Индустриализация Европы
Наука в XIX – начале XX в.
В XIX – начале XX в. научные исследования были локализованы в немногих странах. Дж. Бернал констатирует: «В 1896 году практически вся мировая наука концентрировалась в Германии, Англии и Франции. Остальные же научные центры в Европе и Америке в действительности представляли собой вспомогательные местные филиалы науки этих стран, а в Азии и Африке наука была сравнительно мало развита»[16]. Сама научная деятельность осуществлялась на базе университетов. В Германии первую университетскую научную лабораторию создал в 1825 г. выдающийся химик Юстас фон Либих — профессор университета г. Гиссена. Ее школу прошли ученые, оставившие глубокий след в науке: Август Гофман, Фридрих Кекуле, Н.Н. Зинин и многие другие. С 30-х гг. университеты различных германских государств усиленно создают научные лаборатории.
Со второй половины XIX в. в структуре ряда германских университетов появляются научно-исследовательские институты. Они финансировались из университетского бюджета, работали по тематике факультетов, обычно возглавлялись заведующим кафедрой соответствующего профиля. В этих институтах тесно переплетались обучение и научная работа, к которой привлекались не только преподаватели, но и студенты. Научно-исследовательские институты в высших учебных заведениях в короткий срок стали одной из наиболее эффективных форм организации исследований. На рубеже XIX–XX вв. выделились своими достижениями исследовательские центры при Берлинском и Гейдельбергском университетах, Высшей технической школе в Ганновере, Физико-химический институт Вильгельма Оствальда в Лейпциге.
В Великобритании Уильям Томсон (лорд Кельвин) в 1846 г. организовал лабораторию при университете г. Глазго. В 1872 г. начала действовать Кларедонская лаборатория в Оксфорде. К 1874 г. относится официальное открытие получившей впоследствии высочайшую научную репутацию Кавендишской лаборатории при Кембриджском университете. Первым ее директором был один из крупнейших ученых Джеймс Клерк Максвелл. Французские университеты восстановили утраченную при Наполеоне I административную самостоятельность в 1896 г. Наряду с учебной работой они начали подготовку научных кадров и проведение исследований. Для этого создавались специализированные институты и центры, ориентированные на решение практических задач в области химии, агрохимии, бактериологии, гигиены и т. п.
В конце XIX – начале XX в. в ряде европейских стран и США возникли научные учреждения нового типа – самостоятельные лаборатории и институты. В отличие от университетских они обладали автономией, т. е. имели собственный бюджет, штат, управленческий аппарат, выступали как юридическое лицо. Появление подобных учреждений означало преобразование научной деятельности из индивидуальной в коллективную форму, т. е. переход к новому, более высокому уровню. Это отвечало потребностям времени: сложность и многогранность стоявших перед исследователями проблем требовали для их разрешения усилий многих ученых, зачастую различных специальностей.
Созданию научно-исследовательских институтов способствовала также возникшая на определенном этапе развития необходимость решения общегосударственных научных проблем прикладного характера, которые не вписывались в профиль университетов с их «чистой» наукой и были не под силу частнопредпринимательским организациям. В таких случаях организатором научных исследований становилось само государство. Опыт создания правительственных исследовательских учреждений ведет свою историю с 1676 г., когда в Гринвиче была открыта Королевская обсерватория для наблюдения за небесными телами с целью улучшения навигационных таблиц. Тогда это было не правилом, а исключением, а в XIX в. государственные лаборатории численно умножились и укрепили свое положение. Британское правительство в 1832 г. основало Отдел по геологическим изысканиям, финансировало учрежденное в 1854 г. Метеорологическое управление, которое разместило на побережье континентальной Европы станции по наблюдению за погодой, снабжало военные и торговые корабли приборами для океанографических наблюдений и получало от них отчеты. В 1900 г. была открыта Национальная физическая лаборатория – первый в Англии государственный технический научно-исследовательский институт. На его базе в числе других проводил эксперименты Королевский авиационный завод.
В Германии практические задачи решали Комиссия стандартов-, созданная в 1868 г., Государственное статистическое управление (1872). Вне системы высшей школы действовали Государственный физико-технический институт, Институт инфекционных заболеваний Роберта Коха (1891), Институт экспериментальной терапии Пауля Эрлиха (1899). Сами названия организованных в Германии Института морских и тропических болезней (1900), Института мировой экономики и экономики морского транспорта (1914) говорят о тематике и целях проводившихся в них исследований.
В США также появляются учреждения, призванные решать научно-технические вопросы. Это были Армейский корпус инженеров (1802), Армейский исследовательский центр по изучению озер (1841), Армейский корпус связи (1863), Геологическая служба Министерства внутренних дел (1879), Бюро погоды (1890), различные научные подразделения в других ведомствах. Научным центром национального значения стал основанный в 1846 г. в Вашингтоне Смитсоновский институт[17]. Его деятельность субсидировалась и контролировалась федеральным правительством, дававшим заказы на исследования в области геологии, географии, химии, метеорологии, военно-инженерного дела. В XX в. государственное регулирование научных исследований стало еще более широким. В 1901 г. организовано Национальное бюро стандартов. Выявившееся с началом Первой мировой войны отставание ряда отраслей военной промышленности побудило учредить в 1915 г. Военно-морской консультативный комитет и Национальный консультативный комитет по аэронавтике (предшественник позднейшего НАСА – Национального управления по аэронавтике и освоению космоса). Созданный в 1916 г. Национальный исследовательский совет, включивший чиновников, представителей благотворительных фондов, Национальной академии наук, университетов и промышленных лабораторий, координировал работу по научно-техническому обеспечению производственных программ.
Переход к монополистической стадии капитализма и расширение производства стимулировали новую тенденцию в развитии науки: более активное приложение ее к практике. В это время достижения науки не только продвинули далеко вперед теоретические представления в самых различных областях знания, но и преобразовали многие технологии, оживили старые и создали предпосылки для возникновения новых отраслей промышленности. Наука постепенно становилась существенной составной частью производства. В связи с этим монополистические объединения проявляли все большую заинтересованность в научных исследованиях. В начале XX в. в США была найдена эффективная возможность вложения средств в науку. Налоговое законодательство страны предоставило значительные льготы частному капиталу, предназначенному для благотворительной деятельности в области культуры, образования, науки. Крупнейший владелец железнодорожных и сталелитейных компаний Эндрю Карнеги, отойдя от дел и продав свои предприятия, в 1902 г. создал благотворительный фонд своего имени. Поместив в него деньги, Карнеги освободил от уплаты подоходного налога значительную часть состояния и в то же время наладил систематическое финансирование исследовательских работ. К 1915 г. число подобных фондов достигло 27 и в дальнейшем продолжало быстро расти. Рокфеллеровский Институт медицинских исследований в 1920 г. имел бюджет в 23 млн дол. Подобные инъекции частного капитала привели к тому, что американская наука в некоторых отраслях начала опережать европейскую.
В других странах нашли место иные формы финансирования и организации научной деятельности частнопредпринимательскими компаниями. Во Франции общества кооперативных исследований аккумулировали добровольные вклады промышленных предприятий. Они, так же как и в США, освобождались от уплаты налогов. Результаты исследований переходили в пользование всех пайщиков. В Германии ориентация монополий на использование научных достижений и новейших технических решений выразилась в формировании Общества содействия развитию науки имени кайзера Вильгельма, созданного в 1911 г. Оно имело статус самоуправляющейся организации под покровительством канцлера. Финансовое обеспечение шло за счет средств промышленных монополий. В рамках Общества кайзера Вильгельма к 1914 г. действовало 37 институтов, тесно связанных с промышленностью. Большинство из них наряду с фундаментальными проводило и прикладные исследования по заказам металлургической, химической, угольной и других отраслей промышленности. Высокую эффективность в обеспечении научно-технического прогресса показали промышленные лаборатории. В качестве профессионально действовавших постоянных научно-исследовательских организаций они впервые появились еще в 1850 г. для обслуживания германской лакокрасочной промышленности. Затем эта форма организации прикладных исследований распространилась и в других странах, особенно в США.
