Провозвестник отечественной электроавтоматики
Ян Шнейберг
Имя генерал-лейтенанта Константина Ивановича Константинова как зачинателя отечественной ракетной артиллерии и пиротехники было известно лишь военным специалистам. Однако его выдающиеся изобретения в области электроавтоматики и электроприборостроения долгое время оставались в забвении. И лишь в 1951 г. после выхода в свет монографии А.В. Храмого о Константинове, в которой впервые были опубликованы архивные и литературные источники, перед читателем предстал образ талантливого электротехника, инженера и изобретателя середины XIX века.
После долгого забвения
Широкую известность, в том числе в Европе, получила созданная Константиновым в 1844 г. уникальная электробаллистическая установка, позволявшая измерять ничтожно малые промежутки времени с невиданной, почти фантастической точностью до 0,00006 сек.
Для читателей Connect’а особый интерес представляют оригинальные электроавтоматические устройства и приборы, содержавшие разнообразные реле, а также электромагнитный телеграф, изготовленные под руководством Константинова или им лично для управления, связи и контроля работы элементов электробаллистической установки.
В последние годы жизни Константинов с увлечением занялся проблемами воздухоплавания, практическим применением воздушных шаров и аэростатов. В частности, он утверждал, что для аэростатов необходимы «легчайшие движители» и системы управления ими. Но разрешение этих вопросов «...не представляется возможным при нынешнем состоянии науки и механических устройств». Изобретательской фантазии Константинова можно только поражаться. Он провел ряд успешных экспериментов с целью передачи сигналов и информации с помощью огромных воздушных змеев.
После опубликования монографии А.В. Храмого прошло более полувека, и книга стала библиографической редкостью. Поэтому почти два поколения отечественных специалистов в области электроавтоматики и электроприборостроения ничего не знают о деятельности К.И. Константинова, которого по праву можно назвать первопроходцем в создании уникальных электроавтоматических устройств для управления связью.
Как писал А.В. Храмой, «Константинов вошел в историю науки и техники как изобретатель методов и приборов измерения весьма малых промежутков времени, как крупнейший деятель ракетной техники, как изобретатель и конструктор автоматизированных машин... как пионер в области автоматики, в частности электроавтоматики».
Невиданный успех молодого изобретателя
Константин Иванович Константинов родился в 1819 г.* в семье купца 2-й гильдии. В 1834 г. поступил в Петербургское Михайловское артиллерийское училище – одно из лучших военных учебных заведений России. Среди преподавателей училища были известные ученые в области механики, математики, физики и химии, сумевшие привить способному юноше любовь к точным наукам. В 1837 г. «за отличие в науках» Константинов был произведен в старшего офицерского класса – зачислен в чине прапорщика в гвардейскую артиллерийскую батарею. Через год он уже преподаватель дивизионной фейерверкской школы, а с 1840-го – помощник заведующего учебной лабораторной командой Петербурга.
По-видимому, незаурядные способности молодого офицера не остались незамеченными, так как в 1840 г. он был направлен в длительную зарубежную командировку (до 1844 г.) «для собирания полезных сведений до артиллерии относящихся», где внимательно изучал зарубежный опыт на многих европейских заводах, арсеналах и полигонах.
Еще в училище Константинов задумал создать точный прибор для измерения скорости полета артиллерийского снаряда, и все свободное время уделял разработке соответствующей автоматической установки. Для этого ему нужно было создать прибор, способный с большой точностью измерять весьма малые промежутки времени.
В 1842 г., будучи в Лондоне, Константинов изобретает оригинальную конструкцию электромагнитного хроноскопа, который, подобно микроскопу, позволявшему наблюдать мельчайшие частицы, «сделал бы доступным анализ движений, совершавшихся в стотысячные доли секунды». Изготовление этого прибора Константинов заказал владельцу мастерской точных приборов, известному английскому физику Чарльзу Уитстону. Последний не только потребовал за эту работу приличную сумму, но и не постеснялся позднее присвоить себе изобретение хроноскопа. Константинов был возмущен поступком Уитстона, он никогда не был ни предпринимателем, ни дельцом и с огорчением писал: «...по неопытности я и не подозревал о необходимой осторожности в сношениях с учено-промышленниками; это сделалось мне известным впоследствии и не без горького опыта». Константин Иванович был вынужден специально выехать в Англию и Францию, чтобы с помощью ученых, знакомых с его работами, а также соответствующих документов и актов доказать свой приоритет в изобретении электромагнитного хроноскопа. Более того, когда академику Б.С. Якоби стало известно, что создание первых электромагнитных устройств для измерения небольших промежутков времени приписывается двум европейским ученым, он представил в Парижскую академию наук письмо, в котором сообщал, что их приборы «...не могут с каким-либо успехом состязаться с искусно выполненным электробаллистическим прибором нашего ученого артиллерийского офицера Константинова».
