Глава 1. Космос в фабричном цехе

Поздней осенью 1635 года по едва освещённым улицам Флоренции шёл пожилой человек. Ветер рвал с деревьев листву, гнал её по мощёным серым булыжником узким улицам, и она кружилась буйным хороводом, то подбираясь совсем близко, то убегая куда-то вдаль. «Как святые отцы вокруг богатого прихода!», - подумал человек, зябко кутаясь в тёплый плащ, но сразу же испуганно перекрестился: «Laudetur Jesus!». Даже мысль крамольная была страшна. Еще бы, святая инквизиция не дремлет! Только вчера приглашал его для беседы его преосвященство патер Аугусто. Всё выспрашивал о его друге Галилео Галилее: о чём он говорит, что пишет.

При одном воспоминании об этой беседе у синьора Бартоломео Прутци, смотрителя флорентийского водопровода, по коже пробежал морозец. «Велика святая матерь Церковь!», ласково улыбаясь и поднимая жирный палец с подвешенным к нему наперстным крестом к небу, изрекал святейший инквизитор: «Велика и милость её! Грешников и заблудших Господь избавляет от греха очистительным огнём. Амен! Всем святая матерь наша даёт царствие Божие. Но не сразу, синьор Прутци, не сразу! Не соблаговолите ли почтить своим вниманием подвалы святейшей инквизиции?».

«Для чего он водил меня туда?», - с содроганием в душе вспоминал смотритель. «Господи милостивый, и до чего же изощрённа фантазия святых отцов!».

Тёмный гулкий подвал с сырыми ослизлыми стенами, по которым что-то текло и капало на холодный пол, крюки на стенах с подвешенными на них человеческими телами, стоны, вопли, - всё это было ещё свежо в памяти, и вызывало холодную испарину.

«А вот, сын мой, сапоги для грешника! Сапоги св. Михаила! Зря их зовут испанскими, это чисто наше изобретение! Не хотите ли примерить? А вот перчатки св. Маргариты!», - и длинные ряды костоломных и зубодробильных изобретений потянулись и закружились вокруг бедного Барталомео, пока он не очнулся уже на улице, один на соборной площади.

Шёл дождь, лил ему прямо на лицо, за воротник, но он ничего не замечал. Разбитый и отчаявшийся, еле дошёл он до дома, позвонил в дверной колокольчик, и когда служанка Марчелла открыла дверь, изумленно уставившись на хозяина, вошёл, не глядя но сторонам, прошёл в свою спальню и, не раздеваясь, рухнул на постель…

А наутро он уже спешил к синьору Галилею поделиться своим отчаянием, сомнениями, надеждами. Друг встретил его радушно, за стаканчиком кьянти разговорились.
 
- Скажи, Галилео, вот святые отцы говорят, будто ты связан с дьяволом, будто вы с Кастелли гадаете на числах. Не верю я в это. А порой такое всё же бывает, что поневоле заподозришь князя тьмы. Вот я уж сколько лет наблюдаю за нашим городским водопроводом, а всегда как захочу поднять воду с глубины более трёх с половиной кан [примерно 10 м -  1 кана (старинная мера длины в Италии) равна 2,645 м.] - никаким насосом, ни с помощью каких бы то ни было других машин это не удаётся. До этого уровня вроде всё хорошо, а тут как кто отрезал. Ты в дьявола не веришь. Я тоже вроде бы не очень, но как это объяснить?

- 3наешь, Бартоломео, тут всё, наверное, в весе воды. Её столб срывается наподобие веревки, обрывающейся от собственной тяжести! Мне кажется, что то же самое будет наблюдаться и по отношению к другим жидкостям, каковы ртуть, вино, масло и другие. Они сорвутся с высоты большей или меньшей, обратно пропорционально их удельному весу, причем высоты надо брать непременно по, вертикальному направлению!

Такой или не совсем такой разговор, сфантазированный нами по дошедшим до наших дней запискам Галилея, мы могли бы считать началом мысли о вакуумной технике. Ведь тут впервые человек осознал возможность существования вакуума - среды, ранее не познанной. Более того, не только осознал, но и предрёк определенные его свойства. Но Галилею не суждено было стать провозвестником вакуумной эры. Этот крест понесут его ученики.

Хотя «в истории нет прямой связи между значением того или иного события и той оценкой, которую это событие получает», - эти слова русского полководца Барклая де Толли вполне применимы к записи Галилея о вакууме. Она тоже в своё время оценена не была.

Почему в этой книге о текстильных отделочных машинах мы гак много говорим о вакууме? Почему не только возводим начало своей отраслевой науки к Галилею, к великим естествоиспытателям прошлого, и начали рассказ с записи Галилея о вакууме? Человек, знакомый с текстильной промышленностью сегодняшнего, а более вчерашнего дня, резонно скажет, что не видел никаких вакуумных машин на фабриках. По крайней мере, их сейчас по пальцам пересчитаешь!

Но, дорогой читатель, не забывайте, пожалуйста, что беседуем мы о завтрашнем дне отрасли. О том дне, что зреет сейчас в лабораториях учёных, в чертежах конструкторов, в планах институтов. И основной обрабатывающей средой в текстильных отделочных машинах будущего будет вакуум - мощнейшая из всех обрабатывающих сред. «Невакуумные» машины тогда станут весьма редкими, особенно при всеобщем торжестве плазмохимии, о которой мы поговорим чуть позднее.

И, в то же время, именно текстильная отделочная индустрия в будущем станет главной отраслью человеческой производственной деятельности, по объему применения вакуумной техники и технологии далеко опередив и металлургию, и электронику, и химию.

Третий аргумент - именно текстильщики-отделочники впервые взглянули на вакуум не только как на среду-носителя негативных свойств, о чем мы позднее расскажем подробнее. И этот их взгляд, приведший к созданию целого рада высокоэффективных машин, как река из родника вытекает из трудов упомянутых естествоиспытателей, из их научной методологии. Поэтому не считайте, пожалуйста, наше изложение истории вакуумной техники «под текстильным углом зрения» неоправданным уходом от основной темы! Вчитайтесь и постарайтесь увидеть, как зрел робкий и неприметный пока росток техники, которая скоро будет создавать невиданные ткани для вас и детей ваших!

Галилей умер в 1642 году, оставив целую школу последователей. Научные традиции, завещанные им, свято сохранялись основанной в те годы Флорентийской академией. Из девяти ее членов, наиболее деятельными в научном отношении были Борелли и Кандидо Воно. Академики работали совместно и публиковали результаты исследований, не обозначая своих фамилий. Академия была открыта в 1657 году. Учёные заседания её происходили во дворце герцога Тосканского Леопольда II, который всегда сам присутствовал на этих заседаниях.

Инквизиция смотрела на новую академию, идущую по стопам Галилея, довольно косо (и этим, быть может, и объясняется то,что академики, происходившие из очень знатных итальянских фамилий, не подписывали работ своими именами),так что когда Леопольд II стал добиваться места кардинала, то для достижения цели ему было необходимо закрыть академию, что он и сделал в 1667 году.

Но академия успела в этом же году издать труды флорентийских академиков! Тут  святая инквизиция напакостить не успела, к вящей пользе всего человечества. И вторая из тринадцати глав сборника трудов почти целиком посвящена опытам Е.Торичелли относительно безвоздушного пространства!

Еванджелиста Торичелли родился в Фаенце в 1608 году и умер 39 лет от роду (в 1647 году). Обнаружив уже с раннего возраста необыкновенные математические способности, он обратил на себя внимание математика Кастелли, любимого ученика Галилея.

В 1643 году, занимаясь вопросом о поднятии жидкостей, Торичелли произвёл свой знаменитый опыт, ставший потом классическим и повторяемым теперь в каждой средней школе.

Обдумывая беседу Галилея со смотрителем водопровода, предусмотрительно записанную учёным, Торичелли решил, что если в насосе поднимать поршень на высоту, большую, нежели без малого четыре каны (10 метров) и вода не будет идти за ним, то между поршнем и поверхностью воды должна образоваться пустота.

На этом основании Торичелли сообразил, что опыт удастся лучше и его легче будет произвести, если взять вместо насоса обыкновенную стеклянную трубку, а вместо воды ртуть, которая значительно тяжелее воды. Он взял трубку около 800 миллиметров длиной, запаял её с одного конца, наполнил ртутью, и, закрыв открытый конец трубки пальцем, опустил его в чашечку со ртутью, поставив трубку вертикально.

Ртуть в трубке опустилась и остановилась на высоте 760 мм выше уровня её в чашечке; над ртутью, таким образом, в трубке сверху образовалась пустота, вакуум. Этим опытом Торичелли доказал возможность получения вакуума в земных условиях, чего до него никто достигнуть не мог.