О возросшем авторитете науки свидетельствует международное признание Нобелевской премии, названной по имени ее учредителя – шведского инженера, изобретателя динамита и бездымного пороха Альфреда Нобеля[18]. Он был не только крупным исследователем, но и удачливым предпринимателем, одним из самых богатых европейских капиталистов. Незадолго до кончины, в 1895 г., Нобель достойно распорядился своим состоянием, завещав 31 млн шведских крон из имевшихся у него 33 млн (или 9 млн дол., что эквивалентно примерно 100 млн дол. в конце 70-х гг. XIX в.) на выплату премий его имени. В завещании говорилось: «Капитал мои душеприказчики должны перевести в процентные бумаги, создав фонд, проценты с которого будут выдаваться в виде премии тем, кто в течение предшествующего года принес наибольшую пользу человечеству.
Указанные проценты следует разделить на пять равных частей, которые предназначаются: первая часть тому, кто сделал наиболее важное открытие или изобретение в области физики, вторая — тому, кто совершил крупное открытие или усовершенствование в области химии, третья — тому, кто добился выдающихся успехов в области физиологии или медицины, четвертая — создавшему наиболее значительное литературное произведение, отражающее человеческие идеалы, пятая — тому, кто внесет весомый вклад в сплочение народов, уничтожение рабства, снижение численности существующих армий и содействие мирной договоренности»[18].
Созданные отдельно по каждой из премий Нобелевские комитеты на основе предложений научной общественности в обстановке строгой тайны решают вопрос о кандидатах. Первые присуждения Нобелевских премий состоялись в 1901 г. Их получили Эмиль фон Беринг за работы в области физиологии и медицины, Вильгельм Конрад Рентген — по физике и Якоб Хенрик Вант-Гофф — по химии.
Наукой, положившей начало революционным преобразованиям в естествознании, стала физика. В 1895 г. Рентген открыл глубокопроникающие лучи, названные впоследствии рентгеновскими. Спустя совсем немного времени, 20 января 1896 г., американские врачи с помощью лучей Рентгена впервые увидели перелом руки человека. Это произвело ошеломляющее впечатление. Открытие рентгеновских лучей дало толчок новым исследованиям: в 1896 т. Анри Беккерель обнаружил излучение урана, т. е. явление радиоактивности. Это направление в физике продолжили Пьер Кюри и его жена Мария Складовская-Кюри, которые нашли более сильные, чем уран, источники радиоактивности – полоний и радий. Последний мог причинить непоправимый вред здоровью находившихся вблизи от него людей. В 1903 г. П. Кюри и А. Лаборд, зафиксировав выделение радием теплоты, установили существование внутриатомного источника энергии. Последовавшие одно за другим открытия доказали сложность строения атома, наличие в его составе положительно заряженного ядра (Эрнест Розерфорд), вращающихся по принадлежащих им орбитам отрицательных [19] частиц-электронов {Джозеф Джон Томсон), их движение по собственным орбитам, изменение которых приводит либо к излучению, либо к поглощению энергии {Нильс Бор), возможность расщепления атома (Розерфорд). Совокупность этих и других открытий, их теоретическое осмысление привели к созданию ядерной физики.
Вновь установленные явления не согласовывались с господствовавшей в XIX в. идеей непрерывности физических процессов. Это противоречие разрешил Макс Планк, выдвинувший в 1900 г. предположение, согласно которому атомы отдают энергию не непрерывно, а выделяют ее порциями, квантами. Этим в науку был введен принцип дискретности, т. е. раздельности, прерывности. Отсюда вытекало, что в природе наряду с явлением непрерывности закономерно имеют место и скачкообразные процессы.
Стремительный рывок совершила теоретическая физика в связи с разработкой Альбертом Эйнштейном специальной (1905) и общей (1916) теории относительности. Раскрывая ее сущность, Эйнштейн подчеркивал: «Теория относительности изменяет законы механики. Старые законы несправедливы, если скорость движущейся частицы приближается к скорости света. Новые законы движения тела, сформулированные теорией относительности, блестяще подтверждаются экспериментом»[20]. В свете теории относительности безраздельно господствовавшие геометрия Эвклида и теория тяготения Ньютона предстали как отражение частных условий материального мира. Установленные же Эйнштейном законы поля и движения отразили более общие закономерности природы. Он пришел к выводу о тесной связи свойств пространства и времени с материей.
Вторая половина XIX в. характеризовалась выдающимися достижениями в области химии. В 1869 г. Д.И. Менделеев открыл периодический закон, согласно которому химические и физические свойства элементов находятся в зависимости от их атомных весов. На основе найденной закономерности Менделеев предсказал и точно описал свойства трех не известных еще науке элементов. Впоследствии они были экспериментально выделены: в 1875 г. – галлий, в 1879 г. – скандий и в 1886 г. – германий. Менделеевская периодическая таблица показала свои неоспоримые прогностические возможности, что неоднократно подтверждало открытие новых элементов.
Интенсивное развитие получила физическая химия, предмет которой – исследование физических изменений в связи с химическими реакциями. Ее успехи во многом связаны с деятельностью Вильгельма Оствальда, Якоба Хендрика Вант-Гоффа, Сванте Аррениуса. Под влиянием теоретических исследований этих ученых значительно продвинулось практическое использование достижений химической науки в промышленности, включая получение серной и азотной кислот, белильной извести и едкого натра, анилина, электрохимические процессы добывания металлов и т. п. Благодаря работам Фридриха Августа К скуле, Жозефа Ле Беля,А.М. Бутлерова сформировалась органическая химия, объектом которой являются соединения углерода. Созданная трехмерная модель расположения атомов в пространстве дала возможность анализировать и синтезировать сложные соединения. В результате были получены новые синтетические красители и синтетические материалы: пластмассы (целлулоид, бакелит), искусственный шелк, вискозные химические волокна, заменители каучука и др.
Развитие биологической науки в конце XIX в. связано прежде всего с окончательным утверждением эволюционной теории. Автор «Происхождения видов» (1859) Чарльз Дарвин в 1871 г. опубликовал книгу «Происхождение человека», в которой обосновал процесс его эволюции. Важную роль в разработке эволюционных идей сыграл и Томас Гекели — второй после Дарвина создатель теории видообразования.
Дарвину было ясно, что изменения в отдельном виде порождают эволюцию, но он не смог объяснить, чем вызывается сама изменчивость видов. Природу наследственного механизма раскрыл чешский натуралист Грегор Иоганн Мендель. Он установил, что в ядре каждой клетки содержится некий, по его представлениям, наследственный фактор, содержащий некоторые признаки организма и отвечающий за их передачу по наследству. В результате индивидуальные свойства передаются из поколения в поколение без смешения и усреднения. Свои опыты Мендель завершил в 1866 г., но они не получили признания у современников. Лишь в 1900 г. голландский ученый Хуго де Фриз, немецкий исследователь Карл Эрих Корренс и австрийский биолог Эрих Чермак независимо друг от друга и почти одновременно вторично открыли и сделали всеобщим достоянием законы наследственности Менделя. В 1909 г. датчанин Вильгельм Людвиг Иогансен для обозначения единицы наследственного материала ввел понятие «ген», ставшее общепринятым термином.
Привели к важным открытиям исследования в области цитологии – науки о строении, развитии и функциях клеток. Еще в 70 – 80-х гг. XIX в. Вальтер Флеминг выявил в ядре клетки структурные образования, получившие название «хромосомы». После начатых в 1910 г. опытов Томаса Ханта Моргана стала окончательно ясной связь между генами и хромосомами. Гены являются частью хромосом и носителями отдельных наследственных свойств и признаков, а хромосома содержит наследственную информацию в целом. Но сами гены далеко не во всех случаях устойчивы. Это в 1900 г. заметил Хуго де Фриз, который внезапные изменения признаков у потомков назвал мутациями. Своим возникновением они обязаны либо случайным в развитии организма событиям, либо искусственным воздействиям, при которых поражается один из генов. Развитие биологии и ее составной части – генетики укрепили теорию эволюции живого мира.
