ГРАЖДАНИН ГРАФ И ЕГО МАШИНЫ

Во второй половине XVIII в. участие английских аристократов в развитии науки ограничивалось финансовой поддержкой отдельных ученых и Королевского общества. Можно назвать лишь одного пэра Англии, который в конце XVIII - начале XIX в. внес собственными трудами вклад в английскую науку, - Чарльза, третьего графа Стэнхоупа.

Дед его был военным и политическим деятелем, премьер-министром при короле Георге I, отец - ученым чудаком. Получив образование в Утрехте и Женеве, Филипп, второй граф Стэнхоуп, проникся любовью к точным наукам, греческому языку, который он знал в совершенстве, и демократическим принципам. Он вел активную переписку со знаменитым шотландским математиком Робертом Симсоном, поддерживал дружеские отношения с не менее знаменитым физиком Джозефом Пристли, издал за свой счет труды Архимеда. Одевался сэр Филипп, как простолюдин, париков не носил и палату лордов посещал крайне редко. Вероятно, поэтому однажды швейцар парламента, не узнав в задумавшемся прохожем графа Стэнхоупа, задержал его у входа словами: "Честный человек! Это место не для тебя!". На что граф, поднявши глаза от земли, ответил: "Мне очень жаль, что в этом доме нет места честным людям..."

Чарльз, третий граф Стэнхоуп, сочетал в себе энергию политика и талант ученого. По существовавшей в семье традиции, Чарльза, родившегося 3 августа 1753 г., отдают в раннем детстве в аристократический Итон. После нескольких лет обучения его наставник дал такую характеристику мальчику: "Он очень сообразителен, хотя, как мне кажется, не получает удовольствия от книг. У него доброе сердце и превосходный характер. Я не встречал еще столь развитого в таком юном возрасте чувства чести".

В 1763 г., после смерти старшего брата, Чарльз становится виконтом Мооном и наследником графского титула, а в следующем году покидает Итон и вместе с семьей переезжает в Женеву. Здесь он с удовольствием занимается живописью и науками. Кроме того, увлекшись верховой ездой, с одобрения родителей Чарльз записывается в милицию Женевской республики, женевский "дух вольности и просвещения" оказал большое влияние на формирование политических взглядов юноши.

Восемнадцатилетний виконт Моон получает премию Шведской академии за работу о колебаниях маятника, и вскоре избирается членом лондонского Королевского общества. В 1774 г. семья возвращается в Англию, и в конце того же года Чарльз женится на сестре будущего премьер-министра Уильяма Питта-младшего, Хестер. В течение последующих пятнадцати лет - сначала в палате представителей (в которую он был избран в 1780 г.), а затем в палате лордов* - Стэнхоуп энергично поддерживает своего выдающегося родственника. Что же касается выступлений и биллей самого Стэнхоупа, то их отличает демократическая направленность: он, например, резко выступал против войны с американскими колонистами, против работорговли, выдвигал предложения по демократизации выборов, парламентским реформам и т. д.

Разрыв с Питтом произошел в 1789 г. Причиной тому послужила Великая французская революция, которую Стэнхоуп с воодушевлением приветствовал. Будучи председателем английского "Революционного общества", он послал от его имени в Париж поздравление по случаю взятия Бастилии. В своем имении он велел выбросить все гобелены и сорвать семейный герб с ворот, а в парламенте страстно выступал против войны с революционной Францией. Эти речи, которые высокий, очень худой и длиннолицый лорд произносил громовым голосом, послужили причиной многочисленных прозвищ, данных ему прессой: "Дон-Кихот нации", "Санкюлот Стэнхоуп", "Меньшинство в один голос" и т. д. Граф был объектом насмешек и издевательств и со стороны английских карикатуристов. Иногда дело не ограничивалось статьями и рисунками: несколько раз лондонский дом Стэнхоупа поджигали, а сам он подвергался вооруженному нападению. В 1795 г. Стэнхоуп ушел из парламента, но первая же речь графа по возвращении туда в 1800 г. была посвящена необходимости мира с Наполеоном (лишь один парламентарий поддержал "Дон-Кихота нации").

