Тысяча изобретений велосипеда

Обычный вечер вторника, площадка перед одним из павильонов на ВДНХ. Человек в камуфляже едет на велосипеде старинной модели «пенни-фартинг». Той самой, где одно колесо огромное, а другое малюсенькое. За рулём один из крупнейших в мире знатоков велосипедного дела — Андрей Мятиев.

Андрей ведёт нас по залам выставки, на которой представлено 150 моделей велосипедов из коллекции, собранной им почти за тридцать лет.

— Велосипед — это первое в истории личное самодвижущееся транспортное средство. Личное! — подчёркивает Мятиев. — Другие — пароход, поезд — не были индивидуальными.

— А лошадь?

— Лошадь надо было кормить, ухаживать за ней. Нельзя было сесть на неё и поехать куда глаза глядят, в кругосветное путешествие. Именно велосипед подарил человеку настоящую свободу передвижения.

Про свободу одними из первых поняли феминистки XIX века. Они взяли велосипед в союзники — и не прогадали. Дело в том, что дамы не могли кататься на нём как минимум по двум причинам: в классическом женском наряде это было страшно неудобно, да и неприлично. Но самые смелые представительницы слабого пола добивались своего. В итоге для езды был придуман так называемый дамский рациональный костюм с шароварами. Феминистки ликовали и всячески прославляли женский велоспорт, женские права и брюки, которые в первую очередь разрешили носить наездницам и велосипедисткам.

Часть 1. Легенды и машина для бега

// Эпоха Возрождения-1817 год

У этого благородного вида транспорта много отцов. Некоторые из них мифические. Одна из легенд приписывает авторство Леонардо да Винчи. Мол, в его дневниках есть чертёж устройства, напоминающего велосипед — правда, без сиденья, руля и возможности поворачивать переднее колесо. Андрей Мятиев  сомневается в достоверности изображения:

— Считается, что рисунок был подделан студентами, которые разбирали архив Леонардо да Винчи, в 70-е годы XX века. Он, конечно, гений, но и он вряд ли мог придумать с нуля такую конструкцию. Современный велосипед прошёл долгий путь проб и ошибок, и это видно на рисунке, вот в чём фокус.

Другая легенда гласит, что примерно в 1801 году первый велосипед — двухколёсный, цельнометаллический — сконструировал крепостной уральский крестьянин Ефим Артамонов. И сгонял на нём в Москву на коронацию императора Александар I, за что получил вольную.

Трогательно. Но…

— Ни в документах, ни в газетах того времени Артамонов не упоминается. Эту историю начали раскручивать в начале XX века, когда нужно было создать иллюзию приоритета России во всех сферах. Тогда у Артамонова появились имя, отчество, годы жизни и масса других подробностей. А тот велосипед, что ему приписывается, был создан на сто лет позже.

Известна также история о том, как в 1791 году во Франции граф де Сиврак построил деревянный двухколёсный самокат, «ездить» на котором надо было, отталкиваясь от земли. Но документальных подтверждений этому не сохранилось.

— Чтобы не плодить домыслы, исследователи договорились, что первый реальный прототип велосипеда создал в 1817 году немецкий барон Карл Фридрих фон Дрез, — резюмирует Андрей. — Он свою «машину для бега» запатентовал.

Эта машина не была велосипедом в современном смысле, поскольку, чтобы катиться, нужно было постоянно отталкиваться от земли. Зато переднее колесо было поворотным, что позволяло даже выписывать круги. В России это устройство стали называть «дрезиной». Оно также послужило прототипом той дрезины, что бегает по рельсам.

Часть 2. Эпоха костотрясов

// 50–60-е годы XIX века

Примерно через сорок лет после появления дрезины каретный мастер Пьер Мишо сконструировал первый агрегат, который стали называть «велосипедом» (от лат. velox «быстрый» и pedis «нога») Также он получил название bone shaker, по-русски «костотряс».

— Мишо закрепил педальный привод на переднее колесо, сделал подпружиненное седло и тормоз. В это же время появилась подвеска обоих колёс, амортизация, свободный ход, — рассказывает Андрей, — а также система перемены передач. Но она не прижилась. Это было дорого, ненадёжно и слишком эксцентрично. Её время наступило позже. Вообще практически все технологии, которые лежат в основе современных велосипедов, изобрели более ста лет назад

На моделях этого времени встречается интересная деталь — педаль с привинченным грузиком, который помогает ей не переворачиваться и всегда находиться лицевой стороной к велосипедисту. Что касается колёс, то они были деревянные и оковывались металлом. Скорость костотряса была невелика — 15 километров в час.

Что важно, Пьер Мишо ввёл понятие серийности продукта и заменяемости деталей. Буквально через два года после появления костотрясов предприимчивый механик начал производить их партиями.