Но отстаиванием своего приоритета в изобретении прибора Константинов занялся спустя несколько лет. А тогда, в 1842 г., он, получив прибор в исполнении Уитстона и испытав его, признал совершенно не годным к употреблению. По приезде в Париж Константинов заканчивает разработку нового хронометрического устройства, изготовление которого взяла на себя мастерская точных приборов Бреге. В 1844 г. устройство было готово, но при перевозке в Петербург многие его части были повреждены. Несмотря на чрезвычайно неблагоприятные обстоятельства, сопровождавшие создание прибора, Константинов в конце 1844 г. предлагает еще более совершенную электробаллистическуюрая была успешно испытана на Волковом поле в Петербурге. Эта установка позволяла определять ничтожные промежутки времени, необходимые пушечному ядру для прохождения через электрически соединенные металлические щиты, и автоматически регистрировать эти сигналы на миллиметровой сетке, нанесенной на поверхность равномерно вращающегося цилиндра. Общий вид установки показан на рис. 1 (автоматические приборы и устройства находились в «домике» справа). Подробное описание установки мы сознательно опускаем, отметим лишь, что она позволяла регистрировать скорость полета снаряда с невиданной точностью – до 0,00006 сек, что для того времени было «непревзойденным рекордом».
Электромагнитный телеграф «для скорых словесных сношений»
В 1848 г. Константинов разработал и изготовил электромагнитный телеграф для «... скорых и беспрерывных словесных сношений» между основными элементами его электробаллистической установки – орудием и электробаллистическим прибором, определявшим скорость полета снаряда (они находились на значительном расстоянии друг от друга). По мнению Константинова, электромагнитный телеграф мог получить «...более общее применение, чем предназначенное мной первоначально». Телеграф состоял из «двух совершенно одинаковых аппаратов, из коих каждый служил для отправления и получения депеш». Циферблат аппарата имел 12 знаков и «указательную стрелку» (рис. 2). Схема электромагнитного телеграфа изображена на рис. 3.
При нажатии пальцем на клавишу одного из приборов (1) металлический стержень (2) опускается в чашеобразную головку железного винта (3), наполненную ртутью. Электрическая цепь замыкается, и в приемном приборе нижний конец рычага (5), подвешенного на оси (6) и отжимаемого пружиной (7), притягивается к сердечнику электромагнита (4). При этом верхний конец рычага (5), действуя на одно из зубчатых колес «специального профиля» (9), повернет его, а вместе с ним и стрелку указателя (8) на 1/24 часть окружности. При освобождении клавиши электрическая цепь разомкнется, возвратная пружина (7) вернет рычаг (5) в исходное положение. В этот момент верхний конец рычага воздействует на второе зубчатое колесо (9), и стрелка указателя повернется еще на 1/24 часть окружности. Следовательно «один импульс» – нажатие и освобождение клавиши (1), возвращаемой в исходное положение пружиной (11), воздействующей на один из приборов, вызывает во втором приборе поворот стрелки указателя на 1/12 часть окружности; при этом стрелка указателя (рис. 2) переходит от одного знака к другому. С помощью специального кода депеша быстро расшифровывается.
Оригинальность телеграфа заключалась еще и в том, что прибор, с которого ведется передача, повторяет на своем циферблате отсчеты циферблата принимающего прибора, что обеспечивало надежный контроль за передачей информации. Для этого клавиши (1) снабжены рычагами (10) (в левой части схемы), которые при нажатии и отпускании клавиши действуют на рычаг (5) передающего прибора, что вызывает с помощью зубчатно такие же движения стрелки указателя, какие одновременно вызывает электромагнит принимающего прибора».
Электромеханический переключатель цепей
Продолжая совершенствовать свою электробаллистическую установку, Константинов в 1845 г. создает новое оригинальное автоматическое устройство –электромеханический переключатель цепей, названный им «вспомогательным прибором». Этот прибор явился прототипом одного из важнейших элементов современных автоматических и телемеханических устройств. Такие приборы осуществляют переключение электрических цепей в заданном порядке.