Мало того, ему же принадлежит честь правильного объяснения этого опыта. Вот,что говорит сам Торичелли: «Мы живем на дне воздушного океана, и опыты с  несомненностью доказывают, что воздух имеет вес. На поверхность жидкости, находящейся в чашечке, нажимает масса воздуха, имеющая высоту 50 миль. Что же  удивительного, что ртуть, не имеющая ни пристрастия, ни отвращения к трубке, входит в неё и понимается до тех пор,пока не уравновесит - давления, вгоняющего её в трубку столба воздуха?» Так писал Торичелли 11 нюня 1б44 года в своём письме к Риччи. Эту дату, пожалуй, мы и должны считать днём рождения вакуумной техники и технологии. Технологии - конечно условно, ибо до того, как люди научатся применять вакуум не только в измерительных приборах, но и в станках, машинах и поточных линиях как средство обработки различных изделий, пройдут с тех пор ещё столетия. Но начало, тем не менее, было положено. И что бы мы, порой высокомерные к своим далёким предкам, ни делали с вакуумом, всё равно начало наших дел в том первом опыте со ртутью.

В том же письме Торичелли говорит об этом опыте: «Придуман он не только для того, чтобы получить пустое пространство, но также и для того, чтобы иметь прибор, могущий отмечать изменения в воздухе, который бывает то более тяжёлым и густым, то более легким и редким». Таким образом, Торичелли не только впервые получил вакуум, но и создал прибор для его измерения.

Кстати, как измеряется вакуум сейчас? Можно мерить непосредственно давление в зоне вакуума. Например, в тех же миллиметрах ртутного столба, что и у Торичшлли, эти миллиметры и названы в честь великого итальянца «торичелли». Если написано, что давление равно 1,5 тор, то это означает, что в данном месте столбик ртути в приборе Торичелли поднялся бы на высоту 1,5 мм.

Можно мерить вакуум, и по-другому: если взять за начало отсчёта давление земной атмосферы. Тогда любое давление, меньшее атмосферного, можно выразись как разницу между этим давлением и давлением атмосферы. Например, давление атмосферы равно 1 кгс/см кв., а давление в каком-то изолированном объёме - всего 0,2 кгс/см кв. Тогда говорят, что вакуум (или иногда применяют выражение «глубина вакуума») равен 0,2 - 1 =  -0,8 кгс/см кв.

Соответственно такой системе измерений выпускаются приборы манометрического типа, называемые вакуумметрами.

Нетрудно сообразить, что предельно достижимый вакуум равен примерю -1 кгс/см кв. Почему примерно? А потому, что показания прибора в каждый конкретный момент зависят от атмосферного давления, а оно далёко не постоянно. Если вообразить, что в измеряемом сосуде достигнут абсолютный вакуум, то стрелка вакуумметра, установленного на сосуде, будет показывать во времени различие значения, близкие к -1.

Поэтому манометрические вакуумметры описанного типа при измерении больших значений вакуума не применяют. Но для техники всё же этот способ замера удобен, так как позволяет обходиться простым прибором, аналогичным обычному пружинному или сильфонному манометру, в котором разница между измеряемым и атмосферным давлениями измеряется по осадке полой закрученной трубки или «гармошки» сильфона, внутренняя полость которых подсоединена к измеряемому объему, а наружная, естественно, находится под давлением атмосферы.

С легкой руки Торичелли вакуумная техника заинтересовывала всё новых и новых исследователей. Правда, до применения вакуума в качестве технологической среды на фабриках и заводах оставалось ещё более 300 лет. Однако, именно тогда были заложены основы того «космического чуда», которым мы сегодня привыкли пользоваться на Земле, поэтому проследим со вниманием и уважением за историей.

Блез Паскаль, продолжив опыты Торичелли, доказал, что высота подъёма столбика ртути в этих опытах зависит от давления атмосферного воздуха.

Он поручил своему зятю Перье произвести замеры высоты подъёма столбика ртути на вершине Пюи-де-Дом близ Клермона. Предоставим слово самим Паскалю и Перье.

                Из письма Паскаля к Перье 15 ноября 1647 г.
.....Я не стал бы отвлекать Вас от Ваших занятий беседами о физических вопросах, если бы не знал, что Вы в них находите отдых от своих трудов. Теперь я хочу продолжить бывший у нас разговор относительно пустоты. Как Вам известно, все философы признавали несомненным, что природа боится пустого пространства, В статье о пустоте я старался опровергнуть это мнение, и, надеюсь, что те данные опыта, которые я приводил для этого, достаточно ясно показывают, что природа допускает сколько угодно большие пустые пространства, что и наблюдается в действительности.

Теперь я занят подыскиванием фактов, которыми можно было бы доказать, что те явления, которые объясняются теперь боязнью пустоты, могут быть согласованы с моим взглядом, то есть объясняются тяжестью и давлением воздуха.

Я придумал опыт, который, если точно его выполнить, один может дать решение этого вопроса. Опыт состоит в том, чтобы получить пустое пространство известным уже образом [в трубке Торичелли], и затем исследовать, изменяется ли оно по величине, если несколько раз в сутки в одной и той же трубке и с той же ртутью производить наблюдения на вершине горы, высота которой не менее 500-600 туазов [туаз, или французская сажень, равен 1,949 м], и у её подошвы.

Вы, конечно, поймёте, что приведение в исполнение этого опыта решает вопрос. Если у подошвы горы ртуть в трубке будет стоять выше, чем на вершине, то из этого следует неизбежно вывод, что на высоту ртутного столбика исключительно и всецело влияет только давление воздуха, а никак не боязнь пустоты.

Очевидно, что у подножья горы давление воздуха должно быть больше, чем на вершине, так как нет никакого основания предполагать, что, в нижележащих местах природа испытывает больший «страх пустоты, чем в более высоких....

                Из письма Перье к Паскалю 22 сентября 1648г.
.......Наконец,я произвел опыт, которым Вы так давно интересуетесь. Сообщаю Вам полный и подробный отчёт о его результатах.
В последнюю субботу, 19-го сего месяца, погода была очень переменчива. Так как в пять часов утра можно было ожидать, что день будет ясный, - были видны вершины Пюи-де-Дом, - то я решил подняться на гору, чтобы там произвести опыт. Я сообщил об этом некоторым уважаемым жителям Клермона, которые просили меня, чтобы я уведомил их, когда именно я приведу в исполнение своё намерение.

Прежде всего, я налил в сосуд 16 фунтов ртути; затем взял две стеклянные трубки одинакового диаметра, четырёх футов длины, открытые с одного конца и герметически закрытые с другого. Опустив их в один и тот же сосуд (предварительно залитые ртутью!), я приготовил в них по известному способу пустое пространство. Затем я поставил обе трубки рядом, не вынимая их из ртути, причём оказалось, что ртуть,оставаясь в трубках, была на одном уровне, и высота столбов её, считая от уровня ртути в сосуде, равнялась 26-е дюймам 3 с половиной линиям. И повторил этот опыт ещё два раза в том же месте, с теми же трубками, ртутью и сосудом.  Каждый раз оказывалось, что высота ртути одинакова в обеих трубках и равна высоте, полученной в первом опыте.

Затем я оставил одну из трубок в сосуде в том положении, в каком она была во время опыта, отметил на стекле высоту ртутного столбика, и попросил его преподобие, отца Шастена тщательно и непрерывно следить за высотой его в продолжении всего дня и отмечать каждое изменение его. С другой трубкой и частью той же ртути я отправился  в сопровождении многих лиц на вершину Пюи-де-Дом, и произвел там тот же самый опыт на высоте 500 туазов.

Оказалось,что здесь ртуть в трубке поднимается только до 23 дюймов 2 линий, в то время как в Клермоне она в той же трубке стояла на высоте 26 дюймов 3 и 4 линии; так что разница высоты подъёма ртути в обоих случаях измеряется 3 дюймами 1/2 линиями.

Это изумило и поразило нас до такой степени, что мы ещё пять раз,- чтобы убедиться в верности наблюдения, очень тщательно повторяли опыт в различных местах вершины: и под крышей выстроенной здесь маленькой капеллы, и под открытым небом, на ветру, и в закрытом месте, в ясную погоду и во время дождя. Каждый раз получался тот же результат: ртуть оставалась на высоте 23 дюймов 2 линий.

Затем, спускаясь с вершины, я произвёл тот же опыт и с тем же прибором в месте, называемом Ляфо-де Ль Арбр, на 150 туазов выше Клермона. Там я нашел, что высота ртути, равна 25 дюймам...

Итак, Паскаль и Перье доказали, что вакуум это не мифическая «боязнь пустоты», свойственная природе, а одно из естественных её состояний. Это доказывалось зависимостью высоты подъёма столбика ртути под вакуумной полостью от давления окружающего воздуха. Паскаль правильно понимал вакуум как безвоздушное пространство. Для того времени этот признак вакуума как физической среды был главным. То, что вакуум еще и мощная технологическая среда, выяснится много позже.

Вакуум получили, научились использовать его в физических приборах, но получение вакуума только посредством опыта Торичелли c ртутью в запаянной трубке не могло привести к сколь либо серьёзному его применению в технике.

Подлинным «звёздным часом» вакуумной техники можно считать 1654-й год, когда немецкий учёный и изобретатель Отто фон Герике показал в регенсбургском рейхстаге изобретённый им вакуумный насос. О трудах этого учёного надо сказать особо: на пути вакуума в фабричные цеха это был один из самых ответственных и драматических периодов в его истории.

