило вернуться его во Францию, а не совсем удачная презентация изобретений на Международной электротехнической выставке в Париже показала, что свеча Яблочкова и его система освещения начали терять свое значение. Хотя старые изобретения Яблочкова и получили хорошие оценки, сама выставка явилась триумфом лампы накаливания. Новые «американские» лампы могли гореть до тысячи часов без замены с многократным включением и выключением, будучи намного экономичнее электрических свечей.
Трезво оценив бесплодность дальнейших попыток распространения «русского света» в качестве бытового освещения, Яблочков резко поменял направление своих исследований, целиком переключившись на создание мощного и экономичного химического источника тока. В ряде схем химических источников тока Яблочков впервые предложил для разделения катодного и анодного пространства сепараторы собственной разработки. Впоследствии такие сепараторы нашли широкое применение в конструкции свинцовых аккумуляторов.
Выдающегося русского изобретателя тоже коснулись патентные войны после того, как Эдисон получил лампу накаливания Лодыгина и свечу Яблочкова со схемой разветвленного подключения источников света. Эдисон тут же внес некоторые мелкие усовершенствования и получил на них патент как на свои изобретения. Яблочков выступил в печати против американцев, заявив, что Томас Эдисон украл у русских не только их мысли и идеи, но и их изобретения.
Видный русский ученый В. Н. Чиколев в свое время писал, что способ Эдисона далеко не нов и обновления его ничтожны. Сам же профессор Чиколев в 1869 году начал работать над применением дифференциального принципа к электрическим дуговым лампам, а в 1874 году устроил первую дифференциальную лампу. Чиколев принимал деятельное участие в трудах технического общества и явился устроителем первой электрической выставки, прошедшей в Санкт-Петербурге в 1881 году а также редактировал первый русский электротехнический журнал «Электричество».
