Своеобразные знания относящиеся к области механики, возможно никогда и не писанные и вряд ли имеющие по форме что-либо общее с нашими привычными расчетами и дифференциальными уравнениями и их интегрированием, проявились и во многих других творческих делах древней Руси.
Более трехсот лет тому назад русские пищальные художники, или «хитрецы очистного боя», – оружейники решали сложнейшие задачи в области практической механики. Кстати, эти задачи порой оказывались посильными для Западной Европы только в XVIII – ХІХ столетиях.
Старинные записи говорят, что пушки и порох на Руси были известны многие сотни лет назад. Так, Ипатьевская летопись, относящаяся к 1261–1291 годам, свидетельствует, что на Руси уже тогда были огнестрельные орудия: «самострелы», «тюфяки», «пускачи», и «пушки». О том, что в последние годы княжения Димитрия Донского войска были вооружены пушками, повествует также Голицынская летопись.
Свыше ста лет назад на Дону было найдено старинное орудие. Ученые относят его к XIV–XV вв. Ствол пушки – кованный, скрепленный для прочности железными кольцами. Лафетом служила массивная дубовая колода. Но что самое интересное – заряжалась эта пушка не с дула, а, подобно современным орудиям, с казенной части. Здесь было расположено специальное оригинальное устройство, запиравшее канал ствола во время выстрела. Ныне эта русская пушка, одна из немногих, сохранившихся от тех далеких времен, находится в артиллерийском музее.
В XV в. на территории российского государства производилась и отливка орудий. Это производство наладили русские колокольные мастера – первоклассные литейщики, прекрасно освоившие технологию производства.
Знаменитый Пушечный двор в Москве, созданный в 1478 году, где сосредотачивалось производство пушек, был одним из крупнейших арсеналов. Литейщики Пушечного двора не только создавали первоклассные по тем временам орудия, но и славились как замечательные художники литья. Дошедшие до наших дней орудия и их выделки украшены прекрасными барельефами, изображающими различные фигуры и целые сцены.
Эти литые пушки, подобно нынешним кораблям, имели каждая свое название. Пушки «Волк», «Гамаюн», «Единорог», «Лев» были названы в честь изображений, отлитых на их телах. «Богдан» и «Тимофей» несли на себе имена создателей – мастеров-оружейников. Одними из первых литейщиков пушек, имена которых дошли до нас, запечатленные на бронзе орудий, были два Якова. За ними в истории нашей артиллерии оставили след «Яковлевы ученики Ваня и Васюк», а затем два знаменитых пушечных мастера – Семен Дубинин и Андрей Чохов. А.Чоховым в 1585 году была отлита известная Царь-пушка, находящаяся ныне в Кремле. Поразительные ее размеры: диаметр канала ствола 89 сантиметров, длина ствола свыше 5 метров. Предназначалась эта пушка для стрельбы «дробом» – мелкими камнями. На стволе гигантской пушки отлита надпись: «Делал пушку литец Ондрий Чохов. Весу в ней 2400 пудов». «Царь-пушка» – памятник высокой конструкторской и технологической культуры старинных русских техников.
Об умении рассчитывать, соблюдая основные требования механики, свидетельствуют скорострельные пушки, называемые «органными орудиями», создаваемые русскими умельцами, в том числе стоствольное орудие, которое делал Андрей Чохов. «Орган» изготовленный механиком А.Нартовым, состоял из 44 бронзовых мортирок , укрепленных на вращающемся барабане лафета. Эти и другие примеры свидетельствуют, что на Руси инженерная мысль имеет глубокие корни и являлась достаточно развитой.
Свидетельством этого является и умение подбирать компоненты и лить отменные колокола, в том числе гигантские, строить многочисленные уникальные мельницы. Последних было много на Руси. Строительство мельниц было столь обычным явлением, что описанием их устройств занимались мало. Их строили и строили множество. Упоминание о водяных мельницах можно встретить в документах еще ХІІІ века. Умение строить мельницы было перенесено русскими поселенцами за Урал и на Восток, в Сибирь.
