Пароходы
С давних времен человек пытался использовать энергию водяного пара для придания телу движения. Еще в I в. н.э. греческий математик и механик Герон Александрийский предложил конструкцию, напоминающую паровую турбину. Наброски парового судна можно найти и в работах гениального Леонардо да Винчи.
Первым паровым двигателем, способным совершать полезную работу, принято считать машину, построенную в 1690 г. в Марбурге Дени Папеном. Он же впервые оснастил паровой котел предохранительным клапаном. В 1750 г. физик Даниил Бернулли предложил конструкцию гребного колеса.
В 1783 г. Клод Жоффруа д’Аббан продемонстрировал публике судно «Пироскаф», которое приводилось в движение вращавшей два гребных колеса горизонтальной паровой машиной. Однако, пройдя всего лишь 365 м, судна сломалось, и дальнейших опытов с ним уже не производили.
В 1784 г. англичанин Джеймс Уатт построил паровую машину двойного действия, в которой поршень опускался и поднимался давлением пара. Она достаточно быстро нашла широкое применение.
В 1801 г. прошли успешные испытания первого в мире парового буксира «Шарлотта Дандас». Некоторое время работал в канале Форт Клайд, но владельцы канала вскоре запретили эксплуатацию, опасаясь, что поднятые гребным колесом парохода волны повредят береговую линию.
2 августа 1803 г. во Франции на реке Сене состоялись успешные испытания первого парохода, построенного талантливым ирландским изобретателем-самоучкой Роберттом Фултоном. Несмотря на то, что судно в течение 1,5 часа двигалось со скоростью до 5 км/ч, Наполеон Бонапарт счел Фултона прожектером и отклонил все проекты постройки паровых судов.
После неудачи во Франции Фултон перебрался в Северную Америку, где убедил администрацию штата Нью-Йорк организовать пароходную линию на реке Гудзон. 17 августа 1807 г. специально построенный для этой цели пароход «Клермонт» водоизмещением около 100 т совершил первый рейс из Нью-Йорка в Олбани, пройдя за 32 часа примерно 240 км. В 1810 г. на реках Гудзон и Раритан совершали регулярные рейсы уже три парохода.
Вдохновившись американским примером, пароходы начали строить и в других странах. В августе 1812 г. первый рейс по английской реке Клайд совершил пароход «Комета».
В 1813 г. император Александр I сначала предоставил монопольное право на организацию пароходных сообщений на российских реках Роберту Фултону, но последний не ввел в эксплуатацию ни одного судна. После смерти изобретателя в 1815 г. эта привилегия перешла к инженеру шотландского происхождения Чарльзу Берду, который построил небольшой (длина 18,3 м) пароход «Елизавета», способный развивать скорость до 5,8 узла. 3 ноября 1815 г. «Елизавета» совершила успешный рейс из Санкт-Петербурга в Кронштадт и обратно. В конце 1815 г. русский кораблестроитель П.И. Рикорд предложил термин «пароход», который постепенно вытеснил употреблявшиеся ранее заимствования из иностранных языков «пироскаф» и «стимбот».
После успеха «Елизаветы» Берд приступил к массовой постройке пароходов, удобство применения которых на российских речных просторов оценили очень быстро. К 1820 г. количество пароходов в стране достигло 15, а к 1835 г. — 52.
В отличие от триумфального шествия по рекам, озерам и каналам, применение паровых машин на морских судах долгое время сдерживалось необходимостью иметь на борту большие запасы топлива.
24 мая 1819 г. из США в Великобританию отправился парусно-паровой пакетбот «Саванна», оснащенный, помимо парусного вооружения на трех мачтой, паровой машиной мощностью 90 л.с. и гребными колесами. Он стал первым пароходом, пересекшим Атлантический океан. Путь занял 29 суток, причем паровая машина использовалась только 85 часов, остальное время переход осуществлялся под парусами. В рамках своего путешествия по Европе «Саванна» посетила и Санкт-Петербург, став таким образом, первым зашедшим в российский порт иностранным пароходом. Следует отметить, что на обратном пути в США паровая машина уже не использовалась. Затем ее и вовсе демонтировали, превратив «Саванну» в обычный парусник.