Стэнхоуп был одинок не только в парламентской борьбе, но и в личной жизни. Хестер Питт умерла 18 июля 1780 г. в возрасте двадцати пяти лет, а вторую жену графа, Луизу Гренвилль, интересовали лишь светские развлечения. Семья постепенно распалась: старший сын бежал из дому на континент, чтобы, подобно деду, получить образование в одном из европейских университетов, двое других против воли отца завербовались в армию. Разгневанный граф лишил их наследства. Однако этот пример сурового наказания не удержал под крышей родительского дома и трех дочерей, причем младшая из них в 1796 г. бежала и тайно обвенчалась с семейным аптекарем, что дало хороший повод для зубоскальства недругам графа, один из которых не преминул тиснуть памфлет "Демократическое уравнивание: Альянс а-ля Франсе, или Союз Короны (пэра Англии. - Ю.П.) с клистирной трубкой". Дольше всех оставалась с отцом старшая дочь, единственный человек в семье, понимавший отца; но и она в начале 1800-х гг. переехала в дом своего дяди Уильяма Питта. После его смерти в 1806 г. она получила щедрую пенсию от английского правительства и поселилась в уединенном женском монастыре в Ливии.

Умер Чарльз Стэнхоуп 15 декабря 1816 г. "Я прошу, чтобы меня похоронили как простого человека",- писал он в завещании.

Если политические симпатии и взгляды Стэнхоупа на протяжении всей его жизни оставались неизменными, то его научные интересы отнюдь не ограничивались одной областью. Среди изобретений Стэнхоупа - линзы для микроскопов и методы получения стереотипных копий, способы защиты деревянных зданий от пожаров и ручной печатный пресс, монохорд для настройки музыкальных инструментов и способ получения строительного раствора особой крепости, новые конструкции шлюзов для каналов и одна из первых логических машин, названная автором "демонстратором Стэнхоупа" и предназначавшаяся для решения традиционных и числовых силлогизмов...

Вместе с замечательным американским ученым и государственным деятелем Бенджамином Франклином, другом отца, Стэнхоуп принимал участие в опытах по экспериментальному определению наилучшей формы громоотвода и опубликовал в 1779 г. книгу "Принципы электричества". Сэр Филипп ввел Франклина (в то время американского посла в Лондоне) в высшее общество Англии и всячески способствовал его переговорам с английским правительством по вопросам о статусе английских колоний в Америке. В свою очередь, Франклин рекомендовал отца и сына Стэнхоупов "Философскому обществу" Филадельфии, членами которого они были избраны в 1777 г.

Будучи вице-президентом "Общества по улучшению кораблестроения", Чарльз Стэнхоуп внес немало ценных предложений по совершенствованию конструкций судов, но, пожалуй, наиболее значительное научное достижение графа - патент на первый в мире пароход, изобретенный им независимо от американца Роберта Фултона. Стэнхоуп построил и успешно демонстрировал пароход водоизмещением в 200 т, но Адмиралтейство отклонило его предложение о строительстве "движимых силой пара судов" как "бесперспективное для флота Его Величества".

В 1775, 1777 и 1780 гг. Стэнхоуп изобрел счетные машины, которые под его руководством изготовил известный лондонский механик Джеймс Буллок. Последняя машина была суммирующей и представляла собой модификацию творения Сэмюела Морленда, две другие были арифмометрами, т. е. выполняли все четыре арифметических действия.

В счетной машине 1775 г. использовался модифицированный "ступенчатый валик" Лейбница, ступеньки которого разделены по длине на отдельные зубья и представляют собой зубчатые рейки, состоящие из девяти зубьев (рис. 1).

Двенадцать подобных валиков используются в устройстве ввода. Они устанавливаются на осях параллельно друг другу в специальной каретке таким образом, что к вычислителю оказываются обращенными их торцевые части. К ним жестко крепятся цифровые колеса, причем каждой цифре колеса соответствует рейка с таким же числом зубьев, находящаяся на диаметрально противоположной стороне валика (нулю соответствует гладкая поверхность валика).

Каретка устанавливается в подвижной раме. В процессе выполнения операций эта рама перемещается по поперечным направляющим, расположенным в боковых стенках корпуса машины. При этом зубчатые рейки на валиках входят в зацепление с зубчатыми колесами основного счетчика, находящимися на оси, параллельной "длине" машины. С каждым из двенадцати колес счетчика связан цифровой ролик, на боковую поверхность которого нанесены цифры от 0 до 9.

