2. Немного истории…

Говорят, все началось с колеса. Оно известно примерно с середины IV тысячелетия до н. э. До этого человек знал, кроме пешего хождения и плавания по воде, еще два вида передвижения – верховую езду и перемещение тяжестей на волокушах из шестов, веток или шкур. Возможно, что конструкцию колеса подсказали людям покатившийся моток шерсти или веретено, но вернее всего – бревна-катки, с помощью которых перемещали каменные блоки пирамид и прочие тяжелые грузы. Но колесо, каким его иногда изображают, вряд ли отпиливали от бревна. Для этого потребовались бы инструменты, которых еще не существовало. Кроме того, даже отпилив диск, убедились бы в его непрочности, поскольку распил шел поперек волокон древесины. Все древнейшие колеса – составные, из двух-трех сегментов, соединенных планками. Позднее для облегчения колеса в сегментах стали делать вырезы или составляли диск в виде решетки из брусьев, располагая их лучеобразно или крест-накрест. Так пришли к спицам, ступице (центральной части колеса) и ободу, либо также составному из брусьев, либо гнутому из дерева в распаренном состоянии.

Что общего между автомобильными колесами и находками археологов? Оказывается, общего много. Достаточно сказать, что на автомобиле дисковые колеса (конечно, не бревенчатые, а стальные) появились гораздо позже спицованных (экипажных). Колеса же со спицами крест-накрест – это прямо-таки самое архисовременное колесо, «находка» дизайнеров 80-х годов XX века! Не подскажет ли нам еще что-нибудь древний транспорт?

Есть такие подсказки! Во многих городах мира автобусам и такси теперь выделена особая полоса движения, и они беспрепятственно катят мимо томящихся в уличных пробках автомобилистов. Готовится еще один логичный шаг: оградить автобусную полосу бордюром, превратить ее в некий желоб, который давал бы направление движению даже без участия водителя. Потребовались годы дискуссий о достоинствах и недостатках «независимости» автомобиля, пока не стало ясно, что общественному транспорту в городах должны быть предоставлены привилегии. И вот теперь, вкусив от этой победы разума, пассажиры туристского автобуса быстро выбираются, например, к окраине Неаполя и прибывают в Помпеи. Первое, что попадает в поле их зрения, – это улицы мертвого города. Довольно высокие тротуары образуют направляющие, предвосхитившие на два тысячелетия автоматизированную трассу автобусов! Движение уже тогда было односторонним, иначе две повозки, встретившись, попросту не разъехались бы. Но самое примечательное – это перекрестки. Там, где мы привыкли видеть переходы типа «зебра», из плит мостовой выступают камни-островки, образующие три-четыре промежутка: крайние – для колес, средние – для коней. В размерах островков и промежутков между ними соблюден определенный стандарт, из чего можно заключить, что и колея, и дорожный просвет колесниц были унифицированы и что многоконные коляски на улицы города не допускались. Помпейским возницам волей-неволей приходилось замедлять ход перед перекрестками, а пешеходы ступали по островкам, не сходя на мостовую и сохраняя чистыми сандалии. Такой переход, пожалуй, безопаснее нынешней «зебры» и как две капли воды схож с новейшим экспериментальным, опробованном в Голландии, где тоже применены «островки», но теперь уже резиновые. И впрямь, все уже было!

Каковы были колесницы? Напомним, что им предшествовали запряженные быками одноосные арбы. Иногда их сцепляли по две, в результате получалась двухосная повозка, обладавшая, однако, худшей проходимостью, чем одноосная. Когда быков заменили конями, родились колесницы. Сначала они предназначались для торжественных выездов, прогулок и соревнований, затем их приспособили и для других целей: земледельцы – для вывоза урожая, кочевники – в качестве походных жилищ. Армии захватчиков не могли обойтись без обозов. А обозы – без дорог. Расширявшуюся территорию Римской империи покрыла сеть из 372 каменных магистральных дорог общей протяженностью 60 тыс. км. Магистрали соединяли Рим с его провинциями.

Колесницы были весьма разнообразными: двух– и многоместными, двух– и четырехколесными, открытыми и с балдахином, простыми и роскошно отделанными… Последние подобны еще более древним колесницам времен Троянской войны, у которых, если верить Гомеру, были восьмиспицевые колеса, окованные медью, которые свободно вращались на железных осях. Ободья колес были золочеными, а ступицы покрывались серебром. Кузов подвешивался на крепких ремнях, тоже отделанных драгоценными металлами. Дальше – «силовой» агрегат, то есть быстрые кони, а «трансмиссией» служило опять-таки посеребренное дышло…

Обратите внимание, уважаемый читатель: колеса независимо вращались на неподвижной оси. Это очень важный момент. На более древних повозках, да и на более поздних, вплоть до железнодорожных локомотивов и вагонов, применялись так называемые колесные пары – оба колеса жестко крепились на общей оси. При такой компоновке на крутых поворотах ближнее к центру поворота колесо совершает меньший путь, чем внешнее. Одно колесо просто проскальзывает, и в результате – раздается скрежет от трения обода о дорожное покрытие и происходит неравномерный износ ободьев. В конечном итоге принцип независимого вращения колес на одной оси стал обязательным и для конных повозок, и для автомобилей, то есть там, где колея достаточно широка, а разница в скорости колес может быть значительной.

