Лауреаты Демидовских премий Петербургской Академии наук

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Во второй трети XIX в. особенно интенсивно проходит процесс разложения феодально-крепостнического способа производства и роста капиталистических отношений. В промышленности значительно увеличивается число предприятий и рабочих, растут масштабы применения машин, развиваются новые отрасли техники.

Больших успехов достигла и русская техническая мысль. Потребности экономического развития страны, успехи науки и культуры, развитие профессионально-технического образования способствовали росту выпуска книг по вопросам техники, как производственного, так и учебного назначения. Многие из сочинений были отмечены Демидовскими премиями.

В области технических наук Демидовская комиссия отметила труды А. И., Узатиса, А. Ф. Мевиуса, П. П. Аносова, В. И. Рожкова (горное дело и металлургия), И. И. Рахманинова (водяные колеса), Н. Н. Божерянова (паровые машины), Д. И. Журавского (мосты), М. Н. Герсеванова (морские сооружения), А. И. Дельвига (водопроводы), И. И. Свиязева (архитектура).

Продолжая традиции, заложенные М. В. Ломоносовым в «Первых основаниях металлургии или рудных дел» (1763 г.), русские ученые и инженеры способствовали развитию горной науки. Своеобразным итогом работ в этой области явился труд преподавателя Горного института А. И. Узатиса, опубликованный в 1843 г. и на протяжении нескольких десятилетий остававшийся основным пособием для подготовки квалифицированных специалистов горного дела.

Сын симбирского канцеляриста А. И. Узатис в 1828–1835 гг. стал воспитанником Петербургского горного кадетского корпуса и окончил его первым по списку с большой золотой медалью. После трехлетней службы на Колывано-Воскресенских заводах он два года знакомился с состоянием горной промышленности в Бельгии, Австрии, Венгрии и Германии, слушал лекции по горной механике во Фрейбергской горной академии. По возвращении в Россию Узатис вел в Горном институте курс горного дела до выхода в 1844 г. в отставку «по домашним обстоятельствам».

В историю русской техники А. И. Узатис вошел как автор работ о водяных турбинах, а также исследований в области доменного дела. В 1833 г. он писал о применении доменного газа как о «еще совершенно новом производстве, обещающем столь значительные выгоды». Особую известность принес ему энциклопедический «Курс горного искусства» (1843 г.), высоко оцененный специалистами и отмеченный Петербургской Академией наук (по представлению Г. И. Гесса) половинной Демидовской премией (1844 г).

Подробный анализ курса А. И. Узатиса дал полковник А. П. Меньшиков, отметив следующее: «Горное искусство, как и прочие отрасли человеческих познаний, должно идти вперед. Об нем изданы, как мы заметили выше, сочинения замечательные, и на этом поприще нельзя не встретиться с предшественником; несмотря на то в курсе горного искусства рудничная доставка, проветривание выработок, земляное бурение и некоторые другие статьи описаны автором в виде совершенно новом, нежели описывали эти предметы за 20 лет пред сим… Скажем в заключение, — пишет рецензент, — что отныне горные инженеры… будут иметь книгу, для них необходимую; а управляющие частными заводами найдут в ней полезные для себя уроки» [59, с. 80, 83].

Этот «самостоятельный и оригинальный» труд был особенно необходим инженерам и практикам горной промышленности. По широте содержащихся в нем сведений и степени их обобщения он намного превосходил аналогичные курсы зарубежных авторов первой половины прошлого столетия. Русский горняк подверг математическому анализу способы вентиляции шахт, борьбы с подземными водами, а также организации рудничного транспорта и подъема. Он ввел классификацию горных пород по их твердости и вязкости. В его курсе уже встречается термин «давление породы», ныне прочно вошедший в горное дело; указано на важность правильного выбора формы сечения выработок. В курсе много разделов, посвященных машинам и механизмам шахт и рудников. А. И. Узатиса можно назвать одним из основоположников горной механики.