Великие открытия в теоретической науке в момент их свершения в большинстве случаев еще не оказывали непосредственного воздействия на отдельные отрасли промышленного производства или сельского хозяйства. Для этого потребуется время. Но они поднимали общий уровень теоретических исследований, которые давали возможность привести в систему известные данные и на основе целостных знаний о предметах и явлениях дать ключ к решению технических проблем. Дж. Бернал идею приоритета науки в научно-техническом прогрессе выразил словами: «Постоянные и накопленные со временем усовершенствования в технике могут исходить от инженеров, но выдающиеся преобразования происходят лишь в результате вмешательства науки»[21]. Только после того как естествознание открыло и изучило различные виды материи и формы ее движения, многообразные силы природы и их законы, техника получила возможность практически их использовать. Электротехника и электроэнергетика, переработка нефти и химическое производство в целом, моторостроение, авиация и многие другие отрасли стали возможны лишь в результате научных открытий и крупнейших изобретений. Прогресс техники постепенно, но неуклонно оказался в прямой зависимости от научных достижений, машинная индустрия по-существу явилась технологическим воплощением науки.
Технический прогресс XIX – начала XX в.
Во второй половине XVIII в. начинается и на протяжении XIX в. завершается переход от мануфактурной формы организации труда к крупной машинной индустрии. Коренная перемена способа производства по своему всеобъемлющему воздействию на все стороны жизни общества и последствиям, которые наступили в результате замены ручного инструментального труда машинным, представляла собой промышленную революцию, или, что одно и то же, промышленный переворот. Его основная черта состояла в переходе от аграрной, ремесленной экономики к преобладающему городскому машинному производству и формированию индустриального общества. В результате возникла крупная машинная фабрично-заводская индустрия, ускорился технический прогресс. Одновременно возросла доля промышленного производства и относительно сократился удельный вес сельского хозяйства в валовом национальном доходе. В социальном плане промышленный переворот привел к формированию и росту численности фабричного пролетариата, усилению и укреплению положения промышленной буржуазии.
Составной частью промышленной революции являлся технический переворот, т. е. процесс коренных изменений технических средств, переход к машинной технике фабричного производства. Крупная фабричная индустрия основывалась на принципиально новом типе рабочих машин, которые получали от двигателя через передаточные механизмы соответствующее движение и совершали своими орудиями операции, выполнявшиеся раньше непосредственно рабочими. Применение машин-орудий позволило разделить технологический процесс на такие составные части, каждую из которых были способны выполнять технические средства. Это в свою очередь обеспечило возможность кооперирования многих машин, в совокупности составлявших взаимосвязанную систему.
Первый этап технической революции начался с появления рабочих машин в текстильном деле. Второй ознаменовался изобретением универсального теплового двигателя, представленного паровой машиной. Третий связан с созданием рабочих машин в машиностроении, что оказалось возможным после изобретения суппорта, или резцедержателя. Производство машин самими машинами обеспечило массовый выпуск машинной техники для всех отраслей промышленности. Наступила эра господства машин.
По отдельным регионам техническая революция, как и в целом промышленный переворот, протекала отнюдь не синхронно. Англия стала страной, открывшей эпоху промышленной революции. Здесь в связи с повышением спроса на промышленные изделия, удовлетворить который оказалось возможным только с помощью механизации, она началась в 60 – 80-е гг. XVIII в. и завершилась в 30 – 50-е гг. XIX в. Первоочередное развитие базовых отраслей производства, обеспечивших промышленность сырьем и полуфабрикатами – каменным углем, железом, пряжей, обеспечило подъем всей обрабатывающей промышленности. Массовое распространение машин и фабричного производства во всех отраслях и по всей стране привело к окончательной победе машины над остатками ремесленного производства. В результате многократного увеличения производительной силы технических средств в Англии в 1840 г. за день изготовлялось товаров в 27 раз больше, чем в 1770 г., когда страна только начинала переходить к образованию машинно-фабричной системы. На ее долю приходилось примерно половина мирового рынка промышленных изделий и около трети мирового промышленного производства. Но значение промышленной революции не сводилось к одному только росту производства. Она изменила социальную структуру общества, весь уклад жизни тех людей, кто оказался вовлеченным в ее орбиту.
Вслед за Англией промышленный переворот произошел и в других странах Европы, хотя в силу специфических особенностей каждой из них протекал в более поздние сроки. Во Франции, пока производство ориентировалось на выпуск изделий ручной выработки, потребность в механизации ощущалась слабо, и лишь с повышением спроса на промышленную продукцию и возникновением в связи с этим дефицита сырья и полуфабрикатов разворачивается промышленная революция в базовых отраслях, завершившаяся к 60-м гг. В Германии аналогичный процесс длился еще дольше – до 90-х гг. XIX в. Несмотря на асинхронность промышленных переворотов, повсюду в итоге капиталистический способ производства, составлявший до этого лишь один из укладов, становился господствующим. Завершение промышленных революций создало базу для развертывания фабричного производства, характеризовавшегося широкомасштабной организацией производственного процесса, более глубоким разделением труда, изготовлением изделий не вручную, а машинами. В связи с этим возросли роль науки, ее влияние на материальное производство, возникла объективная потребность в массовом внедрении технических изобретений и усовершенствований. Это вызвало глобальные последствия. Господство машинного производства означало становление индустриальной цивилизации. Фабрика стала определять экономический облик Европы, а машина приобрела черты символа эпохи. Научно-технический прогресс стал важнейшим фактором, позволившим Западной Европе возвыситься над остальным миром.
Возросшее значение машин в различных отраслях производства вызвало интенсивное развитие машиностроительной промышленности и ее технической базы – станкостроения. Основной линией развития станочного парка стал переход к специализированным станкам, предназначенным для выполнения одной или нескольких аналогичных операций. Сужение функций станков вело к упрощению выполнявшихся операций и создало условия для использования автоматизированных процессов.
Рост объема металлообработки вызвал необходимость усовершенствования средств резания металлов. Был создан ряд твердых сплавов для режущих инструментов, повышена точность изготовления деталей машин. Английский станкостроитель Джозеф Витворт ввел в практику машиностроения измерительные калибры, которые позволяли измерять обрабатываемые поверхности с точностью до тысячных долей миллиметра, впервые стандартизировал резьбу на винтах, что впоследствии дало толчок к созданию унифицированных деталей и узлов машин.
Параллельно шло техническое совершенствование других видов металлообрабатывающих машин. В 70 – 80-х гг. на заводах Круппа в Германии работали паровые молоты с массой падающих частей 50–75 т, а в 1891 г. в США построили молот с массой рабочей части 125 т. Сложность эксплуатации таких установок побудила к производству гидравлических прессов. С их помощью удавалось создавать усилия, эквивалентные усилиям молота с массой падающей части до 500 т.
Новые явления в машиностроении имели далеко идущие последствия. Формирование системы металлообрабатывающих машин в сочетании с применением точных измерительных инструментов и внедрением стандартов подготовило техническую базу для перехода от индивидуального к мелкосерийному, а затем к серийному, крупносерийному и массовому производству. Для него характерна организация поточных линий, т. е. набора рабочих машин, расположенных в технологически обусловленной последовательности. Передача обрабатываемых изделий после выполнения операции на следующее рабочее место обеспечивалась межоперационными транспортными устройствами. В наиболее механизированных производствах это были конвейерные системы изготовления и сборки изделий. Впервые поточное производство осуществила автомобилестроительная компания Генри Форда, а теоретическое обоснование дал Фредерик Тейлор. Технология организации труда, получившая его имя, направлялась на максимальное уплотнение рабочего дня, рациональное использование средств производства и орудий труда, повышение производительности.
Вплоть до 70 – 80-х гг. XIX в. в крупном промышленном производстве в качестве силовой установки доминировали универсальные поршневые паровые машины. Благодаря многим техническим изобретениям они стали значительно совершенней: появились более производительные паровые котлы и многоцилиндровые двигатели, намного повысилась мощность, а коэффициент полезного действия к концу века увеличился впятеро. Но на определенном этапе развития паровые машины стали сдерживать развитие производства и морского транспорта. Они оставались относительно тихоходными, требовали при изготовлении много металла, были громоздкими, использовавшийся трансмиссионный привод исключал возможность перехода к прогрессивному поточному производству, к тому же оказались совершенно непригодными для зарождавшегося автомобилестроения.
Одно из направлений поиска новой двигательной установки состояло во внедрении паровой турбины, в которой энергия сжатого водяного пара непосредственно превращается в механическую энергию вращательного движения вала (ротора) без какой-либо передачи. Наиболее удачно эту проблему независимо друг от друга решили Карл Густав Лаваль в 1883 г. и Чарльз Парсонс в 1884–1885 гг. Уже в 1894 г. был проведен удачный эксперимент по оснащению турбинами корабля, вскоре турбинные установки получили широкое распространение в морском коммерческом и военном кораблестроении, на тепло– и гидростанциях.
