Промышленная технология и инновации

216 Историки, подчеркивающие революционную сущность про­мышленных изменений, указывают на быструю механизацию и рост хлопчатобумажной промышленности на протяжении двух последних десятилетий XVIII в. Однако уже столетием раньше в течение всего нескольких лет были сделаны два нововведения, значение которых для последующей индустриализации может счи­таться даже еще более фундаментальным, хотя их важность стала очевидной только спустя много лет. Этими инновациями были процесс выплавки железа с использованием кокса, избавивший черную металлургию от зависимости от древесного угля, и атмо­сферная паровая машина, новый и мощный двигатель, дополнив­ший, а впоследствии заменивший ветряные и водяные мельницы в качестве источника механической энергии.

Предпринимались многочисленные попытки заменить в домен­ных печах древесный уголь на каменный, но обилие примесей в сыром угле обрекало их на неудачу. В 1709 г. Абрахам Дерби, квакер-кузнец из Коалбрукдейла в Шропшире, обработал камен­ный уголь тем же путем, которым другие плавильщики "получали древесный уголь из древесины, — т.е. нагрел уголь в закрытом контейнере, и по удалении примесей, принявших газообразную форму, получил остаток, представляющий собой почти чистый уг­лерод, который он затем использовал как топливо в доменной печи для выплавки чугуна.

Несмотря на технологический прорыв, совершенный Дерби, инновация распространялась медленно: еще в 1750 г. только около 5% британского чугуна производилось с использованием кокса. Однако продолжавшийся рост стоимости древесного угля после 1750 г. наравне с другими инновациями, такими как введе­ние Генри Кортом пудлингования и прокатки в 1783 — 1784 гг., наконец покончил с зависимостью черной металлургии от древес­ного угля. (Процесс Корта предусматривал плавку чугуна в отра­жательной печи без прямого контакта с топливом. Расплавленный металл размешивался для выжигания излишка. углерода, после чего прокатывался для устранения примесей и придания ему же­лаемой формы.) Металлурги достигали значительной экономии на масштабах производства путем объединения всех этих операций на одном предприятии, расположенном обычно поблизости от места добычи угля, в связи с чем и общий выпуск железа, и доля железа, произведенного с помощью каменного угля, в огромной степени выросли. К концу столетия производство железа превыси­ло 200 тыс. тонн (причем практически все оно выплавлялось с ис­пользованием кокса), а Великобритания стала нетто-экспортером железа и железных изделий.

216 Энергия пара была впервые использована в горнодобывающей промышленности.

216 По мере роста спроса на уголь и металлы ин­тенсифицировались попытки их добычи из более глубоких шахт.

217 Были разработаны различные устройства для откачки воды из шахт, однако затопление последних оставалось главной пробле­мой и главным препятствием для дальнейшего роста добычи. В 1698 г. военный инженер Томас Сэвери получил патент на паро­вой насос, который он метко окрестил «Друг шахтеров». Не­сколько таких насосов были установлены на протяжении первого десятилетия XVIII в., преимущественно на корнуольских оловян­ных рудниках, однако это устройство имело несколько практичес­ких дефектов, главным среди которых была взрывоопасность. Томас Ньюкомен, занимавшийся торговлей металлическими изде­лиями и знакомый с проблемами горнодобывающей промышлен­ности, методом проб и ошибок добился устранения этих дефектов и в 1712 г. построил свой первый паровой насос для угольной шахты в Стаффордшире.

В машине Ньюкомена пар из котла подавался в цилиндр с поршнем, который был соединен посредством движущейся Т-об­разной перекладины с насосом. После того, как пар заставлял поршень подниматься до вершины цилиндра, впрыскивание хо­лодной воды внутрь цилиндра вызывало конденсацию пара и воз­никновение вакуума. Под действием атмосферного давления пор­шень возвращался в исходное положение (отсюда и название — «атмосферная машина»). Машина Ньюкомена была очень боль­шой (она занимала отдельное здание), громоздкой и дорогой, но при этом эффективной. К концу столетия несколько сотен таких машин было установлено в Великобритании, а несколько — и на континенте. Они использовались преимущественно на угольных шахтах, где топливо было дешево, а также в других горнодобыва­ющих отраслях. Они также применялись для подъема воды с целью приведения в движение водяных колес (там, где естествен­ные условия не позволяли их сооружать), а также для снабжения водой населения.

