Гальвани, уничтоженный в 1838 году: трагическая история первого электромобиля

Первый в мире электровоз вышел из-под рук шотландского химика: Роберт Дэвидсон за несколько лет превратил свой электромагнитный двигатель, начавший работать в 1837 году, в полномасштабную машину, и в сентябре 1842 года запустил свой локомотив под названием Galvani на железной дороге Эдинбург - Глазго. Локомотив без угля, без дыма, без огня - но у этой истории есть и трагическая сторона: Galvani был уничтожен людьми, которые боялись самой машины или видели в ней угрозу своему делу, и от оригинала до наших дней не сохранилось ни одной детали.

Кто был Роберт Дэвидсон? Увлечение электромагнетизмом химика из Абердина

Дэвидсон не был железнодорожным инженером. Он был химиком и красильщиком, родившимся в Абердине и проведшим в этом же городе почти всю свою жизнь. С 1819 по 1821 год он посещал занятия в Marischal College - сегодня часть Абердинского университета; это образование он оплатил сам, работая лаборантом. В 1820-х годах он открыл собственное дело возле канала Абердин - Инверьюри: сначала поставка дрожжей, затем производство химикатов. В качестве подработки он также занимался точильным ремеслом и парфюмерией. Это деталь, которую стоит отметить: его увлечение электромагнетизмом финансировали доходы от производства синтетических дрожжей.

Химические батареи он тоже разработал самостоятельно. Для человека, сочетавшего поставку химикатов с мастерством работы в мастерской, это в условиях той эпохи не считалось сложной задачей. Иными словами, первый электровоз создала не локомотивная мастерская паровой эпохи, а мастерская производителя дрожжей - и это одна из самых ироничных страниц истории инженерии.

Как работал локомотив Galvani?

Процесс разработки Дэвидсона шёл шаг за шагом. В 1837 году он создал свой первый работающий электромагнитный двигатель и модельный электровоз. В 1839 году он построил четырёхколёсное электрическое транспортное средство, электрический токарный станок и электрический печатный пресс - причём то четырёхколёсное транспортное средство считается первым известным электрическим четырёхколёсным транспортным средством. В 1840 году он открыл в Абердине публичную Электромагнитную выставку: макет локомотива, перевозивший двух человек, электрический токарный станок, печатный пресс и электромагнит, поднимавший 2 тонны. Тысячи людей платили по шиллингу, чтобы увидеть всё это; то есть машины Дэвидсона на этапе изобретения работали не на бумаге, а на глазах у публики.

Полное название Galvani отсылало к итальянскому учёному Луиджи Гальвани, который первым указал на связь между электричеством и движением. Рабочая цепь машины по своей основной логике была такой же, как у современных электромобилей:

• Гальваническая батарея: первичные элементы, производившие постоянный ток с использованием цинковых пластин в кислотном электролите. Критический момент состоял в следующем: эти элементы нельзя было перезаряжать; производство тока означало расходование цинка.
• Электромагнитные двигатели: два двигателя, по одному на каждую ось. Электромагниты притягивали железные стержни, закреплённые по окружности вращающегося деревянного цилиндра; коммутатор размыкал ток в нужный момент, делая последовательность притяжения непрерывной.
• Трансмиссия: через зубчатую передачу напрямую на железные колёса. Ни огня, ни угля, ни пара, ни дыма.

Взглядом современного инженера стоит сделать интересное замечание: двигатель Дэвидсона был ранней формой того, что мы сегодня называем двигателем с переключаемым магнитным сопротивлением (switched reluctance motor). То, что принцип вновь обрёл промышленную ценность спустя 180 лет, показывает, насколько прочную основу имел Дэвидсон.

Причина разброса веса в 5–7 тонн в том, что разные записи определяли машину по разным критериям; достоверно одно: Galvani был машиной весом в несколько тонн, двигавшейся со скоростью пешехода.

