Паровой насос Папена. Из Nouvelle manière pour élever l’eau par la force du feu, 1707. Котел расположен слева, бак для воды, который необходимо наполнить, – справа; необходима постоянная подача воды в воронку, обозначенную буквой G. На рис. 2 изображена конструкция водяного колеса, которое должно приводить в движение насос. Сам насос представляет собой усовершенствованную машину Севери – с поплавком для разделения пара и перекачиваемой воды. Он снабжен двумя предохранительными клапанами Папена
Папен, потерявший все свое имущество при уничтожении лодки и разлученный с женой, прибыл в Англию в 1707 г. и предложил Королевскому обществу финансировать постройку средства передвижения с паровым двигателем. Это предложение передали Севери, который был не только единственным специалистом в этой области, но также обладателем патента, сформулированного настолько широко, что фактически подтверждал его права на любой паровой двигатель. Севери настаивал, что поплавок/поршень создаст слишком большое трение и поэтому конструкция неработоспособна. Ньютон, будучи президентом Королевского общества, отверг весь проект как слишком дорогой{1100}. Конечно, Ньютон мог быть предубежден против Папена, поскольку тот дружил с Лейбницем, конфликт которого с Ньютоном все усиливался. Королевское общество после нескольких лет охлаждения, когда из-за отсутствия денег проводилось лишь небольшое количество экспериментов, снова обратило свой взор к экспериментальной науке, но Папен ничего не добился{1101}.
Конечно, Ньютон был прав. Конструкция Папена была безнадежно дорогой. Причина понятна из рисунка машины Папена. Устройство требует подачи воды в механизм насоса, и источник воды должен находиться выше цилиндра{1102}. Если двигатель установить на судне, а воду брать из моря или реки, то двигатель должен располагаться ниже ватерлинии, что требует очень большого судна с очень глубокой осадкой{1103}. Папен это прекрасно сознавал – он предложил Королевскому обществу судно водоизмещением восемьдесят тонн, около 100 футов длиной и стоимостью «около четырехсот фунтов»{1104}. Сколько это в современных ценах? 50 тысяч фунтов, если считать с использованием индекса розничных цен, и 725 тысяч, если использовать индекс средней заработной платы. Возможно, было бы нагляднее сравнить эту сумму с годовым жалованьем лукасовского профессора математики в Кембридже – она в четыре раза больше, то есть 400 тысяч фунтов в современных ценах[307].
Таким образом, иллюстрации XIX в., на которых Папен плывет на лодке с паровым двигателем, абсолютно неверны, поскольку на них двигатель установлен на палубе небольшого судна, а не большого океанского корабля, причем под палубой. Невозможно обойти и другую проблему: паровая машина Папена могла окупиться только при массовом производстве[308]. Система была просто-напросто непрактичной. Папен, постоянно придумывавший новые проекты (например, он считал, подобно многим другим, что сможет сконструировать достаточно точные часы, пригодные для измерения долготы), не нашел никого, кто бы его поддержал. Его последние годы были омрачены неудачами и бедностью. Последний раз он подал о себе весточку 23 января 1712 г. «Положение мое, – пишет он, – печально»{1105}. Мы не знаем, где, когда и как умер этот великий инженер и ученый{1106}.
§ 4Всего через пять лет после неудачи Папена Ньюкомен построил первую коммерчески жизнеспособную паровую машину. Огромным преимуществом машины Ньюкомена была ее простота и скромные притязания. Она состояла из одного поршня, приводимого в движение атмосферным давлением. Опускаясь, поршень тянет за рычаг, который приводит в действие нагнетательный насос. Вес механизма насоса заставляет поршень оставаться в верхнем положении. Затем из цилиндра вытесняется воздух и заменяется паром. Пар конденсируется путем впрыскивания воды в цилиндр (Ньюкомен пришел к этому решению случайно), и атмосферное давление перемещает поршень вниз, после чего пар снова впускается в цилиндр при атмосферном давлении, которое уравновешивает давление на цилиндр сверху, и он поднимается под действием веса механизма насоса. Машина работала медленно, совершая около пятнадцати циклов в минуту. Устройство очень простое, как и первая паровая машина Папена 1690 г.: оно состоит из одного цилиндра и приводится в действие только атмосферным давлением. Машина Севери и вторая машина Папена для эффективной работы требовали создания высокого давления, но на практике не удавалось изготовить котлы и цилиндры, которые выдержали бы такое давление. С другой стороны, Ньюкомену, в отличие от Севери, пришлось сконструировать подвижный поршень, столкнувшись со всеми трудностями, связанными с трением и отсутствием герметичности.
