Самые знаменитые изобретатели России

Ефим Алексеевич ЧЕРЕПАНОВ (1774—1842) и Мирон Ефимович ЧЕРЕПАНОВ (1803—1849)

Уральские механики отец и сын Черепановы были выдающимися изобретателями и первооткрывателями. Они построили первую в России железную дорогу с паровой тягой, создали первый русский паровоз, двигатели для рудников и заводов, изобрели и построили много металлообрабатывающих станков и других машин.

Черепановы происходили из крепостных крестьян, приписанных Выйскому заводу Демидовых на Урале. Дед и отец Ефима Черепанова всю жизнь занимались так называемыми «непременными работами»: валили лес, рубили дрова и возили их на завод.

Но Ефим Черепанов, родившийся в 1774 г., с детства полюбил столярное и слесарное мастерство, процветавшее в заводском посёлке, где многие жители занимались металлообрабатывающими промыслами. В одном из послужных списков Ефима Черепанова указано, что он обучался «при доме». Но установить, кто конкретно обучал мальчика и поддерживал его страсть к изобретательству, не удалось.

Совсем ещё молодым человеком Ефим Черепанов был принят на Выйский завод в качестве «мехового мастера» и довольно скоро стал признанным специалистом по воздуходувным устройствам, которые играли тогда важнейшую роль в металлургии. Ефим Черепанов изучал и другие машины и механизмы, которые применялись в железоделательном и медеплавильном производстве, и стремился их всячески усовершенствовать. Поэтому многие владельцы заводов привлекали его к решению наиболее сложных задач, связанных с организацией горно-металлургической промышленности, и он всегда быстро и искусно справлялся с порученным делом.

Посланный в числе шести искусных мастеров на Линдоловский железоделательный завод в конце 90-х годов, он работал столь успешно, что был оставлен там ещё с одним мастером на год против условленного срока. Мастеров отпустили с завода лишь по настоятельному требованию Демидова.

В 1812 г. Ефим Черепанов отлично решил задачу по устройству прокатных станов на казённом Нижне-Туринском заводе. Но известность крепостного мастера-самоучки не облегчила тяжёлых условий его жизни. Долгие годы за свою работу он получал ничтожную заработную плату, которая не обеспечивала хотя бы сносное существование его семьи. Ефим Черепанов женился в 1801 г. Через два года, в 1803 г., у него родился сын Мирон, который стал его верным учеником и продолжателем его дел. В 1807 г. талантливый механик был переведён на должность «плотинного» — отвечающего за устройство и эксплуатацию гидротехнических сооружений и водяных двигателей, вначале на Выйском, а затем и на всех девяти Нижнетагильских ; заводах Демидовых. В обязанности Е. А. Черепанова также вменялось решение различных технико-экономических вопросов, связанных с деятельностью заводов. За эту сложную работу он получал долгое время лишь 50 рублей ассигнациями в год. Через 8 лет заработки его доходили примерно до 8 рублей с небольшим в месяц.

Материальное положение увеличившейся к тому времени семьи Ефима Черепанова несколько улучшилось в 1815 г., когда его сын Мирон, достигший 12 лет, «по причине высокой грамотности» был принят в контору Выйского завода писцом с окладом 5 рублей в месяц. Но конторский труд был не по душе младшему Черепанову, с детства любившему «механическое искусство». Мирон с ранних лет помогал отцу, который был его главным учителем и наставником. Как и его отец, он стал признанным изобретателем и конструктором новой техники на металлургических предприятиях Урала.

Несмотря на большие заслуги и известность, Е. А. и М. Е. Черепановы очень долго оставались крепостными Демидовых. Ефим Черепанов получил вольную лишь в 1833 г., когда ему было уже около 59 лет. Мирон Черепанов был освобождён в 1836 г. Но в действительности это освобождение было чисто формальным. Их семьи оставались крепостными, их дом и двор стояли на земле владельца Нижнетагильских заводов. К тому же главная заводская контора приняла и особые меры, чтобы Черепановы, получив вольные, никуда не могли уйти. У них было взято особое «обязательство на службу господам доверителям», то есть Демидовым.

