К празднику кабельщиков: история ранних кабельных производств в России
С достоверностью можно сказать, что кабель, как средство передачи электрической энергии по изолированным проводам, был изобретен в Санкт-Петербурге, профессором физики Василием Петровым, не позднее апреля 1802 года. Достоверное историческое свидетельство на эту тему, а именно опубликованное репринтное издание научной работы «И З В Е С Т I Е О ГАЛЬВАНИ — ВОЛЬТОВСКИХЪ О П Ы Т А Х Ъ, которые производилЪ ПрофессорЪ физики Василий ПетровЪ».
Выдержки по изобретению кабеля и датировке – ниже:
«А когда, вЪ следствіе моего представленія, Государственная Медицинская Коллегія определила достаточную сумму на желанную мною огромной величины баттерею сЪ различными приборами, для употребленія при СанктПетербургской Медико-Хирургической Академіи, и когда все ея принадлежности были вЪ готовности, минувшаго 1802 года вЪ Апреле месяце; то я сперва повторялЪ достопримечательнейшіе и уже известные опыты других ФизиковЪ, а после старался производить и новые или такіе опыты, о которыхЪ дотоле не имелЪ я никакого известія, каковы суть следующіе.»
«На последокЪ, между новостями, относящимся кЪ сей же матеріи, можно почитать и выдуманное мною употребленіе металлическихЪ проволокЪ, покрытыхЪ сургучемЪ или воскомЪ, кроме одного только ихЪ кончика, посредствомЪ коего Гальвани — Вольтовская жидкость можетЪ переходить вЪ составЪ такихЪ телЪ, которыя должны заключаемы быть вЪ стеклянныя сЪ водою трубки но которыхЪ свойства препятствуютЪ производить то вЪ действие, безЪ великихЪ затрудненій.
При производстве сихЪ опытовЪ надЪ такими телами, а каковыхЪ теперь речь идетЪ, встречались мне больше или меньше скучныя затрудненiя, которыя однако напоследокЪ удалось мне почти вовся уничтожить посредствомЪ следующей выдумки:
Уверившись изЪ многихЪ предварительныхЪ опытовЪ о томЪ, что Гальвани – Вольтовская жидкость не можетЪ проходить чрезЪ хорошiй красный сургучЪ и воскЪ, и что она не разрешала воды при посредстве сихЪ телЪ, покрывалЪ я которымЪ нибудь изЪ оныхЪ медныя и железныя, толщиною вЪ половину линеи, разгоряченныя проволоки, оставивЪ не покрытыми на одну или две линеи самые только ихЪ концы, дабы т.е. чрезЪ оные безпрепятственно могла переходить Гальвани – Вольтовская жидкость вЪ составЪ изследываемыхЪ телЪ.»
Используемая в опытах медная, железная и серебряная проволоки уже производились промышленностью, во всяком случае, Петров указал в своем докладе цены на проволоку из серебра.
Также достоверно известно, что не позднее осени 1812 года Павел Шиллинг использовал в Санкт-Петербурге для подрыва мины в воде электрический кабель с изоляцией. Он был изготовлен кустарным способом, но где именно – установить достоверно невозможно.
В мае 1837 года «Комитет для рассмотрения электромагнетического телеграфа», созданный правительством в 1836 году с морским министром Меньшиковым Александром Сергеевичем во главе, предписал Шиллингу устроить телеграфное сообщение между Петергофом и Кронштадтом, для чего составить проект и смету. В первой – сухопутной части – линии телеграфа Шиллинга провода были заключены в стеклянные трубки. Стыки трубок прикрывались резиновыми муфтами из гуттаперчи, обмазанными особым составом. Отдельные провода, заключенные в стеклянную трубку, были изолированы друг от друга при помощи бумажной пряжи и соединялись простой скруткой. Вся конструкция «кабеля» помещалась в прообраз современной кабельной канализации – просмоленные деревянные короба, зарытые в грунт. Выполнить полностью поручение и реализовать этот проект ученый не успел: летом 1837 года Павел Львович Шиллинг скончался.
