Изобретено в СССР Скоренко Тим

Нет, конечно, с 1917 по 1922 год учёные и инженеры – те, кто не бежал от новой власти, не остался за границей, отправившись в командировку, не был выслан, – не сидели без дела. Можно вспомнить аэровагон – дрезину с авиационным винтом, спроектированную Валерианом Абаковским, – разработку нового, уже не царского времени. Но именно турбобур я бы назвал первым шагом к советской науке и технике, успешным применением изобретательской мысли в новых социальных условиях.

Все изобретатели 1920–1930-х годов получили образование ещё до революции, и их исследовательское мышление сформировалось тогда же. Матвей Алкунович Капелюшников, руководитель группы, создавшей турбобур, окончил Томский технологический институт в 1914 году и первые годы работал в Баку на разных нефтедобывающих производствах, где и приобрёл основной опыт.

Но своё главное изобретение он всё-таки сделал уже при советской власти, получив для этого возможности, средства и время. Впрочем, прежде всего стоит рассказать, что же такое турбобур и почему он заслужил отдельную главу в книге.

До турбобура

Бурение – очень древняя технология. Скважины на воду бурили ещё до нашей эры, причём представители самых разных культур. Хорошо известны описания китайских скважин для добычи глины, воды, газа. Но вплоть до 1880-х годов метод бурения везде был примерно одним – ударным. Ударный метод – это когда в забой обрушивается тяжёлый буровой снаряд, своим весом дробящий породу, которая затем вычерпывается. Сегодня такой подход тоже используется, но является скорее вспомогательным – например, его применяют при бурении сверхглубоких скважин. Он не слишком эффективен, зато максимально прост технически. Достаточно поднять тяжёлый снаряд и отпустить его. И снова поднять. И отпустить.

Огромный шаг в технике бурения сделали в 1840-е годы французы. В 1833 году инженер Пьер-Паскаль Фовель заметил, как отработанная порода выносится подземным ручьём, в который случайно попал буровой снаряд. К 1844 году Фовель на собственные средства пробурил 219-метровую скважину для артезианской воды под Перпиньяном и испытал там систему искусственной промывки. Получив патент, он триумфально продемонстрировал технологию 31 августа 1846 года: в его системе вода под давлением подавалась прямо через снаряд и вымывала раздробленную породу на поверхность через отводной канал. В тот же год патент на аналогичную технологию получил англичанин Роберт Бирт, но он так и не нашёл средств для воплощения идеи в жизнь. Промывка скважин стала прорывом в первую очередь потому, что позволила удалять породу без остановки бурения. И да, это был первый шаг к турбобуру.

Следующий прорыв произошёл в 1880-е годы в США, где впервые применили не ударное, а вращательное бурение, то есть что-то вроде принципа сверла. Буровая колонна с долотом или коронкой на конце опускалась в скважину и приводилась во вращение паровым двигателем. Такой метод был намного эффективнее ударного бурения, но позволял работать только на относительно небольших глубинах. Впрочем, уже вполне достаточных для активно растущей в те годы добычи нефти.

Основным недостатком вращательного бурения была необходимость крутить всю буровую колонну, то есть длинный, тяжёлый, трущийся о стенки скважины снаряд. Предпринимались попытки разработать отдельный привод для наконечника, и в результате в конце XIX века появилась ещё одна разновидность бурения – роторное, когда вращение инструмента осуществляется от ротора в буровой вышке через привод, проходящий через всю колонну. Конечно, это повышало КПД всей системы, но всё-таки оставалось не самым совершенным решением.

Турбобур стал третьим прорывом. Капелюшников и его группа реализовали на практике идею, которая все эти годы – со времён Фовеля – была на виду, но почему-то не претворялась в жизнь. Для вращения инструмента они применили не отдельный двигатель, а энергию подаваемой в нижнюю часть скважины промывочной жидкости. По сути, они убили двух зайцев одним выстрелом.

Человеческий фактор

Матвей Капелюшников родился 12 сентября 1886 года в Тифлисской губернии в семье военного кавалериста. Он не пошёл по стопам отца и сперва получал образование в железнодорожном училище Елисаветполя (ныне Гянджа, Азербайджан), потом – в реальном училище Кутаиси, затем отправился за высшим образованием в Томск. Интересно, но в документах Капелюшников значился как иудей и по паспорту его звали Мордухай, русское имя он взял позже.

Это была чисто инженерная карьера: получив специальность инженера-механика, в 1914 году он поступил работать в технический отдел фирмы «Бакинское общество русской нефти» (БОРН), принадлежавшей англичанам и имевшей штаб-квартиру в Лондоне. Через полгода британский промышленник Герберт Аллен сформировал «Нефтепромышленную финансовую корпорацию», которая поглотила БОРН. Это повлекло за собой кадровые перестановки и сокращения, в результате которых Капелюшников перешёл на нефтеперегонный завод Быховского. В целом Капелюшников был талантлив, но работал рядовым инженером российской нефтяной отрасли. Он разрабатывал системы вращательного бурения, резервуары для хранения нефти, бензиновые установки и т. д.

Удивительно, но революция и Гражданская война практически не коснулись Капелюшникова: нефть была значительным финансовым ресурсом страны, и новому правительству требовалась бесперебойная работа отрасли. Конечно, в 1920 году нефтяная промышленность была национализирована, а бакинские заводы объединены в трест «Азнефтеком» (ныне это «Азнефть»). Капелюшников нашёл место в новой структуре: он работал членом коллегии управления нефтеперегонными заводами третьей группы треста, а затем, в 1923–1933 годах, заместителем начальника технического бюро «Азнефтекома».

