О каких бы то ни было новых источниках движущей силы никто пока и не думал.
Возвратившись к идее пороховой машины, Папен построил цилиндр с клапаном, через который мог бы выходить избыток газов. Клапан помог делу, и вот, к удовольствию упрямого конструктора, пороховая машина начала работать.
Но что это была за машина! Она состояла из железного цилиндра с отвинчивающимся дном и дырочкой в стенке для фитиля. В цилиндре свободно двигался поршень со штоком. Чтобы привести машину в действие, Папен насыпал на дно цилиндра горсточку пороха, опускал на него поршень, а затем фитилем, выведенным наружу, поджигал порох.
От сгорания пороха образовывались горячие газы, как в пушке, и они подбрасывали поршень вверх; тут поршень удерживала задвижка. Через некоторое время газы, наполнявшие цилиндр, вследствие охлаждения значительно уменьшались в объеме, давление их падало намного ниже атмосферного, и тогда Папен убирал задвижку. Под действием атмосферного давления и собственного веса поршень опускался вниз и при этом поднимал некоторый груз, висевший на веревке, перекинутой через блоки и привязанной другим концом к штоку поршня.
Хотя Папен и убедился в своей правоте, но без особенной радости. Зарядка цилиндра была чрезвычайно сложной; разрежение газа под поршнем получалось незначительное, и машина поднимала совсем не такой большой груз, как рассчитывал изобретатель.
Он не решился демонстрировать ученым собратьям свою «машину для нового применения пороха», как он ее назвал. От старой пушки она отличалась только тем, что круглое ядро заменялось плоским поршнем и поршень не вылетал вовсе из цилиндра, как ядро, а возвращался обратно под влиянием атмосферного давления и собственной тяжести.
Однако сообщение о машине Папен все-таки сделал. В «Лейпцигских ученых трудах» за 1688 год он напечатал отчет, где честно указал, что, «несмотря на все принятые меры предосторожности, в цилиндре оставалось еще не менее пятой части воздуха, и, вместо того чтобы поднимать груз в триста фунтов, можно было поднять только сто пятьдесят».
В те времена еще не знали о существовании различных газов, и поэтому Папен называл воздухом продукты сгорания.
«Но, может быть, возможно найти какой-нибудь другой, более совершенный способ производить под поршнем пустоту?» — думал Папен.
В поисках этого способа, как видно из переписки Папена с Лейбницем, марбургский профессор произвел немало опытов и провел, размышляя, не одну бессонную ночь. В конце концов, перебирая в уме все известные виды «воздуха», Папен вспомнил о водяном паре, который тогда также называли воздухом.
Это была гениальная находка!
Водяной пар, как установили ученые незадолго до того, превращаясь в воду, или, как говорят, конденсируясь, уменьшается в объеме почти в две тысячи раз. Если через сосуд с отверстием пропускать некоторое время водяной пар, то пар вытеснит оттуда воздух и сам займет его место. Закрыв отверстие такого наполненного паром сосуда и облив его стенки холодной водой, легко добиться внутри его быстрой конденсации пара, а значит, получить ту «пустоту», тот вакуум, который так долго не давался Папену.
Теперь, когда новый способ производить «совершенную пустоту» был найден, оставалось только построить машину, чтобы заставить атмосферное давление производить работу. Папену не пришлось долго думать о технической форме для машины: цилиндр и поршень вполне годились для нее.
Вместо пороха Папен налил на дно цилиндра немного воды и опустил поршень до ее поверхности. Затем при помощи жаровни с углями он нагрел дно цилиндра. Вода обратилась в пар, и давление этого пара оказалось достаточным, чтобы поднять поршень до крайнего верхнего положения. В этом положении его удерживала задвижка. Убрав жаровню, Папен охладил цилиндр, облив его водой. Как только пар осел на стенках цилиндра капельками воды и под поршнем образовался вакуум, изобретатель отодвинул задвижку: поршень под влиянием атмосферного давления опустился вниз, поднимая груз, подвешенный к веревке, как и в опыте с пороховым цилиндром.
Вода обратилась в пар, и давление этого пара оказалось достаточным, чтобы поднять поршень до крайнего верхнего положения.
Папен достиг своей цели. Цилиндр и поршень при помощи воды, огня и атмосферного давления стали производить работу. Пусть эта грубая, хлопотливая, громоздкая машина еще ни на что не годилась, кроме как поднимать гирю на веревке через блоки, но она указывала путь к созданию будущих машин, могущих заменить силу человека.
