CC BY
67УДК 621.3(091) ФОРМИРОВАНИЕ ПЕТЕРБУРГСКОй
электротехнической школы и научной школы электромашиностроения
Иванов Борис Ильич
Доктор философских наук, профессор,
главный научный сотрудник
Санкт-Петербургского филиала
Института истории естествознания и техники
им. С.И. Вавилова РАН,
Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
В статье изложена история становления Петербургской электротехнической школы в конце XIX - начале XX веков, а также история возникновения и развития научной школы электромашиностроения. Обоснована роль российских ученых Э.Х. Ленца и Б.С. Якоби в становлении Петербургской электротехнической школы и ее развитие их учениками и последователями. Показано, что сформировавшаяся электротехническая школа была коллективной, без единоличного лидера. Показано, что после создания электротехнической школы, она дифференцировалась по отдельным отраслям. Одна из них - научная школа электромашиностроения - проанализирована в данной статье. Рассмотрена роль профессора В.А. Толвинского и академика М.П. Костенко как основателей научной школы электромашиностроения на электромеханическом факультете Ленинградского политехнического института.
Ключевые слова: Петербургская электротехническая школа, научная школа электромашиностроения, Э.Х. Ленц, Б.С. Якоби, русские электротехники.
Среди петербургских научно-технических школ, возникших в XIX веке, особое место занимает петербургская электротехническая школа, формирование которой завершилось в конце XIX — начале XX века. К этому времени в Петербурге, да и вообще в России, завершился процесс становления социально-экономических,
естественнонаучных и производственно-технических предпосылок возникновения технических наук и началось формирование этих наук. Полным ходом шел начавшийся еще в XVIII веке процесс профессионализации научной и инженерной деятельности, связанной с основанием Академии наук, появлением первых инженерно-технических организаций типа технических корпусов, формированием высшего технического образования, центром которого в XIX столетии стал Петербург. К этому времени, в ходе начавшейся в России технической революции произошли кардинальные перемены в технике и промышленности, обеспечившие создание технической базы в качестве объектов изучения и мест приложения результатов технических наук, наметилось общее движение академической науки к практике, закрепленное в новом Уставе Академии наук 1803 года, произошла институализация инженерной профессии. Началось формирование и развитие технических наук механического цикла. Возникновение этих наук и, соответственно, появление научно-технических школ связано, в первую очередь, с развитием в Петербургской Академии наук, естествознания и математики и, прежде всего, тех их разделов, которые оказали наибольшее влияние на возникновение технических наук механического цикла, включая, кроме названных, и такие ранние технические науки, как гидравлика и внешняя баллистика, становление которых относится еще к XVIII веку.
Однако всех этих условий было явно недостаточно для формирования технических наук электротехнического цикла и, соответственно, для возникновения петербургской электротехнической научно-технической школы. Если при возникновении технических наук механического цикла теория отставала от практики, преимущественно описывая с помощью математического аппарата то, что было получено в практической деятельности или в эксперименте, то при становлении электротехники нужны были фундаментальные исследования в области электродинамики и электромеханики, соединенные с изобретательской деятельностью, чтобы достичь желаемого результата и получить научно-техническое знание, которое могло бы обрести статус научной теории и тем самым создать условия для формирования технических наук электротехнического цикла. Для этого необходимы были специалисты, сочетающие в себе, с одной стороны, способности к изобретательской деятель-
ности и, с другой, могущие вести фундаментальные и прикладные исследования в области электротехники. Эти условия были реализованы в России, в Санкт-Петербурге, в XIX веке, в ходе происходившей в этот период электротехнической революции, вызванной, с одной стороны, потребностями в новом источнике энергии, и, с другой — возможностями реализовать эти потребности благодаря открытию М. Фарадеем в 1831 г. закона электромагнитной индукции. Именно с этого времени индукционные явления становятся темой в физических исследованиях, начинается история учения об электрических колебаниях, составляющего научный фундамент электротехники переменных токов и радиотехники.
Безусловно, изучение электрических и магнитных явлений проводилось и ранее и включало в себя два периода: 1) становления электростатики (до 1800 г.), в разработку которой определенный вклад внесли и отечественные ученые, члены Петербургской Академии наук Г.В. Рихман, М.В. Ломоносов и Ф.У. Эпинус; 2) и период с 1800 по 1830 гг., когда были заложены научные основы электротехники, открыт электрический ток, началось изучение его действия, был установлен ряд закономерностей в области электромагнетизма и осуществлены первые шаги в практическом применении электричества. Это стало возможным, благодаря открытию источника постоянного тока — вольтова столба (1799 г.).