Отто фон Герике родился 20 ноября 1602 года в Магдебурге, получил образование в Лейпциге, Йене и Лейдене, и был в 1646 году бургомистром своего родного города. При разграблении Магдебурга Тилли, в 1631 году едва спасся от смерти. Всю свою оставшуюся жизнь Герике посвятил созданию основ вакуумной промышленной техники - делу, которое было оценено человечеством лишь через 340 лет. А тогда это воспринимали как «Магдебургские чудеса» - забавную прихоть изощрённого ума.
Но послушаем, что говорит об этом сам Герике.

«В то время, как я размышлял над вопросом неизмеримости пространства, мне, на том основании, что пространство непременно должно находиться всюду, пришёл на мысль следующий опыт. Если мы наполним винную или пивную бочку, все щели которой заделаны настолько тщательно, чтобы в шее не мог проникнуть внешний воздух, затем вставим в дно металлическую трубку, через которую можно выпускать воду, то эта последняя, в силу своей тяжести, будет вытекать, и оставит в бочке пустое пространство, в котором не может быть никакого другого вещества.

Для того, чтобы проверить на опыте свои соображения, я заказал себе медный насос, какой употребляется при пожарах, то есть с поршнем и цилиндром, очень тщательно пригнанными (так, чтобы воздух не мог проникнуть внутрь насоса и выходить из него мимо поршня). Далее насос был снабжён двумя кожаными клапанами, из которых внутренний должен был впускать воду, а наружный – содействовать её выливанию. Укрепив в дне бочки посредством четырёх железных обручей свой насос, я попытался выкачать воду из бочки. Однако при этом обручи и железные винты, которыми насос прикреплялся к бочке, отрывались прежде, чем поршень успевал втянуть воду.

Впрочем, труд мой не оказался бесполезным. После того, как насос прикрепили большими винтами, было, наконец, достигнуто то, что трое сильных работников, качавших насосом, могли добыть воду через отверстие, прикрытое клапаном. Тогда внутри бочки послышался шум, какой бывает при кипении воды, и он продолжался до теx пор, пока пространство, оставшееся после удаления воды, не было заполнено воздухом.

Этот недостаток надо было устранить каким-нибудь способом. Я достиг этого, взяв бочку меньших размеров и поместив её внутрь первой. После того, пропустив трубу более длинного насоса через днища обеих бочек, я велел наполнить водой меньшую бочку, и затем, наполнив водой и большую, начал работу. Теперь вода выкачивалась из маленькой бочки и, несомненно, оставляла в ней после себя пустое пространство.

Но при наступлении ночи, когда дневной шум прекратился, можно было слышать внутри бочки прерывающийся время от времени звук, имеющий сходство с птичьим щебетанием. Это продолжалось почти трое суток.

Когда же отверстие у маленькой бочки было открытого, то большая часть её оказалась заполненной воздухом и водой: однако, несомненно, что некоторая часть её была совершенно пуста, так как в то время, как её открывали, туда ворвалось некоторое количество воздуха.

Все были изумлены тем, что вода могла снаружи попадать в столь прочно закупоренную бочку. Повторив несколько раз этот опыт, я пришёл к убеждению, что вследствие сильного давления вода проникает в меньшую бочку через дерево, и, благодаря трению, развивающемуся при давлении на воду и её прохождению через доски бочки, туда проникает и некоторое количество воздуха, но всю бочку он не может заполнить вследствие сопротивления дерева. С прекращением давления  уничтожается и доступ воздуху в бочку. Вот почему всегда удаётся из бочки выкачать только половину её содержимого.

Когда как самый опыт, так и простое рассмотрение дерева убедили меня в его скважности, то я счел более целесообразным употребить для своей цели шаровидный медный сосуд вместимостью oт 60 до 70 магдебургских мер, снабжённый сверху латунным краном.

Приспособив к нижней части этого шара насос, я снова приступил к выкачиванию воды и воздуха, как это делал и прежде. Сначала поршень двигался свободно, но вскоре работать становилось всё труднее и труднее, так что двое сильных работников едва были в состоянии выдвигать его. В то время как они ещё продолжали работать, и полагали, что весь воздух выкачан, металлический сосуд внезапно и к общему испугу, был с сильным треском так сплющен, как платок, смятый в руке, или как если бы сосуд этот был с размаху брошен с самой высокой башни.

Этот случай я объяснил тем, что, может быть, по небрежности мастера, приготовлявшего сосуд, ему не была придана достаточно шаровидная форма. Плоская 'поверхность не может выдержать давления окружающего сосуд воздуха; между тем, как правильно изготовленная шаровая поверхность, по которой давление распределяется совершенно равномерно, легко выносит его, так как все части, как бы поддерживая друг друга, оказывают одинаковое сопротивление. Поэтому появилась необходимость приготовить сосуд совершенно правильной шаровидной формы; из него воздух в начале работы выкачивался легко, а под конец с большим усилием.

Признаком совершенной пустоты сосуда было при этом прекращение выделения воздуха из-под верхнего клапана насоса.

Таким образом при повторении опыта было получено пустое пространство. После того, как кран сосуда был открыт, воздух стад наполнять медный шар с такой силой, что, казалось, увлечет за собой стоявших тут людей. Если в это время поднести лицо близко к шару, то у поднёсшего захватывало дыхание. Мало того, даже руку нельзя было держать близко от крана, иначе её могло с силой втянуть. Так как воздух, благодаря своей тонкости, чрезвычайно легко проникает внутрь сосуда через самые маленькие отверстия и щели, и так как незаметное количество его постоянно застревает около стенок поршня и около клапана и, кроме того, невозможно столь плотно пригнать порвешь и клапан, чтобы они не пропускали воздуха,то я изготовил несколько приборов, позволяющих окружить насос водой.

......Из описания этого прибора видно, что при его помощи можно получить пустое пространство; таким образом затруднение, казавшееся прежде непреодолимым, может быть устранено....».

Теперь отвлечёмся немного. Оценим то, что было достигнуто тогда. Изобретён и испытан вакуумный насос. Создан принцип гидромеханического вакуумного уплотнения стыков вакуумной камеры, через которые атмосфера могла ворваться внутрь этого островка космоса, рождённого человеческим гением на Земле. И всё это в то время, когда никто не сознавал грандиозного значения происшедшего! Так же, как и сто лет до того, по сонным улочкам провинциального германского городка бродили монахи, похожие на серых крыс, и крысы, похожие на монахов, а в недалёком Галле, в университете самой почитаемой была кафедра астрологии и хиромантии. Её закроют только через 126 лет, в 1780-м году.... Наверное, в такую же мрачную годину сказал Гиппократ: «Искусство долговечно, жизнь коротка, опыт опасен, рассуждения ненадёжны!».

Вдумайтесь в это. И вы поймёте, какое надо было иметь мужество разума, чтобы под плетьми косых взглядов, среди темноты и невежества закладывать основы техники XXI века - вакуумной техники!

Пожалуй, никто как Герикё не оказал такого влияния на развитие этой области человеческого прогресса. В его аппаратах явно видны контуры нынешних наших достижений. В истории техники вспышки гения, инженерной мысли чередуются с годами напряжённого труда, «накопления потенциала» для новой вспышки. Это была вспышка. Но обратимся снова к Герике.

Однажды, размышляя над словами Галилея о предельно возможной глубине, с которой можно поднять воду при помощи насоса, установленного вверху, он поставил на стол свой медный шар, из которого был откачан воздух, и соединил его трубкой с сосудом, заполненным водой и открытым сверху так, что вода при открытии крана на трубке устремлялась в шар под действием давления атмосферы:

....Хотя я не имел об этом предмете определённых сведений, я не мог, однако, согласиться с тем, что вода будет подниматься из сосуда на какую угодно высоту, и поэтому я немедленно приступил к изысканиям по этому вопросу. Приготовив трубку такой длины, чтобы она, будучи опущена из окна второго этажа, спускалась до земли, я, как и прежде, поместил внизу сосуд с водой; здесь я наблюдал то же самое явление поднятия воды: вода поднималась против своей тяжести в пустой сосуд. Поэтому оказалось необходимым перенести прибор в третий этаж, но и приготовить для опыта трубку ещё длинней предыдущей. Когда это было устроено, повторилось то же самое явление: вода достигала и до третьего этажа, хотя и не с такой быстротою, как прежде. Я перешёл поэтому в четвёртый этаж дома и, когда все приготовления били закончены, повторил прежний опыт. Теперь получился другой результат: вода совершенно не проходила в шар, а осталась висеть в трубке.

Но так как таким образом нельзя было видеть высоту, до какой поднимаемся вода, то оказалось нужным в том месте, где предполагалась остановившаяся вода, вделать стеклянную трубку и закрепить её замазкой. После этого опыт был повторён четвёртый раз. Открыв кран, я увидел, что вода безостановочно поднималась, затем одно время высота её в стеклянной трубке повышалась ещё и опять убывала и, наконец, остановилась на одной точке. Теперь оставалось определить место, до которого поднималась вода. Я отметил это место и опустил от него на землю отвес, измерил длину нити и нашёл её равною,приблизительно,19 магдебургским футам (около 10 метров, прим авт.).