Главным недостатком машины Ньюкомена был большой рас­ход топлива на единицу полезной работы. В 1760-х гг. Джеймса Уатта, мастера по изготовлению математических инструментов (лабораторного техника) в университете Глазго, попросили почи­нить небольшую работающую модель машины Ньюкомена, ис­пользовавшуюся в качестве наглядного пособия в курсе естествен­ной философии. Заинтересовавшись проблемой, Уатт начал экспе­риментировать с машиной и в 1769 г. получил патент на устрой­ство охлаждения пара (condenser), которое устраняло необходи­мость в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Ряд технических трудностей, включая сложность получения достаточ­но гладкого цилиндра для предотвращения утечки пара, еще не­сколько лет создавали проблемы для практического применения машины. Тем временем Уатт вступил в партнерство с Мэттью Бо-ултоном, удачливым предпринимателем, занимавшимся производ­ством оборудования в районе Бирмингема, который обеспечил Уатгу время и возможности для дальнейших экспериментов.

217 В

218 1774 г. Джон Уилкинсон, хозяин расположенного по соседству металлообрабатывающего производства, запатентовал новый свер­лильный станок для изготовления стволов пушек, который также подходил для изготовления паровых цилиндров. В следующем году Уатт получил продление своего патента на 25 лет, и фирма Боултона и Уатта начала коммерческое производство паровых машин. Одним из первых покупателей стал Джон Уилкинсон, ко­торый использовал машину для подачи воздуха в доменную печь.

Большинство двигателей Боултона и Уатта использовались для приведения в движение насосов в шахтах и рудниках, особен­но в оловянных рудниках Корнуолла, где уголь был дорог и эко­номия на топливе по сравнению с машиной Ньюкомена была зна­чительной. Но Уатт сделал и ряд других усовершенствований, среди которых были регулятор скорости машины и устройство для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное. Последнее усовершенствование сделало возмож­ным применение парового двигателя в новых сферах, таких, как размол зерна и прядение хлопка. Первая прядильная машина, приводимая в движение паровым двигателем, начала работу в 1785 г., что в огромной степени ускорило процесс технологичес­ких изменений.

Текстильная промышленность уже завоевала господствующие позиции в «доиндустриальный» период истории британской про­мышленности, опираясь на раздаточную систему. Наиболее важ­ными были производства шерстяных и камвольных тканей, хотя в Шотландии и Ирландии, в отличие от Англии и Уэльса, произ­водство льняных тканей было более распространено. (В Англии тела покойников по закону должны были погребаться в шерстя­ных саванах, в то время как в Шотландии этот привилегирован­ный статус был сохранен за льном.) В шелковой промышленнос­ти, появившейся в начале XVIII в., работали фабрики и оборудо­вание, использующие энергию воды (в подражание итальянцам), но спрос на шелк сдерживался его высокой ценой и конкуренцией континентальных производителей.

Производство хлопчатобумажных тканей, как и шелковых, было относительно новой отраслью промышленности в Велико­британии. Начатое в Ланкашире в XVII в. — возможно, эмигран­тами с континента — в начале XVIII в. оно получило импульс к развитию благодаря уже упоминавшемуся нами в предыдущей главе Ситцевому закону. Сначала это производство опиралось на методы ручного труда, применявшиеся в шерстяной и льняной промышленности, а ввиду непрочности пряжи ткани (получившие название бумазеи) делались на льняной основе. Так как хлопчато­бумажное производство было новой отраслью, оно в меньшей сте­пени, чем другие отрасли, регулировалось законодательством, це­ховыми правилами и традиционной практикой, которые препятст­вовали технологическим изменениям.

218 Целенаправленные попытки создания трудосберегающих машин для прядения и тканья пред-

219 принимались _{еще в} J730 гг. Первые прядильные машины не были удачными, но в 1733 г. ланкаширский механик Джон Кей изобрел самолетный челнок, который позволял одному ткачу делать рабо­ту двоих, тем самым увеличив спрос на пряжу. В 1760 г. Обще­ство поощрения искусств и промышленности создало стимул для изобретателей, предложив награду за разработку эффективной прядильной машины. В течение нескольких лет были изобретены ряд приспособлений для механического прядения. Первым из них была механическая прялка «Дженни» Джеймса Харгривса, со­зданная им в 1764 г. и запатентованная в 1770 г. «Дженни» была относительно простой машиной; фактически она представляла собой модернизированное прядильное колесо с рядом из несколь­ких веретен вместо одного. Она не требовала механической энер­гии и могла работать непосредственно в доме прядильщика, одна­ко позволяла одному человеку делать работу нескольких.

