Рычаг богатства. Технологическая креативность и экономический прогресс - Джоэль Мокир

с непрерывными успехами в теории гидравлики. Самым важным достижением в этой сфере было среднебойное водяное колесо, внедренное Джоном Смитоном в 1750-е гг. и быстро распространившееся по всей Великобритании. Конструкция среднебойного колеса предусматривает подачу воды в промежуточной позиции между верхней и нижней точками колеса, и потому оно в известном смысле представляет собой компромисс между наливным (верхнебойным) и подливным (нижнебойным) колесами. Среднебойное колесо не менее эффективно, чем верхнебойное, но имеет то преимущество, что оно вращается в ту же сторону, куда течет нижняя вода, благодаря чему может работать в условиях погружения. Конструкцию Смитона в 1780-е гг. усовершенствовал Джон Ренни, придумавший сдвижной желоб, который позволял регулировать работу колеса в зависимости от уровня воды. Позднее было обнаружено, что колесо можно сделать еще более эффективным, если установить лопасти так, чтобы они входили в воду под углом 45° к ее поверхности (Daumas and Gille, 1979a, p. 28). Подобно инженерам, работавшим с паровыми машинами, их коллеги, работавшие с «традиционными» технологиями, старались извлечь как можно больше энергии из каждой капли текущей воды. В XIX в. водяные колеса все чаще делали из железа, что замедляло их износ. Смитон, Ренни и их коллеги были инженерами-практиками, а не учеными, причем Смитон известен своим недоверием к научным теориям. Это недоверие было не совсем неоправданным: ученые лишь во второй половине XVIII в. поняли, что за работой верхнебойных и нижнебойных колес скрываются разные физические принципы, так как первые приводятся в действие силой тяжести, а последние – за счет импульса. Между тем практики, никогда формально не обучавшиеся гидравлике, в течение многих лет вносили новые и новые важные усовершенствования.

Не меньших успехов добились и французские инженеры по другую сторону Ла-Манша. Жан-Шарль Борда в 1766 г. первым начал наступление на теоретические проблемы гидроэнергетики, хотя его работы были слишком отвлеченными, чтобы найти непосредственное применение, и получили признание лишь после 1810 г. (Reynolds, 1979). Жан-Виктор Понселе на основе идей Борда видоизменил подливное колесо, построив знаменитое колесо Понселе (1823) с криволинейными лопастями и подачей воды по наклонному желобу. Так называемая водяная колонна, или водяная машина, широко применявшаяся на материке, представляла собой хитроумное сочетание конструкции машины Ньюкомена с давлением воды (а не атмосферы). Дальнейшим развитием гидроэнергетики стало изобретение гидравлической турбины. Ее идею выдвинул в XVIII в. швейцарский математик Леонард Эйлер, совместно со своим сыном Иоганном показавший, что всю энергию водяного потока можно обратить в полезную работу, если использовать силу воды, стекающей с лопаток водяного колеса. Различие между этой идеей и обычным водяным колесом состоит в том, что в водяном колесе вода не движется относительно ковшей или лопастей, тогда как у Эйлера источником силы является стремительное течение воды по криволинейным проходам, приводящее машину в действие. Практическое воплощение этой идеи потребовало многолетней напряженной работы множества инженеров (в основном французских), из которых наибольшего успеха добился в 1837 г. француз Бенуа Фурнейрон. Турбина, внедренная в текстильной промышленности Новой Англии, «на десятилетия отсрочила доминирование паровой машины в этой отрасли» (Rae, 1967b, p. 338). К тому времени гидроэнергетические технологии были уже настолько развитыми, что, по словам одного историка, в теории, а в значительной степени и на практике, инженеры обладали полной властью над гидроэнергией (Cardwell, 1971, p. 184). Тем не менее использование гидроэнергии сталкивалось с рядом препятствий, которые скрывались не в конструкции самих водяных колес, а в недостаточных научных представлениях о гидрологии водоразделов и нехватке данных по количеству осадков (Gordon, 1985).

РИС. 25. Сравнение верхнебойного (слева) и традиционного (справа) водяных колес. Обратите внимание, что верхнебойное колесо крутится в ту же сторону, куда течет вода, – в противоположность традиционному колесу. Источник: F. Redtenbacher, Theorie und Bau der Wasserräder (Mannheim: Friedrich Basserman, 1846), pl. 1, Figs. 5–6.

Промышленная революция была эпохой энергетических технологий, чьи перспективы, должно быть, выглядели безграничными. Возможно, экономическое значение паровой машины в годы промышленной революции поначалу и не было таким огромным, как считал Карно, но уже во второй половине XIX в. энергия пара нашла применение во всех аспектах экономической жизни как на Западе, так и за его пределами. В сочетании с другими изобретениями паровая машина породила разрыв между Европой и остальным миром, и это временное неравновесие позволило европейцам добиться глобального политического и военного доминирования.

Металлургия

До эпохи промышленной революции металлургия представляла собой эмпирическое и экспериментальное ремесло, в рамках которого одаренные любители и полупрофессионалы пытались решить сложные химические и физические проблемы, озадачивавшие тех, кто занимался повседневной выплавкой металлов. Успешное решение этих проблем остается свидетельством решимости создавать материалы, лучше и дешевле удовлетворяющие людские потребности. Виднейшее место среди этих материалов занимало железо. Его было нечем заменить в смысле долговечности, универсальности и легкости обработки. Мы уже видели, что в позднее Средневековье появился чугун, отличавшийся относительно высоким содержанием углерода и низкой температурой плавления. Он был твердым и хрупким, и потому чугунным изделиям не удавалось придавать нужную форму с помощью традиционных кузнечных инструментов, но из него можно было отливать котлы, печи и пушки. Большинство металлических предметов, включая детали машин, гвозди, замки и инструменты, выковывалось, и потому для них требовался более пластичный материал. Процесс переделки чугуна, производившегося в доменных печах, в ковкое железо оставался главным узким местом в металлургии. В течение XVIII в. поиски путей к решению этой проблемы активно велись в Великобритании. Братья Вуд первыми стали применять так называемый поттинговый процесс, используя тигли, или «горшки», для нагрева чугуна (Hyde, 1977, p. 83–88). Окончательное решение проблемы, найденное в 1784 г. Генри Кортом, представляло собой умелое сочетание нескольких элементов – таких, как отражательная печь на угле, долгое время применявшаяся в стекольной промышленности, и прокатка нагретого металла в рифленых валках. Разработанный Кортом процесс пудлингования и прокатки можно назвать типичным великим изобретением промышленной революции в том смысле, что он увенчал собой разрозненные и длительные попытки решить сложную, но экономически чрезвычайно важную проблему. После нескольких усовершенствований, внесенных в конце 1780-х гг., процесс Корта штурмом взял британскую металлургию. Мелкие самостоятельные печи, прежде являвшиеся единственным источником ковкого железа, исчезли, вытесненные крупными пудлинговыми печами. Производство высококачественного и дешевого железа резко возросло, сделав его строительным материалом промышленной революции.

XVIII век стал свидетелем еще одного не менее знаменитого достижения: использования кокса – очищенного битуминозного угля – при выплавке железа. Кокс как компонент этого процесса первым освоил Абрахам Дерби. Кокс и раньше применялся в металлургии, но его использование в доменных печах началось около 1709 г. Новые исследования по истории металлургии опровергли распространенный миф о том, что