В начале XIX в. развитие производства на Урале стало тормозиться из-за недостаточной энергетической базы. Для приведения в действие водяных колес, являвшихся тогда основным производственным двигателем, не хватало воды. Возникала потребность в паровых двигателях. Некоторые уральские заводовладельцы уже начали их строить, как правило, с помощью иностранных специалистов. Первая из известных паровых машин была установлена на Гумешевском руднике Турчанинова ещё в 1799 г. Затем появились машины на Юговском, Златоустовском и Верхне-Исетском заводах. Но Демидовы и управляющие его заводами, несмотря на боязнь того, что их конкуренты-соседи получат большую выгоду от применения паровых двигателей, продолжали делать главную ставку на дешёвую рабочую силу крепостных, на конные и водяные двигатели. Предложения Ефима Черепанова о постройке паровых двигателей не встречали поддержки.

И всё же, невзирая на недоверие и обстановку полного недоброжелательства, неутомимый изобретатель в 1820 г. построил свою первую опытную паровую машину.

Ефим Черепанов рассматривал этот двигатель как универсальный, способный приводить в действие самые разнообразные машины и станки, а также откачивать воду из шахт. Впоследствии он расширил сферу применения двигателя, использовав его для средств передвижения по суше и воде.

Важным условием, обеспечившим постройку паровых машин, явилось создание Ефимом Черепановым в конце 10-х гг. XIX в. особого «механического заведения» при Выйском заводе, где под его руководством работали кузнецы, слесари и плотники.

Вначале в этой мастерской изготовлялись различные станки, механизмы и их детали. Со временем она превратилась в Выйскую машиностроительную фабрику.

Постройка Е. А. Черепановым первой паровой машины «силою противу двух человек» не заинтересовала Н. Н. Демидова. Он оставил без всякого внимания сообщение уральской конторы об установке на Выйском заводе парового двигателя и не поддержал начинания своего «домашнего механика».

Весной 1821 г. Н. Н. Демидов направляет Ефима Черепанова в Англию, поручив ему разобраться в причинах падения сбыта уральского железа за границей. Это свидетельствовало о том, что Н. Н. Демидов считал Е. А. Черепанова умным и неподкупным человеком, в совершенстве знающим металлургическое производство. Ефим Черепанов главную цель своей командировки видел в изучении зарубежной техники, хотя ему предписывалось сделать это лишь попутно. Английские машиностроительные и другие промышленные фирмы, ревностно охранявшие свои секреты и монополию на международную торговлю паровыми двигателями, встретили приезд Е. А. Черепанова в штыки. В печати была опубликована заметка, обвиняющая его в шпионских замыслах на том основании, что у него «подозрительная борода».

Неблагоприятные условия, создавшиеся благодаря такой «встрече», сильно мешали Е. А. Черепанову. Своё знакомство с различными машинами и механизмами он был вынужден ограничить чисто внешним осмотром. Он не имел возможности их описать, уже не говоря о зарисовках или чертежах. И однако Е. А. Черепанов сумел составить себе ясное представление об английской машинной технике, в то время наиболее передовой. Несомненно, знакомство с ней оказало весьма положительное влияние на все последующее творчество уральского механика.

Е. А. Черепанов первым подметил связь между технической отсталостью производства уральского железа и падением его сбыта, поскольку конкурировавшие металлургические предприятия Западной Европы могли производить и продавать железо дешевле.

Сразу же по возвращении из Англии Ефим Черепанов ставит вопрос о переходе к более прогрессивной технике, о постройке паровых двигателей в первую очередь. Н. Н. Демидов, не веря своему «домашнему механику» и не желая нести лишних расходов, лишь в конце 1823 г. уступил настойчивым просьбам Ефима Черепанова и разрешил ему истратить две тысячи рублей на постройку небольшой паровой машины.

Мастер и его сын прекрасно и быстро справились со стоявшей перед ними задачей. В начале 1824 г. машина уже была испытана. Успех её действия превзошёл ожидания Черепановых. Обошлась она им дёшево, немногим более тысячи рублей при мощности в четыре лошадиные силы, в то время как иностранец Берд, изготовлявший машины для русских заводчиков, брал по тысяче рублей за каждую лошадиную силу двигателя.