Путь к созданию двигательной установки, пригодной для механических безрельсовых транспортных средств, наметил Этьен Ленуар, который в 1860 г. построил напоминавший паровую машину газовый двигатель. Сделать его более эффективным удалось в 1876 г. Николаю Августу Отто. Он создал двигатель внутреннего сгорания с четырехтактным циклом. Этот принцип сохранился и в моторах нашего времени, но сам двигатель Отто оказалось возможным использовать лишь для работы в стационарных условиях.
Быстроходным, компактным и легким двигатель стал после перехода на жидкое горючее. Приоритет в этом принадлежит Готлибу Даймлеру, создавшему в 1882 г. бензиновый мотор. В 1896–1899 гг. Рудольф Дизель сконструировал двигатель, способный работать на тяжелом жидком топливе. Сложились предпосылки для бурного роста автомобилестроения, а также, тракторо– и самолетостроения.
Еще в первой половине XIX в. открытия Андре Мари Ампера, Майкла Фарадея, Эмиля Ленца и других ученых создали теоретическую основу практической электротехники, выявили возможность превращения электрической энергии в механическую. Многочисленные попытки создания электродвигателей шаг за шагом приводили к удачным техническим решениям. В двигателе, который в 1834 г. построил Б.С. Якоби, электромагнитные воздействия преобразовывались во вращательное движение; этот эффект в будущем позволил электродвигателю стать универсальным.
Одновременно шло последовательное совершенствование генераторов – машин, «производящих» электрический ток за счет другой энергии: механической, тепловой, химической. В конце 60-х гг. Кромвель и Самюэль Варли, а также Вернер
Сименс создали первые генераторы постоянного тока. Они получили название динамо-машин. Их надежность и эффективность были низкими, однако в 1870 г. Зеноб Теофил Грамм, а затем в 1873 г. Фридрих Гефнер-Алыпенек внесли столь кардинальные изменения, что динамо-машина стала пригодной для питания электрических двигателей, освещения и других целей. В этом же 1873 г. Ипполит Фонтен на практике доказал, что динамо-машина может работать и генератором, и двигателем, т. е. превращать механическую энергию в электрическую и наоборот – преобразовывать электрическую энергию в механическую. С началом XX в. электрические двигатели, получив репутацию безотказного и экономичного источника механической энергии, начали активно внедряться в производство. Здесь они прежде всего дали возможность оснастить каждый станок собственным электродвигателем с индивидуальным приводом, что обеспечило простоту и быстроту пуска, возможность регулировать скорость вращения, компактность, приспособляемость к любым производственным процессам.
На протяжении 70-х гг. был найден способ использования электрической энергии для освещения. А.Н. Лодыгин предложил лампы накаливания с угольными стержнями, П.Н. Яблочков их усовершенствовал, Томас Эдисон создал вакуумную лампу с угольной нитью, которую затем заменили вольфрамовой.
Электродвигатель, электропривод, электроосвещение имели практический смысл лишь при условии решения проблемы транспортировки электрической энергии от производителя к потребителю. В 1882 г. Марсель Депре построил линию электропередачи протяженностью 57 км. Изобретения Николы Теслы и М.О. Доливо-Добровольского в области электротехники, генерирования и передачи электроэнергии позволили осуществить экономичное электроснабжение на большие расстояния, начать широкую электрификацию. Со второй половины 90-х гг. в экономически развитых странах развернулось массовое строительство электрических станций.
В последней трети XIX– начале XX в. установились надежные и разветвленные транспортные сообщения в большинстве стран и между ними. Многие железные дороги пролегли на тысячи километров. Железнодорожный транспорт оказал огромное воздействие на развитие экономики не только как наиболее эффективное средство перемещения людей и грузов, но и как крупнейший потребитель металла, угля, паровых машин и других механизмов, строительных материалов, древесины. Коренной модернизации подверглась и сама железнодорожная техника. Совершенствование паровозов, замена железных рельсов стальными обеспечили скорость поездов в 100 и более километров в час, а их грузоподъемность – в сотни тонн. Появились новые типы вагонов, в том числе четырехосные пассажирские и товарные пульмановские, названные так по имени их создателя Джорджа Пульмана. Джордж Вестингауз в 1869 г. изобрел пневматический тормоз, нашедший повсеместное применение после 1872 г., когда его действие было автоматизировано. От ручной винтовой сцепки вагонов начали переходить к автоматической.
Вернер Сименс, впервые продемонстрировавший на Берлинской промышленной выставке 1879 г. действующую электрическую железную дорогу, реализовал идею применения на транспорте электродвигателя. Интенсивная инженерная мысль привела в последующие годы к созданию городского электрифицированного транспорта – трамвая. В 1885 г. Чарльз Джозеф Ван-Депуль построил в канадском городе Торонто трамвай с одним воздушным рабочим проводом, подвешенным на столбах с изоляторами. Эта система оказалась столь рациональной, что вскоре получила общее признание. В 1890 г. воздушный провод впервые появился в Европе на трамвайной линии в Галле (Пруссия). К 1890 г. в крупнейших городах США и Европы трамвай, который зарекомендовал себя одним из наиболее экономичных и массовых видов городского транспорта, полностью вытеснил конку.
Появление городов с миллионным и более населением превратило внутригородские перевозки в серьезную проблему. Во многом ее решил метрополитен – надземный (на эстакадах) и подземный. Первую подземную дорогу построили в Лондоне в 1863 г. Она была неглубокого залегания, длиной всего 3,6 км и обслуживалась паровозами. Переломным рубежом явился переход в 1890 г. лондонского метрополитена на электрическую тягу. Она быстро показала свои преимущества, и метростроение получило мощный стимул к широкому развитию. Метрополитены открываются в Будапеште (1896), Вене (1898), Париже (1900), Берлине (1902), Гамбурге (1912), ряде городов Американского континента.
Достижения науки и техники создали необходимую основу для удовлетворения возросших потребностей в морских перевозках. Этапным событием в кораблестроении стал спуск на воду в 1858 г. английского колесно-винтового парохода с дополнительным парусным оснащением «Грейт Истерн», который в 5 раз превышал водоизмещение наиболее крупных кораблей-предшественников. Он отразил черты уходившей эпохи парусного флота и технического прогресса XIX в., который воплотился в новейших по тем временам идеях: конструкция предусматривала двойное дно, поперечные переборки, продольную систему набора корпуса (через столетие так будут строиться все сверхбольшие корабли). Корабль был обшит железными листами – спор между деревом и железом был разрешен окончательно. «Грейт Истерн» имел три паровые машины: отдельно для поворота руля, вращения гребного винта и бортовых гребных колес. Судно было рассчитано на рейс без промежуточной загрузки топлива из Англии в Австралию вокруг Африки с 4 тыс. пассажиров или 10 тыс. солдат и 6 тыс. т груза в трюмах (фактически оно эксплуатировалось на трансатлантической линии, а затем использовалось как кабелеукладчик в Атлантическом и Индийском океанах.
С началом массового производства стали железо уступило ей место и в кораблестроении. Три первых стальных корабля построили в Англии в 1864 г., но преимущественно стальное кораблестроение начинается с конца 80-х гг. Только тогда был превзойден по размерам «Грейт Истерн». В Англии строятся лайнеры «Селтик» (1903), «Лузитания» и «Мавритания» (1907), однотипные «Олимпик» (1911) и «Титаник» (1912), совершивший единственный и трагически закончившийся рейс. На морские маршруты вышли и суда специального назначения: рефрижераторы для перевозки скоропортящихся грузов, нефтеналивные танкеры, ледоколы.
Появление двигателя внутреннего сгорания стало решающей предпосылкой для создания автомобиля. На первенство в его изобретении претендовали 416 человек, но приоритет официально признан за Готлибом Даймлером и Карлом Бенцем. Не будучи даже знакомы, они спроектировали и построили в 1885–1886 гг. самодвижущиеся повозки, защищенные надлежащими патентами. Лишь в 1926 г. образованные ими автомобильные фирмы слились в компанию «Даймлер-Бенц».