Прядильная ватер-машина, запатентованная в 1769 г. Ричар­дом Аркрайтом, имела более важное значение. Это изобретение, возможно, не принадлежит самому Аркрайту, который прежде был парикмахером и производителем париков, и его патент был впоследствии аннулирован, но из всех ранних новаторов в текс­тильной промышленности он был наиболее удачливым бизнесме­ном. Ввиду того, что ватер-машина приводилась в движение силой воды и была громоздкой и дорогой, ее использование непосредст­венно предполагало переход к фабричной системе производства по модели шелковой промышленности. Однако фабрики стро­ились чаще всего рядом с рекой в сельской местности, поэтому внедрение ватер-машины не привело к концентрации рабочих в городах. Более того, поскольку машины приводились в движение силой воды, на первых фабриках было занято сравнительно мало мужчин, которые выполняли в основном квалифицированную ра­боту и служили в качестве надсмотрщиков, в то время как основ­ную рабочую силу составляли женщины и дети, труд которых был более дешевым. Кроме того, их подчинение было обеспечить гораздо легче.

Самым важным из изобретений в прядении была мюль-машина Сэмюэля Кромптона, названная так из-за совмещения в ней эле­ментов «Дженни» и ватер-машины¹. Усовершенствованная в 1774 — 1779 гг., но так и не запатентованная, мюль-машина могла прясть более тонкую и прочную пряжу, чем какая-либо другая машина или ручная прялка. После того, как около 1790 г. она была адаптирована для использования паровой энергии, мюль-ма­шина заняла господствующие позиции в изготовлении хлопчатобу­мажной пряжи. Как и ватер-машина, она позволяла в больших

Буквальный смысл англоязычного названия — «машина-мул» unule); в русском языке утвердился вариант «мюль-машина», в котором упомянутая игра слов пропадает. — Прим. науч. ред.

масштабах использовать труд женщин и детей, но, в отличие от ватер-машины, она способствовала размещению крупных фабрик в городах, где имелись в наличии дешевый уголь и большое число по­тенциальных рабочих. Манчестер, в котором в 1782 г. было только две хлопчатобумажные фабрики, через 20 лет имел уже 52 фабрики.

Новые прядильные машины изменили соотношение спроса на пряжу с ее предложением и привели к более настойчивым попыт­кам решения проблем механического ткачества. В 1785 г. Эдмунд Картрайт, священник, не имевший подготовки и опыта работы ни в области механики, ни в текстильной промышленности, сумел ре­шить основную техническую проблему и получил патент на изо­бретение механического ткацкого станка. Прогресс механического ткачества тормозился многими практическими трудностями, и только в 1820 г., когда инженерная фирма «Шарп и Роберте» в Манчестере построила улучшенный ткацкий станок, механическое ткачество стало в массовом порядке замещать ручное.

Технические инновации сопровождались быстрым ростом спроса на хлопок. Так как Великобритания сама не выращивала хлопчатник, объемы импорта хлопка-сырца служат хорошими ин­дикаторами скорости развития отрасли. С менее 500 тонн в начале века импорт достиг примерно 2500 тонн в 1770 г., после чего бла­годаря ключевым инновациям его объемы увеличились до более 25000 тонн в 1800 г. Первоначально главными поставщиками хлопка были Индия и Левант, но увеличение сбора хлопка в этих регионах не было достаточным для удовлетворения растущего спроса. Выращивание хлопка началось на британских Карибских островах и на американском Юге, однако высокие издержки руч­ного отделения семян от короткого волокна американского хлопка даже при использовании рабского труда сдерживали рост произ­водства хлопка до 1793 г., когда Эли Уитни, житель Новой Анг­лии, посетивший американский Юг, не изобрел механический «джин» — хлопкоочистительную машину. Эта машина (с некото­рыми улучшениями) настолько хорошо отвечала предъявляемым требованиям, что южные штаты США вскоре стали основным по­ставщиком сырья для отрасли, которая заняла ведущие позиции в британской промышленности. В 1860 г. Великобритания импорти­ровала более 500 тыс. тонн хлопка-сырца.

Инновации в прядении и ткачестве, наряду с машиной Уитни, были самыми важными, но далеко не единственными нововведе­ниями, которые повлияли на развитие хлопчатобумажной про­мышленности. Огромное число небольших усовершенствований имело место на всех стадиях производства, начиная с подготовки волокна для прядения и кончая отбеливанием, окраской и набив­кой. Благодаря падению издержек производства и росту его объ­емов значительная и непрерывно растущая доля выпуска шла на экспорт. К 1803 г. стоимость хлопчатобумажного экспорта превзо­шла стоимость экспорта шерстяных тканей; половина всей про-

кции _ХЛОПЧато6умажной промышленности — как пряжи, так и тканей - шла на внешние рынки.