Однако идея замены традиционных водяных колес и конной тяги силой пара не находила поддержки у главных управляющих заводской конторой, всегда чинивших препятствия техническому новаторству Е. А. Черепанова. Они не разрешили использовать машину так, как хотел изобретатель, и поставили её на мукомольную мельницу, где она перерабатывала до 90 пудов зерна в сутки.

Только в 1831 г. по настоянию Е. А. Черепанова эта машина была «с отменной пользой приспособлена к токарным станкам» Выйского механического заведения. В 1839 г. она была передана на один из платиновых приисков. Столь длительный срок действия машины является бесспорным доказательством её высокого качества. Однако её строители и изобретатели рассматривали эту машину прежде всего как прообраз будущих мощных паровых машин универсального действия. Летом 1824 г. на запрос Демидова: «К какому производству таковая машина может быть способна по моим заводам?» — изобретатель писал: «...оную к каждому действию можно пристроить».

Много сил уходило у Черепановых на преодоление косности заводовладельца и его главных приказчиков, которых интересовала лишь быстрая прибыль.

Н. Н. Демидов лишь тогда более внимательно отнёсся к советам Е. А. Черепанова о постройке паровой машины для откачки воды из медного рудника, когда над последним нависла угроза затопления. Этот рудник составлял тогда одно из главных богатств Демидовых. На нём добывали более 40 тысяч пудов меди в год.

Но вначале владельцы завода послали Е. А. и М. Е. Черепановых вместе с некоторыми другими мастерами в Швецию. В этой стране они ознакомились с техническим опытом горно-металлургических предприятий, добычи руды и откачки воды из шахт. Е. А. Черепанов весьма критически оценил технический уровень горного дела в Швеции, где продолжали широко использоваться уже устаревшие водяные двигатели и штанговые машины. Эта оценка не совпадала с мнением других мастеров, ездивших с ним, которые восхищались увиденным в Швеции. Под их влиянием Н. Н. Демидов решил строить на медном руднике для откачки воды не паровую машину, как предлагал Е. А. Черепанов, а штанговую с водяным двигателем по шведскому образцу.

Убедительные возражения Е. А. Черепанова вызвали лишь демонстративное устранение его от строительства на медном руднике, хотя, будучи ещё в 1822 г. назначенным «по Нижнетагильским заводам главным механиком», он всё равно отвечал за это дело. Возмущённый Е. А. Черепанов знал, что «господа правящие» вину за любые неполадки возложат на него, и поэтому написал Демидову: «Прошу в постройке той машины не сочесть меня в числе участвующих, так как я от оного удалён... советов от меня не требуется... а только занимаюсь... постройкой сверлильной и токаренной машин». Пометка Н. Н. Демидова «так и будет» свидетельствовала, что и на этот раз он поддержал своих главных приказчиков, всегда и всячески травивших Е. А. Черепанова. Здоровье последнего из-за чрезвычайной перегрузки сильно пошатнулось. Он жаловался на ослабевающее зрение.

Но заводовладельца беспокоило только одно, что Е. А. Черепанов не успеет покрыть вложенные на него затраты: «на вояжи», жалованье, денежные награды и т. д. Он был очень обрадован сообщением Е. А. Черепанова, что в будущем его сможет заменить сын Мирон. 22-летний Мирон Черепанов был вполне сформировавшимся к тому времени техником и конструктором. Летом 1825 г. он был назначен да должность «плотинного» Выйского завода, но, по существу, он ещё раньше начал выполнять при отце функции помощника главного механика всех Нижнетагильских заводов.

Хорошо понимая объективные потребности уральского горного дела, необходимость быстрейшего перевода его на более высокий технический уровень, отец и сын Черепановы на свой страх и риск занялись подготовкой рабочих чертежей новой паровой машины и технико-экономическими расчётами, связанными с её постройкой.

В 1826 г. они получили наконец согласие и 10 тысяч рублей на сооружение паровых машин для медного рудника, нижние горизонты которого продолжали затопляться водой, несмотря на большие расходы, понесённые с упорядочением механизмов конных приводов. Е. А. и М. Е. Черепановы построили на медном руднике тридцатисильную паровую машину, а затем ещё две более совершённые и мощные паровые машины.