Автором первого русского пособия, обобщившего практику литейного производства за рубежом и в России, был крупный специалист-литейщик А. Ф. Мевиус, вышедший из семьи, в которой несколько поколений были горно-заводскими специалистами. В 1840 г. А. Ф. Мевиус окончил Горный институт, с 1842 г. в течение четырех лет служил в Гороблагодатском округе смотрителем Туринского завода, с 1848 г. был назначен управителем на Златоустовский завод. Спустя три года его направили в Керчь для проведения опытов по выплавке чугуна из керченских руд. Летом 1854 г. он построил для опытов небольшую домну высотой 6 м и не только получил чугун из рыхлой керченской руды, но и переработал его в железо с помощью пудлингового процесса. Опыты прервала Крымская война.

С 1855 г. Мевиус работал на Луганском литейном заводе и одновременно руководил проектированием и строительством металлургического завода в Бахмутском уезде. На новом заводе он ввел постоянный химический анализ шихты, чугуна и шлака. Мевиус использовал генераторный газ в пудлинговых печах, сжигал в котлах коксовый, а в воздухонагревателях — доменный газ, применил механические выталкиватели в коксовых печах и гидравлические подъемники на доменной печи.

А. Ф. Мевиус написал около ста научных работ по горному делу и металлургии. Главный его труд «Чугунолитейное производство» (1859 г.), получивший половинную Демидовскую премию (1860 г.), в течение нескольких десятилетий оставался единственным полным руководством по литейному производству. Оно охватывало широкий круг вопросов: подробно излагались все способы и приемы изготовления литейного чугуна, моделей, производства формовки, отливки, обработки и окончательной отделки различных чугунных изделий.

Видный металлург А. А. Иосса, выступая в качестве рецензента этой работы, писал: «С уверенностью можно сказать, что это сочинение не есть какой-либо перевод или компиляция, но, напротив того, оно есть самобытный труд автора, который во время своей почти двадцатилетней служебной практики на многих русских заводах, и сверх того, изучив в подробности технические производства почти всех горных заводов европейских, имел возможность приобрести все те сведения, без коих невозможно составить подобного сочинения, которое вполне может быть признано как весьма полезное практическое руководство по части литейного искусства» [60, с. 51].

В истории присуждения Демидовских премий случались и досадные примеры, когда вполне достойные произведения не получали соответствующих наград. Имеется в виду П. П. Аносов и его сочинение «О булатах». Как же это случилось?

Замечательный русский металлург П. П. Аносов, окончив в 1817 г. Горный кадетский корпус, поступил на Златоустовский завод, где прослужил три десятилетия. Он впервые раскрыл тайну плавки булатной стали, из которой в древности получали чудесные стальные клинки и сабли с узором. Клинки из литой стали Аносова отличались красотой и изяществом, по орнаменту и механическим свойствам их трудно было отличить от изделий мастеров древности.

Работа Аносова «О булатах», опубликованная в 1841 г., рассматривалась при обсуждении Демидовских премий 1842 г. Академики А. Я. Купфер и Б. С. Якоби, которым было поручено дать отзыв на эту работу, писали: «Аносову удалось приготовить сталь, которая обладает качествами высокоценимой азиатской стали и в действительности превосходит все европейские сорта стали. Мы видели образцы стали: незакаленные стали были мягкими и гибкими, а закаленные — превзошли по твердости лучшую английскую сталь. Если бы в статье Аносова говорилось о том, как можно получить эту сталь, то мы не замедлили бы использовать это открытие на пользу промышленности и особенно отечественной. Однако в рукописи так мало конкретного об изготовлении этой стали, что можно подумать, что г. Аносов или умалчивает секрет изготовления стали или ему случайно удалось получить такую сталь. Рукопись г. Аносова содержит не все подробности в описании открытия. Мы можем судить о важности его открытия лишь по образцам пробы, которые он нам представил, и мы должны сказать. Что было бы неверно, если бы Академия признала (присудила, — Н. М.) публичное денежное вознаграждение открытию, которое не для каждого ясно, и есть сомнение, что изобретатель утаил часть секрета» [32, с. 23].