Именно в эти годы, получив достаточную свободу действий и не будучи уже рядовым инженером, обязанным выполнять типовые задания, Матвей Капелюшников и реализовал идею, которую задумал, судя по всему, достаточно давно – ещё в период работы на БОРН. Такие идеи не рождаются за один день, а вынашиваются в течение нескольких лет.

Рождение турбобура

Став замначальника техбюро, Капелюшников задумался над вопросом, который ставил в тупик не одного инженера. Можно ли эффективно вращать инструмент на конце буровой колонны, не затрачивая энергию на вращение всей колонны и даже просто привода ротора? На движение всех этих дополнительных деталей уходила львиная доля мощности, и КПД всей установки был крайне мал.

Он привлёк к работе двух подчинённых – инженеров Семёна Волоха и Николая Корнева. В считаные месяцы они втроём полностью рассчитали и разработали систему, позволяющую решить проблему. На конце колонны располагался цилиндрический кожух-утолщение, внутри которого находилась одноступенчатая турбина. Промывочная жидкость (конечно, уже не вода, как при Фовеле, а специальный глинистый раствор), проходившая под давлением через ствол колонны, заодно вращала турбину, от которой приводился наконечник бура! Идея казалась настолько простой, что непонятно было, почему никто не реализовал её на 10, 20 или даже 30 лет раньше.

Руководство «Азнефти» не заинтересовалось этой технологией, а вот Сергей Миронович Киров, на тот момент первый секретарь ЦК Компартии Азербайджана, к которому Капелюшников обратился за помощью, поддержал изобретательскую группу. По указанию Кирова на Мальцевском механическом заводе была изготовлена пробная партия турбобуров по проекту Капелюшникова, и в 1923 году новое устройство успешно показало себя на испытаниях.

Конечно, не обошлось без проблем. С одной стороны, в 1923–1924 годах было проведено несколько успешных бурений, в том числе в присутствии Кирова, и эффективный КПД при этом оказался заметно выше, чем при обычном роторном бурении. С другой – турбобур был технически сложным приспособлением, он перегревался, турбина с высокой вероятностью выходила из строя, и в производстве подобный механизм стоил значительно дороже простой колонны.

В получении патента на турбобур немалую роль сыграла политика. В 1922 году Капелюшников, Волох и Корнев подали заявку на совместное первенство в изобретении. Годом позже Капелюшников в одиночку (!) подал заявку в Великобритании, а в 1925 году, ещё до выдачи советского патента (заявки рассматривались долго), Волох и Корнев неожиданно отказались от своего первенства, написав официальное письмо в патентное ведомство. Таким образом, Капелюшников получил последовательно два индивидуальных патента – английский и советский. Странно то, что напарники Матвея Алкуновича отказались от изобретения ровнёхонько после того, как проект турбобура поддержал ЦК Компартии. Имена этих двух инженеров после середины 1920-х годов затерялись в истории. Можно предположить, что отказ был написан не без давления сверху, а в исчезновении Волоха и Корнева определённую роль сыграла изменившаяся обстановка в стране в преддверии грядущих репрессий. Хотя точно сказать, к сожалению, нельзя.

Всемирный успех

Вся слава досталась Капелюшникову. 11 сентября 1923 года он подал заявку и на американский патент, который получил в итоге в 1928-м (не могу не привести написание фамилии изобретателя в этом патенте: Capeliuschnicoff). Заметки о технологии стали появляться в ведущих технических изданиях мира, и уже в 1924 году американец Чарльз Шарпенберг, основатель компании Scharpenberg, получил первый сторонний патент на турбобур. В его системе использовалась многоступенчатая турбина – более эффективная, но и менее надёжная; в 1926 году при бурении в Калифорнии Шарпенберг впервые применил эту схему на практике.

В 1928 году Капелюшников и группа сопровождавших его инженеров триумфально продемонстрировали советскую технологию в США. Сам изобретатель выступил с лекцией на Международной выставке нефтяного оборудования в Талсе, а турбобур с огромным отрывом выиграл соревнование у роторного аналога на демонстрационном бурении Texas Oil Co. близ Эрлсборо (Оклахома). При этом советское руководство отказалось продавать технологию, хотя предложения поступали от самых разных нефтяных компаний.

В целом турбобур Капелюшникова был несовершенным – по причинам, описанным выше. Реально система могла работать не более 10 часов подряд, дальше перегрев приводил к расширению движущихся частей, которые и так тёрлись друг о друга, да ещё в окружении абразивных загрязнений, и механизм просто ломался, начинку приходилось заменять. Поэтому с точки зрения экономичности первые турбобуры проигрывали роторным бурам в долгосрочной перспективе.

Но идея получила развитие. Решением проблемы стали многоступенчатые роторы, независимо появившиеся по обе стороны океана. В СССР адептом системы и её спасителем стал молодой инженер Пётр Павлович Шумилов из Государственного исследовательского нефтяного института. В первой половине 1930-х годов он разработал турбобур с многоступенчатой аксиальной гидравлической турбиной – устройство было испытано в 1935 году и внедрено к началу 1940-х. В 1942 году Шумилов получил за свои разработки Сталинскую премию.

