Вернер фон Сименс

Изобретение динамо-машины

Осенью 1866 года Вернеру Сименсу исполнилось 50 лет. Приблизительно к этому времени относится его самое значительное изобретение – он разрабатывает принцип действия динамоэлектрической машины.

Этой проблемой Сименс интересовался издавна, со времени прокладки линий в России. Уже тогда он хотел получать постоянный электрический ток и более высокое напряжение без применения гальванических батарей, только механическими способами. В 1856 году, сконструировав двойное Т-образное якорное устройство, он открыл принцип устройства приборов, обеспечивающих производство постоянного тока. Практически эта мысль впервые воплотилась несколько позже – в магнитных стрелочных телеграфных аппаратах, поставленных фирмой Сименса для государственной Баварской железной дороги, а также в других приборах, например, в сигнальных индукторах для железной дороги, позднее – в телефонных аппаратах и запальных взрывателях.

Осенью 1866 года Сименс снова стал интенсивно заниматься этой проблемой. Он построил индуктор, в котором при движении Т-образного двойного якоря между полюсным наконечником и электромагнитом из мягкого железа оставался небольшой зазор. Электроток, полученный во вращающемся якоре, он применял для возбуждения магнитного поля, образовав таким образом замкнутую цепь из обмотки якоря, обмотки возбудителя и внешним участком цепи. Для взаимного усиления тока в якоре и магнитного поля вполне хватало остаточного магнетизма.

И хотя многие изобретатели, например, датчанин Сорен Йорт, венгр Аньош Йедлик, англичанин Альфред Варли и Чарльз Уитстон работали над этой проблемой независимо друг от друга, в одно и то же время или опережая друг друга, в пользу Сименса говорит то, что ему первому стало совершенно очевидным значение открытия динамоэлектрического принципа, или принципа самовозбуждения. Он убедительно изложил свои научные выводы, непосредственно связанные с этим открытием, в докладе, зачитанном профессором Густавом Магнусом 17 января 1867 года в Берлинской Академии наук, который закончил его следующими словами: “В настоящее время техника получила возможность вырабатывать электрический ток любой силы дешевым и удобным способом везде, где есть свободная механическая энергия. Этот факт будет иметь большое значение для многих областей техники”.

Если первоначальной целью Сименса было получение более высокого напряжения для передачи сообщений, то с изобретением динамо-машины появился источник энергии, обеспечивавший гораздо большую силу тока, которую можно было использовать для освещения и привода механизмов. Понимая это, Сименс должен был последовательно и интенсивно заниматься разработкой практического использования сильноточной техники.

Интересно проследить за тем, как открытая в 1831 году Фарадеем индукция, стала физической основой сильноточной техники. Пиксии, Якоби, Давенпорт, Вагнер и многие другие десятилетиями пытались сконструировать машины, работающие на этом принципе. Но только Сименсу удалось на основе открытого им принципа самовозбуждения обосновать экономически возможность применения техники сильных токов.

Решить задачу поддержания молодой развивающейся техники сильных токов физическими и математическими расчетами удалось англичанам Максвеллу и Гопкинсу.

После 1866 года прошло много времени – целых 12 лет, – прежде чем динамо-машина была построена и внедрена в практику. В эти годы были разработаны не только теоретические основы этого открытия, но пройден первый, самый трудный период становления; повсеместно начали проводиться практические работы, создавшие основу для значительных конструктивных усовершенствований созданного аппарата.

Сначала производство динамо-машин не было прибыльным, а чтобы оно могло “дозреть” и начать развиваться, фирма должна была зарабатывать необходимые деньги в ставших для нее уже традиционными областях: в строительстве телеграфных линий, изготовлении и укладке морского кабеля, а после 1870 года в новой развивающейся отрасли – сигнализации на железнодорожном транспорте.

“Siemens Brothers” и телеграфная линия в Индию

Опираясь на накопленный уже опыт строительства телеграфных линий в России, фирма братьев Сименс в 1868 году приступила к осуществлению задачи, которая по своей масштабности считалась в то время одной из самых смелых в техническом отношении – прокладке индоевропейской телеграфной линии. Эту задачу можно было без труда приравнять к таким мировым достижениям, как строительство первой трансамериканской железнодорожной линии от Нью-Йорка до Сан-Франциско, строительство Суэцкого канала, существенно сократившего морской путь в Индию, а в области средств передачи информации проложенная наконец в 1866 году постоянная трансатлантическая кабельная линия.