Русская инженерная мысль разорвала узкий круг применения водяного двигателя, ограниченного переработкой сельскохозяйственных продуктов: мукомольные мельницы, крупорушки, сукновальни. Документы показывают, что в XVI веке, в районе Вычегды на речке Лахоме действовала железоплавильня с плотиной и водяным колесом, приводившим в движение молот для ковки железа – «самоков», в 60-тых годах XVI в. под Москвой водяное колесо начало приводить в действие установку для производства бумаги – бумажную мельницу. Условия для строительства плотин, мельниц были такими не одинаковыми, что переносить откуда-либо технику плотиностроения в своеобразные физико-географические условия Русского государства было нецелесообразно. Строителям первых вододействующих промышленных предприятий пришлось опираться на опыт русских «водяных» людей (так назывались строители водяных мельниц, плотин), выработавших свою своеобразную технику и технологию сооружения уникальных земляных плотин.
Особенно интенсивно идет этот процесс в Петровские времена. Сотни русских, в том числе, горнозаводских водных колес и плотин стояли столетия и действовали еще в первой половине ХХ в. в Екатеринбурге, Нижнем Тагиле, Первоуральське, Ревде, Горной Колывани, Змеиногорске, Туле, Сестрорецке и в иных местах.
Проявили недюжинные инженерные таланты такие строители как Михаил Иванович Сердюков, который сделал то, что оказалось не по плечу амстердамским инженерам, создавших Вышневолоцкую систему шлюзов для соединения Волги с бассейном Балтики (1722 г.), Михаил Михайлович Самарин показал себя гениальным инженером-строителем при сооружении кронштадских доков и каналов, Григорий Скорняков – Писарев при работах на Ладожском канале.
Русский народ вынес на своих плечах огромный труд, сооружая плотины, которые требовали строгих инженерных расчетов, постройки для многочисленных предприятий, появляющихся в результате усилий Петра І по преображению России. Основным заводским двигателем было водяное колесо, для действия которого необходимо было сооружать заводскую плотину, требовавшую огромных затрат труда, уникальных расчетов, чем все собственно заводские сооружения.
Документы также повествуют о том, что на Руси издревле умели создавать «колокола дивны слышанием». Чтобы создавать колокола, необходимо обладать знаниями и навыками, соблюдать пропорции в сплавах, знать температурные режимы, технологию изготовления колоколов с определенными заданными свойствами. Кроме отливки колокола, решались сложнейшие механические задачи: поднятия на большую высоту отливки из цветного металла, крепление и т.д.
Еще при Борисе Годунове русские мастера отлили в Москве колокол, диаметр нижней части которого составлял около пяти с половиной метров при общем весе свыше 35 тонн. Более двадцати человек требовалось для обслуживания его во время торжественного благовеста. Во время одного из пожаров он упал и разбился. В 1654 году его успешно перелили, создав восьмитысячепудовый царь-колокол. После долгого хранения на земле (девять месяцев) его подняли и с 1668 по 1701 г. по Москве раздавался его благовестный звон. Для приведения в движение языка колокола требовалось, по свидетельству иностранцев, сто человек. После пожара в Кремле (19 июня 1701 г.), когда сгорели связи на которых держался колокол, он опять падает и разбивается. В 1731 г. было решение воссоздать царь-колокол весом девять тысяч пудов. Пригласили мастеров из-за границы, в частности известного парижского мастера Жермена, но он принял за шутку предложение изготовить такой гигант.
То, что казалось невозможным зарубежным техникам, выполнили русские мастера – отец и сын Иван Федорович и Михаил Иванович Моторины, которые, после нескольких неудач, 23 ноября 1735 г. отливают колокол весом 12327 пудов 19 фунтов, то есть 200 тонн – самый большой в мире колокол. Для сравнении – за рубежом колокола весили: в Бейпине – 55 т, японский в Киото – 63 т.
При кремлевском пожаре 1737 года когда колокол еще находился в яме, загорелось прикрывавшее его деревянное строение. Пылающие бревна падали в яму. Сбежавшийся народ, опасаясь, что колокол расплавится, начали заливать его водой. Видимо из-за неравномерного охлаждения откололся кусок в его нижней части. Столетие колокол пролежал в земле, а в 1836 г. его установили на место, где он теперь и стоит в Кремле (в качестве памятника выдающемуся мастеру и его мастерству).
Русские мастера не только отливали тяжелейшие колокола, но и успешно решали задачи их подъема и установки на место. Так, древние двухтысячепудовые колокола «Сысой», «Полиелейный», поднятые на колокольню ростовского собора, издавна известны своими голосами, четырехтысячепудовый колокол Успенского собора в Московском Кремле называют большим и он славится своим звоном.