— А когда появились детские велосипеды?

— Тогда же, когда и взрослые. Дети ездили на маленьких костотрясиках.

Часть 3. Эпоха «пауков»

// 70-е годы XIX века

На смену костотрясам пришли «пауки» — велосипеды с колёсами разного диаметра. «Пауками» их называли то ли из-за спиц в колёсах, то ли из-за согнутой позы, которую вынуждены были принимать иххозяева. Такое наименование бытовало в России, а в Англии, Франции и Германии говорили «высокий велосипед».

Конечно, нас с коллегой давно мучил вопрос:

— Зачем же переднее колесо было таким огромным?

—Чем больше диаметр колеса, чем больше путь, проезжаемый за один оборот педалей и выше скорость. На гонках спортсмены развивали до 35 км в час.

— Колёса всё ещё были деревянными?

— Нет, уже полностью металлическими, покрывались резиновым жгутом. Надо сказать, что конструкторская мысль в те годы рванула вперёд. Появление велосипеда спровоцировало новый виток развития материаловедения и технологий — создавались специальные сплавы, способы пайки и сварки, расчеты трубчатых конструкций.

В то же время появились трициклы — массивные трёхколёсные велосипеды. Как мы уже говорили, дама не могла просто взять и сесть на двухколёсный велосипед — из-за отсутствия удобной красивой одежды и из боязни столкнуться с общественным порицанием, ведь её могли просто освистать! Выезд на трицикле выглядел не так вызывающе.

Часть 4. Золотое время

// Конец XIX века

В 1885 году появилась первая промышленная модель велосипеда с цепным приводом заднего колеса. И в моду снова — теперь уже навсегда — вошли велосипеды с одинаковыми по размеру колёсами. Они стали называться safety («безопасные»). Первую такую модель сконструировал английский изобретатель Джон Старли — его Rover был уже очень похож на современный велосипед.

В эти же годы появилась замкнутая рама «диамант» — два треугольника, образованные пятью трубами различной толщины и формы. Такая система используется и сейчас.

А что же с шинами? Первые пневматические шины появились в сороковых годах XIX века, но не нашли практического применения и были забыты. В 1888 году шотландец Джон Данлоп изобрёл пневмошины из каучука, более практичные, чем их предшественники и получил патент на их конструкцию и конструкцию вентиля, удерживающего воздух в шине. Однако, прошло немало времени, прежде чем пневматические шины стали удобными и практичными.  Была придумана уйма замков, чтобы крепить покрышку на ободе,  систем вентилей, чтобы держать воздух внутри камеры, появились покрышки, сделанные из ткани, пропитанной вулканизированной резиной… Благодаря им езда на велосипеде стала гораздо удобнее.

В общем, девяностые годы XIX столетия недаром называют золотом веком велосипедистов.

Часть 5. Буйство фантазии

// Первая половина XX века

Разнообразие конструкций велосипеда удивляет безмерно. В начале XX века они стали появляться как грибы после дождя. Придумывались разные системы перемены передач, менялась форма рамы и руля.

— Сначала считалось, что руль должен быть большим, мощным. — Объясняет Мятиев. — Потом он стал оптимизироваться. Крайности были всегда. Постепенно стало ясно, что для достижения высоких скоростей надо улучшать аэродинамику, велосипедисту следует сгибаться, чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Руль — это взаимосвязь посадки, аэродинамики, удобства и, простите, понтов.

Еще в 1890-е годы велосипеды стали применяться для военных нужд. От степени их лёгкости и компактности зависели человеческие жизни. Поэтому большой популярностью пользовались складывающиеся модели.

В 1930-х  годах появилась знакомая нам система переключения передач, а в 1950-х  известный в то время велогонщик Туллио Кампаньоло придумал систему переключения передач, использующуюся и поныне.  С этого момента облик велосипеда, в принципе, уже не менялся. Дальнейшие изыскания были связаны в основном с поиском более лёгких материалов.

— После дерева какой материал был основным для велосипеда?

— Сначала брали сталь, потому что алюминий сваривать ещё не умели. Его начали применять, когда появились современные технологии обработки — в 20–30-е годы XX века. В 80-х начали массово производить велосипеды из титана, углепластика.

— В XX веке у человека появился ещё один вид личного транспорта – автомобиль. Что он унаследовал от велосипеда?

— В общем и целом он вырос из своего «старшего брата»... Трубчатые рамы, колёса с проволочными спицами, полые обода, резиновые пневматические шины, шариковые подшипники, рулевое управление, колёса, цепная передача. Всё это было унаследовано. Кстати, все первые создатели автомобилей имели какое-то отношение к производству велосипедов. Были либо спортсменами-гонщиками, либо фабрикантами.

