Описанный Шуховым случай из жизни вспомнился ему через много лет после сделанного им важнейшего научного открытия и явно отдает влиянием соцдействительности. Тогда в большом ходу были утверждения о том, что музыку создает народ, а композиторы ее просто берут и аранжируют, что искусство в большом долгу перед народом, а вместе с ним, добавим мы, и наука. Тем не менее определенное зерно истины в рассказе изобретателя есть и состоит в том, что «урок наглядного обучения» от мудрой тети Маши на самом деле лишь подтвердил давно зародившуюся у Владимира Григорьевича плодотворную идею ожившего из математических формул гиперболоида. И кто знает, быть может, еще в далеком детстве видел в руках крестьян Шухов плетеные корзины и уже тогда призадумался о причинах их поразительной устойчивости. Неисповедимы пути Господни…
Гиперболоид – красивое слово, но в то же время малопонятное обывателю. Быть может, и по этой причине оно попало на обложку фантастического романа Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина» 1927 года, написанного лет через тридцать после изобретения Шухова, принесшего ему мировую известность. Никакого отношения гиперболоиды Шухова к гиперболоидам Гарина не имеют. Граф Толстой лишь использовал это слово, но и это говорит о многом. Значит, разговоров о таинственных гиперболоидах ходило тогда много, все о них слышали, но в чем их суть, усвоить мог далеко не каждый.
Слово «гиперболоид» происходит от гиперболы и на математическом языке означает буквально следующее: незамкнутая центральная поверхность второго порядка. Гиперболоиды в пересечении со всевозможными плоскостями дают конические сечения – будь то эллипс либо гипербола и парабола. Гиперболоиды в конечном итоге всегда приближаются к конической поверхности, то есть к конусу. Различают однополостные и двуполостные (то есть в двух плоскостях) гиперболоиды.
Заслуга Шухова состоит в том, что он первым в мире облек сухую математическую теорию гиперболоидов в реальную конструкцию, открыв перед потомками огромные перспективы использования своих научных наработок в экономике, культуре, промышленности. К особенностям гиперболоида инженера Шухова стоит отнести то, что через любую точку поверхности сооружения проходят две пересекающиеся прямые, причем полностью принадлежащие этой поверхности. Параллельно этим прямым крепятся металлические балки, образуя сетку или решетку. Так можно создать любую сетчатую конструкцию и по объему, и по высоте. И притом она будет легче, прочнее и дешевле (главные шуховские критерии!), нежели из камня или кирпича. Ну а малая материалоемкость, что называется, налицо. И главное – максимальная устойчивость к ветру, главной угрозе высотных сооружений.
Шуховский гиперболоид, вид изнутри
Сам Владимир Григорьевич так описывал свое изобретение в момент его обнародования в середине 1890-х годов: «Сетчатая поверхность, образующая башню, состоит из прямых деревянных брусьев, брусков, железных труб или уголков, опирающихся на два кольца: одно вверху, другое внизу башни; в местах пересечения брусья, трубы и уголки скрепляются между собою.
Составленная таким образом сетка образует гиперболоид вращения, по поверхности которого проходит ряд горизонтальных колец. Устроенная вышеописанным образом башня представляет собой прочную конструкцию, противодействующую внешним усилиям при значительно меньшей затрате материала. Главное применение такой конструкции предвидится для водонапорных башен и маяков».
Таким образом, даже сам изобретатель не предполагал того огромного масштаба, который обретут его идеи со временем. Не только водонапорные башни и маяки, но и линии электропередач, радиоантенны, пожарные вышки и даже корабельные башни, заменившие на военных судах привычные и низкие мачты. Первый вариант гиперболоидной башни Шухов спроектировал для завода Бари в Симоновой слободе, где относительно невысокое поначалу сооружение выполняло функции водонапорной башни. Сооружение башни относится к 1894 году. Опытный образец полностью оправдал ожидания инженера и остался лишь на фотографии. Контора Бари и ее хозяин готовились запустить изобретение своего главного инженера в массовое производство, не хватало лишь удобного повода, чтобы продемонстрировать все его преимущества широкому кругу будущих потребителей. И надо же случиться такой удаче – как раз в 1896 году Россия решила, что называется, «устроить пир на весь мир», а конкретно – устроить выставку.
Гиперболоидные башни Шухова принесли ему заслуженную популярность непосредственно после XVI Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде, проходившей с 9 июня по 13 октября 1896 года. Гвоздем выставки назвали уникальную водонапорную башню – гиперболоид, выросший над Всероссийской выставкой в мае 1896 года и сразу привлекший внимание не только приехавшего на открытие императора с семьей, но и всех побывавших здесь его подданных. «Водонапорный бак, из которого снабжается питьевой водой вся площадь выставки, вмещает 10 000 ведер воды. Полная высота башни 15 сажен, остов башни состоит из ряда прямых железных уголков, взаимное пересечение которых образует весьма красивую сетчатую поверхность. (В геометрии такая поверхность называется гиперболоидом вращения.) Конструкция остова представляет собой полную новизну, так как криволинейная форма поверхности башни дает ей хорошую устойчивость, которая чувствуется глазом смотрящего; причем работа всей башни оказывается очень простой, так как она образуется из прямолинейных железных прутков. Доступ на верхнюю площадку башни открывается посредством винтовой лестницы. Подъем очень легкий и удобный. С верхней площадки можно обозреть всю выставку. Словом, на Всероссийской выставке башня эта играет роль маленькой Эйфелевой, являясь для публики одним из главных магнитов выставки. Вид с нее дивный: вся выставка и ярмарка у ваших ног…» – писала газета «Одесские новости» 11 июля 1896 года.