Хотя я не остановился на атом, и ещё раз повторил опыт и измерения в том же порядке, однако каждый раз я находил ту же самую высоту поднятия воды. Когда же я повторил опыт через несколько дней, то заметил некоторые изменения: иногда вода останавливалась выше на одну, две или три ладони, иногда на столько же ниже чем прежде. Из этого случайно сделанного мною опыта я мог вывести заключение, что так называемая «боязнь пустого пространства» зависит от давления атмосферного воздуха, которое заставляет воду проникать туда, где находится пустое пространство, вдавливает её и заполняет ею пустоту и притом на такую высоту, какая соответствует его давлению.

Если бы поднятие воды зависело от боязни пустого пространства, то вода должна была бы или подниматься беспредельно за пустотою, или же оставаться на одной и той же высоте. Но так как мы имеем ясное доказательство того, что высота бывает неодинакова, то не только поднятие воды, но и изменения высоты её подъема следует приписать какой-то внешней причине.

Таким образом, высота воды в трубке зависит не от «страха природы перед пустотой», а от равновесия между столбом воды и давлением воздуха….

Теперь, через триста лет после смерти Отто фон Герике (он умер 11 мая I686 года в Гамбурге), мы можем ясно видеть на взращённом им саженце вакуумной техники, тогда ещё робком и легкоранимом, почки-зародыши будущих наук, связанных с использованием вакуума. В частности, и использования вакуума в качестве среды обрабатывающей, изменяющей природу тел. То, что вакуум делает в отделке ткани.

Но об этом потом. А сейчас посмотрим как, например, зарождалась метеорология. >
Изложенные выше наблюдения над повышением уровня столба воды в трубке, вверху которой был вакуум, привели Герике к мысли об определении зависимости изменений высоты столба воды от погоды.

Эта мысль никем до него не высказывалась. Паскаль и Перье нашли, что высота столба жидкости в вакуумной трубке зависит от высоты места, где производится опыт: в низине или в горах, но о возможности каких-либо предсказаний погоды на основе замера высоты столба жидкости они не догадывались.

Они были на пороге открытия, но порог этот им перейти было не суждено.Эта честь всецело принадлежит «отцу вакуумной техники» Отто фон Герике.

Для того, чтобы проверить свою мысль о связи между высотой подъёма столба воды в его аппарате и той погодой, которой надлежит быть сейчас или в недалёком будущем, он несколько усовершенствовал свой аппарат: для большей точности наблюдений за изменениями высоты он поместил в жидкости вырезанный из дерева поплавок в виде фигурки человека, которая плавая поверх воды в столбе, указывала на приделанной шкале высоту подъёма столба воды.

Вот как писал об этом сам Герике в письме своему другу Каспару Шотту:

….Я могу с уверенностью сказать на основании опыта, что во время ужасной бури прошлого,1660 года происходило особенное, необыкновенное изменение в давлении воздуха. Это было легко наблюдать, так как палец плавающей человеческой фигурки почти достигал крайней нижней точки стеклянной трубки. Заметив это, я заявил окружающим, что, без сомнения, где-нибудь происходит сильная буря; - и не прошло и двух часов, как ураган разразился над нами, хотя и не в такой степени, как это было на море......

Но с какой по величине силой мы имеем дело, говоря о том давлении, коим наша земная атмосфера хочет сокрушить стенки сосуда, в котором заключён вакуум? Помните, в первом опыте Герике с медным шаром, превращавшимся под давлением воздуха в подобие скомканного платка, сокрушительная сила атмосферы приводила, как мы теперь говорим, к «потере устойчивости» шарового сосуда. Хорошо, что у Герике был шар с достаточной толщиной стенки, и только более тщательным приближением формы сосуда к идеальному шару удалось избежать непременного «схлопывания» сосуда. Герике ведь не знал современного сопромата и не смог бы пересчитать шар на устойчивость, правильно определив толщину его стенки.

Но тогда мастер, делавший шар по заказу учёного, хоть и допустил неточность формы, но толщину дал достаточную, чем и спас зарождающуюся науку о вакууме.

Герике, основываясь на открытом им факте, что давление столба воздуха атмосферы в среднем равно весу столба воды при том же основании высотою в 19 магдебургских футов (10 метров), показал, каким образом можно измерить силу давления воздуха на стенки вакуумной камеры.

Что бы дать своим современникам ясное представление о циклопически огромных силах давления, он произвёл в присутствии высокого жюри во главе со «всемилостивейшим государем», курфюрстом Бранденбургским Фридрихом-Вильгельмом, свой знаменитый опыт с «магдебургскими полушариями». Вот как описывает свой опыт сам Герике:

«Я заказал два медных полушария, диаметр которых равен приблизительно 2/3 магдебургских фута (350 мм, прим авт.), они могут быть плотно прилажены друг к другу,  и одно из них снабжено клапаном,  при помощи которого можно удалить находящийся внутри них воздух. К обоим полушариям приделываются железные кольца для того, чтобы в них можно было впрячь лошадей. Затем я приказал сшить из куска кожи кольцо, пропитал его воском, смешанным со скипидаром, так, что оно стало совершенно непроницаемым для воздуха. Вложив это кольцо между краями полушарий, я соединил их и затем быстро выкачал воздух.

Теперь я мог наблюдать, с какой силой соединяются оба полушария. Они с такой силой прижимались благодаря давление внешнего воздуха друг к другу, что шестнадцать лошадей, напрягая все силы, еле-еле смогли их разнять. Когда же им это, наконец, удалось, то послышался треск, подобный ружейному выстрелу!

Но как только, по выкачивании воздуха, был открыт кран, и воздух проникал внутрь полушарий, то оказывалось возможным разъединить их руками.....».

Да, вакуум пробуждает гигантские силы давления земной атмосферы, так незаметные для нас в обычных условиях. Достаточно сказать ,что на каждый квадратный метр поверхности вакуумной камеры действует сила в десять тонн!

Чтобы представить эту силу наглядно, вообразите полностью гружёный грузовик или чугунную болванку объёмом почти полтора кубометра. Поэтому стенки вакуумных камер должны быть очень прочными и жесткими, чтобы их силой давления атмосферы не смяло «как платок, смятый в руке», что, кстати, бывает иногда с железнодорожными цистернами, когда их очищают изнутри при помощи пара: если после такой очистки цистерну закрыть, пар, охлаждаясь, конденсируется, и в цистерне образуется вакуум, и атмосферное давление сминает её, не приспособленную для удержания вакууму, будто бумажный листок (если, разумеется, цистерна не снабжена противовакуумным клапаном).

Впрочем, силу давления атмосферы испытывают не только стенки вакуумной камеры, но и все предметы на Земле, в том числе и кожа нашего тела. Однако, нас эта чудовищная сила не сминает, так как внутри нас давление поддерживается равным атмосферному. Специальные биологические системы тщательно следят за этим, иначе бы мы уподобились тому сферическому сосуду Герике  или, наоборот, глубоководной рыбе, вынутой на поверхность: нас либо смяло бы, либо разорвало изнутри.

О причинах давления атмосферы Герике говорит следующим образом:

«....Некоторые думают, что это происходит вследствие стремления к центру (куда, по их мнению, стремится всё). Другие, напротив, видят причину расходящихся во все стороны и производящих давление лучах звёзд. Но почему же мы должны предполагать, что в природе всех отдельных вещей существует стремление к центру, а не объяснить это притягательной силой Земли?  Далее: сила, сдавливающая воздух. ни коим образом не может исходить из верхних сфер.
Если бы она происходила от звёзд, то и земной шар, как находящееся на её пути тело, получал бы от неё давление и оказывал бы этому давлению сопротивление. Но когда два тела надавливают одно на другое, то находящиеся между ними предметы испытывают с обеих сторон равное давление. Отсюда должно бы неизбежно следовать, что воздух должен иметь одинаковую плотность как в нижних, так и в верхних слоях, что опровергается опытом.

В нижних слоях воздух более сжат, чем в верхних, и это можно обнаружить не только на высоких горах, но даже на колокольнях. Я наполнял воздухом сосуд, закрывал кран, и поднимался с этим сосудом на колокольню. При открывании там крана часть воздуха выходила из сосуда. Когда же я спускался со своим сосудом вниз, и вновь открывал кран, воздух снова проникал внутрь сосуда. А раз это так, то из этого следует, что воздух не может распространяться далеко над поверхностью Земли, так что но сравнению с расстоянием до небесных светил высота его должна быть довольно незначительна....».

И это было сказано за 28 лет до открытия Ньютоном закона всемирного тяготения!

Таким образом, Герике разработал основы вакуумной техники. Дальнейшая её история была историей применения вакуума в различных отраслях техники, сначала в приборах для метеорологических исследований. Казалось, иного применения вакуум на Земле и не найдёт…

Но человечество пыталось разобраться не только в том, как получить и удержать вакуум, но и в том, как действует вакуум на поверхностные свойства реальных земных тел! Это уже были уже зачатки вакуумной технологии.