Однако, несмотря на успехи в исследовании электрических и магнитных явлений, названные два периода — до 1880 г. и с 1800 по 1830 г. — представляют собой лишь предысторию электротехники. Подлинная же история начинается, как отмечалось выше, с 1831 г. и связана с открытием М. Фарадеем закона электромагнитной индукции. Именно с этого времени начинается процесс становления электротехники как технической науки. Электротехника явилась первой наукой, на основе которой создавалась промышленность электрических приборов, аппаратов и машин.
Большой вклад в развитие электротехники внесли отечественные, петербургские ученые Б.С. Якоби и Э.Х. Ленц, которые в 30—40-е гг. XIX в. провели важные теоретические исследования в области электрических машин и электромагнетизма (открытие обратимости электрических машин, явления реакции якоря, исследование свойств электромагнетизма и др.). В течение второй половины XIX в. было сделано еще много других открытий, изо-
бретений и исследований в области электричества и магнетизма, имевших как для науки, так и для техники исключительно большое значение. Отметим несколько практических изобретений, выполненных петербургскими учеными Б.С. Якоби и П.Л. Шиллингом. Б.С. Якоби в 1834 г. построил первый электродвигатель. В 1838 г. его новый двигатель, получив ток от гальванической батареи, мог двигать лодку на Неве против течения с большой скоростью. В этот период постоянный ток начинает применяться для различного рода электрохимических процессов, из которых наибольшее распространение получили покрытие одних металлов другими (золочение, серебрение) и гальванопластика, изобретенная в 1838 г. Б.С. Якоби и сразу нашедшая широкое применение. Потребности снабжения гальванопластических установок током вызвали ряд весьма интересных работ Якоби, выполненных отчасти совместно с Ленцем. Что касается электротехники слабых токов, имеющей дело с задачей передачи всякого рода сигналов, особенно телеграфных и человеческой речи, то можно утверждать, что работы таких ученых, как П.Л. Шиллинг и Б.С. Якоби, выполненные в Петербурге в первой половине XIX в., положили начало проволочной телеграфии.
Таким образом, в период становления электротехники как технической науки, охватывающий отрезок времени с 1831 по 1870-е гг., ярко выделяются две мощные фигуры петербургских ученых Э.Х. Ленца и Б.С. Якоби, дополняющие друг друга. Теоретические исследования Э.Х. Ленца, заложившего научные основы электротехники, сочетаются с практическими работами Б.С. Якоби, связанными с электротехнической изобретательской деятельностью. Они стояли у истоков Петербургской электротехнической школы, формирование которой произошло несколько позднее, в 1870—1890-е гг. Именно в их деятельности соединились теоретические исследования с практическими, изобретательскими работами, заложившими основы электротехники. Так, может быть, эти ученые и явились родоначальниками петербургской электротехнической школы, давшей мощные плоды уже в 1870—1890-е и последующие годы? Думаем, что правильнее их назвать лидерами Петербургской физической школы, посвятившими себя исследованию электрических и магнитных явлений и их практическому применению. Не случайно, что и Э.Х. Ленц и Б.С. Якоби с 1840 по
1874 гг. возглавляли физический кабинет Академии наук (Ленц с 1840 по 1865 гг., а Якоби — с 1865 по 1874 гг.). Э.Х. Ленц, кроме того, без малого три десятилетия был связан с Петербургским университетом, возглавляя кафедру физики и создав русскую школу физики. В течение многих лет кафедры физики в высших школах Петербурга, Москвы, Казани и других городов занимали или возглавляли ученики его учеников. Сам Ленц преподавал физику в Морском кадетском корпусе, и в Михайловских артиллерийских училище и академии, и в Главном педагогическом институте.
