ВОДЯНЫЕ ДВИГАТЕЛИ, ВЕТРЯНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

В XI, XII и XIII вв. Запад узнал свою первую революцию в механике. Что означает эта революция? Будем понимать под нею совокупность изменений, какие повлекло за собой умножение числа водяных и ветряных мельниц. Эти «первичные двигатели», несомненно, весьма скромны по мощности: от 2 до 5 лошадиных сил на водяное колесо⁷², иногда 5 и самое большее 10 лошадиных сил для крыльев ветряной мельницы. Но в экономике, плохо обеспеченной энергией, они представляли значительный прирост мощности и сыграли определенную роль в первом экономическом подъеме Европы.

Водяная мельница, более древняя, имела намного большее значение, чем ветряная. Она не зависит от непостоянства ветра, а использует воду, в общем менее капризную. Она была более широко распространена в силу своей древности, большого числа рек и речек, водохранилищ, отводных каналов, водоводов, которые могли заставить вращаться колесо с лопастями или плицами. Не будем забывать и прямое использование течения судами-мельницами — на Сене в Париже, на Гаронне в Тулузе и т. д. Не стоит забывать также и о силе прилива и отлива, которую нередко использовали как в мусульманских странах так и в странах Запада, даже там, где приливы и отливы незначительны. В венецианской лагуне у французского путешественника в 1533 г. вызвала восторг единственная водяная мельница, увиденная на острове Мурано, которую приводил в движение «напор морской воды, когда море прибывает или убывает»⁷³.

Первая водяная мельница была с горизонтальным колесом, своего рода простейшей турбиной; иногда ее называли греческой (ибо она появилась в античной Греции) или скандинавской (так как она долго сохранялась в Скандинавии). С тем же успехом можно было говорить о китайской, корсиканской, бразильской, японской, фарерской или среднеазиатской, потому что в них водяное колесо вращалось иной раз до XVIII, а то и до XX в. в горизонтальной плоскости, развивая при этом минимальную мощность, которая позволяет медленно вращать мельничный жернов. Ничего нет удивительного, что такие примитивные колеса встречались в Чехии еще в XV в. или около 1850 г — в Румынии. Возле Берхтесгадена мельницы этого типа с горизонтальным колесом с лопастями функционировали почти до 1920 г.

«Гениальным» решением стал поворот колеса в вертикальную плоскость, осуществленный римскими инженерами в I в. до н. э. Движение, передаваемое зубчатой передачей, затем становится горизонтальным при окончательном вращении жернова, который к тому же будет вращаться впятеро быстрее приводного колеса; бывали и передачи с понижением числа оборотов. Такие первые двигатели отнюдь не всегда бывали примитивными. В Барбегале, около Арля, археологи обнаружили великолепное римское сооружение: акведук с «искусственным напором воды» длиной более 10 км, а в конце его — 18 поставленных одно за другим колес, настоящие последовательно включенные двигатели.

Тем не менее применение таких позднеримских устройств было ограничено несколькими пунктами Империи, и использовались они единственно для размола хлеба. Зато революция ХII-ХIII вв. не только умножила число водяных колес, она распространила их применение на другие области. Цистерцианцы распространили эти колеса одновременно со своими кузницами

Любопытное изображение мельницы с горизонтальным водяным колесом, относящееся к сравнительно позднему времени (1430 г.). Но речь идет о мельнице в Чехии, где долго удерживалась горизонтальная схема. См. иллюстрацию к французской библии, воспроизведенную в томе III настоящей работы (глава 5), где колесо уже вертикальное.

по Франции, Англии, Дании. Прошли века — и в Европе от Атлантики до Московского государства уже не было деревни, которая не имела бы собственного мельника и водяного колеса, вращаемого потоком, а то и наливного.

Применение водяного колеса сделалось многообразным; оно приводило в движение толчеи для руд, тяжелые качающиеся молоты, которыми ковали железо, огромные била сукновален, мехи металлургических печей, а также насосы, точила, дубильные мельницы и, наконец, последнее новшество — мельницы бумажные. Прибавим к этому механические пилы, которые появляются с XIII в., как доказывает это сделанный около 1235 г. чертеж такого любопытного «инженера», каким был Виллар де Оннекур. С необычайным расцветом горного дела в XV в. самые лучшие мельницы стали работать на рудниках: лебедки с реверсом для подъема бадей с рудой, мощные машины для вен-

Механизм водяной мельницы (1607 г.): превосходное изображение превращения движения колеса в вертикальной плоскости в горизонтальное вращение жернова (к этому времени такое открытие насчитывало уже несколько столетий). Из книги: Zonca V. Novo teatro di machine. (Фото Национальной библиотеки.)