П. Н. Фусс в своем докладе Общему собранию Академии наук заявил: «Однако в предупреждении упрека в том, что столь важное отечественное открытие могло ускользнуть от внимания Академии, она на основании свидетельств двух своих членов, видавших образцы булата г. Аносова, положила удостоить открытие его в нынешнем демидовском отчете почетного отзыва…» [32, с. 34].

Мнение рецензентов о том, что в сочинении «О булатах» недостаточно сказано о способе приготовления булата и нет гарантии получения однозначных результатов с помощью данного труда, по-видимому, было недостаточно обоснованным. Спустя 25 лет Д. К. Чернов повторил опыты Аносова и, руководствуясь его описанием, приготовил прекрасные образцы булата, аналогичные восточному.

Разработанную П. П. Аносовым технологию производства булата высоко оценила передовая научная интеллигенция России, рассматривая ее как крупный вклад в науку и технику. За научные труды П. П. Аносова избрали почетным членом Совета Харьковского университета и членом-корреспондентом Казанского университета.

Златоустовские булатные изделия были представлены на третьей Московской мануфактурной выставке в 1843 г. Они получили прекрасный отзыв: «Теперь Россия представляет единственный в целом мире источник нового булата лучших качеств. Булаты наши ценятся между азиатцами по крайней мере в десять раз дороже против здешней цены их. Сталь златоустовских заводов известна по отличному качеству вырабатываемого из нее белого оружия… Должно отдать справедливость их булатным кинжалам, которые оказались отличнейшего достоинства» [66, с. 224].

В газете «Мануфактурные и горно-заводские известия» несколько добрых слов было сказано в адрес русских инженеров, имея в виду Аносова: «Было бы несправедливо не воздать должной почести и хвалы усердию, энергии и знаниям того ученого корпуса инженеров, на который возложено великое призвание распространять ремесленность и промышленность… в глубине лесов Урала и Алтая» [66, с. 224].

Лондонская газета «Morning Star» в обзоре русского отделения Лондонской всемирной выставки 1851 г. обратила особое внимание на златоустовские булаты, заметив, что «замечательный успех этой отрасли русской промышленности без сомнения относить можно высокому качеству употребляемой стали» [66. с. 224, 225].

В России во многих отраслях производства переход от ремесла к крепостной мануфактуре требовал не только большого количества рабочей силы, но и механической энергии в крупных масштабах. Это относилось прежде всего к горно-рудной промышленности, заводскому делу, где подъем производства требовал и значительного развития энергетической базы — вододействующих установок. Накапливался опыт строительства в этой области, совершенствовались и теоретические знания [67, с. 232]. Два сочинения по гидравлическим двигателям Демидовская комиссия отметила почетными отзывами.

Автором одного из сочинений является выдающийся русский гидротехник, основоположник научных основ водного хозяйства горных заводов, использующих силу воды, В. И. Рожков. Он написал первый трактат о плотинах на русском языке и стал пионером отечественного гидротурбостроения. Рожков родился в уральском городе Верхотурье. По окончании Корпуса горных инженеров в Петербурге (1840 г.) приехал в Алапаевск и свыше четверти века работал на заводах Урала. В 1842 г. дал теоретическое обоснование водяным турбинам алапаевского механика И. Е. Софонова.

Заводскому делу посвящена книга В. И. Рожкова «О гидравлическом горно-заводском хозяйстве», отмеченная почетным отзывом (1859 г.). Основываясь на примерах работы уральских заводов, автор описывает способы накопления запасов рабочей воды, определения расхода воды в реках, дает понятие о прудах и плотинах, о строительстве деревянных плотин и устройстве водопроводов, используемых на Урале для провода воды от плотины до гидравлического приемника.

Самым ценным памятником Рожкову явилась созданная им и носящая его имя двойная гидротурбина. Первая турбина была поставлена на Екатеринбургском монетном дворе (1855 г.). В последующие сорок лет турбины такого типа широко распространились на уральских вододействующих заводах.