Уже с середины 50-х годов в Англии возникла потребность в единой и надежной в эксплуатации телеграфной линии. Синайское восстание в Индии в 1857 году убедительно показало британскому правительству, какое значение имеют постоянно действующие средства передачи информации.

Вильяму О'Шагнесси, руководившему в Индии строительством сети телеграфных линий, королевой Англии был пожалован рыцарский титул. Именно с ним несколько лет назад вел переговоры о телеграфной связи между Европой и Азией Вильям Сименс. Тогда еще не пришло время для этого проекта, сейчас оно как будто бы наступило.

Братья Сименсы, которые уже с 1865 года выступали под международной маркой “Siemens Brothers”, увидели, что они могут предложить британскому правительству свои услуги по сооружению этой дальней телеграфной линии, которая должна играть очень важную роль в экономическом, политическом и военном аспектах. С технической стороны Вернер Сименс намеревался использовать совершенно новую систему, имевшую протяженность примерно в 11000 км и проходившую от Лондона через города Берлин – Торунь – Одесса –Керчь – Тифлис – Тегеран – Бушир – Карачи до Калькутты. Никакие другие средства связи, известные в то время, ни наиболее распространенные аппараты Морзе, ни введенные с 1855 года печатающие аппараты Хьюза не могли обеспечить связи на линии такой протяженности; их мощности не хватало даже для участка длиной 6000 км между Лондоном и Тегераном. Специально для этого Сименс сконструировал особый телеграфный аппарат с записывающим устройством, работавший по принципу поляризованного реле и имевший чувствительность, свойственную реле. Этот аппарат должен был обеспечивать не только передачу телеграммы от одного пункта к другому, с целью контроля осуществлялась также запись передаваемой телеграммы.

Для передачи сообщения в этом аппарате использовалась штампованная перфорированная лента. Передаточное устройство, через которое проходила перфолента, имело приспособление, благодаря которому полученные с помощью индуктора переменные токи точно соответствовали периоду замыкания электротока, управляемого перфолентой. Наряду с механической передачей, осуществляемой с помощью электротока, в приборе предусматривалась возможность передачи при помощи аппарата Морзе.

В результате длительных переговоров, продолжавшихся иногда в течение нескольких лет, проходивших в России и главным образом в Персии, братьям Сименс и их сотрудникам удалось обеспечить предпосылки, для перевода переговоров в практическое русло. В апреле 1868 года с английской стороны на правах акционерного общества была образована Индоевропейская телеграфная компания с уставным капиталом 450000 английских фунтов. Примечательно, что большинство акций было зарегистрировано на европейском материке, в особенности в Северной Германии. В качестве гарантийных платежей братья Сименс должны были внести 1/5 часть от общего капитала, то есть 90000 фунтов . Им удалось, благодаря личным контактам Вернера Сименса, собрать эту сумму буквально в течение нескольких дней, не обращаясь к посредничеству банка. Если бы мы имели целью изложить здесь, хотя бы в общих чертах, историю строительства индийской линии, прошедшей через континенты и моря, горы и степи, то в этой главе описывались бы очень яркие и сенсационные истории. Часто строители на юге России и в Персии попадали в совершенно неожиданные для них ситуации, в которых им как европейцам приходилось бывать впервые. Одно только описание доставки металлических опор на Иранское плоскогорье составило бы целую главу. Их изготовляли в Англии, по морю доставляли в Санкт-Петербург, оттуда по железной дороге – в Нижний Новгород, пароходом до Астрахани, затем опять пароходом с севера на юг Каспийского моря, далее от Решта в специально построенных вагонах через труднопроходимый Эльбрус, откуда они наконец попадали на Иранское плоскогорье. Понимая, с какими неожиданностями придется столкнуться тем, кто отвечает за строительство, Вернер Сименс предоставил руководителям строительных работ на участках в России, на Кавказе и в Персии свободу действий во всех видах работ. Он смог это сделать, так как был абсолютно уверен в этих людях, с большинством из которых ему уже приходилось работать и бывать в критических ситуациях при строительстве линий связи в 1850-х годах в России и прокладке кабеля через Средиземное и Красное моря.