Первая машина Даймлера была двухколесной, фактически прообразом современного мотоцикла. Для второго экземпляра был использован четырехколесный фаэтон. Бенц построил трехколесную машину. Автомобили Даймлера и Бенца не нашли спроса в Германии, и изобретатели продали свои патенты во Францию, что надолго сделало ее ведущей автомобильной державой. Здесь проявили себя и другие выдающиеся конструкторы. Эмиль Лавассор предложил новую компоновку автомобиля, при которой двигатель и радиатор охлаждения располагались впереди. В гонке 1895 г. приняла участие машина с пневматическими шинами. В 1898 г. Луи Рено заменил цепной привод карданным валом, а затем установил рулевое колесо. Автомобили начала XX в. отличались исключительно тщательной подгонкой деталей и отделкой, непрерывно и быстро совершенствовались, расширился диапазон их применения. В 1904–1905 гг. появились автобусы. К 1914 г. в Лондоне их было более двух тысяч. С повышением надежности машин уже в начале века развернулось производство грузовых автомобилей. В 1905 г. изобрели счетчик-таксометр, отсюда таксомоторы, такси, ставшие неотъемлемой частью городского транспорта. В дни сражения на Марне во время Первой мировой войны французское командование мобилизовало 1200 парижских таксомоторов, за одну ночь перебросивших пехотную бригаду на расстояние 50 км. Это было первым в истории использованием автомобильного транспорта для массовых военных перевозок.
Задача создания самолета усилиями многих ученых и конструкторов в теоретическом плане оказалась близкой к решению уже к концу XIX в. Первые же успешные полеты на аэроплане связаны с именами братьев Вилбура и Орвилла Райт. Начав конструкторскую деятельность в 1899 г., они построили оснащенный бензиновым мотором самолет, названный ими «Флайер», т. е. летающий. 17 декабря 1903 г. Райт четырежды поднимался в воздух, продержавшись в полете от 12 до 59 с. На Европейском континенте впервые полет на самолете собственной конструкции совершил 23 октября 1906 г. Альберто Сантос-Дюмон, преодолевший расстояние в 60 м. Создаются новые, более совершенные модели, и 25 июля 1909 т. Луи Блерио перелетел через Ла-Манш. Повышение летных возможностей авиационной техники позволило выйти за рамки спортивного применения самолетов, использовать их для грузовых и почтовых перевозок, в военных целях.
В конце XIX – начале XX в. получило развитие дирижаблестроение, и здесь стимулирующим фактором стал компактный бензиновый двигатель. Наибольших успехов добился немецкий инженер и предприниматель Фердинанд Цеппелин. Он построил несколько гигантских дирижаблей. Наибольший из них имел длину 200 и диаметр 24 м, развивал скорость более 100 км в час, пролетал до 7400 км и поднимался в высоту на 4 км. Эксплуатация показала и недостатки дирижаблей: сложность наземного базирования, пожароопасность, уязвимость.
Создание автомобиля и воздухоплавательных аппаратов оказалось возможным на базе синтеза ряда отраслей промышленности, а потому не только революционизировало транспорт, но и стимулировало прогресс металлургии, машиностроения, химии и многих других видов производства.
К 70-м гг. XIX в. быстро развивавшиеся машиностроение, железнодорожный и морской транспорт потребовали значительного расширения производства черных металлов и повышения их качества. В связи с этим усовершенствовался процесс производства чугуна: увеличились размеры доменных печей, модернизировалась их конструкция, вводились новые вспомогательные устройства. К концу столетия сложилась конструкция доменной печи, принципиально не отличавшаяся от современной. Металлурги стали больше внимания уделять подготовке железной руды к плавке, применять ее дробление, обжиг, промывку. В начале XX в. внедрился процесс агломерации, заключавшийся в укрупнении мелких руд путем спекания в специальных устройствах. Почти повсеместно в качестве топлива для выплавки чугуна стали применять каменноугольный кокс[22], вытеснивший антрацит и древесный уголь. В результате резко повысилась производительность доменных печей, а мировая выплавка чугуна возросла с 4,5 млн т в 1850 г. до 78,4 млн т в 1913 г.
Сложной была и научно-техническая проблема переплавки чугуна в железо и сталь. Применявшийся вплоть до 70-х гг. XIX в. метод пудлингования чугуна[23] ввиду его медленности и трудоемкости уже не мог удовлетворить потребности тяжелой промышленности. Английский изобретатель Генри Бессемер в 1855–1860 гг. создал новый способ передела чугуна в ковкое железо и сталь. Он сконструировал специальную установку – конвертер, где через жидкий чугун продувается сжатый воздух. Превращение чугуна в сталь в конвертере происходит в результате окисления кислородом воздуха входящих в состав чугуна углерода, кремния и марганца, очищения металла от их избытка. Процесс бессемерования происходит без подвода тепла извне и без применения какого-либо горючего материала: необходимое тепло образуется благодаря химической реакции окисления железа и его примесей. Выплавка стали этим способом протекает чрезвычайно быстро. В конвертере 10–15 т чугуна превращаются в железо или сталь за 10 мин. Чтобы получить такое же количество стали, требовалось несколько дней работы пудлинговой печи.
Но в изобретении Бессемера были и изъяны. В частности, не удавалось освобождать металл от вредных примесей серы и фосфора, которые целиком переходили в сталь. Выход нашел английский металлург Сидней Томас, предложивший в 1878 г. применить для огнеупорной кладки доломитовый кирпич и вводить в конвертер 10–15 % извести. Это привело к тому, что фосфор и сера удерживались в образовывавшихся шлаках. В результате количество фосфора снижалось с 1–2 % в чугуне до сотых долей процента в стали. Открытие Томаса позволило ввести в промышленный оборот огромные залежи фосфористых железных руд, в том числе Лотарингского бассейна, чем в максимальной степени воспользовалась Германия.
В то же время конвертеры не позволяли перерабатывать так называемый скрап – металлический лом, который в изобилии имелся в развитых странах. Ситуацию исправил французский металлург Пьер Мартен, который в 1884 г. построил сталеплавильную печь, названную его именем. Мартеновская печь позволяла за счет более высокой температуры и других технических особенностей выплавлять сталь из смеси 30 % чугуна и примерно 70 % железного и стального лома. Высокая производительность и хорошее качество выплавляемой стали сделали мартеновский процесс преобладающим в сталелитейном производстве.
В конце XIX – начале XX в. были найдены способы использования энергии электрического тока для получения наиболее качественных сортов стали. Ряд инженеров из Франции, Италии, Швеции, России предложили конструкции электропечей. Их преимущества по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами состояли в возможности достижения более высокой температуры, способности переплавлять скрап легированных сталей, производить высококачественные сплавы с тугоплавкими легирующими элементами. Электропечи нашли широкое применение для получения ферросплавов[24], выплавки цветных металлов, в том числе алюминия. Алюминиевая промышленность уже в начале XX в. выросла в крупную отрасль.
В последней трети XIX – начале XX в. значительно продвинулась вперед промышленная химия. При изготовлении минеральных удобрений, солей, кислот, красителей, взрывчатых веществ, в металлургической, нефтяной, текстильной промышленности широко использовалась серная кислота. Масштабы ее производства во многом стали определять уровень этих и других отраслей. Традиционные методы получения серной кислоты оказались недостаточными, и многие исследователи пытались найти новые пути. Наиболее удачными оказались идеи и практические разработки немецкого ученого Клеманса Александра Винклера и его соотечественника инженера Рудольфа Книтча. Они предложили и внедрили принципиально новую, так называемую контактную, технологию, что дало возможность производить серную кислоту любой концентрации и в необходимых количествах. С наибольшей выгодой этим изобретением воспользовались немецкие промышленники, обеспечившие за счет него преимущество на международном рынке анилинокрасочной промышленности.
Другим важным компонентом ряда технологических процессов является сода. В 1861 г. бельгийский инженер Эрнест Сольее предложил новый способ ее получения из естественных или искусственных растворов поваренной соли, известняка и аммиачной воды, причем сам процесс был более коротким, не вызывал загрязнения окружающей среды и давал соду высокой чистоты. Он оказался настолько удачным, что в своей основе дошел до наших дней.
Изобретение и массовое распространение двигателей внутреннего сгорания, развитие производства синтетических веществ и материалов создали широкое поле деятельности для нефтеперерабатывающей промышленности. До 70-х гг. нефтеперегонные заводы изготовляли преимущественно керосин, который использовался для освещения, а также в качестве растворителя и при очистке поверхностей в технике и медицине. С развитием автомобильного транспорта и авиации возросло потребление бензина, тяжелых видов топлива и смазок.
