Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)

Совершенствование лука и пращи привело к изобретению военных машин. Были созданы два основных типа таких машин — катапульты, которые метали стрелы, и баллисты, метавшие камни. Движителем была упругая сила канатов, свитых из воловьих жил или из волос. Военные машины — первые приспособления, размеры которых рассчитывались. Расчетным модулем служила величина отверстия, через которое пропускался канат. Были малые машины, метавшие камни по два фунта весом, но строились и машины внушительных размеров, которые метали камни по двести—триста фунтов. При закручивании каната перед броском камня обе его ветви настраивались по слуху на один тон. В противоположность непрерывно действующим мельницам военные, а также грузоподъемные и водоподъемные механизмы действовали как бы дискретно.

Трудно установить время изобретения тех или иных машин, возможно, что они изобретались неоднократно, в результате эволюционного развития простейших механических приспособлений. Их можно было бы назвать приспособлениями динамическими, так как они создавались для экономии человеческой силы. Но почти одновременно с такими машинами появляются и иные приспособления, которые можно было бы назвать кинематическими, потому что они служили для преобразования не силы, а движения. Их можно назвать автоматами, происхождение которых весьма древнее и, несомненно, генетически связанное с теми звериными ловушками, о которых уже шла речь.

Сочинение об автоматах написал ученый эпохи позднего эллинизма Герон Александрийский, но можно предполагать, что описанные им автоматы были изобретены намного раньше. Движение фигур и их элементов осуществлялось в автоматах по прямой линии, по кругу, по произвольной кривой. Каждое движение производилось при помощи нитей, навернутых на барабаны или блоки различного диаметра и натягиваемых грузиками. В некоторых местах нити имели ненатянутые участки (петли) для того, чтобы одно движение запаздывало относительно другого. Со временем система привода у автоматов усложняется: у них уже есть что-то общее с современными автоматами (главный вал) и манипуляторами (поэлементный привод). Но первые и последние разделяет около двух с половиной тысяч лет! С помощью таких автоматов проводились театрализованные и религиозные действия; наряду с малыми автоматами были и большие, управлявшие движениями статуй. Замечено как-то, что по принципу действия современный торговый автомат очень напоминает древнеегипетский автомат, выдававший воду в обмен на монетку.

Изобретение пневматики связывается с именем александрийского механика Ктесибия. В рабовладельческой Греции III в. до н. э. отношение к механике было пренебрежительным, занятие ею считалось недостойным свободного человека. Не то в Александрии: этот космополитический город, столица эллинистического Египта, был тогда центром прикладной науки. Здесь Ктесибий занимался пневматическими и гидравлическими приборами. Он изобрел двухцилиндровый пожарный насос, который ни в чем существенно не отличается от современного, водяные часы, водяной орган, а также аэротрон — военную машину, в которой руль упругого тела играл сжатый воздух. Как пожарный насос, так и аэротрон представлял собой цилиндр с движущимися внутри них поршнями. Это первое в истории техники упоминание о кинематической паре цилиндр—поршень.

Вспомним, что великий математик и механик Архимед, один из самых замечательных ученых в истории человечества, родился в Сиракузах на острове Сицилия, но учиться поехал в ту же Александрию. Он добился очень многого. В математике он дошел до изобретения интегрального исчисления, намного опередив свое время. Он изобрел винт, усовершенствовал зубчатое колесо, нашел закон, носящий его имя, изобрел много новых машин. Во время осады родного города римлянами он создал новые военные машины, которые надолго задержали превосходящие силы римлян под стенами Сиракуз. Но все же город пал, и некий римский солдат убил Архимеда. Сохранилось предание, что последними словами великого ученого были: «Не трогай моих чертежей!»

К сожалению, до нас дошло мало сведений об инженерах древности: некоторые из них оставили написанные ими книги, у других известны лишь имена. Так, выше мы упоминали Герона Александрийского. До сих пор не совсем ясно, когда он жил: может быть, в первом веке нашей эры, а быть может, двумя веками раньше. Некоторые даже считают его учеником Ктесибия. Но зато сохранилось несколько его сочинений, по которым мы можем судить об уровне античной механики.