В 1839 г. с санкции российского императора Николая I (предписание № 3042 от 19 октября 1839 г.) по ходатайству генерал-адъютанта К.А. Шильдера был образован специальный «Комитет о подводных опытах», ставший первым российским минным учреждением.
17 июля 1839г. министр народного просвещения Уваров (прямой начальник профессора Якоби) прислал Б.С. Якоби следующее предписание: «При производстве опытов над предложенною генерал-адъютантом Шильдером системою обороны крепостей, оказалось, что способ воспламенения мин посредством гальванизма не вполне удовлетворителен. Генерал-адъютант Шильдер донес, что имеет в виду получить от Вас улучшенный Вами гальванический снаряд для воспламенения мин для употребления при лейб-гвардии Саперном батальоне. По доведении о сем до сведения Государя Императора, его Величество высочайше повелеть соизволил поручить Вам заняться устройством улучшенного Вами снаряда для воспламенения мин на следующих основаниях:
1. Устроить для лейб-гвардии Саперного батальона образцовый гальванический снаряд по улучшенному способу, могущий действовать, на первый случай, на расстоянии до 500 футов, так, чтобы снаряд сей во всех случаях мог быть удобно, скоро и верно приготовляем к действию, при возможной простоте конструкции.
2. К таковой батарее заготовить достаточное количество зажигательных трубок для
произведения нужных опытов.
3. Составить меморию, в которой бы:
а) сколько возможно яснее изображены были правила для употребления таковых
гальванических снарядов;
б) означена была соразмерность величины снаряда с расстоянием, на которое предполагается произвести действие;
в) была определена пропорциональная толстота гальванических проводников относительно расстояния, на которое нужно действовать, и величина бекета (деревянного станка, в который вкладывалась пластинка «вольтова столба»);
г) было объяснено, каким способом наиудобнее устраивать зажигательные трубочки.
Во исполнение сей Высочайшей воли предлагаю Вам заняться вышеупомянутым предметом. А как все, произведенные доныне, по сему предмету действия и испытания по Высочайшему повелению хранятся в тайне, то я вменяю Вам в обязанность прекратить производимые Вами в присутствии посторонних лиц опыты сего рода, относящиеся к военному употреблению».
В 1840 г. была сформирована «Учебная команда при Лейб-гвардии саперном батальоне для технического обучения гальванизму и способам применения его в военном учреждении» со сроком обучения около года, а также мастерская для изготовления необходимого оборудования и приборов.
16 января 1840 года была сформирована Особая учебная команда «для теоретического обучения гальванизму и способам применения его в военном употреблении», в состав которой входили один поручик, унтер-офицер и два рядовых от каждого батальона или бригады.
В 1840 году Борису Семёновичу сообщили, что «для помещения секретной мастерской гальванических проводников и команды при оной отведены казематы верхнего этажа левой половины Петропавловской куртины с приспособлением кухни в казематах аппарели бастиона Петра II».
6 июня 1840 года Поступила записка академика Якоби с требованием 207 руб. 77 коп. для уплаты мастерам за изготовление гальванических проводников и колодочек. Это первое известное нам свидетельство документально оформленной оплаты за изготовление изолированного кабеля. Иными словами, первое специализированное российское опытно-промышленное предприятие по изготовлению изолированного кабеля для военных целей начало свою деятельность между 16 января и не позднее 6 июня 1840 года, записка генерал-лейтенанта Саблукова об использовании телеграфа для своевременного воспламенения мин подана 6 апреля 1840 года.