тиляции штолен или для откачки воды нориями (непрерывной цепью с черпаками) и даже всасывающими и нагнетательными насосами, установки для забивки свай, где рычаги давали возможность приводить в движение уже сложные механизмы, которые почти такими же сохранятся до XVIII в., даже позднее. Эти великолепные механизмы (их огромные приводные колеса порой достигали 10 м в диаметре) можно видеть на очень хороших иллюстрациях к [трактату] «О горном деле и металлургии, в 12 книгах» («De re metallica») Георга Агриколы (Базель, 1556 г.), который обобщает предшествующие труды, представляя их читателю.

В пильных станах, в билах сукновален, в молотах и мехах металлургических печей проблема заключалась в том, чтобы преобразовать движение вращательное в прямолинейное, переменное по направлению; это делалось возможным благодаря применению кулачковых валов. По поводу необходимых зубчатых передач можно написать целую книгу (и она пишется). Удивительно в наших глазах то, что дерево позволяло осуществлять самые сложные решения. Это, однако, отнюдь не означает, что такие шедевры механики были привычным зрелищем для современников. Если им приходилось с ними встречаться, они поражались и восхищались, даже в позднейшие времена.

Когда в 1603 г. Бартелеми Жоли, направляясь в Женеву, пересекал Юру, он заметил у истока Силанского озера в долине Нейроль такие мельницы, которые обрабатывали «сосновую и еловую древесину, каковую спускают сверху, с крутых гор; славное устройство, при котором от одного колеса, вращаемого водою, происходит множество движений снизу вверх, и наоборот [это движение пилы], а бревно продвигается под пилу по мере того, как она работает… и следующее дерево сменяет его с такой упорядоченностью, как если бы все сие делалось человеческими руками»⁷⁴. Вполне очевидно, что зрелище было все же необычное, заслуживавшее упоминания в путевых записках.

Мельница, однако, сделалась универсальным устройством, так что сила рек, использовалась она полностью или нет, была необходима повсеместно и настоятельно. «Промышленные» города (а какой город в те времена не был таким?) приспосабливались к течению рек, приближались к ним, обуздывали текущую воду, принимая вид городов наполовину венецианских, во всяком случае на протяжении трех или четырех характерных улиц. Таков типичный случай Труа; в Бар-ле-Дюке все еще существует его улица Дубильщиков на отведенном рукаве реки. «Сукновал» Шалон сделал то же самое с Марной (на которой есть мост, называемый мостом Пяти мельниц), а Реймс — с рекой Вель, Кольмар — с Илем, Тулуза — с Гаронной, на которой уже очень давно и очень долго существовала флотилия «плавучих мельниц», читай: лодок с водяными колесами, вращаемыми течением. Так же поступала Прага, расположенная на нескольких излучинах Влтавы. Нюрнберг усилиями Пегница вращал свои многочисленные колеса внутри городских стен и по всем прилегающим деревням (из них 180 еще работали в 1900 г.). В Париже и вокруг Парижа подспорьем служили десятка два ветряных мельниц; но даже предположив, что они ни на один-единственный день в году не останавливались бы из-за безветрия, все они, вместе взятые, не дали бы и двадцатой доли той муки, которую потребляли парижские булочники. Вдоль Сены, Уазы, Марны и малых рек, вроде Ивет и Бьевр (на которой в 1667 г. обосновалась королевская гобеленовая мануфактура), работало 1200 водяных мельниц, большая часть которых предназначалась для помола зерна. Действительно, у малых рек, вытекающих из источника, есть то преимущество, что зимой их очень редко сковывает лед.

Был ли такой «захват» мельниц городами в целом вторым этапом в их использовании? В своей еще не изданной диссертации Робер Филипп показал предшествующую фазу — первоначальное распространение мельниц, располагавшихся (сообразно законам, диктуемым используемой водой) в сельской местности, возле деревень, где таким образом утвердился, и на века, источник энергии. Мельница, предназначенная прежде всего для размола зерна, была тогда важнейшим орудием домениального хозяйства. Именно сеньер решал ее построить, покупал жернова, предоставлял дерево и камень; вклад крестьян заключался в труде. Домениальное хозяйство представляло ряд самодовлеющих базовых единиц. Но товарное хозяйство, концентрировавшее и перераспределявшее товары, работало на город и заканчивалось городом, и именно оно навяжет свою систему, наложив ее на предшествовавшую, и создаст новую плотность размещения мельниц, отвечающую его многочисленным потребностям ⁷⁵.