В 1876 году, от исследований Герике это событие отделяет более 200 дет, физик-теоретик из американского города Ньюхейвена Джозайя Уиллард Гиббс опубликовал свои труды, посвященные адсорбция (присоединению) поверхностью тел газов и жидкостей. Интересно ,что в этих трудах до сих нор никому не удалось обнаружить ни одной ошибки! Гиббс приоткрыл завесу тайны воздействий частиц газа на поверхность твердого тела, откуда был один шаг до простейшего объяснения воздействия вакуума.

А позднее будущий лауреат Нобелевской премии 1932 года в области физики Ирвинг Ленгмюр из Нью-Йорка, изучая адсорбцию газов на твердых поверхностях (1909-1916 года), установил существование предела адсорбции и предложил уравнение изотермы адсорбции, то есть связал количество газа, способное присоединиться к поверхности твердого тела, с температурой последнего. Изотерма Ленгмюра легла в основу всех исследований поведения тел в вакууме.

Впрочем, тогда ещё казалось, что эти исследования носят чисто теоретический характер, вроде современной физики кварков.

Но бурный XX век перевернул все привычные прогнозы: для новых машин потребовался металл повышенной прочности, и плавить его стали в вакууме. Надёжные тормоза для транспорта - тут тоже потребовался вакуум. А с появлением электроники вакуум стал просто незаменим: сначала радиолампы, электроды которых могут работать только в вакууме, а потом и полупроводники, - их-то без вакуума получить вообще невозможно.

Рождается новая профессия: вакуумщик. Тут и кинескопы телевизоров, и установки для плазмохимии, и привычные нам сейчас электрические лампочки накаливания.

Мы в своем повседневном обиходе просто не смогли бы прожить без вакуума, искусственно получаемого на Земле. Более того, мы летаем за пределы своей планеты, попираем своими ногами девственную пыль Луны, чтобы изучать вакуум там, где он является естественной средой. Он нам нужен, он стал неотъемлемой частью нашей цивилизации, одним, если хотите, из символов её.

Многие отрасли техники применяют вакуум в своих технологических процессах, но, что характерно, везде вакууму отводится одна роль - роль «чистой», лишенной воздуха среды. Среды, где «ничего нет». Нет ничего, что способно было бы помешать процессу, который надо осуществить. Иными словами, используются только негативные факторы: в вакууме «нет» того, «нет» другого. А то, что там «есть», ещё не используется, так как это «есть» ещё не изучено.

Все исследователи осознают, что сейчас трактовать сущность вакуума как пустоту просто смешно. Так мог говорить Герике, но за триста-то лет мы должны бы поумнеть! Ведь изучая вакуум, мы, порой, сталкиваемся с такими его свойствами, которые буквально ставят нас в тупик. Эти свойства пока не привели к сколь либо серьёзной теории, но фантазии разыгрывались вовсю. Предполагается, что вакуум обладает колоссальной, «абсолютной» энергией, научившись освобождать которую, человечество зашагает по пути прогресса семимильными шагами, тогда как до тех пор плелось со скоростью улиты. Предполагается, что в вакууме скрыты миры и антимиры, что вакуум - гигантские сгустки полей ещё не познанной нами природы, способных творить материальные тела, зеркально отражать их в антимир и т.д.

Но до сих пор мы используем везде вакуум как пустоту.

Везде, кроме текстильной отделки. Тут вакуум стали использовать позднее, чем в металлургии, приборостроении и электронике, но стали использовать не как пассивную среду, не препятствующую проведению технологического процесса, а как активную обрабатывающую технологическую среду. Это-то и даёт текстильщикам-отделочникам право быть «преемниками Галилея» в большей степени, чем кому-либо другому.

Изучая изменения, происходящие с тканью в вакууме, исследователи обратили внимание на маленькую деталь: ткань, побывавшая в вакууме, приобретает способность не только активно «захватывать» вещества из окружающей среды, что в общем-то отлично согласуется с «пустотной» концепцией вакуума, но и чрезвычайно сильно удерживать эти вещества в своей структуре! Каким образом вакуум воздействует на волокнистый материал ткани, пробуждая дремавшие нём силы, мы не знаем до сих пор. Вероятно, это знание придёт позднее, когда физики изучат вакуум получше. А пока можно просто пользоваться открытым эффектом, благо он весьма устойчиво воспроизводится. Могли же люди без всяких угрызений совести тысячи лет ездить на лошади, не зная её анатомии.

Пока мы можем объяснить только то, почему ткань, побывавшая в вакууме, активно хватает, или, как говорят ученые, «сорбирует» вещество среды, её окружающей. По сложившимся представлениям науки о волокнах, каждое волокно состоит из макромолекул органического полимера (исключая, конечно, минеральные волокна вроде асбеста или стекловолокна). Эти макромолекулы способны присоединять к себе, или сорбировать, такие вещества, как газы, например, из воздуха, или растворённые в жидкости вещества, например, красители, или саму жидкость.

Рассмотрим наиболее распространённый полимер, являющийся основой текстильных волокон - целлюлозу. Она определяет свойства хлопка и льна - тех волокон, которые мы всегда предпочитаем носить на своём теле, несмотря на эпохальные достижения химии. Так основная составляющая этих волокон, целлюлоза, относится к классу углеводов, как сахар, она содержит 44,4% углерода, 6,2% водорода и 49,4% кислорода. Молекула целлюлозы представляет собой длинную пространственную цепь, каждое из звеньев которой расположено по винтовой линии. В макромолекуле насчитывается до 45 тысяч звеньев. Каждое из этих звеньев имеет размер примерно 10,3 ангстрема или около 0,000001 мм. Каждое звено имеет химическую формулу C6H10O5,а структурная формула его может быть представлена в виде двух циклических ядер, к которым присоединены атомы водорода, альдегидные и гидроксильные группы. Именно эти гидроксильные группы и обеспечивают макромолекуле сорбционную способность присоединять к себе вещества из окружающей среды. Так вот эти-то группы ещё  тогда, когда хлопковое волоконце нежится в коробочке под знойным солнцем Узбекистана, присоединяют к себе газы из воздуха. Чаще всего это атомы кислорода, здесь почему-то волоконце проявляет избирательность. Волоконца созревают, их собирают, перерабатывают в ткань. Теперь ткань надо, скажем, покрасить.

Но те места, к которым может присоединиться краситель, заняты давно уже обжившимся там «хозяином» - атомами газа. И приходится затрачивать много энергии и времени, чтобы хозяина выгнать, и заменить его пришельцем. Силы же, которыми газ цепляется за своё место, велики. Они несравненно сильнее любой склейки самым адгезивным из патентованных современных клеёв.

А теперь посмотрим, что будет, если поместить ткань в вакуум. Газы в вакууме способны неограниченно расширяться, занимая весь объем, которой им предоставят. А в хорошей вакуумной камере, из которой вакуумным насосом ведется непрерывная откачка газа, этот объем бесконечен, поэтому газ из ткани удаляется практически без остатка. Здесь силы связи газа с молекулами твёрдого вещества ткани бессильны, закон Бойля-Мариотта заставляет газ расширяться без каких-либо оговорок и поправок. Гидроксильные группы целлюлозы волокна, называемые ещё «активными центрами», освобождаются, и становятся активными, способными присоединять.
Повторяем, эта картина далеко не полная, но кое-что она позволяет представить.

Теперь из вакуума вынем ткань на воздух. Что произойдёт?
Да ничего особенного, ткань захватит снова частицы газа, только, разве что, удерживать его будет сильнее. А вот если ткань из вакуума сразу, без выхода в атмосферу, опустить в жидкость, она энергично захватит частицы жидкости, которые закрепятся в структуре ткани, пронизывая её насквозь. Как говорится, буквально сухого места не остаётся. Исследователи утверждают, что в этом случае жидкость приобретает свойство сверхтекучести, резко снижает своё поверхностное натяжение, доходит до таких уголков, куда при обычных условиях не дошла бы ни за что.

А если в жидкости растворить химический реактив, например, краситель? Ткань «ухватится» за него. И не нужно часами варить ткань в растворе. Достаточно долей секунды даже при холодном растворе.

Как это всё просто, - удивительно, почему это не придумали раньше! Наверное, потому, что только в наш технический век факел, зажжённый учёными прошлого от Галилея до Герике, смог ярко разгореться. Раньше человечество просто не могло им воспользоваться и глядело на него, только как на игрушку. «Ценность вещи - то, от чего можно получить пользу. Флейта для того, кто не умеет ею пользоваться - не ценность, потому что совершенно бесполезна»,- писал греческий философ Ксенофонт.

Каждый век решает свои проблемы (и, правда, порождает новые). Теперь мы уже можем не мочить месяцами ткань в реке и целое лето не белить ее по «луговой» технологии. Мы можем всё это делать в доли секунды. Правда, в современной реке купать ткань стало весьма рискованно, о раскладывании же на лугах около реки и речи быть не может, при этом можно получить результат, обратный ожидаемому. Но это уже проблема, которую может быть решит ХХI век. А, может, наоборот, усугубит, кто знает? А вакуумная технология отделки тканей рождается сейчас.