16 ноября поступила записка академика Якоби в Комитет, где говорилось следующее:
«Также узнано, что пороховой заряд, вложенный в двойной деревянный или железный, хорошо осмоленный, ящик, может противостоять воде в продолжение почти неограниченного времени, и сохранять удобозажигаемость в той же силе. Гальванические проводники не могли еще достичь того совершенства, и надобно сознаться, что средства отделить (изолировать) их под водою еще много оставляют желать. Приготовление сих проволок должно тщательно относиться к расстоянию, на котором их предполагают употребить, и по времени, в продолжение которого они назначены быть под водою. Опыты, которые ныне проводятся для приноравливания гальванизма к одному делу (имеются в виду работы над электрическим телеграфом), где требуется самое совершенное отделение (изоляция) проводников, и другие опыты… непременно произведут точные и плодотворные заключения. Но, не считая усовершенствований, которые со временем получит отделение (изоляция) проводников, можно уже теперь наверно определить, что употребляемые способы, которые ныне в употреблении, с той осторожностью и тщательностью, с которою в последнее время привыкли действовать при наших опытах, то можно зажечь подводную мину на расстоянии 2 верст с вероятностью 19 к 20, т.е., что наверно не будет более 1 из 20 мин, которые изменят (полагая, что число их будет столь значительно).»
Проблема изоляции телеграфных линий стояла все так же остро, как и при Шиллинге. Так, попытки проложить телеграфные линии под землей потерпели неудачу, а предложение о воздушных линиях долгое время отвергал правительственный комитет. Якоби проводил все новые и новые опыты, направленные на решение проблемы изоляции телеграфных линий под землей. Ученый использовал стекло, кость, смолу, глину, шелк, хлопчатобумажные, шелковые и суровые нитки, бумагу, картон, волос, деготь, растительное масло, сало, квасцы. Далее он начал комбинировать все перечисленные материалы, получая изоляционные мастики. Наиболее удачной оказалась мастика, состоящая из равных частей каменноугольной смолы, мела и молотого стекла. В конце концов при прокладке телеграфного провода от Зимнего дворца к дому министра путей сообщения и публичных зданий в 1842 году Якоби нашел лучший изолятор для линий – каучук. Ранее была проложена линия между Зимним дворцом и Главным штабом. Работы прошли успешно, и Борис Семёнович принялся за проект телеграфной линии между Петербургом и Царским Селом, вдоль первой железной дороги. Новая линия была в 10 раз длиннее предыдущих. Однако здесь ученого вновь ждало множество проблем, связанных с изоляцией проводников под землей. Якоби лично проверил качество ее выполнения, но стабильной работы линии добиться так и не смог, утечка тока все росла. Под воздействием экстракока, линейный электромагнит замыкал контакты местной цепи. Чтобы компенсировать данное явление, Якоби вновь приступил к опытам и изобрел поляризационную платиновую батарею. Контрбатарея, как назвал ее ученый, посылала в линию ток, встречный экстракоку, и его воздействие нейтрализировалось. Что интересно, метод контрбатареи был признан по всему миру, а английские ученые даже использовали его при прокладке трансатлантического кабеля. Изобретение стало знаменательным и для самого Бориса Семёновича: ученый занимался его разработкой до конца своей жизни: последний свой день он провел за подготовкой статьи на эту тему, которую, к сожалению, так и не успел закончить.
24 ноября 1843 года эксплуатация телеграфной линии между Петербургом и Царским Селом была передана персоналу лейб-гвардии саперного батальона. Все линии были предназначены для правительственного использования, а телеграфные аппараты оформлены в виде дорогих изящных конторок: из карельской березы для Николая I и из красного дерева для сановников.
В 1845 г. впервые в России был устроен «Электро-Магнетический Телеграф по Методе Морса». Строила его телеграфная рота под руководством инженера-полковника В.С. Глухова. Фирма «Морзе» во главе с её представителем в России – Робинсоном обеспечила строительство как аппаратурой, так и проводами. Это была воздушная линия не изолированного провода. Она не прижилась: в 1848 г. телеграф был закрыт. Причиной закрытия явились частые грозовые разряды (молнии), которые нарушали действие связи, а также частые кражи медной проволоки воздушной линии связи.