С тех пор и навсегда

Матвей Капелюшников прожил счастливую жизнь. Его не коснулись репрессии, он всегда находился на привилегированном положении. В 1931 году Капелюшников стал одним из ведущих инженеров, принимавших участие в строительстве первого в стране крекингового завода (и был впоследствии его директором), а с 1937-го и до смерти в 1959 году возглавлял лабораторию физики нефтяного пласта Института нефти АН СССР. Он получил ещё несколько авторских свидетельств, разработал множество устройств и технологий в своей отрасли.

А турбобур развивался уже без участия своего изобретателя. Разработки Шумилова подтолкнули технологию вперёд, и в 1957 году при Всесоюзном научно-исследовательском институте буровой техники (ВНИИБТ) появились сразу два подразделения, работавших в этом направлении: Отдел турбобуров и Лаборатория высокомоментных турбобуров. Если в 1930-е годы доля турбобуров в нефтяной отрасли составляла около 1,5 %, то сегодня чуть ли не три четверти всей буровой промышленности России базируется на турбинном бурении. Одной из ведущих мировых компаний по разработке подобного оборудования является пермское ЗАО «НГТ». Никакие социальные изменения в стране не сумели повредить советскому и российскому первенству в этой области. Турбобуры широко применяются и за рубежом: например, самый известный конкурент пермяков – американская компания Schlumberger. Кстати, знаменитая Кольская сверхглубокая скважина пробурена именно с помощью турбобура.

Сегодня различные методы вращательного бурения составляют до 80 % всей отрасли. Это и многократно усовершенствованный роторный метод, и турбинный, и комбинированный роторно-турбинный, и реактивно-турбинное бурение с применением одновременно нескольких турбобуров, и электробурение. Приятно, что один из глобальных прорывов в этой отрасли стал плодом русской инженерной мысли.

В 1887 году Николай Бенардос, уже будучи всемирно признанным изобретателем, проводил в своей мастерской публичные опыты по «электрическому паянию», как тогда нередко называли сварку. При этом присутствовал другой известный учёный – электротехник Дмитрий Александрович Лачинов, который очень интересовался технологией и также работал над её усовершенствованием. Замечу, что на тот момент Бенардос считался единственным авторитетом в отрасли: Славянов только начинал свои опыты на Пермских пушечных заводах и даже не был знаком с первопроходцем сварочной технологии.

Лачинов уже экспериментировал с резкой металлов электрической дугой и, в частности, обнаружил, что эта технология применима не только в воздушной среде, но и под водой, о чём и рассказал Бенардосу. Сотрудничая с Лачиновым, Бенардос в том же году провёл успешный опыт подводной сварки, но дальше дело не пошло. Эффективность процесса была крайне низкой, а у Бенардоса хватало других проблем: в то время он получал международные патенты на свой аппарат «Электрогефест», а кроме того, был занят совершенствованием основного процесса, сварки в воздушной среде. Поэтому эксперимент остался единичным.

С тех пор прошло 45 лет.

Метод Хренова

Несмотря на то что за без малого полвека технологию сварки многократно совершенствовали, в том числе и сам Бенардос, разрабатывались новые методы, ставились опыты в самых разных условиях, подводная сварка оставалась неисследованной. С нею было множество проблем, и основным препятствием на пути развития технологии, как нетрудно догадаться, становилось то, что дуга не могла стабильно гореть под водой. Более того, вода, в особенности морская, является отличным проводником и требует серьёзной изоляции всего электрооборудования. Ещё подводной сварке отчасти мешает давление: при повышенном давлении столб дуги сжимается и швы получаются выпуклые, неровные (собственно, название «гипербарическая сварка» связано именно с внешними условиями, то есть с повышенным давлением). Наконец, под водой крайне сложно удалять шлак. В общем, нужна была технология, кардинально отличная от привычной.

Как ни странно, ответы на все вопросы, относящиеся к подводной сварке, дал один человек – Константин Константинович Хренов. Как и Бенардос со Славяновым, Хренов был настоящим фанатом сварки и разработке различных её методов посвятил всю свою долгую жизнь.

Хренов закончил электрохимический факультет ЛЭТИ. Правда, поступал он до революции в Электротехнический институт императора Александра III, а выпустился в 1918 году уже из Петроградского института имени В. И. Ульянова (Ленина), поскольку вуз успел сменить название. Затем он преподавал в своей альма-матер на кафедре общей химии, а в 1928 году перевёлся в Московский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта, где работал без малого 20 лет. Одновременно с этим с 1931 года Хренов преподавал в Бауманке (она тогда называлась Московским механико-машиностроительным институтом). Именно там, в Москве, он и сделал изобретение, принесшее ему всесоюзную славу и, к слову, Сталинскую премию II степени. Ряд источников пишет, что «технология разработана под руководством академика АН УССР Хренова», но на тот момент он не был не только академиком, но даже профессором – эту должность он получил в 1933 году, а академиком стал в 1945-м. И конечно, над технологией Хренов работал не один, и его взаимодействие с помощниками можно скорее назвать командной игрой, чем работой лаборантов под началом мудрого руководителя.