Внедрение прогрессивных методов нефтепереработки позволило выпускать многие ценные продукты: синтетические органические материалы, ароматические вещества, нафталин, парафин, вазелин, смолы и т. п. В других отраслях химического производства были усовершенствованы технологии переработки древесины и получения бумаги, производства специальных видов стекла и изделий из него, изготовления маргарина, моющих и косметических средств, лекарственных препаратов, красящих и клеящих веществ, удобрений. Химическая индустрия превратилась в одну из ведущих отраслей хозяйства.
В XIX – начале XX в. в промышленном и гражданском строительстве по-прежнему преимущественно использовался кирпич, но заметно возросло значение и других строительных материалов. Прежде всего изменилась роль железа. Его не только стали применять для покрытия крыш и изготовления крепежных деталей, но и использовать в качестве опор и каркасов сооружений. Каркасные конструкции позволяли возводить дома в 40 и более этажей. Возможности металла как строительного материала эффектно продемонстрировала Эйфелева башня высотой в 305 м, возведенная в Париже к Всемирной выставке 1889 г. Во многих городах мира появились железнодорожные вокзалы, рынки и другие здания из металла и стекла. Одним из наиболее выдающихся сооружений подобного рода стало построенное в 1851 г. в Лондоне помещение для Всемирной выставки – Хрустальный дворец. Его длина составляла 564 и ширина 125 м, интерьер представлял один огромный зал без перегородок площадью 100 тыс. кв. м. Автор проекта Джозеф Пакстон предложил невиданную до этого архитектуру здания, возведенного полностью из стекла и металла. Но судьба этой уникальной постройки отразила все недостатки металлических строительных конструкций: подверженность коррозии и незащищенность от высоких температур. В 1936 г. Хрустальный дворец до основания уничтожил пожар.
Широкое распространение в строительном деле получил цементный бетон. Он обладал многими достоинствами: прочностью на сжатие, долговечностью, устойчивостью против воды и огня, но не выдерживал нагрузок на растяжение. Этот недостаток сумел устранить Жозеф Монье, садовник по профессии, который догадался каркас из железной проволоки залить цементным раствором и таким образом получить железобетон, ставший вскоре одним из основных строительных материалов.
Интенсивное развитие средств связи улучшило передачу информации между континентами, странами и внутри них. После четырех неудачных попыток в 1866 г. проложили первый трансатлантический телеграфный кабель протяженностью 3240 км. Усилиями многих изобретателей совершенствовалась приемопередающая телеграфная аппаратура. Французский механик Жан Бодо на протяжении 1872–1876 гг. разработал конструкцию телеграфного аппарата, использовавшегося затем во многих странах. Стало возможным передавать более тысячи знаков в минуту.
Успехом в 1876 г. завершилась работа Александра Грейама Белла по созданию телефона. Однако он обеспечивал слышимость лишь на небольшом расстоянии. Положение изменилось, когда Дэвид Эдуард Юз изобрел важнейшую часть телефонного аппарата – микрофон. Дальнейшая работа многих конструкторов была связана с улучшением телефонной аппаратуры, разработкой коммутационного оборудования. К концу первого десятилетия XX в. емкость многих городских телефонных сетей исчислялась десятками тысяч абонентов.
После того как в 1887 г. Генрих Герц экспериментально показал возможность искусственного возбуждения электромагнитных волн, изобретатели получили научное обоснование идеи беспроводной связи. С начала 90-х гг. А. С. Попов вел разработку необходимых для беспроводной связи технических устройств, в 1896 г. неоднократно проводил сеансы связи без проводов, а в 1897 г. установил свою усовершенствованную аппаратуру на кораблях Балтийского флота, обеспечив радиопереговоры на расстоянии 5,5 км. Опыты аналогичного содержания проводил и Гульельмо Маркони. Его приборы в основном повторяли конструкцию аппаратов, разработанных Поповым, поэтому в ряде стран, кроме Англии и Италии, Маркони отказали в патентах, ссылаясь на работы Попова.
Расстояния, на которые можно было передавать сигналы с помощью радио, быстро возрастали. В 1901 г. Маркони удалось установить радиосообщение между Англией и Ньюфаундлендом, расстояние между которыми 3,5 тыс. км. Интенсивные инженерные разработки привели к внедрению многих усовершенствований. В их числе было создание в 1904 г. Джоном Флемингом электронной лампы, что имело огромное значение для развития радиоэлектроники.
Важные изобретения многократно умножили производительность книгопечатной техники. Созданная в 1863 г. Вильямом Буллоком принципиально новая ротационная печатная машина пропускала бумажную ленту между двумя цилиндрами, на одном из которых укреплялась печатная форма – стереотип. Это обеспечило непрерывность печатания. Уже первые образцы ротационной машины Буллока давали 15 тыс. оттисков в час, а в дальнейшем ее производительность была удвоена. Ускорился наборный процесс в связи с изобретением наборно-словолитных машин с клавиатурой, устроенной по принципу современной пишущей машинки. Одна из них была сконструирована в 1866 г. Отмаром Мергенталером и получила массовое распространение под названием «линотип» Он давал набор целыми строками. В 1867 г. появилась первая печатная машинка, которую сконструировал Кристофер Шолс. Она облегчила делопроизводство, служебную и личную переписку.
Развитие военной техники. Военно-морской флот
В домонополистический период капитализма вооружение все еще состояло из гладкоствольных (с середины XIX в. нарезных) ружей, сравнительно немногочисленной артиллерии с ограниченными скорострельностью и дальностью стрельбы и холодного оружия. Эпоха империализма в военно-технической области произвела настоящий переворот, связанный с моторизацией и механизацией многомиллионных армий, применением машинной техники, усилением мощности и ударной силы вооружения.
В последней четверти XIX в. армии развитых стран заменили стрелковое оружие. Еще в 1860 г. были сконструированы и впервые применены в ходе Гражданской войны в США винтовки Спенсера с семизарядным магазином и Генри с магазином на 15 патронов. Но эти винтовки из-за маломощности патрона по сути были оружием охотничьего, а не армейского назначения. Однако тенденция развития этого вида оружия была определена правильно, и в 80 – 90-е гг. магазинные винтовки получили Франция (конструктор Лебель), Германия (Маузер), Австро-Венгрия (Маннлихер), Россия (Мосин), армии других стран. Отличительная особенность этих винтовок состояла в простоте и надежности конструкций, уменьшении калибра при увеличении поражающей способности пули, увеличении дальности огня до 2,5–3 км и скорострельности до 15 выстрелов в минуту, или втрое.
Конец XIX в. отмечен появлением автоматического оружия. В 1883 г. американский изобретатель Хайрем Максим создал станковый пулемет, получивший название по фамилии конструктора. Впервые этот вид оружия применили в англо-бурской войне 1899–1902 гг. В последовавших затем других войнах пулеметы Максима в полной мере раскрыли свои боевые возможности. Его модификации были приняты на вооружение армиями многих стран, в том числе Англии, Германии, России. На фронтах Первой мировой войны нашли широкое применение резко усилившие огневую мощь пехоты ручные пулеметы: французские системы Гочкиса и Шоша, английские – Льюиса.
По сравнению с периодом франко-прусской войны намного улучшились технические характеристики артиллерии. Удвоились ее дальнобойность (с 3,8 до 7–8,5 км) и скорострельность (с 3–5 до 5—11 выстрелов в минуту). В армиях европейских стран использовались полевые легкие пушки калибра от 75 до 77 мм и тяжелые – 100—150-миллиметровые. Для уничтожения закрытых целей навесным огнем предназначались 100—200-миллиметровые гаубицы. Осадная артиллерия служила для действий против крепостей и полевых укреплений. Наиболее мощными осадными орудиями располагала Германия. В 1918 г. на боевую позицию была установлена пушка «Колоссаль», сконструированная фирмой Круппа. Она имела калибр 203 мм, длина ствола составляла 33,5 м, дальнобойность достигала 120 км, вес снаряда равнялся 123 кг. Эта пушка с 23 марта в течение 44 дней выпустила по Парижу 303 снаряда, из которых 183 упали в черте города.