Ньюкомен не получил формального образования. Он родился в 1664 г., жил в Дартмуте, в Девоне, торговал скобяными изделиями и был старостой местной баптистской церкви. Тем не менее практически в одиночку (нам известен только один его помощник, мистер Коули, стекольщик) он изобрел и изготовил новое техническое устройство. Как такое возможно? Нас это удивляет не меньше, чем современников. Не исключено, что он работал в полной изоляции, не зная о предшествующих достижениях. Это предположение следует сформулировать лишь для того, чтобы показать его неправдоподобность. Прежде всего, Ньюкомен не изобрел бы своей машины, если бы не знал о давлении атмосферы, поскольку именно оно используется в качестве движущей силы. Конечно, в 1712 г. знания об атмосферном давлении получили широкое распространение, и любое объяснение устройства барометра отсылало Ньюкомена к открытиям Торричелли и Паскаля. Тем не менее это был необходимый минимум.
Мы почти ничего не знаем о жизни и работе Ньюкомена до 1712 г., но, судя по тому, что он впоследствии рассказывал своим знакомым, два факта представляются очевидными. Во-первых, он начал работу над своей паровой машиной примерно в то же время, что и Севери, то есть не позже 1698 г. Во-вторых, он работал совершенно независимо от Севери{1107}. Тем не менее некоторые специалисты считают, что этого не может быть. Ньюкомен должен был использовать опыт Севери или Папена. Один из исследователей отважно заявлял, вопреки имеющимся свидетельствам, что Ньюкомен просто был наемным работником Севери{1108}. Другой, по его собственному выражению, «перед лицом фактов», предположил, что Ньюкомен и Севери могли встречаться в 1707 г. или чуть позже, когда, как нам известно, Севери посещал Дартмут – но это слишком поздно (не помогает даже ловкий трюк со сменой этой даты на 1705 г. – тоже слишком поздно){1109}. Ученый конца XVIII в. «разрешил» проблему предположением, что Гук (умерший в 1703) написал Ньюкомену, рассказав о первой паровой машине Папена. Эта история чрезвычайно живуча, хотя не существует документов, подтверждающих ее истинность, и об этом известно с 1936 г.{1110} Другой ученый утверждает, что «Томас Ньюкомен явно видел рисунки моделей Папена его машин и насосов, опубликованные в разных изданиях «Философских трудов» в период с 1685 по 1700 г., – умалчивая о том факте, что ни одна из публикаций Папена в «Философских трудах» не была посвящена энергии пара; все они были связаны с энергией воды или мускульной силой человека{1111}.
Машина Ньюкомена. Из книги Джона Теофила Дезагюлье «Курс экспериментальной философии» (1734–1744; взято из издания 1763). Слева расположен котел, от которого отходит вертикальный цилиндр с поршнем, соединенный с коромыслом
Машина Ньюкомена больше всего похожа на машины Папена. Известный историк Джозеф Нидэм вполне обоснованно заявил: «Я нахожу почти невозможным поверить, что Ньюкомен не знал о паровом цилиндре Папена»{1112}. Но Папен изобрел и изготовил свою первую машину в Германии. Насколько нам известно, ни один англичанин ее не видел. Несколько раз Папен описывал ее на латыни и на французском, но ни разу на английском. Один-единственный абзац был посвящен ей в обзоре публикаций Папена в «Философских трудах» за 1697 г.:
Четвертое письмо демонстрирует метод осушения шахт в местах, где поблизости нет реки для выполнения этой работы [откачки воды с помощью водяного колеса]; столкнувшись с трудностями создания вакуума в цилиндре для этой цели с помощью пороха [как поступал Гюйгенс], он предлагает