Первым же пароходом, не использовавшим при переходе через Атлантику паруса стал построенный в 1837 г. в Шотландии «Сириус». 4 апреля 1838 г. он вышел из ирландского порта Корк и спустя 18 дней и 10 часов прибыл в Нью-Йорк. Кстати, взятых на борт 450 т угля не хватило, и на финальном отрезке пути в топку пошли мачты, планшири, деревянный настил мостиков, мебель и даже (по некоторым источникам) деревянная кукла одной из пассажирок.
Первый военный пароходофрегат (корабль с полным парусным вооружением, но оснащенный паровой машиной и гребными колесами) «Медея» был построен в 1832 г. в Великобритании. В русском флоте первым представителем этого класса стал вступивший в 1836 г. в состав Балтийского флота 28- пушечный «Богатырь». Паровая машина мощностью 240 л.с. позволяла ему развивать скорость до 8 узлов.
Гребные колеса на пароходофрегатах первоначально ставили несколько ближе к носу, но затем их установку в середине корпуса сочли более оптимальной. На волнении они часто меняли свое углубление, что сильно снижало эффективность работы. И в любом случае гребные колеса пароходофрегатов представляли собой весьма громоздкие конструкции, легко уязвимые для огня неприятельских орудий.
Гораздо более оптимальным движителем представлялся винт Архимеда. В 1836 г. англичанин Фрэнсис Смит проводил эксперименты с паровым катером, оснащенным классическим винтом Архимеда. В какой-то момент деревянный винт разломился, и от спирали остался только один виток, после чего катер заметно прибавил в скорости. Другую конструкцию гребного винта предложил шведский изобретатель Джон Эрикссон. Она напоминала гребное колесо, лопасти которого располагались под углом.
Чтобы окончательно определиться с достоинствами винта в сравнении с гребными колесами, британское Адмиралтейство в марте 1845 г. провело интересный опыт. Два судна с машинами одинаковой мощности, но разными типами движителей, винтовой «Раттлер» и колесный «Алекто» поставили кормами друг к другу и соединили тросом, после чего их машины дали полный ход, и «Раттлер» потащил за собой «Алекто» со скоростью 2,5 узла. После этого к постройке винтовых кораблей приступили в большинстве стран. Чаще всего шли по пути оснащения паровыми машинами обычных парусных кораблей.
Параллельно шло совершенствование паровых машин и котлов. К первым судовым котлам специальной конструкции следует отнести огнетрубные котлы так называемого «лабиринтного» типа с расположенными внутри корпуса дымогарными трубками. Это обеспечивало большую поверхность нагрева, при этом давление пара в них не превышало 1 атмосферы. Гораздо более удачными оказались «галерейные» котлы. В них горячие газы из топок вначале также проходили через дымогарные трубки, но затем, совершив обратный поворот, поступали в расположенные выше возвратные трубки, что увеличивало коэффициент полезного действия.
Паровые машины вначале оснащали балансирами, что делало их весьма высокими и громоздкими. Первая в мире безбалансирная паровая машина была построена в 1836 г. в России на Ижорском заводе. Расположение цилиндров могло быть вертикальным, горизонтальным и даже наклонным. Немалое распространение приобрели и паровые машины с качающимся цилиндром.
Первые судовые котлы питались забортной водой, но постепенное усовершенствование холодильников позволило перейти на более выгодное питание пресной водой.
С конца 1850-х гг. стали активно применяться более экономичные паровые машины двойного расширения (компаунд).