Резкое падение цены хлопчатобумажных изделий повлияло на спрос на шерстяную и льняную ткань и послужило стимулом для технических инноваций в соответствующих отраслях. Однако, в отличие от хлопчатобумажной промышленности, развитие этих от­раслей сдерживалось традицией и регулированием, а физические характеристики их сырья затрудняли процесс механизации. Инно­вации в этих отраслях по-настоящему начались лишь после 1800 г., а их трансформация завершилась только во второй поло­вине XIX в.

Технические изменения в текстильной промышленности и чер­ной металлургии, а также изобретение парового двигателя зало­жили краеугольный камень так называемой промышленной рево­люции в Великобритании, но промышленное развитие не ограни­чивалось этими отраслями. Не все инновации требовали примене­ния механической энергии. В то самое время, когда Джеймс Уатт совершенствовал паровой двигатель, его земляк Адам Смит опи­сывал в трактате «Богатство народов» значительный рост произ­водительности в изготовлении булавок, достигаемый благодаря разделению труда и специализации. В некотором отношении була­вочная фабрика Смита может рассматриваться в качестве символа многих отраслей, вовлеченных в производство потребительских товаров, от таких простых, как кастрюли и сковороды, до таких сложных, как настенные и карманные часы.

Еще одной показательной отраслью было керамическое произ­водство. Появление в Англии тонкого китайского фарфора приве­ло к моде на фарфор среди богатых людей, в домах которых он стал заменять золотую и серебряную посуду; кроме того, фарфор стал образцом для изготовления более простой посуды. Одновре­менно растущая популярность чая и кофе, а также повышение до­ходов среднего класса привели к тому, что его представители стали предпочитать фарфоровую посуду английского производст­ва деревянной и оловянной посуде. Как и в металлургии, расту­щая цена древесного угля заставила предприятия, занятые произ­водством посуды, концентрироваться в регионах, хорошо обеспе­ченных каменным углем. Стаффордшир стал главным центром та­кого производства, где сотни мелких мастерских работали на внутренний рынок. По большей части они основывались на экс­тенсивном разделении труда как основном методе увеличения про­изводства, хотя некоторые из наиболее прогрессивных производи­телей, таких как Джосайя Веджвуд, начали использовать паровые двигатели для размола и смешивания сырья.

Химическая промышленность также быстро развивалась и рас­ширяла ассортимент выпускаемой продукции. Некоторые дости­жения явились результатом прогресса химической науки, что было связано прежде всего с исследованиями французского хими­ка Антуана Лавуазье (1743 — 1794 гг.) и его учеников. Но даже в

 

большей степени промышленное развитие было обязано опытам и экспериментам производителей мыла, бумаги, стекла, красок и текстиля, которые пытались преодолеть дефицит сырья. Возмож­но, в XVIII в. химики не в меньшей степени учились у промыш­ленников, чем последние — у самих химиков. (То же самое во многом верно и применительно к другим наукам.) Примером может служить серная кислота, химическое вещество, имеющее широчайшее применение в промышленности. Хотя она была из­вестна еще алхимикам, ее производство было дорогим и опасным. В 1746 г. Джон Ройбак, промышленник, изучавший химию, изо­брел экономичный производственный процесс с использованием свинцовых камер и в партнерстве с другим предпринимателем, Сэмюэлем Гарбеттом, начал ее производство в коммерческих мас­штабах. Помимо прочего, она использовалась для отбеливания тканей в текстильной промышленности, вытеснив ранее использо­вавшиеся для этой цели кислое молоко, мочу и другие вещества природного происхождения. Она, в свою очередь, была заменена хлором и его производными, которые были открыты французским химиком Клодом Бертолле в 1790 г. и впервые использованы шот­ландскими фирмами. Однако к тому времени серная кислота нашла множество других промышленных применений.

Еще одной группой химикатов, широко использовавшихся в промышленных процессах, были щелочи, особенно каустическая сода и поташ. В XVIII в. они производились путем сжигания рас­тительного сырья, прежде всего водорослей, но ввиду ограничен­ных возможностей роста предложения этого сырья предпринима­тели искали новые методы производства щелочей. Такой метод был открыт другим французом, Николя Лебланом, который в 1791 г. изобрел процесс производства щелочи из хлорида натрия, т.е. простой поваренной соли. Как и открытие Бертолле, процесс Леблана впервые получил коммерческое применение в Великобри­тании. Эта «искусственная сода», как она стала называться, ши­роко применялась в промышленном производстве мыла, стекла, бумаги, красок, посуды и т.д., а в качестве побочного продукта ее изготовления получалась соляная кислота.