Наконец, мельница была своего рода стандартной мерой энергетической оснащенности доиндустриальной Европы. Оцените мимоходом замечание вестфальца Кемпфера, врача-путешественника, который, пристав в 1690 г. к маленькому острову в Сиамском заливе и желая дать представление о стоке реки, говорит: она достаточно полноводна чтобы вращать три мельницы⁷⁶. В конце XVIII в. в Галиции, ставшей австрийской, статистика дает на 2 тыс. кв. лье и на 2 млн. жителей цифру 5243 водяных мельницы (и лишь 12 ветряных). Цифра, на первый взгляд, чрезмерная, но в 1086 г. «Книга Страшного суда» («Domesday Book») отмечала и 5624 мельницы всего на 3 тыс. общин к югу от рек Северн и Трент⁷⁷. И достаточно присмотреться внимательно к бесчисленным небольшим колесам, видимым на стольких картинках, рисунках, планах городов, чтобы понять, сколь они были всеобщим явлением. Во всяком случае, если в других местностях соотношение между водяными мельницами и численностью населения было такое же, как в Польше, их должно было бы насчитываться накануне промышленного переворота 60 тыс. во Франции ⁷⁸ и примерно 500–600 тыс. в Европе.

Ласло Маккаи в детальной и, на мой взгляд, такой же блестящей статье, как и классическая работа Марка Блока о водяной мельнице, примерно подтверждает эти цифры: «…от 500 до 600 тыс. мельниц, что равно 1,5–3 млн. лошадиных сил (HP)». Эти подсчеты делались на основе арендных договоров с учетом размеров колес (от 2 до 3 м в диаметре), количества лопастей и плиц на них (в среднем около 20), количества получаемой в час муки (порядка 20 кг на постав), числа колес на каждой мельнице (одно-два или более) и путем сравнения восточно- и западноевропейских мельниц, в общем аналогичных, по крайней мере что касается зерновых мельниц; причем принимается почти постоянное соотношение между водяными мельницами и численностью населения (в среднем на основании точно известных случаев 1 к 29). Так как число мельниц или величина приводных колес возрастали в таком же темпе, в каком росло население, между XII и XVIII вв. энергетическая оснащенность должна была бы возрасти вдвое. В принципе каждая деревня имела собственную мельницу. Там, где такая мельница не могла быть повсеместной из-за отсутствия ветра и достаточно мощных водяных потоков (как на Венгерской равнине), подспорьем служила мельница с конным и даже с ручным приводом ⁷⁹.

Ветряная мельница появилась намного позже водяного колеса. До недавнего времени ее считали «уроженкой» Китая; более вероятно, что она пришла с нагорий Ирана или из Тибета.)

В Иране, по-видимому, с VII в. н. э. и уж наверняка в IX в. мельницы вращались, приводимые в движение парусами, установленными вертикально на колесе, которое само двигалось в горизонтальной плоскости. Движение этого колеса, передаваемое на центральную ось, приводило во вращение жернов для размола зерна. Что могло быть проще: не было нужды ориен-

Ветряная мельница. Деревянная скамья XIV в. Музей Клюни. (Фото Ж. Рубье.)

тировать мельницу, она всегда находилась в воздушном потоке. И еще одно преимущество: связь между движением ветряка и вращением жернова не требовала никаких зубчатых передаточных устройств. В самом деле, в случае мельницы для зерна проблема всегда заключалась в том, чтобы привести в движение жернов, вращающийся в горизонтальной плоскости — mola versatilis — и раздавливающий зерно на расположенном под ним неподвижном (лежачем) жернове. По-видимому, от мусульман такие мельницы распространились в Китае и в Средиземноморье. Ветряные мельницы как будто имелись в Таррагоне, на северной границе мусульманской Испании, с X в.⁸⁰ Мы, однако, не знаем, как они вращались.

Ибо, в отличие от того, что произошло в Китае, где мельница на протяжении столетий будет вращаться в горизонтальной плоскости, великим событием на Западе стало превращение ветряка в колесо, установленное вертикально, наподобие того, как случилось это с водяными мельницами. Инженеры утверждают, что модификация была гениальной, так как мощность резко увеличилась. Именно такая мельница нового образца, сама по себе крупное изобретение, распространилась в христианском мире.

Арльские статуты фиксируют ее наличие в XII в. В это же самое время она встречается в Англии и во Фландрии. В XIII в.

Машины и зубчатые передачи из дерева.

Это огромное колесо горизонтального ворота было клеткой, которую приводили в движение помещавшиеся внутри нее три человека.

Мюнхен. Немецкий музей, собрание фотоматериалов.