Каким образом строится вакуумная технология? Непременным её условием является сначала обработка ткани вакуумом. Подсчитано, что в случае самой тяжёлой и плотной ткани для полного завершения этой обработки достаточно 10 в минус четвертой – 10 в минус пятой степени секунды. Дело в том, что истечение газов в вакууме, где газ не испытывает никакого сопротивления своему движению, так как частицам его не приходится ни с чем сталкиваться, носит, как говорят, сверхзвуковой характер, то есть скорости истечения газа из структуры ткани очень велики. Можно, конечно, держать ткань в вакууме и дольше, на практике так и делают, потому что малое время выдержки получить сложно из чисто конструктивных соображений. Не может же вакуумная камера совсем не иметь размеров!

После выдержки в вакууме ткань должна попасть в ту среду, которую она должна присоединить к себе по требованию технолога. При этом есть две тонкости. Во-первых, ткань между вакуумной обработкой и обработкой в технологической среде не должна даже на миг выходить в атмосферу, так как в первые же микросекунды вышедшая из вакуума ткань «схватит» ту среду, в которую она вышла, и потом уже не сможет взять ничего другого. Во-вторых, частицы вещества технологической среды, которые мы хотим доставить до активных центров волокон ткани, не должны быть крупнее тех путей, которые к этим центрам ведут. Здесь то же правило, что и в дорожном движении: грузовик не может быть шире улицы, иначе он просто по этой улице не проедет. В вакуумной технологии отделки тканей происходит аналогичное: если частица крупнее, чем нужно, она застревает на полдороге, а дальше проходит только то вещество, в котором эта частица была взвешена или растворена.

Ткань за доли секунды совершает путешествие от Земли в далёкий космос и обратно. А как это осуществляется на практике?

Ткани выпускаются в виде непрерывных полотен, и обрабатываются так же: полотно, сшиваемое в бесконечную ленту, движется по поточным, линиям на отделочной фабрике равномерно, без остановок. А тут надо, чтобы полотно ткани «по пути» зашло в камеру, где поддерживается космический вакуум, затем беспрепятственно оттуда вышло в раствор отделочного реагента, находящийся в открытой ванне. Тут не возьмёшь медный шаровой сосуд, как у Герике. А как трудно удержать вакуум в таком сосуде, становится ясно, если вспомнить тот же закон Бойля-Мариотта: объем данного весового количества газа обратно пропорционален производимому на этот газ давлению. Вот как писал об открытом им свойстве газа на примере воздуха сам Мариотт в 1668 году:

«…Вторым свойством воздуха является то, что он может быть чрезвычайно сильно сжимаем и расширяем, и - при этом производить давление, благодаря которому отталкивает или старается оттолкнуть тела, которые его замыкают. Большая часть других упругих сил при таких условиях убывает: но никогда не удаётся заметить чего-либо подобного относительно воздуха, Мне со всех сторон сообщали, что воздушные ружья, оставшиеся заряженными в продолжение более, нежели одного года . производили то же действие, как если бы были заряжена только что. Можно считать неизменным правилом или законом природы, что воздух сгущается сообразно с давлением, под которым находится…..».

Так вот, вообразим себе, что мы создали вакуумную камеру, в которой поддерживается давление, в 1000 раз меньшее атмосферного. Но идеальных камер быть не может, в камеру неизбежны натекания воздуха из атмосферы. Если натекания происходят даже через отверстие тоньше булавочного укола, то каждый литр входящего в камеру атмосферного воздуха расширяется там в тысячу раз, и превращается по объёму из литра в кубометр!

Куда проще удержать в той же камере газ под давлением даже втрое большим атмосферного. А вакуум - среда самая «капризная», хотя удерживаемое давление при этом не превосходит атмосферного.

Парадокс? Нет, просто следствие упомянутого выше «неизменного правила или закона природы»: в первом случае газ расширяется при истечении только втрое, а во втором - в сотни и тысячи раз. Так что даже плотно запаянные радиолампы с корпусом из, казалось бы, непроницаемого для воздуха стекла, со временем теряют вакуум, тогда как «воздушные ружья, оставшись заряженными,...,производили то же действие, как если бы были заряжены только что».

Трудности создания надёжной вакуумной камеры в виде простого герметичного сосуда стократно усугубляются, если при этом требуется обеспечить свободный вход в камеру ткани из атмосферы, и выход её обратно.

Ещё десять лет назад попытки решить эту задачу считались химеричной и пустой затеей. Действительно, если вообразить вакуумную камеру в виде котла, подобного «медному шару» Герике, из которого вакуумным насосом откачивали воздух: и натекающий через неплотности, и заносимый с тканью, то нужны какие-то устройства, которые бы ткань свободно пропускали сквозь стенку котла, а воздух не пропускали бы вовсе. Такую машину пытались создать в 1968 году, но из-за ненадёжности уплотнений мест прохода ткани через стенки вакуумной камеры получили на этой машине результаты, оказавшие делу развития вакуумной технологии скорее медвежью услугу. Выводы были сделаны настолько ошеломляющие, что потребовалось пять лет, чтобы осознать их явную абсурдность: ведь получалось, что для обработки ткани вакуумом требуется время 2-20 секунд! И последующее пребывание ткани в растворе отделочного препарата никак не может быть меньше.

Дело застопорилось. Получился порочный круг: чтобы обеспечить время 20 секунд, вакуумная камера должна представлять огромный котёл, набитый устройствами для накопления там ткани с приводом этих устройств через стенку котла. Да ещё плюс уплотнения входа и выхода ткани, которых не существовало. Огромные натекания воздуха в камеру были гарантированы.

Чтобы их преодолеть, надо увеличивать камеру и производительность насоса, а это, в свою очередь, увеличивало натекания, В результате работа была. признана неперспективной.

Нужно было нетрадиционное мышление. И оно было найдено на пути научной критики полученных в неудачной работе выводов.

Действительно, зачем 20 секунд держать ткань в вакууме, когда процесс истечения газа в этой физической среде идёт на скоростях выше скорости звука? Посчитали, какой же путь пройдёт за 20 секунд газ в этом режиме, и удивились, - по крайней мере, семь километров! А ткань - имеет толщину самое большее 1 миллиметр. Явный абсурд. Значит, зря «похоронили» работу на пыльных полках архива. Просто ошибочен эксперимент, а вовсе не бесперспективна вся работа. Нужно только оригинальное, простое и изящное решение конструкции вакуумной камеры. Но, как говорил Гельвеций, «чтобы осмелиться выражать ясно свои идеи, надо быть уверенным в их истине». И размышления прерывались экспериментом. А что, если сделать стенки, камеры подвижными? Тогда не будет нужды уплотнять места входа и выхода ткани какими-то отдельными устройствами, да и котла никакого не нужно, ткань будет двигаться вместе со стенками камеры, свободно опираясь на них!

Так и сделали: взяли четыре (можно и шесть, и восемь, и десять и так далее, нельзя только три, пять, семь) валика диаметром 200 мм, покрытых обычной резиной, слегка прижали их друг к другу, а с торцов образовавшуюся полость между валиками закрыли стальными нержавеющими пластинами со штуцерами для подсоединения к вакуумному насосу. Сбоку к валикам пристроили ванну с раствором отделочного препарата - вот и вся машина. Валики вращаются, друг по другу не трутся, ткань их огибает, проходит в закрытую полость, образованную между валиками, а тут насосом создаётся вакуум. Прошла ткань четверть окружности сечения валика - и в раствор. Никаких проблем с уплотнением, уплотняет сама атмосфера. Помните те десять тонн на квадратный метр? Так они давят на поверхность валиков, надёжно прижимая их друг к другу. А на торцах резина скользкая от раствора - ей тоже никаких проблем, работает надёжнее железа. Кстати, резиновые пары трения - подшипники скольжения уже давно освоили гидростроители: они заметили, что если вал гидротурбины, работающий в воде, вращается в резиновом подшипнике, то такая пара трения долговечнее любой другой. Она не боится ни грязи, ни песка, ни больших нагрузок. И работают резино-металлические подшипники на Братской ГЭС десятки лет.

Когда машину сделали, первые же испытания доказали справедливость научных предпосылок, положенных в основу её создания. Оказалось, что ткань обрабатывается с одинаковым высоким качеством независимо от скорости её движения, - предела скорости так и не нашли. Ещё бы, ведь теоретически он лежит, где-то в диапазоне от 50000 до 100000 метров в минуту! А таких скоростей, наверное, на фабриках не будет и через сто лет, сейчас, по крайней мере, пределом мечтаний считается скорость отделки ткани до 200 м/мин.

При этом обнаружилось ещё одно интересное свойство вакуумной технологии: не только скорость, но и качество подготовки ткани не играет роли. Ткань может быть отбелённая, уже способная впитывать влагу, а может быть и суровая, прямо с ткацкого станка, и все равно она пропитывается раствором красителя или аппрета одинаково хорошо!