Так или иначе в начале 1930-х годов Хренов заинтересовался проблемой подводной сварки и решил её простым и остроумным методом. Дело в том, что если принудительно охлаждать зону горения дуги, то выделяемая дуговым разрядом энергия резко возрастает, компенсируя охлаждение. Это называется принципом минимума энергии Штеенбека или саморегулированием дуги. Рост выделения энергии приводит к испарению воды вокруг электрода и образованию газового пузыря, в котором дуга устойчиво горит! Компенсировать неизбежные тепловые потери можно повышением напряжения дуги. Опираясь на эту идею, Хренов в 1932 году разработал специальные электроды для подводной сварки, а в 1933-м опубликовал описание метода в журнале «Сварщик» (статья «Электросварка под водой»). Забавно, но на всё описание хватило пары страниц – это напоминает историю открытия Николаем Коротковым способа измерения артериального давления, который он тоже описал буквально в нескольких абзацах.

На практике

Первое практическое применение метода Хренова состоялось в 1936 году. Осенью 1935 года специалисты Экспедиции подводных работ особого назначения (ЭПРОН) поднимали в Северной бухте Севастополя затопленную на глубине 65 метров подводную лодку «Краб». «Краб» был первым в истории подводным минным заградителем (подробно о нём можно почитать в первой книге), а на дно его отправили в 1919 году поддерживавшие Врангеля английские военные, чтобы не оставлять уникальный корабль наступавшей Красной армии. Нашли «Краба» специалисты ЭПРОН совершенно случайно в 1934 году и первое время вообще предполагали, что это другая подлодка.

Подъём был сложным, многоступенчатым. Сперва под лодкой водоизмещением 560 тонн размывали грунт, затем поднимали в три захода. И во время второго захода корпус «Краба» неожиданно ударился обо что-то металлическое, не обнаруженное металлоискателями ранее. Это оказался болгарский пароход «Борис», лежавший на глубине 48 метров.

Стандартные методы подъёма для 1600-тонного парохода не подходили, и специалисты применили сверхсовременную технологию: к бортам судна инструкторы и курсанты Военно-морского водолазного техникума приварили методом Хренова специальные проушины, в которые и продели тросы для крепления подъёмных понтонов. Операция прошла успешно, а подводная сварка доказала свою состоятельность.

В 1937 году аналогичную процедуру провели с севшим на скалу ледокольным пароходом «Александр Сибиряков», за пять лет до того ставшим первым судном, которое преодолело Севморпуть за одну навигацию. В целом вплоть до войны подводная сварка применялась достаточно редко и в основном ЭПРОНом для спасательных и ремонтных работ. Но во время войны, ввиду многочисленных повреждений, получаемых кораблями, она стала незаменимой. К тому времени публикации Хренова уже были переведены на иностранные языки, и в 1940 году в ленинградском Машгизе вышла всеобъемлющая 400-страничная книга профессора Хренова и его коллеги, доцента Ярхо, «Технология дуговой электросварки».

В последующие годы

Способ, который разработал Константин Хренов, сегодня называется мокрой сваркой. Он многократно совершенствовал процесс, приведя его практически к современному состоянию – работал академик почти до самой смерти в 1984 году и за это время издал множество книг и монографий по сварочным процессам. Забавно, но факт: обычно академики подписываются в официальных документах и книгах «академик Иванов И. И.», но Хренову было разрешено в порядке исключения подписываться «Хренов К. К., академик», чтобы не возникало комического сочетания с фамилией.

За рубежом в то же время развивался метод сухой сварки, когда свариваемые соединения изолируются от воды мобильным боксом или камерой, заполненными газовой смесью. С одной стороны, такой подход позволяет использовать целый ряд технологий, невозможных при работе непосредственно в воде, с другой – он неприменим для значительного количества подводных объектов и довольно дорог. Так что на деле оба подхода сегодня используются более или менее поровну.

Помимо Хренова, над технологиями сварки работало немало выдающихся советских специалистов; наиболее заметными были Евгений Оскарович и Борис Евгеньевич Патоны, отец и сын. Борис Евгеньевич здравствует и сегодня – ему 100 лет, и более 60 из них он возглавляет основанный его отцом Институт электросварки имени Е. О. Патона в Киеве.

Я родился и вырос в Минске – столице сперва БССР, затем – Республики Беларусь. В Минске есть Детская железная дорога имени К. С. Заслонова, открытая в 1955 году и действующая до сих пор. Константин Заслонов – для справки – был знаменитым белорусским партизаном, чья группа за первый год войны уничтожила почти сотню немецких поездов.

Так вот, в детстве путешествие по такой железной дороге казалось мне волшебной сказкой. Я ехал с бабушкой в вагоне и поражался тому, что дети управляют локомотивом, проверяют билеты, руководят движением, смотрят за станциями. Это был такой мир детей – как сегодня существуют «детские города», где дети играют во взрослые профессии. Позже, уже в подростковом возрасте, я потерял это «понимание»: детская железная дорога стала казаться мне советским пережитком, скукотищей, не идущей ни в какое сравнение с аттракционами Диснейленда. И только с возрастом я понял наконец настоящее назначение ДЖД – учить. Как в Суворовском учат молодых кадетов, так и на ДЖД готовят юных железнодорожников всех профилей.

И как же я удивился, узнав, что это исключительно советская идея. В Европе такие учреждения появились гораздо позже, а в США их нет и по сей день.