Первая мировая война поставила перед артиллерией ряд новых задач. С расширением возможностей и активизацией авиации ускорилось начавшееся еще до войны развитие противосамолетных орудий: либо приспособленных легких полевых пушек, либо специально сконструированных зенитных. Появление на поле боя танков вызвало контрмеры: средства борьбы с ними включали малокалиберную 20—37-миллиметровую артиллерию, противотанковые ружья, крупнокалиберные пулеметы. Для огневой поддержки войск в полосе железных дорог действовали артиллерийско-пулеметные бронепоезда.
К самолетам как средству вооруженной борьбы впервые примерились в 1910 г., когда во Франции к военным маневрам привлекли 4 дирижабля и 12 аэропланов. Первый боевой опыт военная авиация получила в 1911–1912 гг. во время войны Италии с Турцией: 9 итальянских самолетов занимались разведкой и бомбометанием. В Балканской войне 1912–1913 гг. в составе болгарской армии действовал русский добровольческий авиационный отряд, а всего страны Балканского союза имели около 40 самолетов. Они занимались аэрофотосъемкой, корректировкой артиллерийского огня, бомбежкой войск противника. Первая мировая война ускорила развитие авиации: улучшилась конструкция самолетов, их тактико-технические показатели, скорость возросла до 130–220 км в час, потолок – до 4–7 км, время полета – до 2–7 ч. В зависимости от боевого применения авиация стала разделяться на истребительную, разведывательную, штурмовую, легкую и тяжелую бомбардировочную. В целях разведки на море, бомбардировки морских баз, надводных кораблей и подводных лодок противника, охраны своего флота и побережья применялись гидросамолеты. Стремление найти пути улучшения взаимодействия авиации с кораблями флота привело к созданию кораблей-авианосцев. В Англии к концу Первой мировой войны крейсер «Фьюриэс» переделали в авианосец с двумя взлетно-посадочными палубами. В июле 1918 г. 7 истребителей «Кэмел» поднялись с него и совершили успешный налет на базу германских цеппелинов. Так началась эпоха авианосной авиации.
Усилилось и начало дифференцироваться по типам самолетов вооружение. Для поражения целей по курсу самолета истребители получили пулеметы, стрелявшие с помощью специальных приспособлений через пропеллер. Впервые такой способ установки пулемета применили в 1915 г. на французском самолете «Моран-Солнье». Подобными пулеметами оснащались и другие типы истребителей. Разведывательная и бомбардировочная авиация вооружалась оборонительными подвижными пулеметами. Возросла бомбовая нагрузка. Максимальной она была на российском «Илье Муромце» – 490 кг. Эффективность бомбардировщиков повысили приспособления для подвески бомб внутри самолета, механические и электрические бомбосбрасыватели, бомбардировочные прицелы.
На фронтах воевали и германские дирижабли. Они обладали большой грузоподъемностью и дальностью полета, проникали в глубокий тыл противника, наносили бомбовые удары по Парижу и Лондону, другим целям на суше и на море. Но дирижабли легко поражались огнем артиллерии и пулеметов противовоздушной обороны и истребителей, не выдерживали конкуренции самолетов. Это привело к тому, что даже Германия за всю войну построила только 109 дирижаблей.
Первые проекты боевой техники, получившей впоследствии название танк (от англ, tank – цистерна, резервуар, бак)[25], разрабатывались в 1911–1915 гг. почти одновременно в Англии, Австро-Венгрии и России. Новый вид оружия принял бой 15 сентября 1916 г. в сражении на реке Сомме. Это были английские танки Мк-1, вооруженные двумя пушками и четырьмя пулеметами, в другом варианте – только шестью пулеметами. Далекие от совершенства, эти танки отличались громоздкими габаритами и неповоротливостью. Длина корпуса составляла 9,8 м, ширина – 4,1 м, высота – 2,5 м. Толщина брони была равна 6—10 мм и не защищала экипаж даже от бронебойных пуль. Запас хода не превышал 30 км, а скорость вне дорог – 2 км в час. Обзор был плохим, температура внутри машины повышалась до 70 °C, поэтому экипаж из 7 человек не мог долго оставаться в танке.
Танковая техника быстро совершенствовалась, и на заключительном этапе боевых действий на Западном фронте Первой мировой войны приняли участие улучшенные модели танков Мк-1. В марте 1918 г. английская армия начала оснащаться средними пулеметными танками Мк-А, развивавшими скорость в 14 км в час, что дало основание назвать их «Уипет», т. е. борзая. Тогда же большим успехом французских танкостроителей явилось создание легкого танка «Рено» FT-17, который оказался самым массовым танком Первой мировой войны, использовался в армиях 20 государств, на его базе сконструировали первый советский танк, а во Франции он составлял основу танкового парка вплоть до середины 30-х гг. Этот дешевый в производстве, простой в управлении и надежный в эксплуатации 7-тонный танк с двумя членами экипажа имел броню в 16 мм, вооружался пушкой или пулеметом, отличался хорошей проходимостью и запасом хода в 35 км.
Меньшую, чем танки, роль сыграли бронеавтомобили. Впервые они были сконструированы в Англии в 1900–1902 гг., а боевую проверку прошли на завершающем этапе англо-бурской войны. В Германии в 1902–1905 гг. появился пушечный бронеавтомобиль, ставший прототипом последующих моделей. Однако позиционный характер Первой мировой войны не способствовал массовому распространению бронеавтомобилей. В то же время в действиях по огневой поддержке конницы они были эффективны.
Во второй половине XIX в. парусные суда с паровым двигателем уступили место броненосцам: полностью металлическим, чисто паровым, с артиллерией главного калибра во вращающихся башнях. Первым боевым кораблем нового типа стал построенный северянами в период Гражданской войны в США броненосец «Монитор». Он имел водоизмещение 1200 т, был покрыт 100-миллиметровой поясной и 25-миллиметровой палубной броней. Два 280-миллиметровых орудия размещались во вращающейся башне с броней в 200 мм. В бою с кораблем южан «Мерримак», имевшим 10 пушек, «Монитор» устоял и этим доказал перспективность своей конструкции.
Броненосцы мониторного типа, а они строились не только в США, но и в других странах, прежде всего в Англии, произвели переворот в кораблестроении, означали появление принципиально нового класса наиболее мощных военных кораблей. Но мониторы из-за своей низкобортности не были вполне мореходными кораблями, что ограничивало их боевое применение.
Выход был найден в строительстве высокобортных кораблей, у которых бронирование ограничивалось так называемой цитаделью, защищавшей расположенные в центральной части артиллерию и механизмы, но оставлявшей без броневой защиты носовую и кормовую оконечности. Уровень техники и возможности промышленности позволили создать цитадельные броненосцы, у которых калибр орудий доходил до 452 мм («Ду-ильо», Италия, 1876 г.), а бортовая броня – до 600 мм («Инфлексибл», Англия, 1881 г.). Но дальше увеличивать количественные параметры средств корабельной защиты и нападения больше уже было нельзя, и научно-конструкторская мысль пошла по другому, более эффективному пути. Проблему повышения прочности брони решили путем улучшения ее качественных характеристик, а мощности артиллерийского огня – за счет усиления проникающей и разрушающей способности снарядов при тех же и даже меньших калибрах.
С начала 80-х гг. для обшивки кораблей стали употреблять сталежелезную броню-компаунд, у которой наружная поверхность была твердой, а внутренняя – вязкой. Ее стойкость по сравнению с железной броней повысилась на 20–25 %. В первой половине 90-х гг. применили никелевую цементированную сталь, что увеличило сопротивляемость брони на 30 % против сталежелезной. К началу XX в. освоили односторонне закаленную хромоникеле-молибденовую сталь с твердым лицевым слоем и мягкой вязкой тыльной стороной, что придало ей еще 16 % стойкости. По своим свойствам эта броня превосходила все применявшиеся ранее. Улучшение защитных свойств брони позволяло в каждой новой серии броненосцев уменьшать толщину бортового бронирования и за этот счет увеличивать общую площадь защищенного броней корабельного корпуса, доведя ее, например, у российского «Бородино» до 48 % и у японского «Миказа» – до 69 %.