Сентябрь 1842: Первое электрическое путешествие по линии Эдинбург - Глазго

Испытание проводилось на железной дороге Эдинбург - Глазго. Линия, первая междугородняя дорога Шотландии, была открыта для пассажирского движения лишь 21 февраля 1842 - то есть эксперимент Дэвидсона состоялся через семь месяцев после открытия линии, на одной из самых современных железных дорог мира. В сентябре 1842 года Galvani прошёл около 1,5 миль со скоростью примерно 4 миль/ч. Маршрут был коротким, скорость невысокой; но концепция была доказана: колёса вращались без силы пара.

Один источник утверждает, что локомотив на этом расстоянии тянул груз в 6 тонн, тогда как институциональные рассказы о работе Дэвидсона указывают, что машина перевозила только свой собственный вес. Как бы ни трактовались измерения, картина не меняется: это был не выставочный экспонат, а настоящий локомотив, работавший на рельсах. Не случайно британские инженерные организации и сегодня определяют его как первый в мире электрический локомотив.

Поистине поразительной деталью была позиция руководства железной дороги: Директора не были достаточно впечатлены, чтобы развивать концепцию дальше. Технология была дорогой и не интересовала железнодорожные компании. Эта оценка, как мы увидим в следующем разделе, была результатом химического и стоимостного анализа - а не предвзятости.

Уничтожение Galvani: Кто, Почему и Где?

Конец локомотива так же мало задокументирован, как и его история. Гальвани, вероятно, был уничтожен, пока хранился в локомотивном депо в Перте - и разрушен до того, как Дэвидсон успел его вернуть. Личность виновного остаётся неизвестной; однако подозреваемые сторонники паровых двигателей - среди главных подозреваемых.

Распространённая версия гласит, что локомотив разрушили железнодорожные рабочие, боявшиеся потери работы. Эта трактовка разумна: Локомотив без огня означал отсутствие кочегаров, истопников и цепочки поставок угля - то есть под угрозой оказывалось будущее десятков профессий, зависевших от пара. И всё же следует быть точными: Пока страх рабочих остаётся традиционным объяснением, кто именно, где именно и когда осуществил это разрушение, достоверно не задокументировано. Единственное, что известно наверняка, - машина была уничтожена. Как инженер-механик должен отметить, что в истории редко случалось, чтобы изобретение было физически стёрто раньше, чем его победили экономически; Гальвани - один из таких случаев.

Экономика коммерческой неудачи: Проиграла химия, а не инженерия

Подлинная причина гибели Гальвани была не технической, а экономической. Проблема была не в инженерии, а в химии: Первичные гальванические элементы расходуют цинк при выработке тока, цинк был дорогим, а уголь - дешёвым. Каждый метр пути означал буквально сжигание денег. Это уравнение не сходилось при рыночных ценах того времени.

Широко распространено утверждение, что стоимость Гальвани на милю была примерно в 40 раз выше, чем у парового двигателя; однако эта цифра ходит как более позднее обобщение, а не как документ 1842 года один к одному. В тот же период в России Мориц фон Якоби также измерил расход цинка своих двигателей и пришёл к тому же выводу: Электродвигатели были невыгодны из-за высокой цены цинка. То, что два независимых исследователя пришли к одному и тому же экономическому выводу, ясно указывает: проблема была не в инженерии Дэвидсона, а в химии батареи.

Недостающая деталь: Перезаряжаемая батарея

Чтобы сделать Гальвани Дэвидсона коммерчески успешным, не хватало всего одного компонента: перезаряжаемой батареи. Этот компонент появился в 1859 году, когда французский физик Гастон Планте изобрёл перезаряжаемую свинцово-кислотную батарею - то есть ровно семь лет спустя, когда детали Гальвани уже давно были рассеяны. Судьба электрической тяги зависела от времени появления одного химического изобретения.

Почему Дэвидсон забыт, а Сименс памятен?