Не влияет при этом существенно и температура раствора в ванне машины. Это также отличает вакуумную технологию от «лугового» наследия. Раньше, чтобы доставить к активным центрам волокон ткани отделочный препарат, нужно было «сбить» с этих центров закрепившиеся там частицы газа. А это можно было сделать только «раскачав» их броуновским движением, тогда они легче отрывались от волокна. А броуновское движение, как известно, интенсифицируется температурой.  Поэтому раньше, это знал ещё дедушка Каширин, красили ткань в кипящем растворе. Иначе она просто не красилась.

Вакуумная технология коренным образом изменила положение. Теперь можно красить ткани за доли секунды в растворе такой температуры, которая только поддерживает краситель в растворённом состоянии без выпадения в осадок. Задача была решена.

Но от маленького лабораторного образца машины и успешных опытов на нём до серийной вакуумной машины и фабричной эксплуатации «дистанция огромного размера».

Предстояло решить вопросы самые разные. Человеческое сознание сформировалось и существует в условиях строго определенной физической среды планеты Земля. И как бы мы ни старались быть объективными, эти условия глубоко врезались в наше сознание, накладывают отпечаток на наше мировоззрение. Мы сами не замечаем, насколько неспособны воспринять иные условия. Представление их даже в общих чертах для земного интеллекта требует высокой способности к абстрагированию.

Миллионы привычных земных явлений кажутся нам такими незыблемыми, само собой разумеющимися, что мы автоматически переносим их в другие миры.

Вот вам для того, чтобы ощутить ,что мы чувствовали тогда, в те ещё совсем недалёкие дни. Это выдержка из подлинной «Памятки» работающему на первой действующей лабораторной вакуумной установке:

«Помни, что машина необычна, процессы в ней до конца не ясны. Будь внимателен, жди неожиданного постоянно!
Выключай вакуумный насос сразу же, как в нем отпадёт нужда. Помни, что вакуум полон неожиданностей, и чем меньше машина находится под вакуумом, тем лучше.

Работайте на машине втроём: один на входе, другой на выходе машины, третий за пультом управления. Не оставляйте ни одного их этих мест без наблюдения! При первом же появлении постороннего звука, вибрации, запаха - нажми стоповые кнопки!

Не делай ничего лишнего!

Веди журнал наблюдений, куда записывай все, что делал на машине. Твой журнал поможет конструкторам!».

Сейчас эти страхи кажутся смешными, но тогда действительно происходили необъяснимые явления. Работали тогда с масляными вакуумными насосами, миниатюрными, но уж очень капризными. Так масло в этих насосах постоянно «травилось» химреактивом из пропиточной ванны. Вроде, никак реактиву к насосу не добраться, а он попадал, как по волшебству!

Ставили на пути ему ловушку, - всё равно попадал. Усложняли ловушку, - попадал всё равно! Качали так, что ловушка обмерзала снаружи, а масло все равно «травилось».

А «отравленное» масло уж того вакуума не даёт, да и насос портится. Ситуация казалась безвыходной, и только изобретение трансформатора вакуума спасло, позволив отказаться от масляных насосов и получать высокий вакуум при помощи водокольцевого насоса. Пожалуй, это было самое трудное испытание, но мы его выдержали, лишний раз доказав, что человеческий разум способен на невозможное.

Или вот: всё хорошо идёт, половину дневной программы отработаешь, радуешься, - вдруг на ткани какие-то не объяснимые белесые пятна пойдут. Прямо наваждение! Что ни делаешь- ничего не помогает. Голова кругом и руки опускаются.

Потом так же неожиданно пропадут. Сил сколько потратили и ткани напортили, пока догадались, что это воздух «шутит». Он на ткань попадал после выхода её из вакуумной камеры или в камере прямо у выхода. Удостоверились, даже заявку в Комитет по делам изобретений и открытий на способ получения рисунка на ткани таким путём подали, только не получили свидетельства, говорят, известно. Мы, правда, до сих пор недоумеваем, откуда?

А чего стоило знание, что температуру раствора в ванне нельзя поднимать выше определенной величины! Капиллярная конденсация при слишком высокой температуре резко снижала глубину проникновения реактива в структуру ткани.

Вглубь шла чистая вода, а реактив как будто фильтровался в верхних слоях.

Или вот: необходимость смачивания поверхности ткани перед входом её в вакуумную камеру. Оказывается, если ткань сухая, вдоль неё воздух как по фитилю свободно шёл в вакуумную камеру и «грязнил» вакуум. А смочишь ткань на входе тем же рабочим раствором - всё отлично. Сколько лет считали, что непременно сухая ткань должна заходить, дескать, чтобы влага не мешала газам истекать с ткани. А она не мешает, - помогает наоборот!

Совсем все привычные представления ломались.

Наверное, и сейчас нельзя твёрдо сказать, что все «чудеса» миновали, и ни одно новое не вынырнет вдруг. Вакуум - вещь непростая, и партнёра умного предпочитает. Да и дело в зачатке. Так было когда-то со многими открытиями в науке, когда их начинали «выводить за ручку» в практику: и с радио,и с цепной реакцией, и с легионом других.

Ну, самые коварные сюрпризы вакуума всё же преодолели, теперь предстояло преодолеть трудности, противоречия и ловушки компоновки узлов так, чтобы машина была проста в обслуживании и ремонте, подобрать материалы, обеспечивающие надёжность и долговечность, отработать технологию отделки на этой машине для всех тканей применительно к крашению, белению, отделке химическими веществами.

И вот на международной выставке «Инлегмаш-76» рядом с иностранными машинами встал и советский образец вакуумной пропиточной машины МПВ-120. Иностранцы, надо сказать, тоже не дремали. Две фирмы представили машины такого же назначения. Но они были сложнее, больше напоминали увеличенные в размере лабораторные установки. Не случайно их создатели не могли похвастаться обилием заказов от текстильщиков. Советская же разработка сразу привлекла внимание своей простотой, фабричной добротностью, высокой производительностью.

Сравнение образцов на выставке наглядно показало высокий уровень нашей инженерной мысли. «Иностранцы нас зауважали», - как говорил потом наш стендист, демонстрировавший машину делегациям из ФРГ, Англии и Америки.

Но и после выставки предстояло решить ряд трудных вопросов. Было изготовлено шесть машин, которые предстояло испытать на фабриках, в суровых условиях практики. И, надо сказать, что не везде легко достигался успех. Внедрение новой  машины и технологии напоминало триумфальное шествие по тернистому пути.

Препятствиями были и «психологический барьер», вызванный шаблонным мышлением, и недостаточно высокий, порой, уровень производства и квалификации кадров на предприятиях. Приходилось испытывать трудности, подобные описанным в фантастических романах, где продвинутые пришельцы обучали тёмных аборигенов вождению автомобиля.

Но новая машина с боем продвигалась вперед. Она убедительно агитировала за себя. С её помощью была получена ткань, обладающая отличными огнезащитными свойствами, решена проблема глубокого прокраса. Вы, может быть, замечали за своей одеждой такой недостаток: чуть поносишь, а ещё хуже попадешь под дождь, как на коленках и локтях ткань забелеет  потёртостями.

А это происходило от того, что ткань, из которой эта одежда сшита, была прокрашена не насквозь, а только «намазана» красителем с поверхности. Сердцевина у неё оставалась белой. Чуть сотрётся наружный крашенный слой, тут и обнажается белое пятно. Ещё новая вещь становится негодной для носки. Только крашение с вакуумом устранило этот дефект навсегда, ткань стала выходить окрашенная по всей толщине прочно и равномерно.

Это всё, правда, не значит, что в конструкции вакуумной пропиточной машины не осталось изрядного количества проблем. Вот хотя бы одна, - может быть кому-то из вас, читатели, приедет в голову идея её решения:

Когда четыре покрытых резиной валика вакуумной камеры атмосфера прижимает друг к другу, они вступают, как принято говорить в теории упругости, в контакт. Зона контакта валиков друг с другом упруго сминается, в этом месте цилиндр поверхности каждого валика становится вмятым. Но не только здесь меняется форма валика. И на торце его, в месте, непосредственно прилегающем к зоне контакта с другим валиком, форма изменяется. Возникает так называемый «краевой эффект». Ранее плоский торец в этом месте становится выпуклым. И для того, чтобы уплотнить этот торец плоской стальной пластиной, надо сначала «вжать» назад выпуклости краевых эффектов (а их четыре - по числу валиков, и, соответственно, зон контакта), а уж потом нажать с расчётным усилием уплотнения на стальную поверхность торца.

Вот и получается, что если бы не было краевого эффекта, на торец достаточно было бы давить с силой не более 40 килограммов, а на реальной машине приходится прикладывать в десять раз больше. Но это - снижение долговечности и надёжности работы резины на торце валика, и, надо сказать, солидное снижение.

Избавиться от краевых эффектов физически невозможно - это свойство всех упругих тел. Какую форму ни придавай торцу при обработке, - она изменится в результате контакта валиков друг с другом. Торец депланирует – из фигуры плоской становится фигурой пространственной. Красивый с геометрической точки зрения эффект, но поди-ка уплотни такую фигуру! Плоскую уплотнительную фигуру легко изготавливать, - всего две простые операции: плоское фрезерование и столь же плоское шлифование, но плоскость - фигура не идеальная для уплотнения торцов с краевыми эффектами. Вот если бы сделать пластину повторяющей форму поверхности торцов валиков камеры!