Первый в мире паровой линейный корабль специальной постройки «Наполеон» во Франции спустили на воду 16 мая 1850 г., автором проекта был выдающийся французский кораблестроитель Дюпюи де Лом. Паровая машина мощностью 900 л.с. позволяла развивать 90-пушечному кораблю водоизмещением 5120 т скорость до 13 узлов.
Первый русский винтовой фрегат «Архимед» спустили на воду в 1848 г., но его служба оказалась недолгой: в 1850 г. он разбился о камни у острова Борнхольм. В результате в России, на момент начала Крымской войны, имелось лишь одно винтовое судно: военная грузовая шхуна «Аргонавт» в составе Черноморского флота. Винтовой фрегат «Полкан» вступил в строй лишь в 1854 г.
5 ноября 1853 г. состоялся первый в истории бой паровых кораблей. Русский пароходофрегат «Владимир» под командованием капитан-лейтенанта Г.И. Бутакова атаковал турецкий пароход «Перваз-Бахри». После трехчасовой артиллерийской дуэли «Перваз-Бахри» был вынужден спустить флаг.
Однако до самого начала Крымской войны существовало мнение, что парусные военные корабли все еще продолжают иметь боевое значение. Вторгшиеся в 1854 г. в Черное море силы союзников имели значительный перевес над русским Черноморским флотом в количестве паровых кораблей. Ведь в то время паровых линейных кораблей в русском флоте не было вообще, а 6 черноморским пароходофрегатам союзники готовы были противопоставить 22 фрегата с паровыми машинами. Шансы на победу в морском сражении в таких условиях отсутствовали, и русское командование приняло решение затопить устаревшие парусные корабли, перегородив таким образом вход в бухту Севастополя. Эра парусных военных кораблей завершилась.
Однако еще значительное время несовершенство конструкции судовых паровых машин требовало сохранения на кораблях, предназначенных для крейсерских операций на отдаленных театрах, парусного вооружения.
«Золотым веком» парусно-паровых крейсеров стала Гражданская война в США, когда парусно-винтовые рейдеры Конфедерации устроили интенсивную охоту за торговыми кораблями северян. Наибольшую известность приобрел шлюп «Алабама», который под командованием Рафаэля Симмса перехватил 68 торговых судов (53 из них уничтожил) и военный колесный пароход северян «Гаттерас».
Неудачи в ходе Крымской войны заставили обратиться к идее крейсерских действий и русских морских начальников. В 1854 г. находившийся со специальным поручением в США капитан- лейтенант А.С. Горковенко обратил внимание на отличные ходовые качества строящихся на верфях Сан-Франциско клиперов. В своей докладной записке на имя тогдашнего главы флота великого князя Константина Николаевича, сына императора Николая I, он предложил приобрести несколько таких судов и, установив вооружение, отправить их на охоту за британскими торговыми кораблями в Тихом океане.
Покупка так и не состоялась, но в 1855 г. под руководством будущего адмирала, а тогда капитана 2 ранга И.А. Шестакова приступили к проектированию русских винтовых клиперов. Уже в январе 1856 г. на архангельских верфях заложили корабли: «Разбойник», «Стрелок». «Джигит», «Пластун», «Опричник» и «Наездник». В октябре 1858 г. в Финляндии заказали еще два клипера второго поколения — «Абрек» и «Всадник», а в Великобритании в августе 1859 г. — «Гайдамак». Также строились гораздо более сильно вооруженные, но обладавшие меньшей скоростью винтовые фрегаты и корветы. Например, вступивший в строй Балтийского флота в мае 1859 г. винтовой фрегат «Светлана» водоизмещением 3188 т имел на вооружении 42 орудия различных калибров.
Постепенно железо сменило традиционное в судостроении дерево, что позволило избавиться от множества присущих деревянным корпусам недостатков. В первую очередь применение железа способствовало, при сохранении той же прочности, существенному снижению веса судовых конструкций. Из-за опасения развития опасных деформаций длина корпуса деревянного судна никогда не превышала 90 м. Железные, а затем и стальные корпуса снимали и эти ограничения.