Официальной датой рождения электрической железной дороги в большинстве календарей значится 1879 год: Вернер фон Сименс продемонстрировал на Берлинской промышленной выставке свой локомотив, питавшийся от генератора и получавший ток от третьего рельса; он тянул три вагона по 300-метровому участку и за четыре месяца работы выставки перевёз 90 000 пассажиров. Это было впечатляющее шоу - но оно отставало от Дэвидсона на 37 лет. Разница заключалась не в технике, а в инфраструктуре и экономике: Сименс с помощью перезаряжаемой батареи Планте и технологии генераторов сделал электрическую тягу прибыльной; Дэвидсон же доказал концепцию, но не смог её коммерциализировать. История же обычно записывает победителя. Поэтому некоторые энциклопедические записи даже сегодня указывают первым успешным применением электрической тяги 1879 год и не включают туда попытку Дэвидсона 1842 года.

Приоритет Дэвидсона получил широкое признание лишь в 1890 году, когда открылась London City & South London Railway - первая в мире глубокого залегания электрифицированная подземная линия. Пресса в том году заново открыла для себя 86-летнего Дэвидсона как старейшего из живущих электриков; в электротехнической печати он упоминался как первый человек, наглядно продемонстрировавший возможность электрической тяги. Дэвидсон и не думал терять уверенность в себе: На своих визитных карточках он велел написать «Отец электрического локомотива».

На самом деле он был частью беспрецедентного поколения первопроходцев: Кузнец из Вермонта, США, Томас Дэвенпорт в феврале 1837 года получил первый в США патент на электродвигатель и запустил модельную повозку на коротком треке; Мориц фон Якоби в сентябре 1838 года запустил в Санкт-Петербурге на Неве электрическую лодку, перевозившую пассажиров. Говорят, что шотландец Роберт Андерсон в период с 1832 по 1839 год создал грубый электрический экипаж; однако для Андерсона не найдено ни патента, ни надёжных современных записей, ни физических доказательств существования экипажа, и его часто путают с Дэвидсоном - оба шотландцы одного десятилетия, работавшие с гальваническими элементами. Приоритет Андерсона теоретически возможен, но уровень документации намного уступает давсоновскому.

Что осталось от Гальвани?

Ничего. Ни одной детали от оригинального локомотива, его двигателя или батарей не дошло до наших дней. Дом и мастерская Дэвидсона на Canal Road были снесены. Он умер в возрасте 90 лет 16 ноября 1894 года; на надгробии на кладбище St Peter's Cemetery в Абердине написано лишь «chemist» - химик. На камне нет даже упоминания имени изобретения; это завершение, далёкое от того, чтобы отдать должное уничтоженной машине.

Однако память не исчезла полностью. Музей транспорта Грампиан в городке Олфорд в Абердиншире выставляет полноразмерную рабочую реплику двигателя Гальвани, реплику гальванической батареи и модель локомотива. Была также издана книга, рассказывающая историю Дэвидсона, и его имя снова стали упоминать среди шотландских изобретений. С инженерной точки зрения осталось не физическое явление, а измеримый результат: Машина на рельсах, работавшая от собственной батареи, двигавшаяся собственными моторами и публично подтвердившая концепцию. В 1842 году это было фактом, и сегодня это всё ещё факт.

История Гальвани подобна краткому изложению первого века электрического транспорта: правильная инженерия, неправильная химия и отодвинутый назад календарь. Двигатель Дэвидсона был признан, обсуждён и продемонстрирован в научной и промышленной среде своего времени - затем физически уничтожен и из-за экономической нереалистичности отправлен в архивы. Его повторное открытие же отчасти иронично: Сегодня, когда по дорогам ездят тысячи аккумуляторных электромобилей, чтобы вспомнить о первом в мире электровозе, нужно взглянуть на реплику, макет и надгробие химика.

Источники

• Роберт Дэвидсон (изобретатель)
• Роберт Дэвидсон: первый в мире электровоз (1837)
• Электровоз
• Локомотив Дэвидсона: как он это сделал?
• Демонстрируется реплика первого в мире электродвигателя
• Локомотив Siemens 1879 года
• Обзор о Роберте Дэвидсоне