Преемник Шиллинга академик Якоби продолжил работу над подземным кабелем. В том же 1845 г. Якоби приступил к работе по укладке подземного небольшого кабеля электротелеграфа на опытном участке ж.д. Петербург-Москва, но из-за ранних и сильных заморозков её пришлось отложить. Тогда Б.С. Якоби составил другой проект, и осенью 1846 г. под его наблюдением была проложена линия подземного телеграфа (около 2 км) от пассажирского здания в Петербурге до Обводного канала. Второй опыт устройства Якоби телеграфной линии для ж.д. имел место в 1847 г. вдоль построенной ветки: Московский вокзал- Александровский завод, а это уже 6,5 км. В 1848 г. Якоби из-за постоянного и бесцеремонного вмешательства Клейнмихеля в электротехнические проблемы отказался от продолжения опытов. Другая версия говорит о разногласиях ученого и чиновника. Якоби по опыту знал, что «…при прокладке электрического телеграфа самой трудной и важной частью являются провода, а не аппараты». Поэтому, стараясь добиться надежной изоляции проводников, он провел опыты со стеклом, глиной, салом, смолой хлопчатобумажными и шелковыми нитками, комбинируя их и изготавливая изоляционные мастики. Экспериментировал он и с новым материалом – гуттаперчей. Оказывается и специальных дорогостоящих машин, необходимых для оплётки проводов гуттаперчевыми лентами, не имелось в наличии(Примечание ИНФОЛОМ: они имелись в то время только у мирового монополиста GuttaPercha Company, а использовавший подобные машины их бывший компаньон проиграл патентный спор в суде и разорился). Из-за невозможности добиться хорошей изоляции проводов Б. Якоби предложил строить воздушную линию, тем боле, что в Европе уже начинали отказываться от подземной прокладки. Предложение Якоби было отклонено: по мнению Клейнмихеля «…телеграфная линия на столбах ненадежна, каждый бунтовщик может порвать провода, и тем самым лишить самого монарха пользования телеграфом».
За рубежом первый кабельный завод был открыт в 1848 году, компанией GuttaPercha Company (https://en.wikipedia.org/wiki/Gutta_Percha_Company). Второй кабельный завод был сделан компанией Siemens & Halske, получившей потом подряд на изготовление телеграфа для российского правительства. Но вот необходимую для изоляции кабеля гуттаперчу все же переходилось покупать через английского монополиста. Siemens & Halske избежала патентных споров с англичанами во многом потому, что применяла кабель для военных целей и секретность помешала удостоверить в суде наличие возможного факта нарушения интеллектуальной собственности. Николай I видел успехи российского производства кабеля на основе изоляционных мастик из российских материалов(они таки были!), но до изобретения полипропилена реального конкурента гуттаперчи как основы для оболочки подводного кабеля просто не имелось, так что основной причиной обращения царя Николая I к Сименсу был доступ к гуттаперче через Пруссию. Академик Якоби сделал более совершенный телеграфный аппарат и разработанная им теоретическая основа работы телеграфа на тот момент была самой передовой в мире, но вот обеспечить поставку гуттаперчи для сотен километров подземного кабеля в условиях войны с Англией он не мог никак, потому и не мог сделать качественную прокладку подземного кабеля. А Сименс смог путем «серого импорта» гуттаперчи через Пруссию.
Историческим фактом является протяженная подземная кабельная линия телеграфа в 1850 году. В 1850 г. Людерсу было доверено осуществить проект прокладки подземной телеграфической линии на всей длине ж.д. Петербург-Москва. Линия устраивалась в виде изолированных двух медных проводов, помещенных в общую оплётку кабеля, уложенного в стеклянные трубки. В качестве изоляции трубок применялась гуттаперча, а кабель покоился на деревянном смоляном ложе, закопанном в грунт вдоль ж.-д. пути у шпал на глубину 60-100 см. На 33-х промежуточных станциях были установлены приёмно-отправочные электромагнитные телеграфные аппараты системы Сименса ( по одной на станцию), а на конечных станциях – по два аппарата системы Морзе. В ноябре 1949 г. на территории Московского вокзала в Ленинграде при строительстве метрополитена на глубине 85 см под землей был найден деревянный брус, пропитанный дегтем с проводом, заключенным в стеклянную трубку. Находку доставили в лабораторию электрических линий Ленинградского электротехнического института инженеров железнодорожного транспорта. По всем признакам было установлено, что она представляет собой часть кабеля, проложенного при устройстве телеграфной линии вдоль Петербурго-Московской магистрали в 1850 г..