Угольная промышленность, чей рост был стимулирован не­хваткой леса в качестве топлива, и развитие которой, в свою оче­редь, способствовало изобретению парового двигателя, оставалась по большей части высокотрудоемкой отраслью, хотя также требо­вала и больших капиталовложений. Ее побочные продукты также оказались полезными. Угольная смола, побочный продукт коксо­вания, заменила натуральную смолу и деготь при изготовлении морских снастей, когда наполеоновские войны прервали торговые отношения с Балтийским регионом, а угольный газ использовался для освещения улиц Лондона уже в 1812 г.

Развитие угольной промышленности также стимулировало по­явление в Великобритании первых железных дорог. По мере про­ходки шахт уголь доставлялся из забоев в главный ствол шахты

на санях, которые тянули женщины и дети, часто являвшиеся чле­нами семей шахтеров. В 1760-х гг. в некоторых забоях под землей стали использоваться пони, которые вскоре стали тянуть колесные тележки по металлическим пластинам, а впоследствии по желез­ным рельсам. Даже ранее, еще в XVII в., тележки и рельсы ис­пользовались на поверхности земли вблизи шахт для облегчения откатки угля; в движение их приводили лошади. В крупных угле­добывающих районах в устье реки Тайн вблизи Ньюкасла и в южном Уэльсе на склонах рек и морских берегов к причалам про­кладывались рельсы от шахт, по которым тележки с углем скаты­вались под собственной тяжестью. Назад они возвращались лошадь­ми, а в начале XIX в. — стационарными паровыми двигателями, ко­торые втаскивали пустые тележки наверх на канатах. Ко времени появления первого эффективно действующего локомотива Великоб­ритания уже имела несколько сотен миль железных дорог.

Появление парового локомотива явилось результатом сложного эволюционного процесса. Главным предшественником, конечно, был паровой двигатель, улучшенный Джеймсом Уаттом, однако эти двигатели были слишком тяжелыми и неуклюжими, и не разви­вали достаточную мощность на единицу веса, чтобы служить в ка­честве локомотивов. Более того, сам Уатт был противником разви­тия локомотивов в силу их потенциальной опасности и не поощрял своих помощников к их разработке. До тех пор, пока его патент на устройство для охлаждения пара был в силе (до 1800 г.), развитие в этой области было остановлено. Кроме совершенствования самого двигателя, устройство и конструкция локомотива требовали созда­ния точных и мощных машинных приспособлений. Джон Уилкин-сон, чья сверлильная машина позволила Уатту построить его двига­тель, был одним из многих талантливых инженеров и конструкто­ров. К числу других относился Джон Смитон (1724 — 1792 гг.), ро­доначальник профессии гражданского инженера, чьи инновации позволили водяным мельницам и атмосферным паровым машинам достичь максимума производительности. Генри Маудсли (1771 — 1831 гг.), еще один представитель этой когорты инноваторов, около 1797 г. усовершенствовал токарный станок, который сделал возможным производство точных металлических деталей.

Ричарду Тревизику (1771 — 1833 гг.), горному инженеру из Корнуолла, принадлежит честь создания в 1801 г. первого локо­мотива. Он использовал двигатель высокого давления (в отличие от двигателя Уагга) и спроектировал свой локомотив для пере­движения по обычным дорогам. Хотя технически локомотив был работоспособен, он не был экономичен, поскольку дороги не могли вынести его веса. В 1804 г. Тревизик построил другой ло­комотив для работы на короткой железной дороге в южном Уэль­се. И вновь, хотя локомотив был способен передвигаться, легкие железные рельсы не могли выдержать его тяжести.

223 После не­скольких дальнейших попыток Тревизик посвятил себя строитель-224-ству насосов для корнуольских рудников, добившись в этой сфере бизнеса значительного успеха.

Хотя многие другие инженеры, такие как Джон Бленкиншоп, также внесли свой вклад в совершенствование локомотива, наи­большая удача выпала на долю инженера-самоучки Джорджа Сте-фенсона (1781 — 1848 гг). Работая механиком в ньюкаслском горно­добывающем районе, он построил в 1813 г. стационарный паровой двигатель для подъема пустых тележек от грузовых причалов обратно к шахте на канатах. В 1822 г. он убедил создателей проектируемой железной дороги Стоктон — Дарлингтон использовать паровые ло­комотивы, а не лошадей, и на ее открытии в 1825 г. он лично вел паровоз своей собственной конструкции. Дорога Ливерпуль—Ман­честер, которую считают первой в мире постоянно действующей гру­зовой железной дорогой, начала работу в 1830 г. Все ее паровозы были спроектированы и построены Стефенсоном, чья «Ракета» за год до этого выиграла знаменитые соревнования в Рейнхилле.