Истоки ДЖД

Официально первой в Советском Союзе (и в мире) детской железной дорогой является Тифлисская ДЖД. Строить её начали осенью 1934 года, а в апреле 1935-го по ней прошёл первый поезд (официальное открытие состоялось чуть позже – 24 июня). Это событие широко освещалось в советской прессе, и вообще про Тифлисскую ДЖД известно довольно много, вплоть до имени первого машиниста – им стал десятилетний Витя Сокольский. Инициаторами её строительства стали сотрудники Тифлисской детской технической станции: изначально планировалось построить макет железной дороги, но затем проект расширился до полноценной, хоть и уменьшенной для детей, ветки.

Тифлисская ДЖД была в полной мере детской. Все 400 метров её главного пути своими силами строили школьники под руководством взрослых. Дети самостоятельно делали шпалы, укладывали рельсы, строили вагоны и станции, причём школьники же их и проектировали! Эта работа делалась в счёт школьной практики, а также вместо некоторого числа уроков. На строительстве присутствовали учителя математики, помогавшие с расчётами, а также чертёжники, трудовики и т. д.

Тифлисская ДЖД имела две станции – «Пионерскую» и «Радостную», семафоры, стрелки, сигнализацию. Дети, в первую очередь отличники учёбы, выполняли функции машинистов, начальников станций, стрелочников, дежурных, кондукторов, кассиров, дорожных мастеров, носили соответствующую форму и, что главное, обучались в игре. При дороге существовал даже политотдел и собственная газета «Сталинский электровоз» с полным составом редакции. В общем, всё здесь было как у взрослых.

Результаты работы дороги стали видны уже в 1935 году: из 19 её строителей, которые в тот год оканчивали школу, 17 (!) поступили в транспортные вузы. Обучение в работе, обучение в игре, как бы это ни называлось, дало свои плоды – и детские железные дороги начали строиться по всей стране.

Пару слов нужно сказать о подвижном составе. Конечно, построить своими руками локомотив, в отличие от вагонов, дети не могли. Поэтому был использован купленный ранее немецкий узкоколейный паровоз № 1721 производства Arnold Jung Lokomotivfabrik, который переименовали в ЛК-1 в честь Лазаря Кагановича. В то время он был наркомом путей сообщения СССР, иначе говоря, министром транспорта, и в его честь называли всё подряд – от метрополитена до троллейбусов. Впоследствии подвижной состав менялся, но самый первый паровоз чудом сохранился и стоит ныне на пьедестале у входа в парк, правда раскрашенный в попугайские цвета.

Впоследствии дорогу удлинили на 800 метров и планировали перевести на электрическую тягу, но до войны не успели, а после стало как-то не до того. Сегодня Тбилисская ДЖД (а точнее, Малая закавказская железная дорога) по-прежнему функционирует, но уже не является детской в полном смысле слова. Несмотря на то что детям было интересно самостоятельно работать со сложной техникой и играть в настоящих железнодорожников, с начала 1990-х годов ДЖД превратилась в обслуживаемый взрослыми аттракцион. Однако факт остаётся фактом: она существует, та самая ветка, построенная детьми Тифлиса в 1934–1935 годах.

Расширение на Союз

В октябре 1935 года делегацию юных строителей из Тифлиса принял сам Каганович. Инициатива ему очень понравилась, и с его лёгкой руки в 1936 году вышло предписание о строительстве ещё 24 дорог, не считая расширения Тифлисской! Детские железные дороги должны были появиться в Киеве, Днепропетровске, Запорожье, Харькове, Москве (сразу три), Пятигорске, Оренбурге, Воронеже, Ростове-на-Дону, Таганроге, Ташкенте и т. д. Выражаясь современным языком, Каганович задал тренд. Более того, паровозостроительные предприятия СССР получили задание разработать и построить узкоколейные, на 750 миллиметров, машины специально для ДЖД.

Правда, замечу, что до войны удалось открыть, помимо Тифлисской, всего 13 дорог: в Красноярске, Днепропетровске, Гомеле, Кратове, Ереване, Мелитополе, Горьком, Иркутске, Свободном Амурской области, Ташкенте, Харькове, Ростове-на-Дону и Ашхабаде. В том же Киеве ДЖД открылась лишь в 1953 году. Некоторые дороги – в Гомеле и Мелитополе в частности – во время войны так пострадали, что их не стали восстанавливать. Всего за советский период было открыто более 60 детских железных дорог – на них работали паровозы, тепловозы и электровозы, длина колебалась от нескольких сот метров до 11,6 километра (в Свободном Амурской области), самыми разными были составы, станции, полотна, но все их неизменно отличало одно: их строили и на них работали дети – юные железнодорожники.

Московские дороги

Наиболее грандиозным был проект Московской ДЖД в Измайловском парке, подписанный 20 июня 1941 года, за два дня до войны. Он подразумевал две ветки по 8 и 12 километров и совмещение паровой и электрической тяги. Потрясают воображение и проекты шести станций-вокзалов в стиле неоклассицизма, над которыми работали лучшие архитекторы страны – Смуров, Кумпан, Посохин (в будущем – главный архитектор Москвы) и др. Дорога должна была иметь пассажирские и грузовые поезда, собственную АТС – в общем, к планированию подошли со столичным размахом. Но воплотить планы в жизнь не получилось. Другое дело, что в Москве ДЖД уже была. Причём появилась она ещё до Тифлисской.