Одним из наиболее выдающихся его учеников был Ф.Ф. Пе-трушевский, возглавивший впоследствии кафедру физики и воспитавший ряд крупнейших представителей русской физической школы. Неудивительно, что научные интересы их склонялись по преимуществу к исследованию электромагнитных явлений. Изобретатель радио А.С. Попов и старейшие советские электротехники М.А. Шателен, В.Ф. Миткевич были учениками Петрушевского. Одним из последних учеников Э.Х. Ленца был Д.А. Лачинов, в будущем профессор, видный теоретик-электротехник, который, поступив в Петербургский университет в 1859 г., в течение двух лет слушал лекции учителя. Ректор университета П.А. Плетнев писал о Ленце: «Он дельный человек, серьезный, взыскательный». По воспоминаниям К.А. Тимирязева, лекции Ленца отличались блестящим изложением, привлекавшим слушателей. Большое внимание Э.Х. Ленц обращал на выработку практических навыков студентов, их умение обращаться с приборами, производить точные наблюдения и вносить требуемые поправки.
Большой заслугой Ленца перед русской наукой является внимание его к работам других ученых и изобретателей. Для всех его отзывов об этих работах — а их более 40 — характерны доброжелательное отношение к авторам, стремление поддержать начинающих и помочь им.
Ленц не принадлежал к числу ученых, преданных лишь «чистой науке». С не меньшим тщанием занимался он и решением актуальных задач, будь то в области электрических машин и аппаратов приборостроения или источников тока. И Б.С. Якоби, занимавшийся по преимуществу изобретательской деятельностью и являющийся родоначальником практической электротехники, много и плодотворно работал и в области теоретической. Однако,
в конечном счете, каждый из них олицетворял свою линию в физике, Ленц — теоретическую, а Якоби — практическую. В последующем эти линии получили развитие в трудах их учеников, и образовали Петербургскую электротехническую школу, виднейшими представителями которой были Д.А. Лачинов, В.Н. Чиколев, П.Н. Яблочков, А.Н. Лодыгин, Н.Н. Бенардос, Н.Г. Славянов, а позднее М.А. Шателен, В.Ф. Миткевич, С.Н. Усатый, Г.Н. Люст и другие. Эта научно-техническая школа формировалась не вокруг отдельных ученых, а была коллективной, возникшей как итог суммарных достижений групп ученых и их последователей, объединенных общностью концепций, принципов и методов исследований, которые постоянно совершенствуются и при этом сохраняют определенную преемственность.
Благодаря деятельности ученых этой школы, охватывающей период с 1870-х гг. до 20-х гг. XX века, совершился процесс формирования электротехнической науки с развитым исследовательским аппаратом, дисциплинарным подразделением, системой подготовки кадров. Этот период достаточно отчетливо подразделяется на два этапа: первый (1870—1890), связанный с формированием электротехники как самостоятельной отрасли техники, и второй (1890—1920), характеризующийся экспансией электротехники во все отрасли техники и промышленности и завершением становления электротехнической науки. В последующем электротехника дифференцировалась на ряд самостоятельных отраслей, получивших относительно независимое развитие.
Одной из таких отраслей, которая будет нами рассмотрена, является научная школа электромашиностроения.
Научная школа электромашиностроения
Развитие научной школы электромашиностроения в первые послереволюционные годы происходило в тесной связи кафедры электрических машин, руководимой В.А. Толвинским, с заводом «Электросила». По приглашению директора завода В.К. Горе-лейченко и его заместителя по технической части А.С. Шварца (член комиссии ГОЭЛРО) В.А. Толвинский принимает участие в работах по реконструкции завода, разработке и созданию первых советских генераторов.