Вернер Сименс в истории прокладки Индийской линии связи выглядит как человек широкой натуры, предприниматель, готовый пойти на любой риск; работая вместе со своими братьями в Англии и России и племянником Георгом Сименсом; посланным Вернером в качестве посредника в Персию, действуя сначала на ощупь, а потом все более и более уверенно, он вместе с братьями доводит дело построения сети технической связи между Лондоном и Калькуттой до успешного окончания. Но даже после пуска линии в ее работе наблюдались сбои. В первый же год эксплуатации линия надолго вышла из строя по причине землетрясения, случившегося на черноморском побережье. В результате этого кабель на восточном побережье Черного моря пришел в полную негодность. После землетрясения начали строить новую высотную телеграфную линию на стальных опорах, предназначенных для строящейся в то время линии дальних передач, которая должна была пройти через весь Кавказ. После этого линия долгое время работала удовлетворительно, несколько десятилетий практически без перебоев, до 1931 года она была самой протяженной на Земле телеграфной линией, пока не разрушилась из-за технических нарушений, связанных с военными действиями. До настоящего времени на отдельных участках в Иране можно видеть остатки стальных опор, на которых надпись “Siemens Brothers” напоминает нам о техническом достижении, имевшем место более 100 лет назад.

Упоминавшийся уже племянник Сименса Георг Сименс (1839 – 1901), посредничая на персидском участке линии, выполняя тяжелую, кропотливую работу, способствовал успеху общего дела. В его жизни эта работа и успех его миссии не прошли бесследно. В 1870 году он был назначен первым директором только что основанного Немецкого банка, именно он определил профиль работы этого банка: он видел свою основную задачу в том, чтобы оказывать финансовую поддержку отечественным предприятиям, работающим за границей. Этим самым он облегчал немецкой экономике выход на мировой рынок.

Трансатлантический кабель

Кабельное судно “Фарадей"

Очевидный успех индоевропейской линии как в техническом, так и в финансовом отношении должен был воодушевить ее создателей на дальнейшие начинания. Случай начать новое дело представился, и вдохновителем оказался Карл Сименс, который в 1869 году переселился из России в Англию.

Его постигла та же судьба, что и Вернера, он рано потерял свою жену, воспоминания о которой не давали ему покоя. Желая уйти от них, он покидает Россию. К тому же его дела в Санкт-Петербурге шли не блестяще, в то время как Вильяму срочно требовалась помощь для расширения английского филиала фирмы.

Воспоминания о катастрофе, постигшей их в Средиземном море при прокладке кабеля, были еще свежи в их памяти, поэтому они долгое время не думали о продолжении работы в этом направлении. Но прошло несколько лет и они решили снова заняться этим делом, особенно после того, как другой группе в 1866 году, которой руководил Цирус Филд, с успехом удалось проложить два первых трансатлантических кабеля. Этот случай показал, что, впрочем, было и так ясно, что любая удачно решенная техническая задача не сразу удовлетворяет имеющийся на нее спрос. В данном случае это означало, что обмен телеграммами между Старым и Новым Светом невероятно возрос, и, следовательно, имеющиеся линии скоро не смогут удовлетворить возросшие потребности в телеграфной связи.

Вскоре после окончания немецко-французской войны, ранней весной 1871 года, к Вернеру Сименсу обратился один известный берлинский банкир, обдумывавший как раз идею прокладки трансатлантической линии, в которой участвовали бы немецкая и американская стороны. Сименс посчитал необходимым познакомить с этой идеей обоих братьев, живших в Англии, и только после этого ответить на полученное предложение. Нужно было учесть, что финансирование такого заказа на тот период времени с немецкой стороны не вызвал бы больших трудностей, так как в Германии как раз ожидали выплаты Францией военных репараций. Было также известно, что одна треть всего объема телеграфной связи между Европой и Америкой приходилась на Германию.

Карл, который более других братьев был склонен к предпринимательству, воодушевился этой идеей. Он давно уже собирался выйти из “штилевого состояния” и вернуться к прокладке кабеля. Он мечтал для себя о такой задаче, которая была бы связана с трудностями и риском.

Однако идее немецкого трансатлантического кабеля на этот раз не суждено было осуществиться.