Выпускник Московского университета И. И. Рахманинов в 1852 г. защитил диссертацию на степень магистра математических наук «Теория вертикальных водяных колес». По мнению П. Л. Чебышева, которому работа была направлена для рецензии, особая заслуга автора состоит в сопоставлении сделанных им теоретических выводов с правилами постройки колес, найденных из наблюдений. Исследователь вывел точные формулы для определения «количества работы воды» в различных водяных колесах и определил условия, при которых колеса «преобразуют силу воды в возможно большую полезную работу». В своем отзыве Чебышев отметил: «Если в нашей литературе есть уже несколько сочинений о гидравлических колесах, то по содержанию, отчетливости, а более всего по сближению теории с практикою сочинение г. Рахманинова составляет для нее существенно новое приобретение» [7, с. 99].

В резюме рецензент пишет, что сочинение «заключает в себе подробный анализ всего наиболее существенного относительно увеличения полезной работы воды на колесах вертикальных, колесах, наиболее употребительных. До сих пор ни по одной части практической механики мы не имели сочинения, в котором бы предмет был исследован с такой подробностию и отчетливостию, в котором бы показаны были теоретические начала для определения главных элементов машины… Такой труд о предмете, особенно важном для практики… по мнению нашему, достоен второстепенной Демидовской премии» [7, с. 105]. Однако комиссия ограничилась почетным отзывом (1853 г.).

Несмотря на крупный вклад в теорию водяных колес, сделанный русскими учеными, практическое применение их ограничивалось пределами, свойственными использованию гидротехники. На смену шли паровые машины. В России появляются труды, содержащие описание их устройства и принципов действия.

Корабельный инженер Н. Н. Божерянов преподавал в Морском корпусе и впервые в России прочел курс лекций «Паровая механика», введенный по инициативе начальника корпуса И. Ф. Крузенштерна. Он же явился автором оригинального труда «Теория паровых машин» (1849 г.), удостоенного половинной Демидовской премии 1850 г. Своевременность появления этой работы, написанной для инженеров-механиков военно-морского флота, объяснялась тем, что Россия в то время стояла на пороге широкого внедрения парового двигателя не только в промышленности и транспорте, но и в военно-морском флоте. Напомним, что в 1815 г. первый русский пароход «Елизавета» начал регулярные рейсы между Петербургом и Кронштадтом. В 1848 г. был построен фрегат «Архимед» — первый винтовой корабль русского флота. В 1861 г. завершилась постройка первого опытного броненосного судна — паровой броненосной лодки «Опыт» и было прекращено строительство парусных военных кораблей.

Представляя труд Н. Н. Божерянова Общему собранию Академии наук, непременный секретарь П. Н. Фусс отметил его важность и обратил внимание на одну из особенностей науки того времени: «Главное изобретение нашего века, нашедшее и у нас столь многоразличные приложения в житейском быту и с каждым годом расширяющее круг своего действия, паровая машина не может не сделаться также предметом науки, которая одна только и была в состоянии умерить избыток сил и прихоти этого мощного и сподручного, но вместе с тем не менее коварного и опасного атлета — работника в службе человека» [12, с. 28].

Рецензент С. П. Глазенап дал высокую оценку труду Божерянова: «До сего времени не существовало еще в русской литературе книги, могущей в теоретическом отношении служить полным руководством для изучающих машину. Преподаватели практической механики должны были по необходимости ограничиваться записками, извлеченными из иностранных сочинений, а каждый из учащихся, желавший вникнуть в основную теорию паровой машины, принужден был бороться с великими затруднениями по совершенному неимению к тому печатного, всякому доступного руководства» [12, с. 177].

Появление в начале XIX в. парового флота привело к интенсификации морских и речных перевозок, потребовало различных гидротехнических сооружений, что вызвало новые требования к науке. Фундаментальное сочинение в области гидротехники создал инженер-строитель и ученый М. Н. Герсеванов. Он окончил Главное инженерное училище в Петербурге, с 1857 г. стал преподавателем в нем, а в 1883–1901 гг. был директором Института инженеров путей сообщения.