С 1867 г. началось переоснащение корабельной артиллерии казнозарядными нарезными орудиями, стрелявшими удлиненными снарядами. Прежние лафетные установки уступили место поворотным механическим орудийным станкам. Увеличение калибра пушек повлекло сокращение их числа. К концу XIX в. установился тип эскадренного броненосца с четырьмя, обычно 305-миллиметровыми, орудиями в двух защищенных мощной броней башнях, а также орудиями меньших калибров. Повысилась эффективность артиллерийского огня в связи с рядом технических усовершенствований, в том числе внедрением электроавтоматической централизованной системы управления огнем, принятием на вооружение новых бронебойных снарядов с наконечниками из вязкой стали.
С 60-х гг. XIX в. начинается развитие еще одного класса кораблей – крейсеров. Имея по сравнению с броненосцами меньшее водоизмещение, слабое бронирование, артиллерию среднего и малого калибров, но большую скорость, они предназначались для действий в составе эскадры, разведки, нарушения коммуникаций противника и защиты своих. В зависимости от функций корабли этого типа отличались различными техническими характеристиками и подразделялись на малые и средние бронепалубные и более сильные по вооружению и лучше защищенные броненосные крейсеры.
Огромное значение для усиления удар ной мощи флота имело изобретение самодвижущейся мины – торпеды. Высокая эффективность торпедного оружия вызвала к жизни новый класс кораблей – миноносцев. Поначалу они были небольшими, на 20–30 т водоизмещения, с одной-двумя торпедами, но уже ко времени русско-японской войны стабилизировался тип мореходных 350-тонных миноносцев с двумя двухтрубными или тремя однотрубными торпедными аппаратами на верхней палубе, одной 75-миллиметровой и пятью 47-миллиметровыми пушками, скоростью хода до 29 узлов[26]. В грозное оружие превратилась и сама торпеда. Ее боевой заряд достигал 150 кг, максимальная дальность хода возросла до 7 км и скорость – до 45 узлов. Необходимость решения ряда боевых задач в составе эскадры побудила к дальнейшему развитию класса миноносцев и созданию эскадренных миноносцев, или эсминцев – кораблей с возросшими вооружением, скоростью и дальностью плавания. В составе военно-морских сил прочно закрепились и торпедные катера. Они активно проявили себя и не потеряли значения до наших дней.
Морские сражения русско-японской войны дали возможность проверить тактико-технические концепции, заложенные в кораблях различных классов. Морские державы срочно вносили коррективы в проекты строившихся кораблей, пытаясь устранить просчеты и недостатки, выявившиеся в ходе войны и особенно Цусимского сражения. Первой успеха добилась Англия. В октябре 1905 г. был заложен и ровно через год закончил ходовые испытания линкор (так были переклассифицированы бывшие эскадренные броненосцы) «Дредноут». Это название стало нарицательным, обозначавшим новый подкласс линейных кораблей, по всем показателям превосходивших броненосцы додредноутного типа.
Артиллерия главного калибра линкора «Дредноут» располагалась в пяти двухорудийных башнях, в бортовом залпе могли участвовать одновременно четыре башни. Каждый отсек корпуса разделялся водонепроницаемыми переборками без дверей, сообщение между отсеками осуществлялось через верхнюю палубу с помощью шахт: этим достигалась большая непотопляемость; корабль имел полностью бронированный борт. Впервые были установлены четыре паровые турбины.
С появлением «Дредноута» все ранее построенные эскадренные броненосцы сразу оказались устаревшими, и в мире началось усиленное строительство линкоров нового типа. К концу Первой мировой войны развитие кораблей этого класса привело к созданию линкоров еще более мощных, чем «Дредноут». Они имели 8—12 орудий 305—406-миллиметрового калибра, 102– 152-миллиметровую противоминную артиллерию, усиленное до 356 мм бронирование, повышенную до 25–28 узлов скорость.
Произошли серьезные изменения и в развитии крейсеров. Опыт Цусимы показал, что броненосные крейсеры могут быть втянуты в бой с линейными кораблями. Но чтобы успешно противостоять им, нужны были орудия такого же калибра, хотя и меньшим числом, почти одинаковое бронирование, но значительно большая скорость. Эти новые требования были реализованы в классе линейных крейсеров. Впервые они появились в Англии в 1907 г., а последний представитель этого класса кораблей английский линейный крейсер «Худ» был построен в 1918 г. Он имел восемь 381-миллиметровых орудий, 305-миллиметровую броню в наиболее утолщенной части, скорость хода около 32 узлов. В дальнейшем эволюция линейных крейсеров прекратилась, и они слились с линкорами в один общий класс.
Попытки строить подводные суда военного назначения предпринимались и в XVIII, и на протяжении всего XIX в. В 1864 г. принадлежавшая Конфедерации рабовладельческих штатов железная лодка, погружавшаяся в воду и оставлявшая на поверхности только плоскую палубу, потопила шестовой миной деревянный корабль северян. В этом же году во Франции построили крупную (450 т) железную подводную лодку с пневматическим двигателем на сжатом воздухе и торпедным аппаратом. Практического боевого значения она не имела.
В дальнейшем пытались ставить на подводные лодки паровую машину, электродвигатель, газолиновый[27] мотор, комбинировать их в разном сочетании для обеспечения надводного и подводного хода. В России строительство подводных лодок началось в 1902 г. Первые английские лодки вошли в строй в 1904 г., но конструкция оказалась неудачной и шесть из них затонули. Германия приступила к сооружению подводных лодок только с 1906 г.
Переломным в истории подводного кораблестроения стал 1908 год, когда в России была создана «Минога» – первая подводная лодка с дизельным двигателем для надводного хода. Более высокая мощность и экономичность дизелей позволили перейти к строительству лодок с большей мореходностью и автономностью, сильным торпедным вооружением и палубной артиллерией на случай боя в надводном плавании. В ходе Первой мировой войны окончательно определились их типы в связи с решавшимися задачами: для действий в прибрежных водах, открытом море, на дальних океанских коммуникациях предназначались соответственно малые, средние и большие (крейсерские) подводные лодки. Их водоизмещение колебалось от 200 до 2500 т, дальность плавания наиболее крупных достигала 4–5 тыс. км. Широко применялись подводные лодки – минные заградители.
Подводные лодки продемонстрировали высокую эффективность в ходе боевых действий. Одна из них, немецкая, 22 сентября 1914 г. потопила три английских броненосных крейсера. Другая 7 мая 1915 г. торпедировала английский трансатлантический лайнер «Лузитания», шедший из США в Англию. За время Первой мировой войны потери в боевых кораблях от торпед подводных лодок и от поставленных ими мин на всех театрах военных действий и во всех флотах составили 105 кораблей, в том числе 12 линкоров и 23 крейсера. Они стали главным средством боевых действий на морских коммуникациях. В 1914–1918 гг. только Германия с помощью подводных сил потопила неприятельских коммерческих судов и кораблей нейтральных стран общим водоизмещением свыше 18,7 млн т.
Поиски контрмер привели к появлению средств противолодочной обороны. С 1915 г. начинают использовать суда-ловушки: обыкновенные пароходы, вооруженные тщательно замаскированными орудиями. В борьбе с подводными лодками применялись эсминцы и патрульные суда, сначала приспособленные, а затем и специально созданные охотники за подводными лодками – небольшие корабли водоизмещением 60–80 т, имевшие одну-две пушки, глубинные бомбы и акустические приборы для обнаружения движущейся цели за 15–20 миль.
В XIX – начале XX в. резко возросла роль науки в преобразовании техники и технологии производства. Многие отрасли целиком формировались на базе научных открытий и выдающихся изобретений. В свою очередь прогресс технических средств, нашедший выражение в освоении технологии массового производства, развитии электротехники, электрификации производства и транспорта, внедрении новых видов связи, изобретении двигателя внутреннего сгорания, автомобиле– и авиастроении, принципиальном обновлении многих других отраслей промышленности и развитии новых типов вооружения, явился основой для формирования индустриальной цивилизации. На протяжении последней трети XVIII – середины XIX в. она прошла стадии становления и быстрого распространения. Затем индустриальное общество вступило в фазу стабильного развития, которое продолжалось до Первой мировой войны. Другими словами, индустриальная цивилизация охватывает эпоху расцвета капитализма. С окончанием Первой мировой войны начался закат индустриальной цивилизации. В последней четверти XX в. обозначилось начало переходного периода в процессе ее трансформации в постиндустриальную цивилизацию.