Плотинный мастер и его сын стали признанными специалистами, владевшими богатейшим техническим опытом в области создания паровых машин. Поборники паровых двигателей Черепановы вместе с тем не забывали своей специальности «плотинных мастеров». Они создали много различных гидротехнических сооружений — плотин, водоспусков, вешнячных прорезов, водяных колёс и т. д. Е. А. Черепанов всячески стремился усовершенствовать водяные двигатели. Например, он заменял распространённые в то время деревянные колёса чугунными, которые «...полезнее будут обыкновенных... поелику прочность всякому должна быть известна... для действия употребляется воды вполовину менее».

Доменные печи, десятки железоделательных кричных горнов, батареи медеплавильных печей, золотые и платиновые прииски, железные и медные рудники требовали очень много механизмов. Черепановым приходилось разрабатывать проекты, строить разнообразные воздуходувки, кричные молоты, прокатные станы, лесопилки, мельницы. Когда Н. Н. Демидов решил всемерно развивать медеплавильное производство, желая стать «первым медным заводчиком на Урале и в России», он написал Е. А. Черепанову: «Хозяйскою моею властию приказываю тебе заняться учреждением оных (новых медеплавильных печей) непременно». В 1824 г. Е. А. Черепанов уже докладывал в очередном рапорте: «Медеплавильные при Нижнетагильском Вашем заводе вновь три складенные печи сего ноября 1-го числа в действие пущены».

Отцу и сыну Черепановым пришлось много времени уделять развитию золотых и платиновых приисков, потому что Демидов «считал, что по золотым промыслам Черепанов «всех знающее». Стремясь привести в лучшее состояние золотые прииски, Ефим Черепанов придумал промывальную машину, какая «ни на каких золотых промыслах хребта Уральского не находится». Эта машина промывала в день от 800 до 1000 пудов золотоносного песка. Вместо 24-х человек, которые обслуживали раньше промывку на вашгердах, ей требовалось лишь семь человек и две лошади.

Мирон Черепанов был отдан в Горный корпус «к научению сплавлять платину» и быстро освоил новейший в то время способ извлекать платину из руд.

Таким образом, Е. А. и М. Е. Черепановы фактически занимались всеми отраслями заводского производства. Они продолжали также сооружать всё новые и новые машины для заводских нужд: начиная с 1824 г., изготовили более 20 паровых машин мощностью от 2 до 60 лошадиных сил, создали замечательные станки — токарные, винторезные, строгальные, сверлильные. Ими были разработаны проекты и построены машины для производства гвоздей, штамповальные установки и многое другое.

Черепановы создали первый русский паровоз и первую русскую железную дорогу с паровой тягой. Основными транспортными средствами того времени были гужевая и бурлацкие тяги. Внося своё предложение о постройке рельсовой дороги на паровой тяге, Е. А. и М. Е. Черепановы, как и всегда, исходили из присущего им стремления «неослабно заводить машины» для пользы производства и «облегчения сил трудящихся».

Их подход к решению транспортной проблемы в корне oтличaлcя от подхода П. К. Фролова и его последователей, выдвигавших се предложения о рельсовых дорогах ранее Черепановых, но считаших возможным ограничиться конной тягой на транспорте. Предложение Черепановых о сооружении на Нижнетагильских заводах рельсовой дороги с паровой тягой, как всегда, вначале не было поддержано владельцем завода и его главными приказчиками, хотя малопроизводительный и отсталый заводской транспорт обходился весьма дорого.

В начале 1830-х гг. Мирон Черепанов уже занялся разработкой проектов постройки «паровой телеги», хотя никаких официальных разрешений ещё не было получено. Ему приходилось рассчитывать при этом только на собственные творческие силы, а также на помощь отца и Ф. И. Швецова, который был активным сторонником постройки чугунных дорог и занимал в то время должность главного инженера одного из демидовских заводов.

Но в 1833 г. М. Е. Черепанов был отослан вначале в столицу, а затем в Англию для изучения опыта «выделки полосного железа посредством катальных валов... топления и плавки стали на тамошний манер... добычи, обжига и плавки железных руд...»

В длинном предписании Петербургской конторы, вручённом М. Е. Черепанову, не было ни одного слова о необходимости или желательности ознакомления с достижениями транспортной техники в Англии, где жил и работал прославленный Стефенсон. Но изобретателя это не остановило.