Умело сочетая отечественный и зарубежный опыт, русские техники еще в древние времена ярко показали мастерство в подъеме огромных тяжестей, в сооружении различных механических установок, мельниц, а также в строительстве и артиллерийской механике. Опыт, навыки, знания, запечатленные в этих делах, столь своеобразны по своему существу и столь примечательны, что они дают право сказать: русская инженерная мысль была способна решить сложнейшие проблемы механики.
В XVI в. русское военно-инженерное искусство в некоторых направлениях обогнало западноевропейское. Так, в 1552 г. при третьем походе на Казань русские воины показали высокое мастерство инженерной атаки: «Здесь зарождался метод параллели, т.е. сближение средств осады с объектами атаки путем проведения траншейных работ и последовательного переноса огневых позиций артиллерии. Этот метод теоретически был обоснован С.Вобаном во второй половине XVII в…»[3]. Руководил осадой Казани талантливый русский розмысл дьяк Выродков.
Следует заметить, что в то время уже в Германии военные архитекторы начали называться инженерами, и этот термин для обозначения военной специальности был завезен, по-видиму, из Германии мастерами, у которых были дипломы инженеров. Но это слово утвердилось в русском языке не сразу. Еще долгое время их обозначали русскими названиями, являющимися переводами с иностранного «ingenier». В официальных документах той поры чаще встречаются названия «горододельцы», «городовые смышленники», «муроли». Только очень немногие иностранные специалисты сохранили в России звания «инженер», и именно они положили начало его распространению на Руси, в Московском государстве.
Официально так стали называться специалисты по военному строительству при царе Алексее Михайловиче. Причем это звание давалось только иностранцам. Фактически русских инженеров в истинном смысле этого слова не существовало вплоть до XVIII ст.
В период царствования Ивана Грозного военные строители начинают разделяться на разряды: 1) к высшему разряду принадлежали военные архитекторы – систематики, занимающиеся преимущественно усовершенствованием оборонительной части; 2) ко второму – собственно строители, руководившие сооружением укреплений; 3) к низшему разряду – все остальные строители: каменных, стенных, палатных дел мастера и муроли.
Коренные преобразования в инженерном деле произошли в связи нарастанием тенденций централизации и созданием единого Русского государства. С того времени все военное строительство и изготовление военной техники поступили в ведение Пушкарского приказа, основаного в царствование Ивана IV. Круг действия приказа по инженерной части состоял в объединении указов о постройке новых и исправлении старых оборонительных сооружений; составление инструкций воеводам, руководившим военным строительством; составлении инструкций воеводам, руководившим осадой или обороной крепостей; определении смет для сооружения укреплений; в проверке отчетов.
Следствием создания Пушкарского приказа постройка оборонительных сооружений сделалась менее произвольной, появились установленные стандарты: инструкции и чертежи, составленные в приказе. Начали распространяться и, так называемые, городские «строельные» книги, заключавшие в себе подробное описание оборонительных оград. При Пушкарском приказе числились: а) инженеры, или иноземные строители, которые выступали чаще всего экспертами или консультантами: они рассматривали проекты, присылавшиеся с места сооружения или сами их составляли. Кроме того, они выезжали на строительство с инспекционной комиссией; б) городовые мастера – большей частью русские строители, находящиеся постоянно в крупных городах. Они рассматривали сметы, которые присылались строителями в Пушкарский приказ, а также непосредственно руководили строительными работами; в) мастера и подмастерья были низшими разрядами строителей, помощниками городовых мастеров и осуществляли непосредственный надзор за производством работ; г) для осуществления чертежных работ была создана особая категория «чертежников».
Несмотря на значение, которое придавалось инженерному делу, Пушкарский приказ был единственной организацией, регулировавшей отправление инженерных функций. Идея специального образования для отечественных инженеров еще не являлась в ту пору распространенной и не рассматривалась всерьез. Хотя Иван Грозный сделал определенный шаг вперед в развитии инженерного дела, все же он, как и его предшественники, основным способом удовлетворения потребности в специалистах избрал их вывоз (приглашение) из европейских стран, главным образом из Германии, Голландии и Англии.
При Василии Шуйском (1552–1612) было положено начало некоторому теоретическому образованию русских инженеров: в 1607 г. был переведен на русский язык «Устав дел ратных», в котором, кроме правил образования и разделения войска, действий пехоты, рассматривались и правила сооружения крепостей, их осады и обороны. Своеобразную роль учителей инженерного дела в русской армии взяли на себя шведские офицеры. Инженерные работы производились, как правило, наемными людьми, набираемыми из дворян, боярских детей и дьяков. Все они получали денежное и натуральное жалование.
