Революция внутреннего сгорания

Внедрение двигателя внутреннего сгорания радикально изменило мир. Транспорт, энергетика, армия, города — все стало совершенно иным

Идея мощного универсального двигателя была выдвинута еще задолго до XIX века. Принцип двигателя внутреннего сгорания (ДВС) описан итальянцем Леонардо да Винчи еще в XVI веке и голландцем Кристианом Гюйгенсом в XVII. Но реализация этих идей стала возможна лишь с появлением целого набора новых материалов, технологий и инженерных решений. С тех пор — менее чем за два века — устройство, способное трансформировать энергию сжигаемого топлива в механическую энергию, изменило весь мир — прежде всего за счет своей компактности, которая обеспечила автономность машин, зависящих от двигателя.

Двигаться самостоятельно

Первые попытки использовать двигатели внутреннего сгорания для автомобилей были ограничены отсутствием подходящих видов топлива, особенно жидкостей. Поэтому первые двигатели использовали газовые смеси. Еще в 1806 году швейцарец Франсуа де Риваз построил ДВС, работавший на смеси водорода и кислорода (что делало его весьма небезопасным).

В 1826 году британец Сэмюэл Браун провел испытания водородного ДВС, с помощью которого ему удалось запустить самоходную коляску в Лондоне.

В 1860 году бельгиец Этьен Ленуар смог проехать на построенном им автомобиле с газовым одноцилиндровым двигателем от Парижа до городка Жуанвиль-де-Пон. На то, чтобы преодолеть девять километров, ему понадобилось около трех часов.

Но уже в 1870 году в Вене австрийский инженер Зигфрид Маркус установил работающий на жидком топливе ДВС на обычную коляску. Таким образом, автомобиль Маркуса стал первым транспортным средством на бензине. Эта конструкция использовалась и на более поздних моделях, выпущенных Маркусом.

Впрочем, отцами современных автомобилей считают сразу нескольких инженеров, практически одновременно работавших независимо друг от друга и опиравшихся на наработки предыдущих поколений изобретателей. Так, Карл Бенц в 1885 году построил первый автомобиль в Мангейме. В 1886 году он получил патент и спустя два года начал производство. А в 1889 году инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах в своих мастерских в Штутгарте создали автомобиль с нуля (предыдущие версии использовали гужевые коляски, которые оснащались двигателями). В 1895 году первый автомобиль был построен в британском Бирмингеме инженером Фредериком Ланчестером.

Регулярное производство автомобилей началось лишь в 1888 году на фабрике Карла Бенца в Германии, а затем, по его лицензии, на предприятии Эмиля Роже во Франции. К 1900 году производство во Франции и в Соединенных Штатах уже было массовым.

Первой компанией, которая стала производить исключительно автомобили, стала французская Panhard et Levassor, создавшая первый четырехцилиндровый двигатель. Спустя несколько лет за ней последовала Peugeout. К началу XX века в Европе зародилась современная автомобильная отрасль. Особенно сильны были позиции Франции — в 1903 году здесь уже производилось 30 тыс. автомобилей, что составляло 49% мирового производства.

В США первой автомобильной компанией была Duryea Motor Wagon Company братьев Чарльза и Фрэнка Дюрьи, основанная в 1893 году. За ней последовали Olds Motor (позже известная как Oldsmobile), Cadillac, Winton и Ford.

К 1900 году национальная автомобильная промышленность появилась во многих странах, например в Бельгии, Швейцарии, Швеции, Дании, Норвегии, Италии и даже Австралии. Практически сразу же началась экспортная торговля автомобилями. Например, парижская фабрика Koch отправляла свои машины в Тунис, Египет, Иран и Юго-Восточную Азию еще в 1900-х годах.

Поначалу, поскольку отрасль была децентрализована, в автомобилестроении использовали целый набор принципиально разных технологий. Ведь машины собирались сотнями производителей по всему миру. Паровые, электрические и бензиновые автомобили конкурировали между собой на протяжении десятилетий, и двигатель внутреннего сгорания на бензине стал общепринятым стандартом лишь в 1910-х. Конструкторы экспериментировали с двух- и даже четырехмоторными автомобилями, а литраж двигателей мог отличаться более чем на 12 литров. Многие современные технологии, включая бензиново-электрические гибриды или полноприводные автомобили, были опробованы, но оставлены как неперспективные.