По собственной инициативе он постарался увидеть как можно больше паровозов и железнодорожных сооружений, но рассчитывать на глубокое ознакомление с их устройством и работой он не мог.

Хозяева английских железных дорог слишком дорожили своей монополией, чтобы позволить приезжему иностранцу увидеть внутреннее устройство хоть одной машины или тем более снять с неё какие-либо рисунки и чертежи. Поэтому опыт англичан при разрешении стоявших перед изобретателями сложных технических задач мог быть учтён лишь в минимальной мере.

Е. А. и М. Е. Черепановы приступили к созданию первого русского паровоза вскоре после возвращения Мирона из заграничной поездки в октябре 1833 г. По «определению» заводской конторы их помощником был назначен Аммос Черепанов, племянник Ефима, впоследствии продолживший славные дела талантливых родственников. Работа шла быстро и успешно. Е. А. и М. Е. Черепановы придумали много усовершенствований. Например, количество парообразовательных трубок в котле «для усиления жара» было доведено до 80-ти. Следует отметить, что в котле стефенсоновского паровоза «Ракета» их было всего 25, и только котёл самого мощного его паровоза, построенного в начале 1830-х годов, имел 89 трубок. Черепановы сконструировали удобный механизм обратного хода и решили очень много сложных технических задач, возникавших в процессе постройки паровоза.

В августе 1834 г. первый русский паровоз был «пущен на колёсопроводы». Чугунная дорога, по которой ходил первый паровоз Черепановых, имела протяжённость около 800 м. Рельсы в отличие от английских линий, где применялись каменные опоры, были уложены на шпалах. Ширина колеи дороги достигала 1645 мм, то есть ничего не имела общего ни со «стефенсоновской» колеей в Англии (1435 мм), ни с колеей некоторых других зарубежных дорог. Ширина имевшихся в то время русских конных рельсовых дорог не превышала 1 м. Вследствие этого «чугунку» Черепановых закономерно считают первой русской дорогой с широкой колеей.

Рельсы были чугунные, грибовидные, укреплявшиеся в подушках («подстаментах»). Изобретатели, конечно, понимали, что изготовление рельсов из железа, а не чугуна значительно повысило бы их качество. Но зная, что заводское начальство и без того считало их «затею» слишком расточительной, не осмелились даже поставить об этом вопрос.

Паровоз Черепановых перевозил около 3,5 т со скоростью до 15 км в час. Он имел горизонтально расположенный котел в форме цилиндра, длиной 1,7 м, диаметром 0,9 м. Два горизонтальных паровых цилиндра паровоза имели диаметр 178 мм. В 1835 г. о паровозе писали: «Запас горючего материала, состоящего из древесного угля и потребной на действие воды, следует за пароходом в особом фургоне, за которым далее прикреплена приличная повозка для всякой поклажи или для пассажиров в числе 40 человек».

Свой второй, более мощный паровоз Е. А. и М. Е. Черепановы стали готовить к постройке сразу же после того, как пустили на рельсы первый. В марте 1835 г. второй паровоз грузоподъёмностью до 17 т был «совершенно отстройкою кончен». Расходы на него составляли менее полутора тысяч рублей. В «Горном журнале» за июнь 1835 г. отмечалось, что он «удовлетворяет своему назначению, почему и предложено ныне же продолжать чугунные колесопроводы... до самого медного рудника и употреблять пароход для перевозки медных руд из рудника на завод».

Дорога Нижнетагильских заводов, протяжённостью до трёх километров, была построена довольно быстро. Это уже была не экспериментальная железная дорога, а дорога, выполнявшая существенные производственные задачи. Она возникла ранее Царскосельской, о которой позже писали как о первой железной дороге в России. И хотя это была рудовозная дорога и линия частного пользования, изобретатели Черепановы имели такой технический опыт, который мог быть широко использован. Однако они не добились никакой поддержки в этом направлении от своих хозяев и заводской администрации, несмотря на все усилия.

Благодаря Е. А. и М. Е. Черепановым Россия стала второй страной в мире после Англии, где создавались собственные паровозы. По времени введения железных дорог с паровой тягой наша страна занимает четвёртое место после Англии, США и Франции.