Безусловно, толчок развитию детских железных дорог дала именно тифлисская инициатива, поддержанная Кагановичем. Но ещё в 1932 году в Детском городке ЦПКиО имени Горького открылась и некоторое время работала вполне полноценная 528-метровая узкоколейка, построенная комсомольцами и обслуживаемая детьми. Дорога имела свою электроподстанцию и два остановочных пункта – правда, без построек. Электропоезд с тремя вагонами был самодельным, хотя кто его построил, неизвестно (информация о той дороге вообще крайне скудна). В 1936 году дорога ещё работала – о ней писали в прессе, существовал проект её удлинения. Но уже к 1939 году никаких упоминаний о дороге в парке Горького не осталось. Видимо, она была демонтирована, поскольку началась разработка грандиозной дороги в Измайловском.

Даже при том, что эта дорога существовала недолго и не получила непосредственного продолжения, именно её стоило бы считать первой в мире ДЖД.

С тех пор и навсегда

Помимо СССР, детские железные дороги были построены в разных городах Болгарии, Венгрии, ГДР, Кубы, Польши, Чехословакии, то есть в странах соцлагеря. На данный момент, кстати, больше всего детских железных дорог (после России) сохраняется и работает по прямому назначению в Германии.

Важно не путать детские железные дороги с аттракционами и парковыми ЖД. Схожи они между собой только шириной колеи. Парковая дорога предназначена для перевозки пассажиров по большим территориям типа Диснейленда, но строят и обслуживают её взрослые, то есть образовательной функции она не имеет. Аттракцион «Железная дорога» – вещь сугубо развлекательная, хотя некоторые такие аттракционы, скажем в Алма-Ате, были переделаны из настоящих ДЖД и сохранили длину веток и инфраструктуру, однако утратили обучающую функцию.

В 1990–2000-е годы огромное количество детских железных дорог были закрыты, лишившись финансирования. Некоторые из них переделали в аттракционы, другие демонтировали, какие-то просто оставили ржаветь. Лишь к концу 2000-х годов эта сфера начала постепенно возрождаться: старые дороги стали реставрировать и даже открыли несколько новых – в Новосибирске, Казани, Кемерове и Санкт-Петербурге. Например, Малая Западно-Сибирская железная дорога в Новосибирске оснащена по последнему слову техники. Помимо типовых узкоколейных тепловозов ТУ7, на ней работает ТУ10 – сверхсовременный тепловоз, созданный в 2010 году по заказу ОАО «РЖД» специально для детских железных дорог. Впрочем, ТУ10 сейчас постепенно комплектуются и другие ДЖД России, всего за шесть лет был построен 31 локомотив.

Современные ДЖД – это учреждения дополнительного образования. И подвижной состав, и пути, и станционное оборудование на них максимально приближены к настоящим. На дорогах тренируются и дети, и студенты транспортных вузов.

Практически все ДЖД имеют 750-миллиметровую колею, но в разное время появлялись и другие стандарты, например Красноярская дорога с 1936 по 1961 год имела ширину колеи всего 305 миллиметров. Обычно на дорогах работали типовые узкоколейные локомотивы, но часть дорог оснащалась специализированной техникой. Впрочем, это всегда были единичные экземпляры. ТУ10 стал первым в истории серийным локомотивом для ДЖД.

Сегодня в России действуют 25 полноценных детских железных дорог (я не считаю те, что были перестроены в аттракционы). Одиннадцать дорог работает в Германии, девять на Украине, по две в Узбекистане, Болгарии, Венгрии, Словакии и на Кубе, по одной в Литве и в Беларуси.

Я искренне рад, что ДЖД пережили все перипетии девяностых и сохранились. Если бы мне было лет семь-восемь, я бы с удовольствием поработал на такой дороге. Даже если бы потом и не пошёл учиться в транспортный вуз.

Чтобы не пересказывать эту простую историю своими словами, приведу цитату из книги Глеба Котельникова «История одного изобретения»: «Я решился испытать парашют на автомобиле. Стоя на автомобиле спиной к шоферу, я взял в руки ранец, а подвесные лямки парашюта зацепил за буксировочные крюки автомобиля. Когда машина развила скорость до 80 километров в час, то, поравнявшись с тем местом, где стоял Ломач и его помощник с фотоаппаратами, я дернул за спусковой ремень замка, и купол парашюта был выброшен из ранца. Но тут произошло нечто совершенно неожиданное: парашют мгновенно раскрылся и остановил машину. Он не дал ей пройти и 4–5 метров, шофер не успел перевести её на холостой ход, и мотор заглох».

Для Котельникова этот эпизод был лишь одним из многочисленных испытаний конструкции, причём изобретатель не планировал останавливать автомобиль – он вообще не думал, что тот остановится! Котельников хотел лишь проверить на прочность ткань опытного образца и к автомобилю парашют прикрепил от безысходности: не было ни приборов для испытания ткани, ни доступа к лабораторной технике, ни возможности подняться на аэростате или аэроплане.

Котельников был в шаге от первого в истории патента на тормозной парашют и даже сделал несколько чертежей оригинального устройства, крепящегося к хвостовой части самолёта и позволяющего быстро остановить крылатую машину после приземления. Но заявку изобретатель так и не подал, поскольку был слишком занят работой с ранцевым парашютом. Июньский опыт считается первым в истории использованием тормозного парашюта, но начало повсеместному применению такой схемы торможения дал вовсе не он.