На самой вершине почти тридцатиметровой башни Шухов устроил смотровую площадку, откуда открывался прекрасный вид далеко за пределы выставки. Это было очень интересной находкой – одно дело любоваться гармоничной и необычной башней со стороны, задрав голову, другое – проникнуть в ее сердцевину, вскарабкаться по лестнице наверх, убедившись, что все гениальное – просто. Это было любимое выражение Шухова: «Вот видите, как просто!» Башня опиралась на восемьдесят пересекающихся стальных ног, опоясанных десятью кольцами, включая кольцо под резервуаром с водой (диаметр 4,2 метра) и кольцо у основания (диаметр 10,9 метра). Фундамент башни включал в себя: зарытую в землю деревянную раму, сверху защищенную настилом из брусьев, поверх которого утрамбовали грунт. Ноги башни крепились к раме болтами. Шухов гарантировал максимальную устойчивость своего сооружения даже при разрушительном урагане.
Желающих подняться на смотровую площадку башни нашлось много: «Чтобы полностью насладиться видом, нужно прийти сюда под вечер, когда день начинает гаснуть. Стихает шум дневной в городе. На судах, на выставке и ярмарке зажигаются огни. Эта картина одна из немногих по красоте и грандиозности в мире», – отзывался очевидец.
Даже слепой мог бы увидеть аршинные буквы, намалеванные на резервуаре башни: «Инженер Бари», отметим, что не «Контора Бари», а именно инженер. Не давали, видимо, Александру Вениаминовичу лавры Владимира Григорьевича спать и жить спокойно. Можно было бы объяснить это рекламным ходом: дескать, контора же Бари, а не Шухова, в нее валом и повалят заказчики. И все же путеводитель по выставке восстанавливает справедливость: «На Парижской выставке была башня Эйфеля, на Нижегородской – башня Бари, хотя правильнее было бы назвать ее башней Шухова, по имени инженера, проектировавшего все металлические строения выставки, в том числе и эту башню».
Примечательно, что неосуществленной осталась идея водрузить на макушку башни огромный электрический маяк, дабы подчеркнуть еще и ее высоту в темное время суток, отведенное красочной иллюминации. Поговаривали и об использовании башни для разбрасывания рекламных листовок – еще одно неожиданное предназначение шуховской конструкции, впрочем, также неосуществленное.
А ведь была на этой выставке и еще одна водонапорная башня Шухова, но мало кто об этом знает. Башня была не такая большая, а всего семьдесят сантиметров, и отлили ее из более дорогого металла – серебра. Вот что писали «Известия Всероссийской художественно-промышленной выставки в Нижнем Новгороде» в 1896 году: «Модель в аршин вышины сработана весьма изящно и легко. На вершине ее установлена фигура гения Промышленности, по мраморному пьедесталу расположено около шести эмалированных медальонов с фотографиями крупнейших инженерных сооружений, построенных фирмой Бари: зданий, барж, резервуаров, паровых котлов системы Шухова. Модель была поднесена конторою фирмы ее хозяину, инженеру А. В. Бари, к недавно исполнившемуся 15-летию ее существования». Эта модель экспонировалась в витрине фирмы Фаберже. Карл Фаберже, кстати, к пятнадцатилетию работы Шухова у Бари изготовил для главного инженера конторы подарок – массивную серебряную рамку, центром композиции которой является все та же обвитая лавром башня, слева от башни фотопортрет Шухова, а под ним – галерея небольших фотографий, изображающих котел, баржу, резервуар и так далее.
Триумф Шухова на выставке – а по-иному никак не назовешь реакцию инженерно-архитектурного сообщества – выдвинул его в число инженеров-новаторов мирового масштаба, о чем свидетельствует то обстоятельство, что попытка воплотить на практике его идеи была вновь предпринята более чем через три десятка лет. На его башню и сетчатые покрытия обратили внимание и за рубежом, где в это время также шли поиски в аналогичном направлении. Разработки Шухова пытались повторять, копировать (например, сетчатые своды Цолингера, Юнкерса), совершенствовать, забывая или не зная о его первенстве, но в конечном итоге все равно признавали Шухова первопроходцем. И в этой связи очень важным было получение патентов на изобретения, показанные на выставке. 12 марта 1899 года после почти четырех лет ожидания Шухов получил привилегии под номерами 1894, 1895, 1896 соответственно на сетчатые покрытия для зданий, сетчатые сводообразные покрытия и ажурную башню. И ведь что интересно – ажурная башня рассматривалась изобретателем не только в металле, но и из дерева. В полученной привилегии 1896 года читаем: «Ажурная башня, характеризующаяся тем, что остов состоит из пересекающихся между собой прямолинейных деревянных брусьев, или железных труб, или угольников, расположенных по производящим тела вращения, форму которого имеет башня…» Башни Шухова стали активно шагать по стране, контору Бари завалили заказами. А вот интенсивное применение сетчатых покрытий, в том числе и в мировом масштабе, еще ожидало своего часа и началось уже после смерти изобретателя, в середине XX века. К причинам нередко относят чрезвычайную сложность расчета металлических паутин, каждая из которых, по сути, является оригинальной. Потому здесь требуется и специальный опыт в производстве и монтаже, и особые материалы. Это означает и другое – слишком новой была технология Шухова для своей эпохи, предвосхитив зарождение архитектурного авангарда и стиля хай-тек.