Его «Лекции о морских сооружениях», изданные в 1861–1862 гг., явились первым на русском языке фундаментальным сочинением по морскому строительному искусству и основным практическим руководством для русских портовых инженеров в последующие десятилетия. В этом сочинении автор дал теоретическое обоснование процессов взаимодействия морских сооружений с окружающей средой. Инженеры строительного управления Морского министерства высоко оценили этот первый русский систематический труд по портовым сооружениям. Автору была присуждена половинная Демидовская премия (1863 г.).

М. Н. Герсеванов имел большую практику по сооружению гидротехнических объектов. В 1862–1868 гг. он консультировал инженеров при строительстве ряда русских портов, позднее занимал должность главного инженера гражданских сооружений на Кавказе, был заместителем председателя комиссии по устройству торговых портов. Его имя значится среди учредителей Русского технического общества (РТО), основанного в 1866 г. Он же был первым секретарем этого Общества, а позже — вице-председателем.

Инженер-строитель А. И. Дельвиг также был одним из организаторов РТО и его первым председателем. Инженер-генерал-лейтенант Дельвиг за свою жизнь руководил строительством многих крупнейших инженерных сооружений, например строительством водопровода в Москве и Нижнем Новгороде, нескольких шоссейных и железных дорог, переправ в горах Кавказа. Проведенные им в 1853–1858 гг. работы по переустройству Мытищинского водопровода намного улучшили водоснабжение Москвы. Дельвигу принадлежит первое в России и одно из лучших по тому времени «Руководство к устройству водопровода» (1856 г.), удостоенное через два года половинной Демидовской премии. Оно долго служило основным пособием при проектировании и строительстве водопроводов.

В XIX в. на строительную технику большое влияние оказал бурный рост железных дорог и мостостроения. Сооружение железнодорожных мостов в России было связано с постройкой в середине XIX в. дороги из Петербурга в Москву. Все строительные работы осуществлялись под руководством инженера Д. И. Журавского. Для мостов этой дороги решили поставить деревянные фермы с железными тяжами по образцу так называемых ферм Гау, американского инженера, создавшего в 1839 г. деревянно-металлическую конструкцию многораскосных систем мостовой фермы.

До Журавского метод расчета таких ферм не был известен, их размеры устанавливались эмпирически, и поэтому иногда происходили повреждения и даже разрушения построенных мостов. Русский мостостроитель впервые разработал теорию расчетов ферм Гау, что дало возможность сооружать и безопасно эксплуатировать раскосные фермы пролетов до 60 м. Свои исследования Д. И. Журавский впервые опубликовал в «Журнале Главного управления путей сообщения и публичных зданий» в 1850–1855 гг. под названием «Результат исследования системы Гау, применяемый к мостам С.-Петербургско-Московской железной дороги». В труде содержалось много практических данных, извлеченных из опыта строительства одного из важнейших мостов С.-Петербургско-Московской железной дороги — через Воробьинский овраг, сооружением которого Журавский заведовал от начала до конца [65, с. 5].

В предисловии к своему труду автор с законной гордостью писал, что исследование балок, состоящих из брусьев, раскошенных между собой, было сделано в России прежде, чем о том напечатали в других странах. Журавский впервые дал определение касательных напряжений в изгибаемых балках. Он вывел формулу для определения скалывающих напряжений, с тех пор учитываемых при расчете балок. Он же показал, что в некоторых случаях разрушение происходит не от разрыва волокон в поперечном сечении бруса, как полагал Л. Навье,[29] а от сдвига волокон, т. е. от нарушения сопротивления скалыванию.