Быстрый тормоз

Вообще говоря, «тормозной парашют» – это название просторечное. Правильно говорить «парашютно-тормозная установка» (ПТУ) или «парашютно-тормозная система» (ПТС). ПТС работает относительно просто: при раскрытии на большой скорости она резко увеличивает лобовое сопротивление самолёта (автомобиля, ракетных саней или другого вида транспорта), укорачивая тормозной путь в среднем на 30–35 %. При этом ПТС не зависит от сцепления колёс с поверхностью, а тормозит «о воздух», то есть её эффективность не снижается из-за, например, обледенения взлётно-посадочной полосы.

Сегодня ПТС активно используются. В авиации ими оснащаются военные и гражданские реактивные самолёты, которым нужно приземляться в тяжёлых погодных условиях или на слишком короткие взлётно-посадочные полосы. Правда, в случае с гражданскими самолётами это не штатное, а экстренное средство, поскольку в момент срабатывания парашюта пассажиры испытывают сильную перегрузку. Широко применяются ПТС в автогонках и, в частности, при установлении рекордов. Например, все болиды, принимающие участие в скоростных заездах на соляном озере Бонневиль, в обязательном порядке оснащаются тормозными парашютами. Если вы смотрели фильм «Самый быстрый “Индиан”», вы можете вспомнить эпизод, в котором герою отказывают в праве стартовать в том числе из-за отсутствия на его мотоцикле тормозного парашюта.

Большинство современных ПТС являются комплексными. Например, сперва выбрасывается малый парашют (вытяжной), который предназначен не для торможения, а для вытягивания основного, – и уже он приводит в рабочее состояние собственно тормозной парашют. Малые парашюты могут быть не только вытяжными, но и поддерживающими – такие системы контролируют правильное раскрытие основного парашюта. Существуют сдвоенные, строенные и даже счетверённые системы.

Интересно, что подобные парашюты используются не только для торможения, но и для стабилизации полёта (они так и называются: стабилизирующие). Например, небольшой парашютик встроен в ручную противотанковую гранату РКГ-3, принятую на вооружение в 1950 году. При замахе корпус гранаты стремится оторваться от рукояти и сжимает пружинку, высвобождающую один из предохранителей (их в РКГ-3 целых четыре) и заодно раскрывающую стабилизирующий парашют. Он немного замедляет полёт, но зато позволяет гранате лететь по заданной траектории, не вращаясь в воздухе.

В общем, парашютно-тормозная система – довольно широко используемое решение для различных задач. А теперь я расскажу, как эта система от довольно примитивной конструкции Котельникова пришла к современному состоянию.

Из автомобиля – в самолёт

С тех пор как Глеб Котельников затормозил с помощью парашюта автомобиль, прошло много времени. 13 февраля 1936 года знаменитый географ и геофизик Отто Юльевич Шмидт предложил организовать воздушную экспедицию на Северный полюс – об этом вы можете подробно прочесть в главе «Дрейфующая станция». Именно его инициатива дала новый толчок развитию тормозных парашютов. Хотя, казалось бы, какая тут может быть связь?

А связь есть, и самая прямая. Перед полярниками стояло множество проблем: и организация зимовки, и доставка оборудования, и настройка связи, и план научных работ. Одной из этих проблем была необходимость посадки самолётов снабжения на необкатанную, неровную, ненадёжную поверхность льда. Возможности прибыть на место заранее и подготовить качественную взлётно-посадочную полосу не предвиделось. Поэтому полярные самолёты оборудовали относительно простой системой дополнительного парашютного торможения. В качестве ПТС использовались обычные грузовые парашюты, аналогичные тем, на которых спускали провизию и оборудование.

Разработкой системы занимался Иван Васильевич Титов, заместитель знаменитого Павла Гроховского, на тот момент – начальника и главного конструктора Экспериментального института Наркомата тяжёлой промышленности по вооружениям РККА. Гроховский был большим специалистом по парашютированию, мастером парашютного спорта, некоторые его конструкции и разработки в области десантирования стали легендарными (например, подвешивание десантников под крыльями самолёта).

Первым самолётом, на котором была применена ПТС, стал знаменитый тяжёлый бомбардировщик ТБ-3, он же АНТ-6. Ко второй половине 1930-х годов он уже потерял военное значение, поскольку был слишком медленным – едва дотягивал до 240 километров в час, но оказался идеальным самолётом для арктического перелёта благодаря своей надёжности и высокой грузоподъёмности. Модель, модифицированная специально для доставки грузов на дрейфующую станцию СП-1, называлась АНТ-6–4М-34Р. Арктическая версия имела закрытый фонарь кабины, увеличенные колёса, новые трёхлопастные винты и – тормозные парашюты.

Управлялся парашют тросом, за который дёргал второй пилот. В легендарном рейсе 21 мая 1937 года, который доставил на полюс первых полярников, основным пилотом был Михаил Водопьянов, а вторым – Михаил Бабушкин. Именно Бабушкин дёрнул за трос сразу после того, как колёса ТБ-3 коснулись льда.

Есть ещё один интересный момент. Хотя парашюты для АНТ-6 разрабатывало специальное КБ, сама по себе идея впервые пришла в голову именно Михаилу Водопьянову – по крайней мере, более ранних источников, чем его слова, найти не получается. В конце 1935 года Водопьянов написал книгу «Мечта пилота», вышедшую в издательстве «Молодая гвардия» годом позже – уже после инициативы Шмидта, но до полёта к полюсу. Есть легенда о том, что Шмидт поручил Водопьянову проработать технические моменты экспедиции, а лётчик взял и написал утопическую повесть, – но это, скорее всего, неправда. Представить себе не могу, что было бы, если б вместо заданного технического проекта на стол Шмидту легла «Мечта пилота». В книге Водопьянов довольно много фантазирует, но упоминает и торможение с помощью вспомогательных аэродинамических элементов – парашютов. Трудно сказать, придумал он это сам или подсмотрел у Котельникова (который на тот момент был жив и здоров) либо у того же Гроховского. Но существует вероятность, что придумал эту схему для самолёта именно Водопьянов.