Андрей рассказывает замечательную байку из истории российской промышленности:

— С 1893 по 1918 год в Москве была удивительная фабрика Dux. Располагалась она рядом с Белорусским вокзалом. Владел ею обрусевший немец Юлий Меллер. В разное время там производили автомобили, паромобили, электромобили, машины с двигателем внутреннего сгорания, а также аэросани, мотоциклы, самолёты, аэростаты, дирижабли... При этом изначально фабрика строилась для выпуска велосипедов, что, впрочем, и делала с первого до последнего дня своего существования. Такой вот уникальный случай.

Часть 6. Ум и прочность

// XXI век

В наше время свои пятнадцать минут славы переживает приставка smart. Умные телефоны, автомобили, холодильники, детские игрушки… Велосипеды не исключение. Обычные дорожные и горные модели с коробкой передач и стандартной рамой скоро исчезнут из каталогов. Их вытеснят смарт-велосипеды.

В 80-е годы минувшего века владелец велосипеда мог получать с бортового компьютера информацию о скорости и пробеге своего «коня», собственном пульсе, времени, температуре, давлении. Сегодня инженеры внедряют в «умные» модели вибросистемы оповещения, предупреждающие о проблемах на дороге и опасных ситуациях, GPS-навигаторы. Всё это работает по принципу интернета вещей: устройства обмениваются между собой данными и связываются с хозяином при помощи смартфона.

Велосипед сейчас на пике моды. Он стал неотъемлемой частью городского пейзажа и образа жизни человека, идущего в ногу со временем. А в будущем — кто знает? — его заменит… например, луноход. Об этом читайте дальше.

Часть 7. На пыльных тропинках далёких планет

// Наши дни и будущее

45 лет назад на поверхность Луны опустился первый советский луноход. Через год американцы запустили свой аппарат, который назвали «лунный багги». Как устроен этот транспорт и сможет ли он заменить велосипед на городских дорогах? Об этом мы поговорили с Вадимом Корсуновым — студентом Московского авиационного института и членом команды, победившей в ежегодном конкурсе самодельных луноходов NASA Human Exploration Rover Challenge.

В апреле этого года российская команда первой пришла к финишу лунной трассы Центра космических полётов имени Маршалла в Хантсвилле (штат Алабама, США). Участники спроектировали компьютерную модель лунохода, которой предстояло проехать полтора километра по песку, камням и другим неровным поверхностям, имитирующим лунную пыль, кратеры, обломки астероидов и застывшую лаву. Получился багги, напоминающий автомобиль, велосипед, луноход и танк одновременно. Гремучая смесь. Зачем она нужна?

— Багги управляют два члена экипажа, — рассказывает Вадим. — Один выбирает курс, тормозит, вращает педали, второй ему помогает. Поворачивать можно рулём, но это неудобно, поэтому на нашем багги стояли рычаги, как в танке.

Отдельная подвеска для каждого колеса облегчает преодоление кратеров и впадин. Идеальный вариант — когда каждое колесо касается поверхности. Так проще сохранить равновесие. Ведь если на конкурсе падение — это штрафное время, то на Луне — впустую потраченные часы и серьёзные технические проблемы.

Вадим рассказывает, как сделать правильное колесо для багги:

— Нарезать пластиковую трубу кольцами, натянуть их поверх велосипедного обода с помощью стального троса, а сверху надеть велосипедную покрышку. Пробные колёса «Лунохода-1», например, состояли из трёх титановых ободов с закреплённой на них стальной сеткой. На сетке грунтозацепы — они, как шипы на бутсах футболистов, улучшают контакт с поверхностью. Под сеткой пружины, принимающие на себя удар в случае её прогиба.

В этом году организаторы конкурса поставили перед участниками новую техническую задачу: снимать во время гонки показания телеметрии, то есть передавать сведения об ускорении машины, считывать перегрузки, определять геопозицию при помощи GPS-приёмника и снимать видео. Ни один планетоход не может полноценно работать без телеметрии.

Сегодня багги как городской транспорт готовы уравнять в правах с велосипедами: водительское удостоверение для них не требуется, если объём двигателя не превышает 50 см³. В России трехколёсные роверы уже можно увидеть в некоторых парках, где они выдаются напрокат. К сожалению, в наших городах отсутствует необходимая инфраструктура. Да и стоит багги недёшево — от 200 тысяч рублей на аукционе Ebay. Для сравнения: цена на квадроцикл начинается от 40 тысяч. Однако согласитесь, иметь собственный луноход всё-таки намного круче. Только представьте, с каким шиком будет ездить по городским паркам или сельским тропам водитель багги, зная, что на этих же колёсах мог бы пересечь море Спокойствия на Луне или оценить бездорожье на Марсе.

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 9 (11) за сентябрь 2015 г.