Плюс конвейеризация всей Земли

Массовое производство автомобилей — сложных многокомпонентных машин — вызвало революцию в организации производства. Использование старых традиционных методов производства не позволяло быстро увеличивать выпуск. Рабочие тратили слишком много времени на сбор разных деталей, которые требовали разных навыков. Способ отказаться от фактически ремесленной модели производства придумал американский промышленник Генри Форд.

Уроженец окрестностей Детройта Форд быстро осознал потенциал автомобильной отрасли. Он основал свою компанию Ford Motor Company в 1903 году. Пять лет спустя его фабрика выпустила Model T — простой в управлении автомобиль, который было легко и недорого ремонтировать, и к тому же один из самых дешевых в Соединенных Штатах — за счет того, что Форд решил изменить способ производства, поставив в его центр конвейер. Не рабочие двигались вокруг создаваемого автомобиля, а автомобили двигались от одних рабочих к другим. Это позволяло специализировать навыки, повышать скорость работы и производительность труда. «Синхронизация, точность и специализация рабочих внутри компании стали ключевыми столпами фордизма. Эта инновация позволила резко сократить расходы на производство, снизив цену на автомобили Форда. Более дешевые автомобили становились доступными большему числу покупателей. Что еще более интересно, Форд существенно повысил зарплаты рабочим, которые становились специалистами в своей работе, и это превращало их в потенциальных покупателей. Сочетание этих факторов привело к взрывному росту спроса. В 1910-х годах на Model T Форда приходилось до 60 процентов выпуска всех автомобилей в США», — рассказал «Эксперту» Эрик Свингедоу, профессор географии Манчестерского университета.

Действительно, повышение производительности на заводах Ford Motor Company вследствие создания конвейерной системы было столь значительным, что в 1914 году Генри Форд поднял зарплату рабочим вдвое — до пяти долларов в день (это эквивалентно 108 нынешним долларам). Это повысило лояльность рабочих компании — лучшие механики Детройта стали переходить на заводы Ford, принося с собой опыт и навыки, что еще больше повышало производительность и снижало затраты на обучение.

К 1918 году Model T заняла половину автомобильного рынка США. И если поначалу она стоила 825 долларов, то к 1916 году подешевела до 360 долларов (чуть более 7 тыс. долларов в нынешних ценах). Доступность автомобилей Форда позволила к 1916 году нарастить выпуск до огромной по тем временам цифры — 472 тыс. штук в год.

Идеи Генри Форда по организации производства были быстро скопированы конкурентами, которые тоже ввели на своих предприятиях вертикальную интеграцию и конвейерную систему. Вслед за автомобильной промышленностью конвейеры и специализация рабочих стали использоваться повсеместно — в производстве радио, ламп, сельскохозяйственного оборудования и т. д.

Идеи фордизма, направленные на повышение производительности труда, были востребованы как в капиталистической, так и в социалистической системе. Во время индустриализации в СССР в 1920-х и 1930-х с большим энтузиазмом использовались идеи фордизма и тейлоризма (в конце XIX века американский инженер Фредерик Тейлор разработал научные принципы разделения задач в промышленном производстве). В Советский Союз привозили американских специалистов по организации производства, а американские компании получали контракты на строительство новой промышленной инфраструктуры (включая автомобильные конвейеры). Идеи пятилетних планов и централизованной плановой экономики тоже возникли под серьезным влиянием идей фордизма и тейлоризма. Американский историк Томас Хьюз приводит цитату из выступления Иосифа Сталина: «Американская эффективность — это та неукротимая сила, которая не знает и не признает препятствий, которая продолжает выполнять задачу до момента ее исполнения, даже если это небольшая задача, и без которой серьезная созидательная работа невозможна… Сочетание размаха российской революции с американской эффективностью является сущностью ленинизма».