Папен это понимал.
Описывая свой паровой цилиндр в тех же «Ученых трудах» за 1690 год, Папен указывал:
«Отсюда видно, какие большие движущие силы могут быть получены при помощи такого чрезвычайно простого прибора, и притом с очень небольшими расходами. Топку можно сделать из тонкого железа так, чтобы ее легко можно было передвигать от одного цилиндра к другому и один и тот же огонь мог бы непрерывно самым действительным образом подготовлять пустоту по очереди в каждом цилиндре».
Но, наученный горьким опытом своих прежних изобретений, Папен понимал и то, как далеко самым ясным идеям до осуществления и практического применения. Поэтому, предвидя вопросы, он добавлял с горечью и раздражением:
«Каким образом сила эта может быть применена к подъему воды или руды из шахт, или для стрельбы чугунными ядрами, или для передвижения судов против ветра и для множества подобных целей, — об этом было бы дико сейчас говорить. Сообразно с каждым случаем надо строить машину так, чтобы она наиболее подходила для достижения цели».
«Главная трудность, — указывал автор, — состоит в том, чтобы найти такой завод, который мог бы сделать большие цилиндры».
Хотя Папен и принадлежал к разряду ученых, занимавшихся опытами, не преследовавшими никаких практических целей, все же он, как можно видеть из его статьи, уже понимал, что построенная им в лаборатории машина может пригодиться для нужд промышленности и хозяйства. Не случайно поэтому на первое место он поставил «подъем воды».
Дело в том, что хозяйство того времени вполне удовлетворялось ветряными и водяными двигателями, а также силой животных. Однако некоторые отрасли его уже испытывали потребность в ином типе двигателя, так как не могли пользоваться ни водой, ни ветром. Новый двигатель нужен был прежде всего и больше всего насосам, откачивавшим воду из шахт и рудников.
Горная промышленность в это время шла впереди других областей хозяйства благодаря большой потребности в каменном угле, в металле. В таких странах, как Англия, Франция, Германия, истребление лесов достигло угрожающих размеров. В Англии королевским указом, например, было запрещено употреблять древесный уголь при плавке руд. Приходилось поэтому увеличивать добычу каменного угля, углублять рудники. Истинным бичом горного дела являлись подземные воды в шахтах. На откачку затопленных шахт и рудников не хватало рабочих рук.
Истинным бичом горного дела являлись подземные воды в шахтах.
Люди, стоявшие ближе Папена к делам промышленного хозяйства, заинтересовались даже несовершенной машиной марбургского профессора, рассчитывая поставить ее к насосу. Карл, ландграф Гессенский, управлявший Марбургом, вызвал к себе Папена и поручил ему взяться за постройку водоотливной машины. Папен согласился на это и кое-что сделал. По крайней мере, в Касселе, куда он перешел по приглашению Карла, в музее до сих пор сохраняется цилиндр водоотливной машины Папена. Но почему дело не пошло дальше, неизвестно. Вероятно, Папен просто разочаровался в практической возможности применить свою машину для работы у насоса.
В самом деле, паровой цилиндр Папена имел недостаток, отбивавший всякую охоту им заниматься: наливание воды, кипячение ее в цилиндре, охлаждение цилиндра и снова кипячение и охлаждение — все это требовало времени и возни. Такая машина могла измучить людей, а толку от нее получалось немного.
Тут же рядом с хлопотливой машиной в лаборатории Папена стоял его знаменитый развариватель, представлявший собой отличный паровой котел. Ничего, казалось бы, не стоило соединить их паропроводящей трубкой и подавать в цилиндр машины готовый пар, а не кипятить воду в цилиндре. Простая эта мысль, которая пришла бы в голову при подобных обстоятельствах любому нашему юному технику, не появилась у Папена.
Это, конечно, не значит, что любой техник талантливее и умнее великого французского ученого. Примерами конструкторской «несообразительности» пестрит история техники. От нее не свободны даже гении. Секрет в том, что преодолеть обычный ход мысли, поступить по-новому, так, как никто еще никогда не поступал, очень трудно и удается не всегда даже гениальным людям. Гораздо проще следовать примеру других, делать так, как обычно в таких случаях делают все.