Дальнейшее совершенствование паровых машин и котлов, а также рост водоизмещения судов постепенно сделали ненужным даже вспомогательное парусное вооружение. Так паровая машина одержала окончательную победу.
«Саванна»
Изначально судно строилось как парусник, но во время строительства решили установить паровую машину и гребные колеса. Инициатором такой модернизации стал капитан «Саванны» Мозес Роджерс, имевший опыт плавания на пароходах Фултона.
Машину заказали нью-йоркскому механику Джеймсу Элейру. Она была одноцилиндровой наклонного типа и развивала мощность до 90 л.с. Это позволяло «Саванне» двигаться под парами со скоростью 6 узлов. Чтобы разместить ее в корпусе судна, грот-мачту пришлось сдвинуть ближе к корме. Пар для машины вырабатывали два котла. Запасы топлива были рассчитаны на семь дней плавания и состояли из 75 т угля и 90 кубических метров дров.
Гребные колеса имели диаметр 4,6 м. Чтобы не создавать дополнительного сопротивления, во время движения под парусами их демонтировали и укладывали на палубу. Пассажирские помещения позволяли вместить 32 человека. Стоимость постройки составила 50 тысяч долларов.
К идее капитана и владельцев судна пересечь на пароходе Атлантический океан жители Нью-Йорка отнеслись с недоверием. Роджерс даже не смог нанять команду — желающих идти на «паровой гроб» не нашлось. Пришлось отправиться в Коннектикут, где его давняя репутация хорошего капитана позволила нанять матросов.
28 марта 1819 г. пароход вышел из Нью-Йорка и отправился в порт приписки Саванну. Путь занял 207 часов, из которых под парами прошли лишь 41. 11 мая морскую прогулку на «Саванне» совершил президент Джеймс Монро, в ходе которой одобрил идею первого в мире трансатлантического плавания парохода.
Вскоре в местной газете появилось объявление: «Пароход «Саванна», капитан Роджерс, безотлагательно отойдет в Ливерпуль завтра, 20 мая. Пассажиры, если таковые окажутся, могут быть размещены с комфортом. За справками обращаться на пароход». Но, как и в Нью-Йорке, желающих ступить на борт «огнедыщащего чудища» не оказалось. Не нашлось желающих и отправить груз. Напрасно прождав два дня, пароход 22 мая вышел в море пустым.
В пути произошел забавный казус. Заметив идущий из трубы «Саванны» густой дым, на помощь ей поспешила проходивший мимо парусная шхуна «Контракт». Ее капитан был уверен, что на судне бушует пожар.
Переход через Атлантический океан занял 29 суток, при этом большую часть пути шли под парусами.
У берегов Ирландии ситуация повторилась. На таможенному судне также решили, что на «Саванне» пожар, о чем по телеграфу известили английскую военную эскадру. А пароход, пополнив в Кингсейле запасы угля, продолжил свой путь.
Для большего эффекта 20 июня в Ливерпуль входили под парами. И вновь к «Саванне» устремилось множество шлюпок с местными жителями, желавшими оказать помощь «горящему судну».
Из Ливерпуля «Саванна» направилась в Стокгольм, где ее посетил король Швеции Карл XVI, более известный современным читателям как маршал Наполеона Бернадотт, а 9 сентября пришла в Кронштадт. Осмотревший корабль император Александр I подарил капитану Роджерсу золотые часы и набор железной мебели. В течение нескольких дней пароход проводил показательные экскурсии, катая по Финскому заливу членов императорской фамилии, высшее морское и армейское командование, а также прочую публику. Русское правительство хотело даже купить «Саванну», но условия сделки не устроили американскую сторону.