Схема автоматического переключателя изображена на рис. 4. Груз (2) приводит во вращение деревянный цилиндр (1). При включении электрической цепи электромагнит (5) притягивает тормозящий рычаг (3), насаженный на ось (4), и удерживает цилиндр (1) от вращения. Цепь электромагнита замыкается через металлическую сет
К.И. Константинов стремился повысить точность показаний приборов и – как утверждает биограф – «разработал вопрос о проверке точности показаний приборов... эта работа является одной из первых в истории этой важнейшей области техники измерений».
О незаурядности изобретения Константинова говорит, в частности, статья одного из наиболее авторитетных ученых в области электромагнетизма академика Э.Х. Ленца в «Артиллерийском журнале» – «Об электробаллистическом приборе полковника Константинова». Особый интерес, по мнению Ленца, представляет «контрольный секундомер», изобретенный Константиновым. Специальный коммутатор и электромагнитное маятниковое реле обеспечивали автоматический контроль за равномерностью вращения цилиндра, на котором регистрировалось время выстрела орудия. Известный физик академик А.Я. Купфер писал в своем заключении о новом методе измерения времени, что «... он превосходит по своей точности все, что можно себе представить в настоящее время». Специальная комиссия Академии наук, в которую входили авторитетные ученые академики М.В. Остроградский, Б.С. Якоби и др., признали электробаллистическую установку Константинова «выдающимся достижением науки и техники».
Изобретатель был награжден орденом Святого Владимира и 2000 руб. серебром. Кроме того, он был удостоен Первой Михайловской премии, учрежденной в 1845 г. бывшим воспитанникам Михайловского артиллерийского училища за лучшее сочинение или изобретение».
Ранее уже отмечалось, что Константпециалист в области ракетной техники. Достаточно назвать фундаментальный курс лекций о боевых ракетах, прочитанный им в 1860 г. в Михайловской артиллерийской академии, который через год был издан на французском языке в Париже. Он разработал и осуществил систему автоматизации технологических процессов производства ракет, для чего создал самые разнообразные электроавтоматические приборы и устройства. Изобрел прототип широко распространенных в современной технике автоматических выключателей и ступенчатых регуляторов, впервые создал реле времени (таймер), которое в XX столетии считалось образцом американской техники автоматического управления производственными процессами, принимал участие в разработке обратной связи в автоматических регуляторах. Константинов прозорливо предвидел, что в будущем в результате применения электричества «...будут более доступны технологии, чем ныне» и подчеркивал, что хотел бы «...заявить наши права на их применения».
Чем бы ни занимался Константинов, он всегда стремился найти практическое применение своим изобретениям. В конце 60-х гг. в городе Николаеве Константинов провел интересные эксперименты с воздушным змеем «по идее Франклина». Он создал огромного змея прямоугольной формы (популярного среди русских «уличных мальчишек») в отличие от треугольной, «процветающей на Западе». Этот змей весил более 4 кг и мог при «среднем ветре» поднимать 4-фунтовую (1,6 кг) «железную кошку» – особый вид якоря на высоту свыше одной тысячи метров. Важно отметить, что этот змей, по утверждению Константинова, «был приспособлен как для передачи сигналов, так и письменных сообщений» (курсив наш. Я.Ш.).
Ученый и человек
В заключение несколько слов о Константине Ивановиче как о человеке и общественном деятеле. И в этом он являет собой пример удивительного человеколюбия, доброжелательности и заботливого отношения к простым людям. В последние годы жизни он с завидной целеустремленностью занялся вопросами использования достижений в области электроавтоматики для совершенствования производственных процессов, непосредственно связанных с жизнью человека.
В 1868 г. Константинов публикует в «Николаевском вестнике» свой труд «Об улучшении народного продовольствия в России в экономическом и гигиеническом отношениях». Поразительно, как при всей своей занятости чисто техническими проблемами он опубликовал содержательное научное исследование, которое, по мнению биографа, «заслуживает самого серьезного внимания историков социальной гигиены и медицины и пищевой промышленности».
Нужно, по утверждению Константинова, с помощью врачей, инженеров, технологов, химиков «пролить свет» в вопросах улучшения жизни, питания, гигиены людей, в том числе и небогатых, которые живут на щах и кашах и не употребляют в пищу фазанов и другие деликатесы. Необходимо создать автоматизированное и механизированное производство основных пищевых продуктов и лечебных блюд, используя искусственное замораживание и охлаждение. Нужнклавами для варки овощей на пару, сохранять «различные съестные предметы в безвоздушном пространстве», использовать часы с сигнальными устройствами (далекий прототип современной микроволновой печи). Должны быть созданы научные лаборатории, оборудованные микроскопами и другими приборами для исследования пищевых продуктов. Все люди, утверждает Константинов, независимо от их происхождения и благосостояния должны «поглощать ежедневно» такую пищу и в таком количестве, чтобы она одержала «вещества для поддержания жизни и здоровья». Он надеялся, что ему удастся если не создать все, что он предлагает, то хотя бы «возбудить интерес к такого рода начинаниям». К сожалению, его проекты еще много десятилетий не были реализованы.