К перемене места жительства

Появление автомобиля и исчезновение лошадиных повозок с улиц и дорог серьезно изменили образ жизни людей. Более высокие скорости передвижения (как автомобилями, так и общественным транспортом, использующим ДВС, — автобусами), надежность и дешевизна нового транспорта изменили облик городов. Люди смогли селиться дальше от места работы, поскольку теперь они полагались не только на свои ноги и — в редких случаях — на конный транспорт.

Самым ярким показателем этого процесса стала субурбанизация — развитие пригородов, которое отмечалось в XX веке по всему миру, но сильнее всего в Соединенных Штатах. Переезд горожан в пригороды был вызван рядом факторов, как внешних, так и внутренних. Высокая плотность населения выталкивала людей из центра, а дешевизна земли и недвижимости стимулировала переезд в пригороды. С появлением автомобилей и сети дорог, переезд на окраины и в пригороды стал реальностью.

В Соединенных Штатах и Канаде этот процесс происходил гораздо активнее, чем в куда более густо заселенной Европе (что означало более высокую стоимость земли даже на окраине городов). К началу XXI века в пригородах жило уже более половины населения США, что обеспечило американцам более комфортные условия.

Быстрее всего процесс субурбанизации шел в 1950-х и 1960-х (при дешевой нефти, улучшении дорог и самих автомобилей, которые позволили переезжать все дальше от места работы) и не прекратился даже с началом «нефтяных кризисов».

При этом в пригородах начала развиваться инфраструктура, отличающаяся от внутригородской. Посещение магазинов, кинотеатров, ресторанов и т. д. здесь сопряжено не с пешеходной прогулкой, а с поездкой на автомобиле. В результате стали появляться гигантские торговые центры (с гигантскими же парковками), кинотеатры-мультиплексы и рестораны быстрого питания, где можно поесть, не покидая автомобиля.

Для передвижения между городами в течение всего XX века совершенствовалась дорожная система, что во многом привело к концу золотого века железных дорог. Автомагистрали были предназначены для скоростного движения автомобилей из города в город, поэтому они были отделены от обычных дорог. Их строительство началось еще в 1920-х (первая автомагистраль под Миланом была построена в 1924 году), но затем ускорилось в годы Великой депрессии. Пытаясь создать рабочие места, правительства западных стран выделяли средства на строительство автомагистралей, которые стали бы необходимой инфраструктурой для будущего экономического роста. Наиболее показательными были автобаны нацистской Германии и федеральные магистрали в США, построенные в 1930-х на бюджетные средства.

Забыть о лошадях

Автомобили оказались далеко не единственными самодвижущимися машинами, оснащенными автономными двигателями. Кроме перевозки пассажиров и грузов механизация требовалась самым разным процессам — от обработки полей и прокладки дорог до передвижения орудий.

Первые тракторы с двигателями, работающими на бензине, появились одновременно с автомобилями. В 1892 году Джон Фрелих построил первый современный трактор в Айове. Но ему удалось продать всего две машины — фермеры по-прежнему предпочитали использовать на полях лошадей.

Уже к 1910-м одновременно с автомобильным бумом начался быстрый рост производства тракторов. Генри Форд в 1917 году выпустил первый массовый трактор Fordson. Тракторы этой марки выпускались в США, Ирландии, Британии и России, и к 1923 году на Fordson приходилось 77% американского рынка тракторов. Благодаря своей производительности тракторы значительно уменьшили потребность в рабочей силе на селе, что позволило ускорить процесс оттока сельского населения в индустриализирующиеся города. Тракторы (а затем и другая самодвижущаяся сельхозтехника, включая комбайны по уборке зерновых, картофеля, корнеплодов и даже хлопчатника) привели к многократному росту производительности труда в сельском хозяйстве. Это позволило расширить посевные площади и открыло для освоения целинные земли во многих странах — в США, Канаде, Аргентине, Австралии, России, а затем и в Советском Союзе.