«Грейт Истерн»
Британского инженера Изамбарда Кингдома Брюнеля часто называют Леонардо да Винчи XIX в. и причисляют к наиболее ярким фигурам Промышленной революции. В 1852 г. у него возникло желание создать огромный корабль, способный, следуя вокруг Африки без промежуточных дозаправок топливом, добраться до Индии или Австралии. Его проект вызвал интерес у судоходной компании «Истерн Стим Навигэйшн Компани». Обещанная грузо- и пассажировместимость судна позволяла достичь невиданных ранее экономических показателей (в том числе и за счет того, что приобретаемый на промежуточных станциях уголь стоил в 4—5 раз дороже, чем в Англии) и обеспечить практически полный контроль торговли с Австралией и Юго-Восточной Азией. Также немаловажным аргументом была возможность при необходимости одновременно перевозить на борту большое количество войск.
Корпус корабля был металлическим, причем впервые в истории судостроения имелось не только двойное дно, но и двойной борт. Десять поперечных водонепроницаемых переборок доходили до верхней палубы, а в районе машинных и котельных отделений установили еще и продольные переборки.
Брюнель оснастил свое детище всеми известными в то время движителями: четырехлопастным гребным винтом, гребными колесами диаметров 17 м, а также шестью мачтами с парусным вооружением. Мощность энергетической установки достигала невиданных для того времени величин. На гребной винт работала паровая машина мощностью 4000 л.с. Машина, вращавшая гребные колеса, развивала 3650 л.с. Пар для машин вырабатывали 10 котлов. Запас угля составлял 15 тыс. тонн.
Из примененных на судне технических новшеств следует отметить паровую рулевую машинку и лацпорт для погрузки железнодорожных вагонов.
Спуск этого гигантского судна, получившего имя «Грейт Истерн», назначили на 2 декабря 1837 г. Посмотреть на церемонию пришло более 100 тыс. человек. Среди них: британская королева Виктория со своим супругом Альбертом Саксен-Кобург-Готским, бельгийский король Леопольд I, известные писатели Жюль Верн и Роберт Стивенсон. Когда корабль уже начал медленно двигаться к воде, из-за рассинхронизации работы лебедок возник перекос в направлении движения, причем барабан одной из них начал быстро вращаться. Пять человек получили тяжелые увечья. Несмотря на то, что корабль удалось остановить, дальнейшие попытки спуска на воду также оказались неудачными. Лишь 31 января 1858 г., во время прилива и сильного урагана «Грейт Истерн» самостоятельно сошел на воду, но в свой испытательный рейс он вышел только 7 сентября 1859 г. И здесь не обошлось без несчастий. В результате взрыва парового котла погибли 6 человек, еще 9 получили ранения. Все эти неудачи пагубно отразились на здоровье Брюнеля, и 15 сентября он умер от разрыва сердца.
Когда 17 июня 1860 г. пароход вышел в свой первый трансатлантический рейс, на борту находилось всего лишь 43 пассажира, в то время как изначально оборудовали 4000 пассажирских мест. Через 11 дней и 14 часов «Грейт Истерн» вошел в гавань Нью-Йорка. На обратном пути он взял на борт 100 пассажиров.
Когда в США вспыхнула Гражданская война, британское правительство зафрахтовало «Грейт Истерн» для перевозки войск в Канаду. В августе 1861 г. он за один рейс перевез 2144 военнослужащего, 473 женщины и ребенка, также 100 лошадей — невиданный ранее результат!
Так и не получив запланированной прибыли, владельцы продали корабль. Новые хозяева решили превратить его в кабелеукладчик. Для размещения различного оборудования и бухт с кабелем пришлось демонтировать два котла. В этой роли он неплохо показал себя, проложив с 1865 по 1874 г. пять подводных телеграфных в Атлантическом океане и одну — в Индийском. Однако после того, как к работе приступил кабелеукладчик специальной постройки «Фарадей», гигант снова остался не у дел. Некоторое время он служил плавучим цирком и угольным депо, а затем был продан на слом. Ему было суждено стать самым большим судном XIX в., но, пожалуй, он смог одновременно заслужить титулы самого неудачного и самого бесполезного.