В связи с началом строительства Волховской ГЭС встал вопрос об изготовлении уникальных для того времени мощных генерато-
ров, опыта изготовления которых в России не было. Еще в 1910 г. со своим проектом комплексного использования энергии реки Волхов выступил Г.О. Графтио, но лишь 13 июля 1918 г. Совет Народных Комиссаров РСФСР утвердил проект Г.О. Графтио и ассигновал необходимые средства. Однако Гражданская война и иностранная интервенция отодвинули развертывание работ до 1921 г. Проект Г.О. Графтио предусматривал установку восьми трехфазных гидрогенераторов мощностью 7700 КВт, 9650 КВА и напряжением 11 Кв. Об изготовлении волховских гидрогенераторов не могло быть и речи, и их предполагалось заказывать на шведской фирме ASEA. Пришедшему на завод техническому руководителю А.С. Шварцу при поддержке В.А. Толвинского пришлось выдержать упорную борьбу с сомневающимися в возможностях «Электросилы». Благодаря энергии и настойчивости А.С. Шварца и его сотрудников, «Электросиле» удалось одержать крупную победу — ей было поручено изготовить четыре гидрогенератора Волховской ГЭС, а остальные четыре гидрогенератора были заказаны шведской фирме ASEA. Талант руководителя и замечательная интуиция А.С. Шварца дали ему возможность совместно с В.А. Толвинским в короткое время создать на заводе прекрасный коллектив молодых талантливых ученых, конструкторов, инженеров и рабочих — базу советской научной школы электромашиностроения. В 1923 г. к работам на заводе были подключены А.Е. Алексеев, Р.А. Люпер (выпускники и профессора ЛЭТИ), И.А. Оден, вернувшийся в 1924 г. из научной командировки в Англию М.П. Костенко, а в 1926 г. — Д.В. Ефремов и другие молодые преподаватели и инженеры — выпускники кафедры «Электрические машины» электромеханического факультета. В 1928 г. на Волховской ГЭС были установлены гидрогенераторы, изготовленные на «Электросиле».
15 мая 1928 г. Комиссия в составе главного инженера Вол-ховстроя, члена правления «Электротока» (ныне Ленэнерго) Г.О. Графтио, профессора В.А. Толвинского, инженеров М.П. Ко-стенко, Д.В. Ефремова и других ученых провела испытания волховских генераторов, в результате которых было установлено, что они удовлетворяют всем техническим требованиям. Это была крупная победа ленинградской школы электромашиностроения — завода «Электросилы» и кафедры электрических машин
электромеханического факультета. В то же время гидрогенераторы фирмы ASEA аналогичных испытаний не выдержали, и фирма была вынуждена их усовершенствовать. В период 1927—1930 гг. на заводе «Электросила» при непосредственном участии М.П. Ко-стенко, а также А.Е. Алексеева и Р.А. Люпера создается первая отечественная серия турбогенераторов с широким диапазоном номинальных мощностей. Для взаимодействия «Электросилы» и кафедры электрических машин на заводе «Электросила» нужно было создать специализированную организацию. Такой организацией, созданной в 1930 г. по инициативе М.П. Костенко, стало общезаводское бюро исследований завода «Электросила» (ОБИС), а его научным руководителем и заведующим — сам М.П. Костенко. Работало бюро в контакте с кафедрой электрических машин ЛПИ, которую с 1931 г. возглавил М.П. Костенко. Так возникла научная школа электромашиностроения академика М.П. Костенко.
Под руководством М.П. Костенко на кафедре проводилась большая работа по подготовке специальных учебников, учебных пособий и монографий. К наиболее важным из них следует отнести учебник «Электрические машины», написанный М.П. Костенко и Л.М. Пиотровским. Этот учебник наглядно отражает особенности школы электромашиностроения Политехнического института. В конце 1950-х годов для изучения физических процессов в электрических машинах большой мощности и их совместной работы начали применять вычислительную технику.
К началу 1960-х годов кафедрой было подготовлено более 500 инженеров-электротехников, 5 докторов и около 30 кандидатов технических наук, в том числе: для союзных республик Армении, Азербайджана, Эстонии и для зарубежных стран — Китая, Румынии, Венгрии и ГДР.
В 1963 г. М.П. Костенко переходит на постоянную работу в созданный им Ленинградский научно-исследовательский Институт электромеханики, а руководство кафедрой берет на себя его ученик — доктор технических наук, профессор А.И. Вольдек (в дальнейшем лауреат Государственной премии ЭССР и академик АН ЭССР), возглавлявший кафедру до 1977 г.
После кончины А.И. Вольдека в 1978 г. заведующим кафедрой становится и выполняет эти обязанности до лета 1988 г. лауреат Ленинской премии В.В. Романов, ранее работавший главным
инженером «Электросилы». На этом этапе продолжается совершенствование учебного процесса, методической и научной деятельности кафедры.
С 1988 г. кафедрой руководит профессор В.В. Попов.
В настоящее время кафедра является базовой в электромашиностроительной отрасли.
Профессор В.А. Толвинский и академик М.П. Костенко — основатели научной школы электромашиностроения
Кафедра «Электрические машины» была организована по инициативе первого декана электротехнического отделения профессора М.А. Шателена решением специальной комиссии по составлению учебных планов и строительству института. Занятия на кафедре начались в 1908 г.