Но эта форма сложна, если её выполнять в нержавеющей стали - она будет дороже золотой. Да и где гарантии, что  после смены, допустим, одного из валиков в результате его износа форма торцов с новым валиком будет прежней? Ведь валики имеют отклонения по размерам!

Вот и нужно, получается, иметь торцовую уплотнительную пластину с поверхностью, автоматически принимающей форму контактирующего с нею торца валиков камеры.

Что похожее на это есть сейчас в технике? Ферромагнитные жидкости? Но ведь не надо забывать,что по торцам вакуумной Л камеры течёт технологический раствор,  тёплая агрессивная жидкость, которая будет размывать ферромагнитное уплотнение. Да, к тому же, торцовая пластина не должна иметь большой толщины,иначе подшипники валиков будут разнесены по оси валика так далеко друг от друга, что оси валиков будут изгибаться вследствие изгибной нежёсткости.

А больше никаких материалов, приспосабливающих свою форму к форме контактирующего с ними тела, нет. Пока нет. И мы сделали всё, что могли: ослабили краевой эффект за счет «нависающего», выступающего за металлическую основу, резинового покрытия валиков.

Вот интересное решение заявил в Комитете по делам изобретений и открытий один изобретатель из Владивостожа. Интересное, хотя, у вы, пока бесполезное. Он предложил «сделать торцовую пластину… из льда  Да, из обычного льда. Вернее, торцовая пластина по его предложению выполнена в виде морозильной камеры, в которую поступает вода под давлением. Вода замерзает и выдавливается в виде ледяной пластины, прижимаясь к торцам валиков вакуумной камеры. Валики вращаются, ледяная пластинка оплавляется, приобретает форму торцов, по мере работы дальше плавится от трения уже равномерного, - но ведь вода-то в морозильную камеру подаётся всегда, и потому пластина вечна!

Идеальное уплотнение? Да, если забыть о температуре раствора в ванне машины. А она довольно высока, вплоть до кипения. Какую же мощность надо иметь морозильнику?
А ведь, к тому же, и габариты-то его, как мы уже установили - весьма ограничены.

Вот и получается, что хотя ледяное уплотнение и оригинально, и когда-то, вероятно, найдёт себе применение, но не для нынешних вакуумных пропиточных машин. А проблема торцовою уплотнения на этих машинах остается проблемой.

Многое ещё предстоит решить, но эра вакуумной техники в отделке ткани наступает. Люди научились использовать волшебные силы космоса в своих практических целях.

Вот, например, придание ткани специальных свойств. Мы уже говорили, что одна из задач отделки - облегчить уход за тканью, когда она станет служить человеку, создать максимум удобств для человека в процессе носки одежды, пользования мебелью, коврами и т.п. вещами. После отделки ткань должна обладать несминаемостью, износо- и формоустойчивостью, низкой загрязняемостью, легкой отстирываемостью и тому подобное.

Взять загрязнение. Природное волокно от него совсем не защищено. и если не предпринять специальной химической обработки, ткань будет собирать на себя всю грязь от случайно контактирующих с ней предметов, от воздуха, да, в конце концов, от вашего собственного тела, где за день грязи накапливается предостаточно для превращения белоснежного воротничка в серую тряпицу.

Процесс загрязнения очень сложен но своей природе. Здесь и диффузия аэрозолей грязи через воздух, и контактный перенос, и непосредственное попадание грязи в виде капель с образованием пятен, и притяжение грязи тканью из-за накопления на ткани статического электричества.

Грязь вступает с волокнистым веществом ткани в сложные физико-химические взаимодействия, вплоть до образования водородных и более прочных химических связей. Попробуй после этого грязь отстирать!

Но,  оказывается, ткани можно придать свойство отталкивать грязь. На практике это означает, что такая ткань будет загрязняться во много раз медленнее, а если в конце концов и загрязнится, - при самой поверхностной стирке легко отдаст всю грязь. Налицо экономия в сроке службы ткани, а в таких «нестираемых» тканях,
как ковры или обивка мебели - ещё и длительное сохранение опрятного вида.  Да и гигиеничнее.

Чтобы достигнуть такого коренного изменения природных свойств ткани, её обрабатывают на описанной выше пропиточной машине растворами ацетатов или оксихлоридов металлов, затем сушат. Откладываясь глубоко в порах, в неровностях ткани, эти вещества нейтрализуют поверхностную энергию волокна, и грязь уже не может закрепиться на нем, отлетает.

Известно также,что ткани в своем первозданном виде боятся прямых солнечных лучей. Хлопчатобумажная ткань теряет половину своей первоначальной прочности под солнцем за 940, а шёлковая всего за 200 часов. Так обработка в пропиточной машине раствором сернокислой меди с уксусной кислотой успешно предохранит ткань от губящего воздействия солнца.

Для шерстяных тканей огромное значение имеет молезащитная отделка. Так уж получилось в природе, что шерсть является продуктом питания для гусеницы моли. Одна бабочка этого насекомого откладывает в год до тысячи яичек, из которых в 80%-х случаев образуется потомство с завидным аппетитом. Каждая особь поедает во много раз больше, чем весит сама, так что «семейство» только одной бабочки способно уничтожить до пятидесяти граммов шерсти.

В природе всё рационально: волосяной покров умерших существ должен перерабатываться, иначе вся планета будет завалена волосами, а перегнивают в почве они весьма плохо. Тут моли прекрасно выполняют свою задачу! А ткань для них - тоже мёртвый волос, к тому же легко доступный, удобный для гнездования.

Каждому из нас знакомо чувство досады, когда вынимаешь зимой после летнего хранения новую кофточку или, ещё хуже, пальто, - и, о ужас! На добротной вещи моли прогрызли целое решето дырок!

К нафталину они за годы своей бурной эволюции привыкли, и упаковка в полиэтиленовый мешок не помогает - везде проникают и ничего не боятся!

Так вот, всего три процента от массы ткани специального препарата нанести на пропиточной машине,- и вы избавлены от сюрпризов прожорливого насекомого. Ткань для него навсегда становится несъедобной.

Интересно производство тканей, идущих на переплёты книг. Старинные книги переплетались в кожу специальной выделки, а в наши дни на переплёты повсеместно употребляется вискозное штапельное полотно. Условия, которым должна удовлетворять ткань, «одевающая» книги, весьма суровы. Книга путешествует по всему миру, и кто знает, где ее поставят на полку, - в Антарктиде или в тропической Африке. «Жилища» книг самые разные, от хорошо оборудованных читальных залов с кондиционированием воздуха до партизанских землянок в болотистых джунглях.

У книжного переплёта враг - сырость.В сырости книги покрываются плесенью. Плесеневый грибок съедает ткань переплёта, открывается дорога разрушителям к самим страницам книги, и через самое непродолжительное время книга ветшает, гибнет.

, Чтобы книжный переплёт был надёжной защитой своего бумажного содержимого, ткань, идущую в переплетное дело, пропитывают на отделочной фабрике металлоорганическими (чаще олово- органическими) соединениями. Молекулы этих уникальных органических веществ, содержащие атомы металлов, закрепляются на ткани, и ткань приобретает способность весьма длительное время убивать споры плесени, не давать ей проводить её разрушительную работу. Будем надеяться, что книги, выпущенные нашим поколением, проживут не меньше, чем древние книги знаменитой библиотеки Тартусского университета. И тут тоже скажет свое весомое слово вакуум.

Мы рассказали всего только о малой части из так называемых защитных пропиток ткани, которые позволяет качественно осуществить вакуум. Но пропитки, можно сказать, уже сегодняшний день. А современная вакуумная техника даёт возможность в ряде случаев обойтись вообще без жидкостей. Вот, например, вакуумное крашение: на поверхность ткани наносят тонкий слой красителя, затем ткань со всех сторон зажимают труднопроницаемым материалом и нагревают в вакууме. Краситель испаряется, пары его пронизывают ткань и фиксируются в ее структуре. После этого не надо ни промывки от излишнего красителя, ибо такового просто нет, ни последующей сушки. И экономично, и экологично.

Возможности вакуумной техники в отделке ткани, настолько велики, что трудно найти место в технологической цепочке, где вакуум был бы не применим с огромной пользой. Здесь обширное поле для фантазии специалистам будущего.

Вот пример: чтобы пропитать или промыть ткань при отварке или белении, её, свернутую в жгут наподобие веревки, полощут в растворах, залитых в ванны. Эти ванны занимают приличные производственные площади в цехах. А что, если вместо ванн использовать вертикальные трубы по типу барометра фон Герике? Вспомните, как он впервые применил гравитационные водяные столбы для измерения давления воздуха в атмосфере. И тут взять трубу высотой более десяти метров, снизу опустить её в сосуд с раствором, а вверху в трубе поддерживать вакуум. Ткань идет по трубе вверх, через раствор в вакуум, затем поворачивает назад, вниз, и выходит уже обработанная. Выгодно: площадь почти не занимается, да и раствор от вакуума получает малое поверхностное натяжение - лучше работает.
Вакуум - великолепное оружие в руках и технолога, и машиностроителя!