Возможно, что здесь сыграл так называемый учредительский кризис, наступивший в 1872 году. Но потребность в линиях связи и желание расширять их по-прежнему существовали в обществе.

Все братья твердо придерживались мнения, что речь должна идти только о подготовленной самым тщательным образом, как и в финансовом отношении, экспедиции, имеющей хорошие шансы на успех. Основой для этого начинания мог быть кабельный завод в Вуличе, который братья приобрели еще в 1863 году; он требовал некоторой реконструкции, после чего они планировали объединить его со своей гуттаперчевой фабрикой.

Одновременно они хотели найти в США надежного заказчика, чтобы потом, после заключения договора, начать строить специальное судно, которое было бы оборудовано самыми лучшими и самыми надежными средствами для укладки кабеля.

Переговоры, которые вели братья Сименс с различными специалистами, шли с большим трудом, так как конкурирующие группы всеми силами мешали им. Одна из них действовала под руководством американца Цируса Филда, другая – англичанина Джона Пендера. Стремление исключить нежелательного конкурента у них было велико, поэтому в ход шли любые средства, начиная от клеветы в прессе и кончая откровенным саботажем.

Несмотря на все трудности, Карлу все же удалось в 1873 году заключить два договора: на морской кабель бразильского производства, прокладкой которого должно было заниматься зафрахтованное судно и на прямую прокладку трансатлантического кабеля от Ирландии до Нью-Йорка, закладка которого в противоположность уже проложенным ранее должна была закончиться непосредственно на побережье США и не касаться Ньюфаундленда, то есть канадской территории.

Однажды Вернеру Сименсу попалась на глаза газетная заметка, в которой очень скептически комментировалось заключенное им и братьями соглашение; к тому же газетные данные совершенно не соответствовали тем сведениям, которые он получал от братьев из Лондона. Это очень обеспокоило его и он тут же срочно написал Карлу: “… Я предпочту покончить жизнь самоубийством, чем окажусь в положении человека, который не может выполнить своих обязательств… Никакие сокровища в мире не соблазнят меня, я ни за что не пойду ни на какой риск…” Через несколько дней он встретился с братьями в Лондоне и убедился, что его тревоги были напрасными. До сих пор он не сталкивался с конкурентами, и у них не было повода распространять ложь и клевету, от которой страдало имя фирмы братьев Сименс. Понятно, что в такой атмосфере приобретение акционерного капитала было значительно усложнено, пять лет тому назад, на строительстве индийской линии, обстановка была намного лучше. Но, несмотря на все эти препятствия, фирма братьев Сименс сумела обеспечить себе необходимый договор. Теперь на очереди был вопрос о техническом качестве этого договора, можно было делать заказ на строительство судна и на изготовление трансатлантического кабеля длиной 3100 морских миль. Вернер Сименс сам был автором некоторых конструктивных идей этого первого большого специализированного судна для прокладки кабеля, построенного в Ньюкасле на верфи “Митчелл и К"” по расчетам и под руководством выдающегося английского судостроителя Вильяма Фруда. Соответственно назначению были рассчитаны его размеры: водоизмещение 4917 брутто-регистровых тонн, длина 111м, ширина почти 16 м , осадка с полной нагрузкой 8 м , скорость 10,5 узлов [6]. Исходным пунктом всех расчетов была идея прокладки атлантического кабеля в два этапа: сначала внутрь судна загружалась первая половина всего кабеля, после выгрузки этот кабель фиксировался при помощи бакенов. После этого приступали ко второй закладке и в заключение проводили стыковку концов кабеля.

Технически быстрому маневрированию судна способствовало то, что его движение осуществлялось двумя расположенными рядом паровыми машинами и соответственным двойным приводом, а также устройством носовой и кормовой частей, что, по мнению опытных братьев, имело исключительно большое значение для успешной прокладки кабеля. Кроме того, верхняя и нижняя палубы были оборудованы специальными техническими устройствами; не менее важное значение имела и динамометрическая тормозная система, в разработке которой участвовал Вернер Сименс. Сооружение этого судна, с которым братья связывали все свои надежды, обошлось в 130000 английских фунтов. В феврале 1874 года судно было освящено по общему желанию всего семейства ему было дано имя “Фарадей” в честь великого английского физика. В мае того же года под руководством Карла Сименса и опытного судоводителя Людвига Лефлера после загрузки первой части кабеля на судно в Вуличе экспедиция началась.