И если проводник без изоляции еще в 1845 году смогла поставить компания Морзе, то до 1848 года купить именно кабель в изоляции было просто не у кого, и его делали сами на основе самостоятельно разработанных мастик. В крымскую войну кабель с гуттаперчевым покрытием стали заказывать на заводе Кирштена в Санкт-Петербурге (открыт в 1832 году, в 1852 году остался единственным работающим заводом Петербурга, остальные обанкротились). Его качество поначалу сильно страдало. Академик Якоби писал: «Испытание гальванических проводников представляло очень тягостную работу. Оно производилось посредством весьма сильной батареи в 96 элементов и чувствительного мультипликатора (прибора для измерения слабых гальванических токов), на котором малейшее отклонение стрелки наблюдалось помощью микроскопа, что давало возможность открыть и тотчас исправить самые незначительные погрешности. Случалось, что полные отпуски (партии продукции) с фабрики были отправляемы назад, за их негодностью. И чем более улучшалась работа, тем наши требования возрастали. Если в начале принимались проводники, показывавшие на бусоли от 1,5° до 2° отклонения, то впоследствии допускались лишь те, которые заставляли стрелку отклоняться не более чем на 2/3 градуса. Нельзя умолчать, что в настоящее время эти испытания производятся еще с большей строгостью, благодаря устроенной в Адмиралтействе новой бусоли, стрелка которой привешена на шелковой нити. Не одни магистральные проводники, но и все отдельные ветви, в числе 900 или 1000 штук, подвергались тому же строгому испытанию.»
К приготовительным работам кабельного производства можно отнести и приготовление осмоленного каната, длиною в 1 версту, из 10, соединенных клетневкою отдельных проводников, из коих каждый предварительно обвит был пенькою и осмолен; необходимость его сказалась впоследствии на каменистой отмели, окружающей Кронштадтскую косу. Замечательно, что этот канат весьма хорошо сохранился. Подобный малоценный способ предохранения проводников от порчи может быть введен в употребление при расположении подводных телеграфических сообщений». Б.С. Якоби мыслит широко, отмечая возможность применения открытого способа предохранения проводников от порчи не только в минном деле, но и в других областях, в частности, в организации телеграфного сообщения.
После Крымской войны кабель стал поставляться и Сименсом, и возможно GuttaPercha Company, тогда как организатора российского производства кабеля Бориса Якоби отстранили от данного вопроса в 1857 году. Сименс открыл свой торговый дом в Санкт-Петербурге в 1856 году и конкуренты в виде российских инженеров и изобретателей ему были не нужны.
При обороне Севастополя широко применялась минная война на суше. Подземные галереи для закладки зарядов под позициями врага копали с обеих сторон, но как писала тогда лондонская газета «Таймс»: «Нет никакого сомнения, что пальма первенства в минно-подрывной войне принадлежит русским». Союзники применяли огневой способ подрыва, то есть бикфордовым шнуром, с 22 % отказов, а российские саперы – электрический, с запалом, и отказов при взрывах и у них был всего лишь 1 %. Массово внедривший и первый в истории применивший во время осады Силистрии еще в 1829 году запал с электродистанционным подрывом по кабелю генерал Шильдер погиб во время Крымской войны.
В морской войне русскую столицу защитили минные поля академика Якоби. Мины соединялись кабелем с батареей на берегу и при касании мины своим кораблем ничего не случалось, так как в мирное время на кабель не подавался ток и взрыватель не срабатывал. В военное же время при приближении вражеских кораблей ток подавался на минное поле и касание кораблем мины приводило к взрыву. Минное поле можно было поставить заранее и для коммерческих судов в мирное время оно было совершенно безвредным. На минных полях в Крымскую войну подорвалось несколько английских кораблей, после чего идея бомбардировки Санкт-Петербурга с последующей высадкой десанта отпала в принципе.