Впрочем, есть одно маленькое «но»: ещё в 1911 году итальянский инженер и авиатор Джованни Агуста, независимо от Котельникова работавший над парашютом для пилотов, создал концепцию аэродинамического торможения самолёта, а двумя годами позже, будучи сотрудником авиазавода Caproni, испытал её на земле. Работа Агусты не получила практического применения, в отличие от советской схемы, но в мировой практике именно он считается изобретателем авиационной ПТС. Сам факт говорит о том, что хорошая идея часто независимо появляется в разных головах.

Как ни странно, полностью оправдавшие себя в арктических экспедициях ПТС снова, как это было и с экспериментом Котельникова, не имели дальнейшего развития. Тормозные парашюты не использовались нигде, кроме как на самолётах для арктических перелётов, – в технологии на тот момент попросту не было жёсткой необходимости. Летали воздушные суда в те годы небыстро, коротких взлётно-посадочных полос хватало для приземления штатными методами, в частности с помощью аэродинамических элементов на крыльях.

Но всё изменилось с распространением реактивных двигателей.

Скорости растут

На деле идея тормозного парашюта лежала на поверхности, и, как только в системе возникла необходимость, патенты, конструкции и разработки расцвели буйным цветом буквально за несколько лет. До войны ПТС использовались от случая к случаю – как в истории с посадкой на Северном полюсе. После войны же парашютные тормозные системы начали устанавливаться практически на всех военных реактивных самолётах, в особенности на самолётах палубной авиации. Вот почему назвать конкретного изобретателя, положившего начало этой тенденции, решительно невозможно: в США, СССР, Франции, Великобритании различные схемы ПТС начали появляться примерно в одно время и примерно с равной частотой.

Интересно, что ни авиация, ни автопром не торопились с введением ПТС в повсеместную практику. Казалось бы, уже в 1937 году великий пилот-рекордист Джордж Истон преодолел на своём автомобиле Thunderbolt планку в 500 километров в час – но первым рекордным автомобилем, использовавшим ПТС, стал лишь реактивный Spirit of America Крейга Бридлава, разогнавшийся до 655,722 километра в час в 1963 году! Почему? Да всё просто: скоростные заезды проводились и проводятся в основном на огромных плоских поверхностях соляных озёр – там достаточно пространства для того, чтобы затормозить двигателем, экстренное торможение не играет ключевой роли. ПТС снижает риск, но не является единственно возможным способом торможения. Сегодня, помимо рекордных заездов, тормозные парашюты используются в драгрейсинге и некоторых других специфических гоночных дисциплинах.

Если же говорить об авиации, то в 1940-е годы всё больше и больше опытных реактивных самолётов оснащались тормозными парашютами. В СССР первенцем стал двухмоторный истребитель-бомбардировщик Су-9 (первый его полёт состоялся 13 ноября 1946 года), так и оставшийся опытным образцом, но давший начало новому поколению советских боевых самолётов. Германия ещё в 1941 году испытывала ПТС на турбовинтовых машинах Messerschmitt Me 210 и Junkers Ju 52, также система была штатно интегрирована в конструкцию реактивного «летающего крыла» Horten Ho IX (1945) – как раз в целях использования Horten на палубах авианосцев и вообще на коротких взлётно-посадочных полосах. И так далее.

Подытоживая, скажу, что и автомобильный парашют Котельникова, и арктические парашюты советской экспедиции – это прецеденты первого использования. Они не положили начало мировой тенденции, а скорее стали точками на карте использования ПТС. Что приятно – первыми точками.

О метрополитене написано немало книг, и пересказать их содержание в одной короткой главе невозможно. Оригинальных технических решений в московском и ленинградском метро предостаточно. Например, в оформлении станции «Маяковская» в Москве использованы гофрированные детали из нержавеющей стали. Они были сделаны на широкополосном профилированном стане, закупленном «Дирижаблестроем» ещё в начале 1930-х годов для реализации проекта цельнометаллического дирижабля Циолковского. Дирижабль так и не построили, а стан простаивал вплоть до 1938 года, когда его внезапно решили использовать для изготовления деталей интерьера «Маяковской».

Множество технических решений разной степени оригинальности было применено при проектировании послевоенных станций: их предполагалось использовать не только в качестве транспортных узлов, но и как бомбоубежища. Гермозатворы есть почти на каждой станции московского метрополитена – обратите внимание, насколько рознятся их конструкции и системы закрывания. Особенно заметны распашные гермозатворы, которые не выезжают из потолка или стен, а закрываются, как створки ворот.

В основном эти технологии были новыми для Советского Союза, но изобретенными давно и в других странах. Более того, в 1930-е годы многие технологические решения покупались за границей. Отношения с Западом у нас были натянутыми, но экономика диктовала свои условия, и сотрудничать приходилось, причём довольно активно.

Мы же сейчас поговорим о решениях, которые были применены в советских метрополитенах впервые в мире.