Для чтения лекций по курсу «Электрические машины» был привлечен профессор Электротехнического института А.А. Воронов, а для руководства кафедрой в 1902 г. — крупный ученый-электрик С.Н. Усатый (1875—1944), который возглавлял кафедру до 1918 г. В этот период для педагогической деятельности на кафедре привлекаются: Г.А. Люст (с 1920 г. — профессор кафедры, зам. директора института по учебной работе), Н.А. Иванов, Е.Н. Фридберг, Н.Н. Грузов — выпускники электромеханического института, а также Н.Н. Черносвитов — крупный конструктор и расчетчик электрических машин и трансформаторов, а также крупный специалист по электрической тяге А.В. Вильф.
В период с 1902 по 1917 гг. закладывался фундамент учебной и научной школы электромашиностроения, кафедра пополняется с 1909 г. одаренными выпускниками. Это, прежде всего,
B.А. Толвинский, Л.М. Пиотровский, А.Б. Лебедев, В.А. Шевалин,
C.И. Курбатов и др. — впоследствии крупные ученые, профессора Политехнического института. В 1918 г. заведующим кафедрой электрических машин был избран В.А. Толвинский (1887—1952), который создает основы учебной и научной школы кафедры электрических машин Политехнического института. В этот период для работы на кафедре были приглашены ее выпускники М.П. Костенко, В.К. Попов, Д.В. Ефремов, Д.А. Завалишин, С.М. Гохберг — в дальнейшем крупные ученые и организаторы новых научных школ и направлений. В связи с переходом на
другую работу проф. В.А. Толвинский в 1930 г. оставил кафедру, а профессором и заведующим кафедрой избирается М.П. Костенко, который бессменно руководит ею вплоть до 1963 г. М.П. Костенко (1889—1976) — наиболее выдающаяся личность в отечественном электромашиностроении. С конца 1930-х годов и до последних дней жизни ни одна серьезная задача, поставленная перед отечественным электромашиностроением, не решалась без участия академика М.П. Костенко, лауреата Ленинской и Государственной премии СССР, Героя Социалистического Труда. М.П. Костенко смог создать и идейно сплотить большой коллектив единомышленников и вырастить блестящую плеяду учеников-последователей, ставших в дальнейшем известными учеными. Среди них следует особо отметить профессоров А.Я. Берера, Л.М. Пиотровского, Д.А. Завалихина, И.М. Постникова, Е.А. Алексеева, В.В. Фенко-ва, А.И. Вольдека, А.И. Вахнова, П.Ю. Каасика, И.А. Глебова, Е.А. Казовского и др.
В конце 1980-х на кафедре «Электрические машины» появились следующие новые научные направления:
• исследование и разработка современных и перспективных электроэнергетических машин с использованием материалов, технологий и физических явлений;
• исследование и разработка машин постоянного тока с улучшенными коммутационными предельными параметрами;
• исследование и разработка машиновентильных систем;
• исследование и разработка систем высокоскоростного наземного транспорта и линейных электродвигателей;
• исследование и разработка униполярных криогенных электрических машин;
• совершенствование методологии математического моделирования электромагнитных, тепловых, механических и термомеханических полей и процессов в электрических машинах;
• исследование твердощелочных систем токосъема и контактных явлений в сложных структурах электрических машин.
Список литературы
Иванов Б.И. Петербургская электротехническая школа // Интеллектуальная элита. В 2-х ч. под ред. С.А. Кугеля. - СПб., Изд-во СПбИЭиФ. 1994. - Ч. 2, кн. 2. С. 38-47.
История энергетической техники // Л.Д. Белькид, О.А. Вселовский и др. — М.—Л:, Госэнергоиздат. 1960. — 664 с.
История энергетической техники СССР. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1957. — 772 с.
Политехники: выдающиеся ученые, основатели научных школ и направлений: электромеханический факультет / под ред. проф. В.С. Тарасова. Л., ЛГТУ. Ленинград 1990. 80 с.
Симоненко О.Д. Электротехническая наука в первой половине XX века. — М.: Наука, 1988. — 141 с.
Шателен М.А. Русские электротехники XIX века. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1955. 432 с.