Успех российского минного оружия не был бы возможен без собственного производства изолированного кабеля опытно-промышленным производством в Петропавловской крепости и исследований физика Петрова, академика Якоби, дипломата и криптографа Шиллинга и генерала Шильдера, стоявших у истоков российской кабельной промышленности.
Хроника открытия и производства кабеля
Апрель 1802 года – профессор физики Василий Петров изобретает провод с покрытием сургучом и воском для подачи энергии на электрическую дугу.
Лето 1812 года – Павел Шиллинг взрывает подводную мину путем подачи энергии по кабелю с изоляцией.
В 1832 году в Санкт-Петербурге открылся резиновый завод Кирштена, и в 1844 году еще одна фабрика резиновых изделий. Годовой оборот составил 90 тыс. руб.
19 октября 1839 г. по предписанию Николая I № 3042 по ходатайству генерал-адъютанта К.А. Шильдера был образован специальный «Комитет о подводных опытах», к ведению которго относился вопрос о производстве изолированного кабеля.
Между 16 января и не позднее 6 июня 1840 года открыто первое специализированное российское опытно-промышленное предприятие по изготовлению изолированного кабеля для военных целей в Петропавловской крепости. Выделка кабеля осуществлялась вручную, с изоляцией мастиками из российских материалов.
24 ноября 1843 года эксплуатация телеграфной линии, сделанной из российского кабеля, между Петербургом и Царским Селом была передана персоналу лейб-гвардии саперного батальона.
В 1845 г. впервые в России был устроен «Электро-Магнетический Телеграф по Методе Морса» с применением воздушного провода без изоляции.
В 1848 году компанией GuttaPercha Company открыт первый кабельный завод с машинным производством гуттаперчевого кабеля.
В 1848 году компанией Siemens & Halske открыт второй кабельный завод.
В 1850 году начались поставки гуттаперчевой основы кабеля в Россию для последующего армирования и применения на телеграфе между Москвой и Петербургом.
6 февраля 1854 года Морской ученый Комитет на своем заседании рассматривает представленный Б.С. Якоби «Проект цепи подводных мин для постановки между форта-ми Александр I и Рисбанк (Павел I)». Проволочные изолированные проводники для мин в количестве 5600 сажен заказаны Санкт-Петербургскому заводу резиновых изделий Кирштена.
9 декабря 1854 года правительство лорда Абердина вынуждено было заключить контракт с R. S. Newall & Co. по прокладке 400 миль подводного телеграфного кабеля между Варной и Балаклавой.
13 апреля 1855 года гуттаперчевый подводный кабель соединил англо-французские войска в Крыму с европейскими странами, став на тот момент самым протяженным подводным кабелем в мире.
В апреле 1855 года академик Якоби разработал первую методику тестирования кабеля на пригодность: производилась отбраковка кабеля для морских мин по новому методу.
22 сентября 1855 года 12000 саженей гуттаперчевых проводников отправлены из Санкт-Петербурга для минного заграждения для обороны Николаева. Нигде более, кроме как в Петербурге, изолированный кабель в России не производился.
11 ноября 1855 года в докладе адмирала Литке делается акцент на дефицит кабеля для морской обороны Кронштадта: «Гальванические мины с этой стороны нельзя употребить по совершеной невозможности заготовить к сроку огромного количества проводников и других приборов».
К 16 марта 1856 года на фабрике Кирштена (Санкт-Петербург) заказано 160 верст кабеля из гуттаперчи для минных заграждений.
В 1856 году Сименс открывает торговый дом в Санкт-Петербурге. Крымская война окончена.
В 1857 году Борис Якоби отставлен от вопроса научных разработок для производства кабеля в России. Поставки кабеля становятся полностью импортными. Фабрика Кирштена переходит на производство обуви и становится частью монополистического объединения торговцев резиной.
