Новая история стран Европы и Северной Америки (1815-1918)

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.

Станкостроение

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.

Поточное производство

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.

Машины-двигатели

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.

Электротехника

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.

Железнодорожный и городской транспорт

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.

Морской транспорт

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.

Создание и развитие автомобиля

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.

Воздухоплавание

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.

Металлургия

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.

Химическая промышленность

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.

Строительство

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.