Тяга к электричеству

Все началось с магнитов

Как и в случае с паровозами, наша страна имела все предпосылки стать пионером в создании электровозов, но судьбой было предначертано так, что коренное перевооружение тяги у нас смогли провести позже других стран. В том, как сложилась история электрификации российских железных дорог, главную роль сыграла отнюдь не экономика, а человеческий фактор.

Если взять в руки два магнита, можно наблюдать за их забавным поведением. Будучи обращенные друг к другу разноименными полюсами, они стремительно притягиваются. Но никакой силой рук не заставить их соединиться одноименными полюсами. Многие физики и инженеры прошлого стремились использовать такое явление, названное законом магнитных полюсов, в практических целях. Почти одновременно с открытием Стоктон-Дарлингтонской железной дороги в 1825 году английский инженер Уильям Стерджен изготовил первый электромагнит, и начались примитивные опыты.

Когда в 1834-м на Нижнетагильской железной дороге паровоз Черепановых потянул первые составы, в Кенигсберге прусский физик-изобретатель Мориц Герман Якоби заинтересовался опытами с электромагнетизмом. Раскритиковав первые попытки его использования как достойные лишь игрушек, он попытался найти свойству притяжения и отталкивания электромагнитов более практическое применение. В ходе своих экспериментов Якоби изобрел первый в мире коллекторный электромотор, создав, по сути, прообраз классического тягового двигателя постоянного тока, который мог работать и как генератор.

Работы Якоби были высоко оценены русскими немцами: учеными В.Я. Струве и П.Л. Шиллингом, которые поспособствовали его переезду и работе в должности профессора старейшего российского университета в Дерпте (Тарту). В 1835 году, когда между баварскими городами Нюрнбергом и Фюртом открылось движение по первой немецкой железной дороге, Якоби опубликовал «Мемуар о применении электромагнетизма для движения машин».

В 1837-м из Петербурга в Царское Село отправился первый российский поезд, а Якоби обратился к министру народного просвещения и президенту Петербургской академии наук графу С.С. Уварову с предложением использовать свой электродвигатель «для приведения в действие мельницы, лодки или локомотива». Об этом стало известно императору Николаю I, который распорядился создать особую комиссию, которой вменялось провести эксперименты с применением «электромагнитной силы к движению машин по способу профессора Якоби».

Тем временем немец принял российское подданство и до конца жизни считал Россию своей второй родиной. В истории нашего государства он навсегда остался русским ученым немецкого происхождения Борисом Семеновичем Якоби. Среди множества его изобретений — первая в мире шлюпка-электроход мощностью в одну лошадиную силу и способная идти с 14 пассажирами на борту против течения Невы. К сожалению, электротехника на тот момент не обладала достаточной базой для широкого воплощения идеи профессора.

Опыт, сын ошибок трудных

В том же значимом для истории российских железных дорог 1837 году, но в Шотландии изобретатель Роберт Дэвидсон построил модель электрического локомотива, а в 1842-м — его натурный образец, двухосную повозку Galvani. Примечательно, что оси являлись, по сути, якорями, а статором электрической машины служило основание тележки, к которому были прикреплены электромагниты. Электротележка Galvani смогла переместить лишь саму себя по небольшому участку недавно открытой железной дороги Эдинбург — Глазго со скоростью 4 мили в час. О транспортировке людей или грузов речь вообще не шла.
Как прокомментировала изобретение Дэвидсона местная газета Aberdeen Banner, «даже в самой отдаленной перспективе его повозка не сможет заменить паровоз». У изобретателя не оказалось состоятельного спонсора, а заинтересовать железнодорожные компании сам он не смог. Впрочем, когда полвека спустя началось развитие электрифицированных железных дорог, о Дэвидсоне вспомнили. СМИ писали о нем как о самом «старом живущем электрике», стоявшем у истоков нового вида тяги.

В 1876 году русский ученый-практик Федор Пироцкий на участке железной дороги между Белоостровом и Сестрорецком испытал принцип передачи электроэнергии по рельсам. Три года спустя на промышленной выставке в Берлине фирма «Сименс & Гальске» продемонстрировала возможности применения электропривода для тяги поездов. На кольце протяженностью 300 м маленькая электротележка тянула за собой вагонет­ки с установленными на них скамьями, приводя в полный восторг катающихся посетителей выставки и окружающих зевак. Напряжение 150 В подавалось по трем рельсам. Потом этот поезд совершил, как сказали бы сегодня, трехлетнее рекламное турне. Он побывал в Дюссельдорфе, Брюсселе, Париже, Копенгагене, Лондоне и Санкт-Петербурге.

