Чтобы оценить научный и гражданский подвиг Штейнмеца, стоит немного рассказать о том времени, когда он начал свои пионерские исследования. В те годы с невиданной остротой развернулась борьба между сторонниками постоянного и переменного токов. Машины и аппараты постоянного тока, а также электрическое освещение уже около двух десятилетий применялись в промышленности и быту. Владельцы электротехнических предприятий видели в переменном токе угрозу своим капиталам и опасались конкуренции. Их поддерживали многие ученые и инженеры, не верившие в практическое применение переменного тока.
В качестве примера достаточно привести позицию самого знаменитого изобретателя и предпринимателя Т. А. Эдисона, на предприятиях которого выпускались машины, аппараты и приборы постоянного тока. Когда в 1889 г. Эдисона пригласили ознакомиться с трехфазным двигателем Доливо-Добровольского, он не только отказался от приглашения, но и во всеуслышание заявил: «Нет, нет, переменный ток – это вздор, не имеющий будущего. Я не только не хочу осматривать двигатель переменного тока, но и знать о нем!»
По словам одного из биографов Эдисона, «король изобретателей», как его называли, проживший долгую жизнь (1847–1931) и ставший живым свидетелем грандиозных успехов переменного тока, много отдал бы, чтобы забрать сказанные им слова.
Сторонники постоянного тока прилагали все усилия, чтобы скомпрометировать своих конкурентов. Так, например, введение смертной казни на электрическом стуле в одном из штатов Америки в 1889 г. наглядно подтверждало опасность переменного тока высокого напряжения для человеческой жизни.
Выступая в защиту применения переменного тока, Штейнмец впервые убедительно доказывал, что анализ процессов в таких цепях возможен только с помощью высшей математики, которой инженеры владели недостаточно или не знали вовсе. Он разрабатывает «символический» метод расчета сложных цепей переменного тока, принесший ему всемирную известность. Ученый доказал, что использование векторных диаграмм, применявшихло точных результатов. Наиболее эффективным, по его мнению, было применение комплексных чисел, позволявших заменить геометрические операции над векторами алгебраическими действиями с комплексными числами.
Символический метод быстро получил распространение, вошел в учебники и с успехом применялся инженерами-электриками и радиотехниками. Прошло уже более века, но и в наши дни он является основой для анализа и расчета цепей переменного тока. Сам Штейнмец считал, что разработанный им метод является самым крупным вкладом, сделанным им в теоретическую электротехнику.
Первый доклад Штейнмеца под названием «Комплексные числа и их применение в электротехнике» был сделан в 1893 г. в Чикаго на Международном электротехническом конгрессе. Его выступление было названо специалистами «замечательным и классическим». Кстати, участником этого конгресса был молодой талантливый ученый, будущий изобретатель радиоприемника А. С. Попов.
Штейнмец старается быстрее разработать учебное руководство для студентов и в 1897 г. издает свой первый фундаментальный труд «Теория и расчет явлений переменного тока», вскоре переведенный на немецкий и французский языки, а к 1916 г. этот труд уже выдержал пять (!) изданий.
Ученый, инженер, конструктор, Человек
Авторитет Штейнмеца стремительно возрастает, и он становится одним из ведущих ученых-электротехников мира. Его называли «фонтаном идей» и «чудодеем электротехники». Владельцы GEC говорили, «...что их главный капитал не в сотнях миллионов долларов, а в гениальном мозгу доктора Штейнмеца». Что же касается его социал-демократических убеждений, то хозяева концерна считали это «чудачеством гения».
Диапазон научных и экспериментальных исследований Штейнмеца поразителен, он практически охватил все важнейшие направления сильноточной электропромышленности. Среди патентов на его изобретения – генераторы и электродвигатели, трансформаторы, разрядники, электротермические и светотехнические устройства, выпрямительная техника.
Каждый раз, когда возникала потребность в совершенно новых машинах и аппаратах, обращались к Штейнмецу. Так, в 1903 г. известный американский изобретатель в области высокочастотной техники и радио, пионер радиолокации Р. О. Фессенден попросил Штейнмеца помочь ему в разработке высокочастотного генератора, сообщив основные параметры машины. Штейнмец построил один из первых в мире оригинальных высокочастотных генераторов, вырабатывавший ток с частотой 10 килогерц. Это был его заметный вклад в развивавшуюся радиосвязь. Позднее на основе его разработок в США были созданы генераторы с частотой 75 и 100 килогерц.
Штейнмец заинтересовался еще одной, мало изученной проблемой – защитой линий электропередач и электросвязи от ударов молнии. Электрические разряды в атмосфере давно привлекали внимание ученых разных стран, были созданы молниеотводы и громоотводы, но подлинная физическая сущность процессов не была установлена.
Штейнмец сам был свидетелем разрушительного действия работал летом, буквально был разгромлен, повреждены стволы деревьев и крупные вещи в доме, в частности, вдребезги было разбито зеркало. Внимательно осмотрев домик, Штейнмец собрал куски зеркала, расположив их между листами стекла, и сумел обнаружить путь разряда. Это был своеобразный «портрет» молнии – никто до него не создавал подобного «макета».