ее приняла вся Франция. В XIV в. ветряная мельница уже есть в Польше и даже в Московском государстве, попав туда через Германию. Небольшая деталь: как утверждают, крестоносцы не обнаружили в Сирии ветряных мельниц, они принесли их туда⁸¹. Случаев разрыва во времени много, но в целом Северная Европа в этом отношении опередила Южную. Так, скажем, в определенные области Испании, в частности в Ламанчу, ветряная мельница придет поздно, так что, как убеждает нас историк, испуг Дон Кихота был вполне естественным: для него эти большие чудовища были чем-то небывалым. В Италии было не так: в Дантовом «Аде» (1319 г.) Сатана простирает свои огромные руки, «как мельница вдали крылами бьет» («come un molin che il vento gira»)⁸².

Ветряная мельница, более дорогая в эксплуатации, чем ее родственница, требовала больших расходов при равной работе, в частности на помол зерна. Но ее использовали и по-иному. Огромная роль этих мельниц (Wipmolen) в Нидерландах с XV в. (и еще более — после 1600 г.) заключалась в приведении в движение бесконечных цепей с черпаками, которые собирали грунтовые воды и сбрасывали их в каналы⁸³. Таким образом, они станут одним из орудий терпеливого отвоевывания нидерландских земель под защитой дамб, прикрывающих от моря и от тех озер, что образовались на слишком долго разрабатываемых в прошлом торфяниках. И еще одна причина того, чтобы Голландии стать родиной ветряной мельницы: страна лежит в центре обширного пространства с постоянными западными ветрами, дующими с Атлантики в направлении Балтийского моря.

Первоначально всю мельницу поворачивали вокруг ее оси, чтобы сориентировать крылья по ветру, как, скажем, бретонские мельницы с характерным названием «подсвечники» ⁸⁴. Вся мельница монтировалась на центральной мачте, и поворотный брус позволял поворачивать весь комплекс. Так как крылья выгодно располагать сколь возможно выше над землей, дабы они ловили самый сильный ветер, механизм передачи и жернова располагались высоко (отсюда потребность в подъемнике для мешков). Маленькая подробность: ось крыльев никогда не бывала строго горизонтальной, ее наклон регулировали эмпирическим путем. Схемы еще существующих мельниц (вроде схем Рамелли, относящихся к 1588 г.) позволяют понять эти простые механизмы: передачу движения, системы торможения, возможность установить вместо единственной пары центральных жерновов две пары боковых…

Едва ли более сложно было бы объяснить действие WipmoІеп, которая получала движение наверху и передавала его вниз, туда, где работала цепь с черпаками, игравшая роль насоса. Движение передавалось валом через полую центральную опору. Отсюда возникали некоторые затруднения, впрочем не непреодолимые, когда при случае Wipmolen вновь переделывали для помола зерна.

Довольно рано, по достоверным данным — в XVI в., благодаря голландским инженерам распространилась башенная мельница: для перемещения крыльев достаточно было передвигать только подвижный верх постройки. В таких мельницах, иногда

Ветряная мельница с весьма своеобразными крыльями, вращавшимися вокруг вертикальной оси и, следовательно, не нуждавшимися в ориентации их по ветру. Преобразование движения было здесь обратным тому, какое имело место в водяной мельнице: поначалу горизонтальное, оно в конечном счете приводило в движение вертикальное колесо с черпаками, поднимавшее воду (речь идет об осушительных устройствах, разработанных в 1652 г. для осушения болот вокруг Линкольна и Кембриджа в Англии).

В голландских мельницах преобразование движения происходило дважды: сначала оно вертикальное (в соответствии с вращением крыльев), затем горизонтальное при вращении главного вала и снова вертикальное у водоотливного колеса. Рисунок взят из кн.: Blith W. The english Improver improved. L., 1652.

(Фототека издательства А. Колэн.)

называемых «мельницами в блузах» (потому что издалека они напоминали крестьянина, одетого в рабочую рубаху), сложность была в том, чтобы облегчить движение «шапки» по неподвижной части мельницы, используя деревянные полозья или же подшипники разных конструкций. Внутри мельницы требовавшие решения проблемы оставались теми же: управлять — останавливать движение крыльев, изменять положение их лопастей, обеспечить медленное оседание из бункера зерна, которое через «окно» («lumi?re») проходит сквозь верхний вращающийся жернов, а главное — изменять посредством зубчатой передачи направление движения, которое должно преобразовываться из вертикального движения крыльев в горизонтальное вращение жерновов.

В более общем смысле великим прогрессом было открытие, что один-единственный двигатель, одно-единственное колесо, будь то водяная или ветряная мельница, могло передавать свое движение нескольким орудиям: не одному жернову, но двум или трем; не одной только пиле, но пиле и молоту; не одной толчее, но целому ряду, как в той занятной модели (в Тироле), что «толкла» зерно, вместо того чтобы его молоть (в этом случае грубо измельченное зерно используют для изготовления отрубного хлеба, напоминающего более сухарь, чем хлеб)⁸⁵.