Еще одна идея, которой нынешние конструкторы автомобилей обязаны древним колесницам, – несущий кузов. Сегодня он прочно обосновался в автомобильной технике: уже не только легковые автомобили, но и солидные автобусы имеют такие кузова.

Надо сказать, что древние римляне умели и любили строить дороги, но вот об удобстве путешественников пеклись гораздо меньше. Однако с транспортной тряской боролись, хотя бы в целях продления жизни экипажам: кузова колесниц были массивными и очень крепкими. Ведь рессор не было, эластичных шин – тем более. Огромный по нашим меркам диаметр колес (1,5–2 м) тоже имел целью смягчать толчки при переездах через неровности дороги.

Упадок Римской империи и деление Европы на мелкие феодальные княжества затормозили развитие безрельсового колесного транспорта на целое тысячелетие. В этот период знатные люди путешествовали большей частью верхом или на носилках (ручных либо конных), а крестьяне использовали повозки, запрягая в них кто лошадей, кто быков, а кто – себя. Некий безвестный умелец тех времен изобрел поворотный шкворень, через который передняя ось крепилась к кузову. Это был прорыв, значение которого оценили не сразу…

Наконец, в XV веке повозку превратили в экипаж: кузов подвесили на ремнях, как люльку, к загнутым концам рамы. В таком «салоне» уже не трясло так сильно, но зато укачивало. Тем не менее, титулованные и коронованные особы избрали карету своим основным средством передвижения.

Два последующих столетия были посвящены преимущественно усовершенствованиям пассажирских салонов. Со временем в них стало возможным не только преодолевать значительные расстояния, но даже спать. Это было важно, так как проехать без сна до постоялого двора мог не каждый путник.

К концу XVII столетия стальные рессоры сменили ремни, в это же время лошадь получила хомут, чуть ли не вдвое увеличивший ее тягловую силу. Однако кареты на высоких колесах и с тяжелыми кузовами, которые к тому же раскачивались на рессорах, были опасными: на поворотах кренились, иногда опрокидывались. На крутых спусках лошади не могли их удержать. Так пришло понимание необходимости тормозов. Поначалу это были просто деревянные клинья, подкладываемые под колеса перед спуском, впоследствии на карете появился рычаг с закрепленной на его конце кожаной подушкой. Нажимая на рычаг, кучер с силой прижимал подушку к ободу колеса и замедлял его вращение.

Не описывая в подробностях сложный путь развития экипажного (прежде всего – каретного) ремесла, напомним, что именно каретным мастерам прошлых веков мы обязаны изящными формами современных автомобилей. Ведь трудолюбивые предшественники современных дизайнеров отделывали каждый кузов, как драгоценную шкатулку: выпиливали или гнули из дерева сложные детали, соединяли их в прочный каркас, обшивали планками и кожей. Краска и лак служили не только для красоты, они оберегали деревянные и металлические части экипажа от дождя, снега и солнца. Малейшие впадины и выпуклости заравнивали несколькими слоями шпатлевки и грунтовки, затем наносили 12–15 слоев краски и лака. Каждый слой сушили несколько дней, шлифовали (пемзой), а последний слой полировали до зеркального блеска. Кстати, автомобильная терминология во многом обязана каретному делу. Так, рессоры, амортизаторы и пружины автомобиля мы называем подвеской, обтекаемые панели над колесами – крыльями, много сходных терминов и в деталях кузовов. А названия кузовов – купе, фаэтон, кабриолет, ландо – заимствованы из каретного прошлого. Термин «седан» – еще более древний. И вообще, у автомобиля с экипажем есть то главное, что их роднит. Это отношение человека к этим средствам передвижения. Когда читаешь великих писателей прошлого, еще не знавших автомобиля, начинает казаться, что они предвидели и предсказали нынешнюю систему «человек – дорога – автомобиль». В качестве примера можно привести гениальные строки Н. В. Гоголя из «Мертвых душ»:

«…В дорогу, в дорогу… Какое странное, и манящее, и несущее, и чудесное в слове: дорога!…Боже! как ты хороша подчас, далекая, далекая дорога!.. Сколько родилось в тебе чудных замыслов, поэтических грез, сколько перечувствовалось дивных впечатлений!.. И какой же русский не любит быстрой езды?.. Ее ли не любить, когда в ней слышится что-то восторженно-чудное? Кажись, неведомая сила подхватила тебя на крыло к себе, и сам летишь, и все летит…»

Одно лишь коренным образом отличает потомков от предков – механический двигатель. Прошли столетия, пока он стал пригодным для транспортной машины. Но сама эта машина могла появиться значительно позже, если бы в процессе развития конных экипажей не были подготовлены кузов и многие ее механизмы.