А господин Пироцкий продолжал свои опыты и 22 августа (3 сентября) 1880 года запитал от небольшой электростанции рельсы и отправил на электрической тяге вагон конки. К сожалению, этот опыт у нас в стране распространения не получил, электрическая конка практически месяц откатала по рельсам, на том все и закончилось.

Год спустя фирма Вернера фон Сименса в Лихтерфельде, под Берлином, открыла коммерческую эксплуатацию первого в Германии трамвая с передачей электроэнергии по рельсам с использованием конструкции Пироцкого. С тех пор принцип запитывания электродвигателей от рельсов широко применяется лишь на миниатюрных моделях-копиях железных дорог. На настоящих путях для тяги поездов необходимы гораздо более высокое напряжение и ток несопоставимо большей величины. Такой принцип передачи электроэнергии становился уже смертельно опасным, и пришлось придумывать другие способы запитать электромоторы локомотива от стационарного источника тока. И в 1885 году бельгиец Шарль Ван Деполь придумал подвесить контактный провод над рельсами точно посередине колеи.

Экспериментальные электрические железные дороги стали привлекать внимание промышленных кругов и широкой общественности. В Германии пионером электрификации выступило прусское министерство общественных работ, которое в течение 1901–1902 годов профинансировало перевод с паровой на электрическую тягу линии Берлин — Целендорф. В том же 1901-м «Сименс & Гальске», AEG и еще ряд фирм и банков создали Общество исследований скоростного электротранспорта St.ES. Не осталось в стороне и военное ведомство, предоставившее для экспериментов свой участок железной дороги в пригороде Берлина, между Мариенфельде и Цоссеном. Дорога была электрифицирована переменным трехфазным током промышленной частоты. На обочине линии установили столбы контактной сети, на которых на высоте 5−7 м были подвешены друг над другом питающие провода. В 1903 году во время испытаний опытные электровоз и электровагон развили невиданную скорость 210 км/ч.

Электротяга шагает по Европе

Если бы не мировые войны, трудно даже представить, какого прогресса достигли бы железные дороги в ХХ веке. Убедившись, что порог 200 км электротягой легко пре­одолен, в середине 1930-х немецкие инженеры стали проектировать высокоскоростную электрифицированную линию Берлин — Галле (Заале) — Мюнхен. Были построены опытные электровозы серии Е19 для вождения экспрессов со скоростью 180−225 км/ч. Развязанная нацистами Вторая мировая война оборвала эти планы. Электровозы в серию не пошли, а прогресс был отложен на несколько десятков лет.

Но вернемся немного назад. Победное шествие электрической тяги в мире продолжилось главным образом там, где паровая тяга была экономически невыгодна. К примеру, на немецких железных дорогах первыми электрифицировались участки в Баварии, Силезии и землях Центральной Германии (от Гессена до Бранденбурга). Причина неэффективности паровозов здесь проста: в горах Силезии большое количество крутых подъемов, равно как и в Баварии, которая к тому же обладала гидроэнергетикой, но не имела собственного угля. Центральная Германия славилась колоссальными запасами бурого угля, который для паровозов практически не пригоден по причине малой калорийности и высокой зольности. Зато бурый уголь обусловливал дешевизну производства электроэнергии.

Пиренеи, Центральное плато и западные отроги Альп во Франции, Швейцарские и Итальянские Альпы — электрификация здесь шла быстрыми темпами и распространялась на грузовое и пассажирское движение. Промышленность и транспорт Швейцарии питались импортным углем, но зато в избытке была дешевая гидроэнергия — источники ее расположены повсюду в Швейцарских Альпах. Электрифицированная дорога в этой стране была открыта в 1899 году. Первая мировая война вызвала сильное удорожание угля, и в августе 1919-го Дирекция швейцарских государственных железных дорог приняла 30-летний план электрификации, хотя потом сроки были значительно сокращены.

В Италии электрификация железных дорог начиналась также в конце XIX столетия на горных участках Итальянских Альп. Первые электровозы пошли в 1911 году. А после Первой мировой войны, когда сильно усложнилось положение с добычей угля, в 1920-м был издан закон об электрификации австрийских государственных железных дорог.

Великобритания обладала огромными запасами высокосортных углей, а гидроэнергетика была развита слабо. По этим причинам переход на электротягу на родине железных дорог происходил вяло и распространялся в основном на пассажирское движение.

Наконец, в США подход к электрификации был крайне меркантильный. Электротягу старались применять исключительно там, где возможности паровозов были исчерпаны: в тоннелях, на затяжных подъемах, а также на участках с максимальной густотой грузового и пассажирского движения. Например, только в Штатах на магистральных линиях с паровой тягой обустраивали отдельные электрифицированные участки горных перевалов с протяженными тоннелями и переходом обратно на паровую тягу в равнинных областях.