Первые орудия, размещенные на автомобилях, были построены в Британии в 1898 году. В 1903 году во Франции был выдвинут «проект Левавассер», в рамках которого военные инженеры предложили создать самодвижущуюся пушку, для собственной защиты заключенную в металл. Фактически они воспользовались идеей Леонардо да Винчи, который описал прототип танка еще в начале XVI века. Первые прототипы бронированных автомобилей с укрепленными на них пушками использовались еще в Итало-турецкой войне 1911–1912 годов — и это предопределило поражение Османской империи.

Первые танки были задействованы уже в Первой мировой войне: британцы применили их на Западном фронте против немецких войск еще в 1915 году. В 1917 году танки использовали уже и французы. Отсутствие у немцев танковой технологии сыграло не последнюю роль в поражении Германии. 8 августа 1918 года силы Антанты применили 600 танков против немецкой пехоты под Амьеном. Генерал Эрих Лудендорфф назвал этот день черным для армии Германии.

Преимущества танков (и прочей самоходной армированной военной техники), продемонстрированные в Первой мировой войне, ознаменовали закат эры кавалерии, которая была ключевой частью армий на протяжении тысячелетий. Танки радикально изменили стратегию и тактику военных операций, поскольку позволяли поддерживать движения войск, вооруженных стрелковыми орудиями, на невиданные доселе расстояния.

Тактика «блицкригов» — молниеносных бросков танковых дивизий, на которую германская армия сделала ставку во Второй мировой войне, была бы невозможна при использовании кавалерии с весьма уязвимыми лошадьми, которые не только гибли от пуль, но и требовали воды и фуража.

В небо

Двигатели внутреннего сгорания позволили реализовать еще одну давнюю мечту человечества — полеты на аппаратах тяжелее воздуха с контролируемым процессом полета. Хотя первые эксперименты осуществлялись еще в конце XIX века (например, российский офицер Александр Можайский в 1884 году смог поднять свой моноплан в воздух на 20–30 метров), первым успешным полетом стал эксперимент братьев Уилбура и Орвилла Райтов в Северной Каролине. По мнению Международной ассоциации аэронавтики, именно братьям Райт принадлежит первый устойчивый и контролируемый полет на расстояние восемь километров в декабре 1903 года.

Практически сразу после того, как аэропланы были изобретены, они стали использоваться в военном деле, что значительно ускорило процесс их усовершенствования. Впервые самолеты были использованы в Итало-турецкой войне 1911–1912 годов, а затем в Балканских войнах. Первая мировая война стала периодом массового использования военной авиации — для обороны, нападения и разведки. Появление авиации также радикально изменило ход военных действий, сделав уязвимыми цели, расположенные в сотнях и тысячах километров от театров баталий. Разрушительный характер Второй мировой войны был в значительной степени определен масштабным использованием авиации, в частности для бомбардировки военных и гражданских объектов. Воздушная война нацистской Германии с Британией в 1940 году, опустошительные бомбардировки немецких городов авиацией союзников в 1944–1945 годах и применение ядерного оружия против Японии в августе 1945-го были бы невозможны без военной авиации.

Вслед за военной стала активно развиваться и гражданская авиация — для быстрой перевозки пассажиров и грузов, в частности, через водные пространства. Например, в Британии сразу же после Первой мировой войны были созданы четыре авиакомпании, которые в 1924 году объединились в Imperial Airways (прообраз будущих British Airways). Авиакомпания стала строить сеть маршрутов, которая охватывала бы все уголки Британской империи, включая Индию, колонии в Африке и Австралию.

Гражданские авиакомпании стали возникать по всему миру. Во Франции и в США первые авиакомпании были созданы в 1919 году, в Германии — в 1920-м, в Испании — в 1921 году. В СССР «Аэрофлот» начал полеты в 1923 году.

Гражданская авиация изменила характер пассажирских перевозок, значительно сократив время в пути и «уменьшив мир». Если в 1920-х самые быстрые трансатлантические морские лайнеры преодолевали расстояние между Европой и США за четыре-пять дней, то благодаря авиации счет пошел на часы. С запуском модели сверхзвукового самолета Concorde в 1969 году расстояние между Нью-Йорком и Лондоном сократилось всего до четырех часов полета.