Талантливые уральские механики, несмотря на занятость, уделяли большое внимание подготовке молодых специалистов из детей крепостных. Механическое заведение, устроенное на Выйском заводе, стало передовым техническим центром всей Нижнетагильской группы демидовских заводов. Весной 1833 г. в помещении Выйского механического заведения была открыта Высшая заводская школа. Туда переводили учеников старшего класса Выйского училища, проявивших любовь к техническим наукам. М. Е. Черепанов преподавал там механику. Аммос Черепанов обучал мальчиков Выйской школы черчению. К этому времени самый молодой из мастеров Черепановых Аммос не мог повседневно, как прежде, сотрудничать со своими старшими родственниками и наставниками. Он был переведён в другое место, где выполнял ответственные чертежи и разрабатывал оригинальные проекты сложных механизмов.

Однако труды Е. А. и М. Е. Черепановых не получили ни признания, ни должного развития. Краткие публикации в 1835 г. в «Горном журнале» и в «Коммерческой газете» были мало кем замечены. Только в 1902 г. появилось в «Горном журнале» ещё одно краткое сообщение о паровозе Черепановых.

О замечательном начинании Черепановых забыли надолго и основательно. В 1837 г. в печати появилось много статей об окончании строительства Царскосельской железной дороги, но имя Черепановых даже не было названо. Больше всего и прежде всего в этом замалчивании дела Черепановых повинны их хозяева Демидовы, любившие выступать в роли меценатов, учреждать премии за научные работы и т. д. Склонностью к собственному возвеличиванию и позе особенно отличались Павел и Анатолий Демидовы, сыновья Николая Никитича, умершего в 1828 г. Именно в те годы, когда хозяевами Нижнетагильских заводов были Павел и Анатолий, совершены были самые замечательные из дел Черепановых. Однако ни Павел, ни Анатолий Демидовы даже не попытались отдать должное трудам своих «домашних механиков».

В конце 1836 г. были составлены дополнительные «особые правила» для всех заводских механиков, по которым загруженность Черепановых чрезвычайно возросла. Они не могли даже вовремя производить текущий ремонт действующих паровых машин. Но именно в этот напряжённый период Черепановы построили на Выйском медеплавильном заводе 10-сильную паровую машину необычного типа. Котёл этой машины обогревался отходящими горячими газами медеплавильных печей. В официальном отчёте сообщалось, что эта машина работала на горючих газах четырёх медеплавильных печей, и только для «воспаления газов употребляется самая малая часть дров, не более 40 сажен в год». Но многие проекты нижнетагильских изобретателей не могли быть реализованы. Ввиду преклонного возраста и расстроенного здоровья Е. А. Черепанов подал в отставку. Но его с работы не отпустили. И в «черновом послужном списке» за 1840 г. Е. А. Черепанов всё ещё значится служащим.

Пренебрежительное отношение «господ владельцев» к творчеству замечательных изобретателей сказалось и при отборе экспонатов для промышленной выставки в Петербурге. Черепановым «поручили сделать для выставки в небольшом виде паровоз». Дело, однако, кончилось тем, что в ящиках, отправленных на выставку 1839 г., место модели первого русского паровоза заняли, согласно «росписей», «чугунная кобыла и чугунный жеребец».

Демидовы и их приказчики остались верны себе и при посылке самых различных вещей на выставку «образцов изделий фабричной, заводской, ремесленной и всякого рода произведений местной промышленности», которая открылась в 1873 г., в число экспонатов попали подсвечники, листовое железо, гвозди из штыковой меди, тальк, посуда, малахит и даже чугунные бюсты владельцев заводов, лисьи капканы и «раритеты из царства ископаемых» во главе с «зубом мамонта». Не нашлось места только для чудесных творений Ефима и Мирона Черепановых.

27 июня 1842 г. Ефим Алексеевич Черепанов скончался. Он и умер, «выезжавши ещё накануне смерти по делам службы». Мирон Ефимович Черепанов ненадолго пережил своего отца: он умер 17 октября 1849 г.

Огромное, многогранное творческое наследие Черепановых, их вклад в развитие горного дела, металлургии, гидротехники, теплотехники, машиностроения, сухопутного и водного транспорта навсегда вошли в историю российской техники.