Кто тормозил прогресс

Так плавно мы подошли к истории электрификации железных дорог в Советском Союзе. О первых электропоездах и электровозах написано немало, и пересказывать эти сюжеты смысла нет. Значительно интереснее попытаться понять, почему СССР встал на этот путь значительно позже других стран. Понятно, что, в то время как Европа и Америка каждая по-своему занимались внедрением электротяги, в обескровленной революционными переворотами, мировой и гражданской войнами Советской России железнодорожный транспорт оказался в глубокой разрухе — было не до прогресса.

Но миновали годы, страна, а вместе с ней и железнодорожная отрасль, продолжила свое развитие. Уже профессора Я.М. Гаккель и Ю.В. Ломоносов построили первые тепловозы с электрической передачей. Отправились в путь первые электровагоны в Баку, электрифицировано подмосковное направление Москва — Мытищи, Сурамский перевал и т.д. Советское государство само освоило производство пригородных электропоездов, закупило в Италии и США первые электровозы и научилось строить собственные. Но все это происходило в малых масштабах.

Почему-то мощная индустриализация, подъем электротехнической промышленности, строительство гидроэлектростанций отнюдь не сопровождались столь же бурным развитием электротяги. Зато на 1930-е годы пришелся период становления так называемой советской школы паровозостроения. Пока Запад осваивал новые виды тяги, СССР широко перенимал американский опыт. В конце 1920-х в отраслевой прессе отмечалось: «Нигде так рационально электрические линии не вкрапляются в паровые магистрали, как в Америке. Здесь есть очень многое, что необходимо воспринять в нашей советской практике...»

Но в 1928 году началось наступление на техническую интеллигенцию, и во всех звеньях управления железнодорожным транспортом стали выявлять «инженеров-вредителей». Затем последовала печально известная борьба с «предельщиками». В 1931 году была ликвидирована опытная тепловозная станция в Люблине, и все перспективные дизельные локомотивы были отправлены в Ашхабад.

Тогда же в техническом бюро ОГПУ в кратчайший срок создаются совершенно новые для отечественных дорог паровозы «Феликс Дзержинский», еще через год — «Иосиф Сталин». Начинает проектироваться новая мощная магистраль Москва — Донбасс, ориентированная на паровую тягу.

Любопытно, что значительно позже, уже став пенсионером, в своих воспоминаниях Лазарь Каганович много и охотно рассказывает о своей роли в свершениях на железнодорожном транспорте: «По паровозному хозяйству мы занимались внедрением нового типа паровоза с конденсатором... Он, конечно, не заменял тепловоз, но был близок к тепловозам; главное в том, что он работал на угле и давал пробег без набора воды до 400−500 км. Когда я доложил ЦК об этом паровозе, товарищ Сталин особо заинтересовался им, а товарищ Орджоникидзе принял действенные меры по внедрению его в производство. В 1936 году мы получили уже около 400 таких паровозов, направляя их на линии с затрудненным водоснабжением... Этот паровоз был назван именем Орджоникидзе — СО. Потом мы внедрили мощный пассажирский паровоз, который был назван именем Сталина, — ИС. Электровозов мы получали крайне мало, план их производства не выполнялся, и это главным образом задерживало начатую электрификацию на важных участках. Важное значение имело введение электроосвещения паровозов...»

Об электровозах бывший нарком упоминает вскользь, вкупе с электроосвещением паровозов. Кстати, ни в одном его выступлении в 1930-х не найти строк, где бы он публично назвал развитие электротяги «вредительским». Может быть, он, будучи технически безграмотным, как черт ладана опасался новой техники? Боялся, что она себя не оправдает и спровоцирует гнев вождя?

Впрочем, внедрение электровозов и тепловозов Каганович все-таки назовет вредительством. В 1955 году первый секретарь ЦК КПСС Никита Хрущев поручил Госплану СССР совместно с МПС приступить к разработке генплана реконструкции железнодорожного транспорта. Была поставлена задача за 15 лет полностью отказаться от паровозов в пользу нового вида тяги. В своих мемуарах председатель Госплана СССР Николай Байбаков признался, что по требованию Хрущева все материалы готовились тайком от первого заместителя председателя Совета министров СССР Лазаря Кагановича, который, когда тайное стало явным, назвал подготовленный документ «вредительским».

Вот так из-за бездействия или даже противодействия одного высокопоставленного чиновника электротяга сперва не применялась в должном масштабе, и понадобился волюнтаризм другого государственного деятеля СССР, чтобы начать внедрение перспективного вида тяги. Но это тема отдельного рассказа.

Об истории создания первых паровозов читайте в статье «Тернистый путь паровых машин».