Гражданская авиация стала ключевой инфраструктурной отраслью, которая обеспечивает функционирование современного бизнеса, делает возможными туризм и миграцию сотен миллионов человек ежегодно. Ключевые аэропорты (многие из них сегодня обслуживают десятки миллионов человек в год) превратились в такие же локомотивы экономического роста, как железные дороги в XIX веке.

Хребет экономики

ДВС стал ключевой частью промышленности XX века — производство автомобилей, автобусов, мотоциклов, танков, бронетранспортеров, тракторов, комбайнов, самолетов и даже ракет было бы невозможно без этой инновации. Все эти машины оказались крайне сложными в производстве, потребляющими продукцию десятков отраслей и подотраслей экономики. И, следовательно, создавая спрос. Например, для производства автомобиля нужен не только металл, но и электроника, стекло, зеркала, ткани, кожа, краски, композитные материалы, резина и т. д.

В результате отрасли машиностроения (в широком смысле этого слова — производства машин, самодвижущихся или стационарных) образовали костяк национальных экономик. По некоторым оценкам, в США даже сегодня 10% рабочих мест прямо или косвенно связано с автомобильной промышленностью.

Понимание этого привело к тому, что в течение XX века многие страны активно поощряли развитие этих сложных отраслей в надежде на то, что это поможет укрепить национальную промышленную базу. Нередко следствием этого становилась политика протекционизма и импортзамещения (как, например, во многих странах Латинской Америки или в Индии в 1960–1980-х годах), но обычно в долгосрочной перспективе не приносило желаемого результата — современное автомобилестроение слишком сложная сфера, чтобы ее можно было легко скопировать и перенести в любую страну.

Впрочем, политика протекционизма весьма распространена и сегодня — в условиях экономического кризиса начала XXI века многие правительства развитых стран пытаются спасти не только национальное автомобилестроение, но и смежные отрасли.

Зависимый мотор

Двигатель внутреннего сгорания оказал огромный эффект на мировой энергетический баланс, ознаменовав начало нефтяной эры. Во второй половине XIX века основным предназначением нефти было освещение — керосин. Появление двигателей, работающих на бензине (автомобили), керосине (самолеты) или дизельном топливе (тепловозы, тракторы, танки, суда), привело к резкому росту нефтедобычи.

Еще в 1920 году мировая добыча нефти не превышала 2 млн баррелей в сутки, но уже к концу Второй мировой войны спрос на нефтепродукты поднял добычу до 6 млн баррелей в сутки. Бурный послевоенный рост, который сопровождался ростом производства автомобилей, самолетов и т. д., резко повысил спрос на нефтепродукты.

К 1970 году в мире добывалось 60 млн баррелей в сутки, причем география добычи резко изменилась. Обладающие крупнейшими в мире запасами страны Ближнего Востока превратились в ключевых экспортеров в развитые страны (они выступали в роли чистых импортеров, несмотря на то что в некоторых из них, например в США, ведется добыча). И 1973 год показал масштабы этого влияния — страны ОПЕК резко подняли цены на нефть, спровоцировав экономический кризис в развитом мире (прежде всего через кризис автомобилестроения и смежных отраслей, продукция которых неожиданно перестала пользоваться спросом).

С 1970-х зависимость мировой экономики от нефти только выросла: сегодня в мире добывается около 85 млн баррелей в сутки, и большинство прогнозов предсказывают дальнейший рост добычи. Продолжающаяся автомобилизация Китая, Индии и других развивающихся стран сохраняет спрос на нефть, несмотря на инновации (включая гибридные и даже электрические автомобили).

Большой спрос на машины с двигателями внутреннего сгорания остается фактором, который будет поддерживать цены на нефть на довольно высоком уровне — на транспорт приходится около половины потребления нефти в мире. И хотя современные двигатели (от самолетов до автомобилей) становятся все более эффективными и экономичными, их доминирующее положение в мировом транспорте сегодня означает, что альтернативы нефти в ближайшие десятилетия так и не появится.

Лондон