Сочинение Д. И. Журавского было представлено на Демидовский конкурс. Отзыв на него писал инженер-генерал М. Г. Дестрем: «Долгом считаю отдать полную справедливость отличным познаниям г. подполковника Журавского. Труд его доказывает, по мнению моему, необыкновенную ловкость в аналитических приемах и в приложении положительных наук к строительному искусству… По заключающимся же в его сочинении выводам и формулам, сочинение это бесспорно занимает первое место между всеми записками и исследованиями о выгодах и недостатках мостов системы Гау, и что еще важнее, оно обнаружило ошибочность некоторых из заключений известного ученого Навье, принятие которых за правильное могло бы иметь последствием повреждение и даже разрушение самих ферм из составных брусьев» [65, с. 55, 56].

Непременный секретарь А. Н. Миддендорф доложил Общему собранию Академии наук: «Столь лестный отзыв из уст такого известного знатока дела, каков г. рецензент, а равно и мнение члена Академии г. Чебышева, рассматривавшего математическую часть этого сочинения, послужили для Академии основанием для присуждения г. Журавскому полной премии. Сверх того, Академия единодушно определила выдать ему денежное пособие к изданию его сочинений и особенно многочисленных, приложенных к оному, рисунков» [65, с. 5, 6].

Д. И. Журавский был удостоен полной Демидовской премии 1855 г., кроме того, ему выдали 571 р. сер. на издание книги. Ее две части вышли в 1855–1856 гг. под названием «О мостах раскосной системы Гау».

Пионер строительной механики и мостостроения, один из основателей науки о сопротивлении материалов и конструкций, Д. И. Журавский продолжал заниматься вопросами строительства. Для моста через р. Оку он предложил новую систему деревянных ферм, состоящую из арочного нижнего пояса, раскосной решетки и прямолинейного верхнего пояса. Эта система изучалась им на модели в 1/20 натуральной величины. При восстановлении после пожара Мстинского моста он использовал новые приспособления для строительных работ. При замене деревянного шпиля собора Петропавловской крепости он применил железную конструкцию в виде восьмигранной усеченной пирамиды, связанной на различной высоте кольцами, разработал метод ее расчета, введя понятие о «воображаемом раскосе». Шпиль Петропавловской крепости высотой 50 м, созданный Журавским, и по сей день украшает Ленинград.

Демидовская комиссия отметила работу уральского зодчего И. И. Свиязева, который прославился как архитектор по промышленному строительству, новатор в области конструкций зданий, смелый изобретатель и знаток заводской технологии, теоретик архитектуры.

После учебы в Академии художеств в качестве «вольного пенсионера» Свиязев в 1822–1832 гг., с небольшим перерывом, служил при Горном управлении Перми. На Урале молодой архитектор трудился «над составлением своих собственных и над рассмотрением чужих проектов и смет по горно-заводским сооружениям». Он начал «едва ли не первый из русских архитекторов пользоваться для своей специальности строго научными данными». Частые поездки по казенным и частным заводам «дали ему возможность близко изучить горное дело и изощрить свой ум над изобретением приспособлений, в том или другом случае выгодных для горно-заводского зодчества» [68, с. 125, 126].

Приобретенный на Урале большой опыт и всесторонние знания пригодились И. И. Свиязеву в преподавании, которым он занялся с 1832 г. В Петербурге в Корпусе горных инженеров он преподавал горно-заводскую архитектуру и строительное дело. Свой практический опыт и теоретические положения в области строительства и архитектуры зодчий обобщил в «Учебном руководстве к архитектуре» (1839–1842 гг.). Эта работа, отмеченная почетным отзывом Демидовской комиссии в 1843 г., получила широкую известность.

Историк архитектуры Н. С. Алферов писал: «До тех пор не было подобных учебников. Не случайно преподавание архитектуры по учебнику Свиязева было введено в нескольких учебных заведениях, там, где архитектура преподавалась… более ученым, нежели художественным образом… В течение нескольких десятков лет книга Свиязева, в которой впервые были изложены основы архитектурно-строительного дела, оставалась единственным пособием по архитектуре в учебных заведениях России» [69, с. 33].

Труды русских инженеров, отмеченные Демидовскими премиями в области технических наук, сыграли важную роль в подготовке специалистов, а иные из них вошли в золотой фонд инженерной классики.