Как было бы замечательно, если бы экипаж стал самодвижущимся, безлошадным! Над этой проблемой люди ломали голову с давних пор. Какую силу, какой механизм применить к повозке?

Начиная с XV века появились десятки самодвижущихся (развлекательных или военных) экипажей и их проектов. Тут и конструкции великого итальянца Леонардо да Винчи, которые приводились в действие слугами, шагающими рядом с повозкой или находящимися на ней самой; и повозка немецкого художника Альбрехта Дюрера со всеми приводными колесами – если одно попадает в грязь и скользит, то другие продолжают катить повозку (прообраз полноприводного автомобиля повышенной проходимости); и русская «самобеглая коляска» Леонтия Шамшуренкова со счетчиком пробега, успешно испытанная в Петербурге.

Заслуживает внимания трехколесная «самокатка» придворного механика Екатерины II – Ивана Петровича Кулибина (1735–1818). Слуга, который приводил ее в движение, находился сзади – «на запятках». Наступая на педали, он толкал тяги, они передавали усилие на зубчатое колесо храпового механизма, насаженного на ось маховика.

Хотя Кулибин создавал всего-навсего очередную «диковину», предназначенную для прогулок по аллеям парка, он поставил перед собой те же задачи, которые стоят и в наше время перед конструкторами автомобилей: сделать работу коляски плавной, обеспечить ее движение не только по ровным, но и по пересеченным дорогам и на подъемах.

На ровной дороге для движения коляски с «конной» скоростью достаточна сила в 20 кг. На подъеме же в 5–6° или на булыжной мостовой при той же скорости потребуется втрое большая сила. Это увеличение можно получить, если слуга будет работать с большим напряжением или если скорость уменьшится. Кулибин выбрал последнее. От оси маховика усилие сообщается парой шестерен продольному валу, вращение маховика и вала передается к одному из трех колец штифтов на барабане оси задних колес. Для этого шестерню на продольном валу можно передвигать. Колеса вращаются вдвое или втрое медленнее, соответственно получается и выигрыш в силе. Слуга нажимает на педали равномерно, не напрягаясь. Храповой механизм давал «самокатке» свободный ход, как у велосипеда. Когда она шла под уклон или после разгона на ровной дороге, тяги скользили по зубцам храповика и слуга мог отдыхать.

Рулевой привод кулибинской «самокатки» состоял из двух рычагов, тяг и обода, в котором установлено переднее колесо. При нажатии на один из рычагов тяга поворачивала обод, а с ним и колесо вправо или влево. Рулевой привод современного автомобиля устроен почти так же. Однако все эти хитроумные устройства не могли превратить «самокатку» в практически действующий самодвижущийся экипаж. Для его передвижения по булыжной дороге хотя бы со скоростью 10 км/ч требуется мощность около половины лошадиной силы (примерно 0,4 кВт). Один человек способен развить такую мощность, но очень недолго.

Мускульно-силовые самокаты на два и больше мест не получили распространения. Верное и оригинальное решение легкого самоката, на котором человек мог достаточно быстро передвигаться своими силами, было предложено немецким изобретателем Карлом Фридрихом Драйзом в 1816 году. Он заменил самокатом не экипаж, а верхового коня, построил машину, похожую на будущий велосипед.

Машину назвали «беговой», так как ездок отталкивался от земли ногами, бежал по земле. Для сохранения обуви на ноги надевали металлические «носки». Поистине, эта машина служила «продолжением человека»! Она была легкой и надежной, катилась со скоростью до 15 км/ч и не испытывала, как экипаж, перекосов на неровной дороге. Ее детали были легкими при достаточной прочности. Во второй половине XIX века беговую машину снабдили педалями и резиновыми бандажами (шинами), заменили деревянные колеса стальными с проволочными спицами, а сплошные деревянные и железные рамы – трубчатыми. Позже появились шарикоподшипники, цепная передача, пневматические шины, механизм свободного хода. На выпускавшихся для детей и пожилых людей трехколесных велосипедах, а также на спортивных двухместных стали монтировать изобретенный в 1877 году Джемсом Старлеем и почти одновременно французом Анри Пекером дифференциал – шестеренчатый механизм передачи усилия двум колесам одной оси, вращающимся при повороте с разными скоростями.