Собственно закладка началась на американском побережье в местечке между Торбей, расположенном недалеко от Галифакса, и Рай Бич. Вскоре Карл Сименс обнаружил, что подготовка реквизита была явно неудовлетворительной. Так как тормозной динамометр показал на практике свою недостаточную мощность, то работы по устранению дефектов кабеля растянулись на 14 дней.

Конкуренты использовали некоторую неясность в положении дел фирмы Сименс и поместили в газете “Тайме”, ссылаясь на агентство “Рейтер”, ложную телеграмму, извещавшую о том, что “Фарадей” затонул, столкнувшись с айсбергом.

Момент, когда Вернер Сименс, находившийся тогда в Берлине, получил это известие – которое вполне могло оказаться и правдой – был особенно значительным в его жизни. Это было 2 июля 1874 года, когда он кайзером и королем Пруссии был произведен в члены Прусской Академии наук и должен был произнести там вступительную речь.

Позднее в своих воспоминаниях он писал об этом:

"Мне потребовалось проявить немалое самообладание, чтобы не выдать своего состояния при получении этого ужасного известия и все же прочесть свой доклад, который не мог быть перенесен на другой срок. Только немногие близкие друзья были свидетелями моего состояния. Хотя с самого первого мгновения я предполагал, что это были милые шуточки наших недоброжелателей, сочинивших фальшивку и передавших ее из Америки. Вскоре мои предположения подтвердились”. Через день он получил телеграмму от Карла, в которой тот сообщал, что судно в порядке и ремонтная работа успешно окончена.

В ответ на интриги и акты саботажа со стороны конкурентов нужно было запасаться большой выдержкой и терпением. И в этом и в деловых качествах Карл намного опережал своих братьев. Об этом ему еще до начала экспедиции писал Вернер:

"Я уверен, что ты в десять раз больше подходишь для роли руководителя в этой экспедиции, чем мы все, вместе взятые, так как у тебя есть и выдержка и осмотрительность”.

В сентябре 1874 года на западном побережье Ирландии неподалеку от залива Баллинскеллиг начались работы по проверке технических свойств кабеля. Ведь, во-первых, кабель на громадном протяжении должен был не только не иметь разрывов, но и мельчайших нарушений в защитном слое иначе соленая вода быстро сведет все усилия на нет. Кроме того, кабель должен противостоять громадному давлению морской воды. А волны? Они на отдельных участках действуют на кабель с такой силой, что лебедочный трос мог быть порван, как нитка. Не говоря уже о чисто технических, точнее, электротехнических трудностях. Для осуществления тщательного осмотра кабеля Вернер Сименс снял квартиру на побережье. Понимая, с какими трудностями придется столкнуться монтажникам, братья Сименс хотели поставить им абсолютно надежный и по возможности долгосрочный кабель, что шло в разрез с привычками англо-американских рабочих точно следовать предписанным правилам работы. Поэтому братья Сименс перепроверяли все технические данные кабеля на борту судна и устраняли все дефекты, возникшие при изготовлении кабеля. Несмотря на все эти предосторожности, кабель вдруг внезапно оборвался и исчез в море. Карл Сименс отчетливо понимал, что означает такой финал для престижа фирмы во всем мире. Поэтому он принимает решение поднимать кабель со дна, говоря специальным языком, провести драгирование дна с помощью якоря. Начали спускать поисковый якорь, этот процесс занял семь часов. С каждой минутой шансов на успех оставалось все меньше. Но оптимизм и великолепная настойчивость капитана были вознаграждены! Удалось захватить кабель, лежащий на морском дне, и поднять его с помощью соответствующих канатов и нескольких якорей. В своих воспоминаниях Вернер Сименс так комментирует этот успех: “Удалось то, что было почти невозможным! Сколько должно было быть удачных совпадений! Это и хорошее морское песчаное дно, и хорошая погода, хорошие приспособления для поиска кабеля и его подъема, хорошее, легко управляемое судно с опытным капитаном – все это в данном случае у нас было и благодаря удаче, которая сопутствовала нам, стало возможным невозможное”.