По социальному происхождению первые русские инженеры принадлежали чаще всего к служилому сословию. Высший инженерный состав – воеводы, полковники, головы и другие офицеры были выходцами из московских или городовых чинов «служилых по отечеству».
Иностранные инженеры, находящиеся на русской службе, как правило, имели чин полковника. Низшие разряды русских инженеров принадлежали к служилому сословию, к городским чинам, несущих «осадную службу» в провинциях. Кроме того, имелись ремесленники, знавшие инженерное дело, они относились к разряду служилых людей «по прибору», в котором выделялись разряды пушкарей и затинщиков (т.е. работников, обслуживающих осадные орудия – «затинные пишали»), а также другая артиллерийская прислуга.
Эпоха коренных преобразований в инженерном деле связана с именем Петра І. Почти непрерывные войны, сопровождавшие его царствование, сделали необходимым развитие как военного искусства вообще, так и инженерного, в частности. Недостаток просвещения теперь стал главным препятствием к успешной подготовке русских инженеров. Основной же целью преобразовательной деятельности Петра І было дать возможность России стать самостоятельной развитой державой и обходиться по возможности без иностранцев. Именно это и послужило причиной основания корпуса собственных, русских инженеров.
Многочисленные войны, проводимые Петром І, со всей отчетливостью показали все недочеты и прорехи в инженерном деле того времени. Боевая тактика осадной войны сводилась в основном к блокаде, при которой инженерные работы либо отсутствовали, либо велись в весьма ограниченных размерах.
Сложная осадная техника в XVII в. практически не использовалась. Основным инструментом завершающего приступа была лестница. Удача при осаде основывалась главным образом на мужестве и храбрости войска, а не на искусстве инженеров.
Командование шло на большие людские потери при штурме, так как не было ни хороших руководителей осад, ни эффективной осадной артиллерии. Сказывался и недостаток теоретических познаний по инженерной части. Несмотря на то, что к началу XVIII в. при русской армии служило множество иностранных инженеров, потребность в знающих специалистах не была удовлетворена. Иностранцы чаще всего использовались как инженеры-строители и администраторы, но ни один из них не приобрел известность как военный инженер. Нередко инженерные обязанности при осадах исполняли артиллерийские обер- или унтер-офицеры, а при армии – кто-либо из офицеров штаба, имевших познания в инженерном искусстве.
Первым шагом в распространении инженерных знаний среди русских было направление молодых дворян за границу с целью изучения там архитектуры, корабельного искусства и инженерного дела.
Петр І сразу по возвращении из своего первого путешествия по Европе приступил к учреждению учебного заведения, получившего название Школы математических и навигационных наук (1708 г.). В числе предметов, преподававшихся в школе, входили арифметика, геометрия, тригонометрия, а также их практическое применение в артиллерии, фортификации, геодезии, мореплавании.
В 1712 г. открывается первая, а в 1719 г. – вторая инженерные школы, куда начали поступать дети из знатных русских фамилий. В числе первых слушателей были князь Мещерский, граф Гендриков, князь Вяземский и другие. Московская и Петербургская школы находились в ведении немецких инженеров, преподавание велось, как правило, на немецком языке. Выпускникам школ присуждалось звание кондуктора, а в дальнейшем инженера-прапорщика.
В инженерных школах петровского времени курсы преподавания не утверждались сверху. Многое зависело от заведовавшего школой офицера. Если один из них по собственному усмотрению вводил в курс новый предмет, то другой, приходивший на смену, мог исключить его. К числу таких необязательных дисциплин относились архитектура, геодезия и другие предметы, необходимые для несения службы офицера инженерных войск.
Качество образования в этих первых инженерных школах не удовлетворяло даже тем скромным требованиям, которые предъявлял XVIII в.
Юноши, посвятившие себя военно-инженерному делу, получали в основном теоретическую, математическую подготовку, дальнейшее же образование по инженерной части им приходилось получать практическим путем, в ходе службы в звании кондукторов. И все же эти первые шаги инженерного образования дали свои плоды: во-первых, повышался образовательный уровень людей военного звания, а во-вторых, постепенно складывался круг образованных инженеров русского происхождения.