Но чтобы изучить физику атмосферных разрядов, нужно было создать генератор импульсов высокого напряжения, своеобразной искусственной молнии. В наше время такие генераторы широко используются в заводских испытательных лабораториях и в различных установках, известных под названием ГИН.
В 1921 г. Штейнмец спроектировал уникальный для того времени ГИН, изготовленный на одном из заводов фирмы, позволявший получать напряжение до 120 киловольт при мощности около 1 млн лошадиных сил. С помощью такого ГИН’а он сумел в общих чертах описать физические процессы, сопровождавшие удары молнии. Вскоре он спроектировал и построил более мощный ГИН, но новые опыты ему не суждено было осуществить из-за внезапной кончины.
Ученики и последователи Штейнмеца сумели создать ГИН на 10 тыс. киловольт (такого еще не было), который демонстрировался на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 г. Зал, где был установлен ГИН, назывался Steinmetz Hall.
Кроме фундаментальных исследований в области теоретической электротехники и огромного числа инженерных решений в электротехнической промышленности Штейнмец интересовался, как уже отмечалось, и проблемами электросвязи, ему принадлежат оригинальные труды по термодинамике, теории излучения, теории относительности, астрономии и метеорологии. Можно только удивляться тому, что это сделано одним человеком. Заметим еще раз, что многие его труды были переведены на другие языки.
Штейнмец был первым известным зарубежным ученым-электротехником, с восторгом воспринявшим известие о плане ГОЭЛРО, и опубликовал в авторитетном американском журнале «Электрикал уорлд» большую статью «Советский план электрификации России». Он призывал американские фирмы оказать России финансовую помощь для реализации плана. Об этом он написал В.И. Ленину и сожалел, что по состоянию здоровья не может посетить Россию. Ленин ответил Штейнмецу очень доброжелательным письмом, и они обменялись фотографиями.
Велики заслуги Штейнмеца в подготовке высококвалифицированных инженеров-электриков в США. С 1903 г. он стал профессором Юнион-Колледжа в Скинектеди, был автором многотомной библиотеки учебных пособий, подготовил немало специалистов для работы на предприятиях GEC.
В 1902 г. Гарвардский университет присвоил Штейнмецу ученую степень магистра искусств, а Юнион-Колледж – степень доктора философии. Он был президентом Американского светотехнического общества. Штейнмецу было всего 36 лет, когда он стал президентом Американского института инженеров-электриков. Этот институт наградил его почетной золотой медалью Эдисона.
О поразительной скромности Штейнмеца говорит его поистине спартанский образ жизмфорту и роскоши, не имел своего автомобиля, не носил модных костюмов, ел простую, скромную пищу. Он всегда был поглощен идеями и творческой работой.
Его дачный домик, где он любил жить летом, – это небольшая бедно обставленная комната с огромным рабочим «плотницким» столом, похожим на верстак. В столе было много ящиков, где лежали необходимые книги и рукописи, все было удобно для черчения и письма. В домике даже не было телефона. Широко открытое окно выходило в небольшой садик, откуда доносилось пение птиц. Штейнмец очень любил природу, птиц, животных и трогательно относился к детям, которых всегда щедро угощал, а они гурьбой бегали за ним, называя его Daddy Steinmetz!
За его уродливой внешностью скрывалась душа доброжелательного человека, всегда готового помочь каждому, кто в этом нуждался. Он имел на фирме открытый счет, но никогда не копил денег, раздавая их бедным. После его смерти не осталось никаких сбережений.
Всю жизнь, несмотря на слабое здоровье, Штейнмец, превозмогая недуги, неустанно трудился. Незадолго до смерти он принял приглашение посетить Западные штаты и выступить с докладами. Особым успехом пользовались его лекции «Электричество и цивилизация», которые нередко посещали до 5 тыс. человек. Интересная, но утомительная поездка резко ухудшила состояние здоровья Штейнмеца, и 26 октября 1923 г. он скончался в возрасте 58 лет. Как много он мог еще сделать, если бы прожил, как, например, Эдисон и Тесла более 80 лет!
Вся Америка скорбила в связи с кончиной Штейнмеца. Когда гроб с его телом опускали в могилу на кладбище в Скинектеди, на предприятиях гигантского концерна GEC были прекращены на 5 минут все работы.
Список литературы
1. Белькинд Л.Д. Чарльз Протеус Штейнмец. – М.: Наука, 1965.
2. Шателен М.А. Профессор Ч. Штейнмец // Электричество. 1923. № 12.
3. Шнейберг Я.А. Письмо из-за океана // Наука и жизнь. 1980. № 4.
4. Шнейберг Я.А. (соавтор) История электротехники / Под ред. акад. И.А. Глебова. – М.: Изд. МЭИ, 1999.