Для сдвига предусмотрена возможность смещения каретки по продольным направляющим. Благодаря насечкам каретка фиксируется пружинами в определенном положении в процессе получения данного кратного.

На правом конце рамы находится длинный палец, который при каждом ее перемещении по направлению к вычислителю поворачивает на один зуб колесо младшего разряда вспомогательного счетчика, расположенного в передней части машины.

Механизм "передачи десятков" довольно сложен. С левой стороны каждого колеса основного счетчика есть длинный палец, при переходе колеса от 9 к 0 поворачивающий на один зуб расположенное под ним колесо. С каждым таким "колесом переноса" связана трехлучевая звездочка, которая, в свою очередь, может поворачиваться пальцем, находящимся на особой "оси переносов". "Передача десятков" происходит в два этапа: при повороте колеса младшего разряда от 9 к 0 один луч звездочки входит между двумя зубьями колеса старшего разряда, но не поворачивает его. Это "фаза подготовки переноса". Следующий этап - "фаза переноса" - выполняется при смещении рамы. Кулачок, освобождающий из зацепления рейки валиков и колеса счетчика, одновременно вводит в зацепление с особой зубчатой рейкой, укрепленной под рамой, шестеренку, находящуюся на "оси переносов". При вращении данной оси палец наталкивается на другой луч звездочки и поворачивает ее, а следовательно, и колесо старшего разряда. Для того чтобы переносы осуществлялись последовательно, пальцы на "оси переносов" расположены вокруг нее по спирали.

В машине 1777 г. поступательное движение рабочего органа заменено на более удобное вращательное.

На главном валу (оси) машины последовательно расположены приводная ручка, приводное колесо с двумя группами зубьев, каждая из которых занимает примерно четверть его окружности, и цилиндр, состоящий из 9 круглых шайб, которые могут поворачиваться друг относительно друга. На боковой поверхности каждой шайбы выгравированы цифры от 1 до 9; эта шкала также занимает четверть окружности. Рядом с каждой цифрой - отверстие для штифта, фиксирующего положение данной шайбы. Таким образом, девять поворотных шайб образуют устройство ввода (рис. 2).

На противоположной шкале части боковой поверхности каждой шайбы имеется 9 зубьев, которые при вращении главного вала входят в зацепление с зубьями колеса основного счетчика. Главный вал устанавливается в рамках, позволяющих ему одновременно с вращением смещаться в радиальном направлении. Это смещение управляется кулачком, расположенным на ободе приводного колеса. В течение примерно четверти оборота цилиндр находится в своем крайнем левом положении, остальное время - в крайнем правом. Зацепление зубьев на шайбах с зубьями основного счетчика может произойти лишь в крайнем левом положении цилиндра. В зависимости от положения каждой шайбы, в "секторе зацепления" оказывается различное число зубьев, и, следовательно, на счетчик переносится каждый раз различное число, установленное на шайбе.

На крайней правой шайбе находится длинный палец, который один раз за оборот зацепляется с колесом младшего разряда вспомогательного счетчика и поворачивает это колесо на один зуб.

На "оси переносов", параллельной оси основного счетчика, расположена шестеренка с пятнадцатью зубьями, которая сцепляется с зубьями приводного колеса и, следовательно, делает два оборота за один цикл работы машины. В остальном "механизм" передачи десятков не отличается от описанного выше. Так же, как и в машине 1775 г., устройство ввода сдвигается относительно основного счетчика и фиксируется на валу благодаря наличию на нем особых насечек.

Значение изобретений Стэнхоупа для развития счетной техники весьма велико. Он первый разделил на два этапа самую сложную машинную операцию - "передачу десятков". Такое деление в счетных машинах второй половины XIX в. и в XX в. стало общепринятым (это устраняло так называемый эффект накопления сопротивления). Кроме того, Стэнхоуп нашел удачное расположение элементов, выполняющих передачу, поместив длинные пальцы по спиральной линии на поверхности оси переносов. Эта идея была впоследствии использована конструкторами арифмометров с "однеровским колесом", получившим, пожалуй, самое широкое распространение в XX в.