Кроме специализированной подготовки военных инженеров, Петр І в 1713 г. издал Указ о том, что все офицеры в свободное время должны обучаться инженерству. Таким образом число русских технических специальностей мало-помалу росло, что привело впоследствии к образованию инженерного корпуса. Датировать его возникновение довольно трудно. Но мы будем считать первым официальным доказательством существования инженерных чинов штатное положение о полевой артиллерии от 1712 г., согласно которому она имела структуру: 1) генеральный штаб, к нему принадлежали лица главного управления артиллерии и фортификационной части; 2) полк в составе двух команд инженеров и понтонеров.
Состав инженерной команды был следующим: два капитана, два капитан-поручика, два поручика, два подпоручика, 24 кондуктора, пять батарейных мастеров. Малочисленность инженерной команды и дефицит высших чинов, которым можно было бы вверить управление инженерной частью, были причинами первоначального присоединения инженеров к армии. Кроме того, некоторая часть инженеров состояла на службе при военной канцелярии. В 1722 г. вышло определение военной коллегии, в котором говорилось, что в каждом полку должны быть свои инженеры: один обер-офицер и два кондуктора. Инженерам выплачивалось жалование в размере 300 руб. в год, что равнялось жалованию обер-комиссара, но в два раза меньше жалования майора.
В 1723 г. инженерная и минерная роты были слиты, а в 1724 г. Петр І приступил к формированию инженерного полка, в котором инженеры были разделены на два разряда: полевых и гарнизонных. Эти факты свидетельствуют о том, что численность инженеров в то время была уже довольно значительной, а круг действий вполне определен. Именно с того времени можно считать, что военно-инженерная профессия перешла на свою институциональную стадию, опередив гражданскую специальность где-то на 100 лет. Следует заметить, что развитие профессии инженера в военной сфере России отставало примерно на 60 лет от европейских темпов. А как же обстояло дело с применением инженерного труда в гражданских областях?
Вплоть до петровского времени Русь была страной кустарной промышленности. Существовавшие заводы были чаще всего небольшими домашними заведениями. Найболее крупными в то время являлись оружейные, литейные и суконные предприятия (т.е. отрасли, которые обслуживали армию). Но в целом, если не считать единичных попыток иностранцев основать на Руси фабрики и заводы в XVI–XVII вв., до Петра І фабричной промышленности не было.
Инженерные функции на заводах и фабриках петровского времени вменялись в обязанности определенной категории работников. Гражданских инженеров в современном смысле слова не было. Основной рабочей массой были поссесионные крестьяне, приписываемые к фабрике, кроме того, на заводах работали под караулом преступники, солдаты, военнопленные. Такой контингент рабочей силы характеризовался низкой производительностью труда, отсутствием навыков для тщательной и тонкой работы, незаинтересованностью в результатах своего труда. Но кроме этой, часто недисциплинированной и неквалификацированной массы, на фабриках имелись мастера, знавшие технологию производства и, по существу дела, объединявшие в своем лице и инженера, и квалифицированного рабочего, и ремесленника.
К примеру, на Липецком металлургическом заводе, основанном в 1712 г., были такие мастера – руководители: плотинного и мехового дела; доменного, пушечного и сверляного дела; «ложного» дела мастера; «ружейные заварщики», руководившие выработкой стволов, «ружейные мастера», «ружейного дела замочные отделщики» и т.п.
Если судить о структуре фабричных работников по табеле «Генина»1, составленном в 1723 г., то можно сделать вывод, что на металлургическом заводе XVIII в. на одного обученного мастера приходилось 25–35 неквалифицированных или полуквалифицированных работников.
Простой надзор осуществляли «сторожа», а мастера контролировали технологию производства. Кроме того, при заводе имелось управление и канцелярия, причем численность конторских служащих состовляла везде примерно 10 % к общей численности промышленно-производственного персонала2. Самым крупным предприятием первой четверти XVIII в. был Сестрорецкий оружейный завод, на котором работало более 600 чел. (крупным в то время считалось предприятие со 100 работающими).
В XVIII в. состоялось окончательное прикрепление мастеровых к фабрикам, что тормозило рост производительности труда и улучшение качества товаров. Отсутствие необходимой для развития капитализма свободы предпринимательской деятельности сказывалось и на иновационной активности.
Изобретения делались по-преимуществу следующими группами лиц: самими фабрикантами, стимулируемые к усовершенствованиям погоней за прибылью, а также изобретателями-самородками, которые в силу своего природного дарования кустарным образом изготовляли «диковинки», различные автоматы и механические безделушки для придворных развлечений.