Тяжелая болезнь и преждевременная смерть Константина Ивановича прервали его успешную творческую деятельность, не позволив претворить в жизнь многое из замыслов. Константинов скончался в расцвете творческих сил (ему едва исполнилось 50 лет) в январе 1871 г. в городе Николаеве. И после «последнего долга, отданного войсками и артиллерией», гроб с телом покойного был отправлен в Черниговскую губернию для погребения в фамильном склепе.
Несмотря на сравнительно недолгую жизнь и изнурительную болезнь Константин Иванович сумел внести заметный вклад в сокровищницу отечественной науки и техники. Он предстает перед нами воистину талантливым, многогранным и гуманным человеком, стремившимся своими трудами ускорить научно-технический и экономический прогресс своей Родины.
Уникальное «шоу» в Лефортово
Летом 1856 г. в Москве должны были состояться коронационные торжества по случаю восхождения на престол императора Александра II. Мероприятие чрезвычайно ответственное, тем более что на торжества были приглашены видные государственные деятели и зарубежные гости. Программа предусматривала не только грандиозный фейерверк, но и освещение огромной площади перед Екатерининским дворцом (в котором в наше время находится Бронетанковая академия), а также музыкальное сопровождение. Необходимо было продемонстрировать что-то необычное, подтверждающее успехи отечественной науки и техники. И как оказалось впоследствии, задуманное стало своеобразным электроавтоматическим шоу.
Подготовка и проведение торжеств были поручены уже известному в то время специалисту в области ракетного дела, пиротехники и электроавтоматики генералу К.И. Константинову. Естественно, что Константинов стал разрабатывать проект проведения торжеств с применением электричества, в возможности которого он верил и умел его эффективно использовать.
Для освещения площади Константинов предложил установить на крыше дворца 10 мощных электрических дуговых ламп, изобретенных известным электротехником А.И. Шпаковским, подобных которым не было раньше ни в России, ни за рубежом. Благодаря оригинальным электромагнитному и электромеханическому регуляторам лампы обеспечивали не только значительную яркость освещения, но и – что очень важно – надежность работы.произойти, если хотя бы часть ламп погасла, и огромная площадь погрузилась во тьму. Лампы, которые позднее в печати назвали «Электрическими солнцами Шпаковского», произвели подлинный фурор. Но, пожалуй, самым оригинальным новшеством, продемонстрированным Константиновым, была связь и электроавтоматическое управление стрельбой из орудий. На торжествах хор и оркестр, объединившие около 3 тыс. человек, должны были исполнять государственный гимн. Но во время репетиции выяснилось, что бой барабанов в оркестре ослаблялся звуками медных труб, и эффект торжественного звучания оркестра заметно снижался. Тогда Константинов разработал необычную конструкцию прибора «вроде клавикорда», который был изготовлен в Петербургском ракетном заведении. Электрические «клавикорды» устанавливались на пульте дирижера, подключались к гальваническим батареям и соединялись проводами с металлическими запалами, установленными в орудиях. Орудийная батарея размещалась в небольшой роще (примерно на расстоянии 1 км от площади) на берегу реки Синички, где теперь находится кинотеатр «Спутник», а речка спрятана в трубе под землей.
При нажатии дирижером на клавишу «клавикорда» электрический ток от гальванических батарей, установленных на площади, накаливал запалы, и раздавался выстрел из орудий, резко усиливавший бой барабанов. Была разработана схема связи для последовательного подключения орудий к одной и той же гальванической батарее, а также специальное устройство, предохранявшее клавиши от случайного к ним прикосновения и возможного преждевременного выстрела. Естественно, что об орудиях в роще зрители торжеств ничего не знали.
По свидетельству очевидцев, эффект дистанционного управления стрельбой, заменявшей бой барабанов, «был потрясающим». По мнению специалистов, своими оригинальными «электрическими клавикордами» К.И. Константинов «открыл новую интересную страницу в технике связи и управлении различными объектами на расстоянии» (курсив наш. Я.Ш.).